一种动态城市公交协同方法和装置与流程

1.本发明涉及交通数据挖掘领域，尤其是涉及一种动态城市公交协同方法和装置。


背景技术：

2.随着城市人口数量增长，城市交通资源利用成为目前城市的管理部门需要解决的问题。虽然经过了十余年的发展，公交优化策略仍然是指导城市公共交通良性发展的第一准则。随着我国对公交事业投入的力度越来越大，公交运营水平得到不断提高，与世界发达国家的差距越来越小，但是由于城市内特殊的发展模式，传统化的公交发展跟不上城市人口的增长速度，城市拥堵问题仍然是困扰城市发展与居民出行的难题。在现代智能交通系统(its)和高级旅行者信息系统(atis)中，交通优化被视为为旅行者和交通部门提供准确和可靠的交通信息所不可或缺的部分。当局可以事先了解交通信息(例如，交通拥堵状况，交通量和人群流量)，可以执行更好的交通管理策略，旅行者可以制定更好的路线计划。因此，准确的交通预测有助于减少时间成本核经济损失。随着its相关技术的突破，针对绿色能源公交的调度也出现了不同的研究方向。为了降低电动公交车的电池系统与充电设施的成本投入，对车辆电池大小、充电站数量、充电站功率进行最优化组合，得到的调度时刻表可以减少22.8％的成本支出。后来，随着交通传感器的铺设，对交通环路检测器数据及公交车的定位数据进行采集，估计交通流量与公交车辆到达时间，再通过对交通信号等进行调整，以确保公交车辆的稳定调度和服务水平。
3.近些年，对brt公交的能耗和沿线的充电站数量需求，通过建立离散事件模拟模型和双目标遗传算法策略进行计算，得到了车站数量，车辆位置和公交时刻表延误的不同安排，以及不同路线的相应公交车能量水平。除此之外，考虑到不同驾驶员的轮班需求，以车辆最低成本与驾驶员的时间需求为目标，构建整数线性规划目标函数，并使用分解迭代算法对模型进行求解。但是，目前公共交通系统中仍然存在一些问题没有解决，如大多假设车辆在运营区间内保持匀速行驶、优化目标单一、缺少调度调控策略，在实际应用中缺少动态实时性。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种动态城市公交协同方法和装置。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种动态城市公交协同方法，包括以下步骤：
7.s1、获取城市公交车历史数据集，提取每一辆公交车的特征信息，得到站点聚合信息和动态特征信息；
8.s2、结合城市公交调度信息，分析所述动态特征信息，得到实时交通状态；
9.s3、将所有公交车的站点聚合信息和实时交通状态输入到多智能体模型中进行训练，当所有公交车的多智能体模型收敛于一号阈值时，完成公交协同控制。
10.进一步地，所述多智能体模型包含连续时间线性一致性协议，所述连续时间线性一致性协议的表达式为：
[0011][0012]
式中，i表示模型中第i辆公交车，j表示模型中第j辆公交车，x
i
(t)表示第i辆公交车的连续时间线性一致性协议，j
i
(t)表示在t时刻传送信息给第i辆公交车的邻居集，α
ij
表示非负权值因子。
[0013]
进一步地，所述城市公交车历史数据集包括历史公交车站点数据集和历史公交车状态数据集，其中历史公交车状态数据集包括每隔一号时间设定值更新一次的公交车状态信息，包括公交车所在的位置信息和速度。
[0014]
进一步地，步骤s1中获取城市公交车历史数据集后需进行预处理，预处理方法包括数据集清洗和删除噪声数据。
[0015]
进一步地，所述动态特征信息包括空间特征、时间特征、周期特征和交互特征。
[0016]
进一步地，所述城市公交调度信息包括公交车位置信息、公交车速度匹配信息、道路状况和公交站点路线。
[0017]
一种动态城市公交协同装置，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现以下方法：
[0018]
s1、获取城市公交车历史数据集，提取每一辆公交车的特征信息，得到站点聚合信息和动态特征信息；
[0019]
s2、结合城市公交调度信息，分析所述动态特征信息，得到实时交通状态；
[0020]
s3、将所有公交车的站点聚合信息和实时交通状态输入到多智能体模型中进行训练，当所有公交车的多智能体模型收敛于一号阈值时，完成公交协同控制。
[0021]
进一步地，所述城市公交车历史数据集包括历史公交车站点数据集和历史公交车状态数据集，其中历史公交车状态数据集包括每隔一号时间设定值更新一次的公交车状态信息，包括公交车所在的位置信息和速度。
[0022]
进一步地，步骤s1中获取城市公交车历史数据集后需进行预处理，预处理方法包括数据集清洗和删除噪声数据。
[0023]
进一步地，所述动态特征信息包括空间特征、时间特征、周期特征和交互特征。
[0024]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0025]
1、本发明通过获取公交车的站点信息和动态特征信息，根据城市公交调度信息分析得到公交车实时交通状态，确保了在调度公交车时具有动态实时性，并将实时交通状态输入至多智能体模型中实现公交协同方法，与以往仅仅设定匀速行驶的方案相比增强了公交车管理系统的交互性，使得公交车之间具有联动效应，保证了公交车之间的距离稳定，进而提升了乘客的出行体验。
[0026]
2、本发明在选取动态特征信息时引入了交互特征，在执行动态公交协同方法时公交车作为智能体可同时进行信息交互，提高了公交协同的效率，进一步达到协同控制的目的。
附图说明
[0027]
图1为本发明的方法流程示意图。
[0028]
图2为本发明中公交车作为多智能体的单个系统示意图。
[0029]
图3为本发明中公交车作为多智能体的多系统示意图。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0031]
本实施例提供了一种动态城市公交协同方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤：
[0032]
步骤s1、对城市公交车历史数据集进行数据集清洗，删除噪声数据等数据预处理方法后，提取公交车的特征信息。其中，城市公交车历史数据集包括ic卡刷付数据、公交车载gps数据和沿线站点信息等信息，这些信息可具体分为两类，即历史公交车站点数据集和历史公交车状态数据集，历史公交车站点数据集为固定数据，历史公交车状态数据集包括每隔1分钟更新一次的公交车状态信息，包括公交车所在的经纬度位置信息和速度。最后得到站点聚合信息和动态特征信息。其中动态特征信息包括空间特征、时间特征、周期特征和交互特征。
[0033]
步骤s2、将每一辆公交车视作一个智能体，根据城市公交调度信息，将公交车位置信息和速度匹配作为输出的特征信息，将道路状况和公交站点路线作为输入的动态环境，分析公交车的动态特征信息，如图2和图3所示，得到实时交通状态，具体分析过程如下：
[0034]
城市公交调度信息可细分为两类，一类是影响方案制定实施的主观因素，另一类是非人力所能影响的客观因素。主观因素主要由公交运营公司的决策层决定，包括随车人员安排、运营车型选择、调度任务分配、运营及盈利模式探索等基层调度体系结构建设，还包括计划施行后的反馈、完善。客观因素的主体包括各站点客流散布特征、运营车辆限制、实际路况、运营时段及天气变化等，和主观因素不同的是，客观因素具有周期性、实效性、易突变的特点，而交互特征是公交车领域中的特色，区别于交通系统中的共享单车、出租车。公交车作为独立的智能体可以进行信息交互，进而可以得到实时交通状态。
[0035]
步骤s3：结合公交车实时交通状态和站点聚合信息，输入到基于趋同控制的多智能体模型中进行训练，当所有公交车的多智能体模型收敛于特定值时，则完成公交协同控制，所有公交车辆的时间距离保持相对稳定。
[0036]
其中基于趋同控制的动态城市公交协同模型具体设计过程如下所示：
[0037]
设系统中有n辆公交车，即n个智能体，用x
i
表示第i辆公交车的状态，包括公交车位置、速度。
[0038]
其中，该模型包含的连续时间线性一致性协议如下面公式所示：
[0039][0040]
式中，i表示模型中第i辆公交车，j表示模型中第j辆公交车，x
i
(t)表示第i辆公交车的连续时间线性一致性协议，j
i
(t)表示在t时刻传送信息给第i辆公交车的邻居集，即每
一个时刻每个公交车的状态都取决于在那一时刻它所有近邻的公交车状态。α
ij
表示非负权值因子。整个结构可用图结构来表示，在有向图g＝(v,e,a)中，v表示公交车集合v＝{v1,v2,...,v
n
}，e表示公交车与公交车之间的权重，权重通过步骤s2中分析的公交车动态特征信息确定。a表示连接权值的矩阵，任意一个顶点v
i
的入度和出度分别为deg
in
(v
i
)和deg
out
(v
i
)，表达式如下所示：
[0041][0042]
连续时间线性一致性协议可以表示为：
[0043]
x＝
‑
lx
[0044]
其中l为权重的拉普拉斯矩阵，l＝[l
ij
]，其中，l
ij
＝∑
j
a
ij
，对于l
ij
＝
‑
a
ij
，x＝[x1,x2,...,x
n
]
t
。
[0045]
则离散时间线性一致性协议为：
[0046][0047]
其中每辆公交车的下一步状态是根据它及其相邻的所有公交车的当前状态更新的，离散时间线性一致性协议矩阵化为：
[0048]
x
i
[k 1]＝d[k]x[k]
[0049]
如果对于任意的i≠j，当t
→
∞时，有||x
i
(t)
‑
x
j
(t)||
→
0，则系统的最终状态可以趋于一致，渐进收敛。
[0050]
值得说明的是，本实施例提出的一种动态城市公交协同方法适用于同一路线的公交车，且不考虑多辆公交车之间碰撞或同时到达的情况。
[0051]
本实施例还提出了一种动态城市公交协同装置，包括存储器和处理器；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现以上实施例提到的一种动态城市公交协同方法。
[0052]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。