一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法技术

本发明专利技术公开了一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法，该方法包含三个步骤：步骤一、计算得到一个司机一天所有可行的班次组合；步骤二、组合计算得到满足多日需求的任务班次组合；步骤三、将多日任务班次组合再组合成最终的司机排班方案。本发明专利技术方法可以在任意调度期(几天或几周等)在保证每个人驾驶员任务班次尽可能公平的前提下，有效地将全部班次分配所有的驾驶员，实现数字化自适应排班，替代传统人工手动排班无法有效排班的瓶颈问题。代传统人工手动排班无法有效排班的瓶颈问题。代传统人工手动排班无法有效排班的瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法


[0001]本专利技术涉及城市公交交通领域，具体涉及一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法，旨在通过使用大型邻域搜索(LNS)算法等启发式算法实现对复杂情况的司机排班方案的快速制定。

技术介绍

[0002]公共交通服务公司之间的竞争促使公交公司提供更好的服务以吸引更多乘客。2018年开始，多家公交公司尝试开通定制公交服务(乘客可根据需要预约时间和地点)，以满足乘客多样化的出行需求。例如，在北京南站等主要城市的车站，公交公司根据同期乘客数量和乘客目的地安排定制公交车。这种服务导致公交公司投资于更多的司机和车辆。但近几年公交公司面临司机短缺的问题，短时间内无法招聘到足够的司机来满足车辆驾驶安排。因此，公交公司必须将司机从其他不繁忙的线路中转移，以满足响应需求的巴士服务需求。
[0003]由于定制化公交服务的需求一直在变化，因此抽调的司机的数量和时间并不总是相同的。同时，这种临时借调会打乱原有的调度计划。司机被借调走的原公交路线的每日排班时刻表变得无法执行。为了保证原线路的服务质量，需要利用剩余的司机完成所有的班次。因此，存在司机抽调的公交线路需要一个新的调度方案。新的调度方案要求尚未调派的司机在多天(可能是一周、半个月或任意天数)内完成公交线路的所有任务。所以司机任务班次的公平性是一个需要考虑的问题。
[0004]现有的城市公交排班多是基于调度员多年的排班经验进行的人工排班，这种原始的排班方式尽管可以满足日常的公交排班需要，但是需要较长的计算时间，无法应对突发班次调整等状况，并且由于人工排班的弊端导致部分司机存在着任务衔接不合理，任务强度不公平的情况。随着近几年来计算机技术和大数据技术的发展，在公交司机排班领域可以进行更大规模的数据采集和数字化处理，排班方案的合理性有了较大的提升，基于此，本专利技术提出一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法，该方法通过大型邻域搜索(LNS)算法，产生满足线路发车间隔、发车对数、可安排司机数量、单司机单日工作时长限制等要求的可行排班方案集合，并根据司机任务班次工作强度(USDI)和司机任务空闲不公平性(USDIT)来衡量每个方案的公平性。
[0006]本专利技术为实现制定保证司机任务班次公平性的公交司机排班的目的，包含了司机任务班次工作强度(USDI)和司机任务空闲不公平性(USDIT)等多个衡量司机任务班次的指标，相比于传统的人工排班方法有效地量化任务方案的合理性，提升了司机的满意度。基于以上，本专利技术提出基于任务班次公平性的公交司机排班方法主要有三个方面组成，分别是：单司机单日所有可行的班次组合、满足条件限制的多日单司机任务班次组合和多日多司机
组合排班方案。
[0007]本专利技术提出的基于任务班次公平性的公交司机排班方法，核心在于从司机任务强度和司机空闲时间两个角度来考虑司机任务的公平性。首先对公交线路每个班次进行了班次强度的衡量。因为不同时刻的任务班次存在着不同的工作强度，例如早晨第一班次可能在五、六点钟就需要到岗准备，一日中的最晚班次可能要工作到夜晚十一、十二点，同时执行晚上最晚班次和第二天的第一班次所产生的任务强度远大于其他班次的任务强度，因此需要避险这样的情况发生。同时，司机一天中的轮班休息时间和用餐时间都包含在空闲时间中，如果某一名司机所执行的班次中多次乃至长时间无法在中午得到休息，那么对行车安全及司机的健康是有严重影响的，因此需要保证不同司机的空闲时间尽可能相同。
[0008]本专利技术提出的基于任务班次公平性的公交司机排班方法是一种基于两阶段启发式方法来求解的模型，在计算过程中把问题分成两部分可以提高计算效率。在第一阶段，我们通过大型邻域搜索(LNS)方法创建了一组满足各种相关限制的可行单司机单日初始解R
i
。第二阶段，通过构造改进的NSGA2算法，从满足线路排班方案的多司机单日可行解Ω
i
中找出多日可行司机排班方案集合Ω。通过有效地将复杂问题分解为两阶段，提高了方案计算的效率，缩短了计算时间。
[0009]本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法，具体步骤如下：
[0011]步骤一、计算得到单司机单日所有可行的班次组合，包括如下子步骤：
[0012]s101根据所需计算公交线路的自身特点，获取公交线路发车间隔T
i
、发车对数N
q
、可进行排班的最大司机数量D
max
、单司机单日工作时长限制t
dmax
等参数；并将车辆发车时间等关键数据按照约定的格式录入到数据库当中，设定数据属性格式、字段内容、数据集大小；
[0013]S102计算满足公交线路运行的最少司机人数K
M
。根据所属公交线路要求的发车间隔T
i
、发车对数N
q
、单日班次任务数N
d
、司机工作时间的限制t
dmax
和其他限制要求，计算出最少的司机人数K
M
；
[0014][0015]其中x
rdij
∈{0，1}，，当表示天数d的由司机r来执行第i个班次和第j个班次，且司机的总人数不超过K
M
。
[0016]S103生成满足各种相关限制的可行单司机单日初始解R
i
。根据单日的班次任务数N
d
和司机单日工作时间的限制t
dmax
，生成满足相关限制的单司机单日可行的班次任务组合集合R。
[0017]步骤二、基于大型邻域搜索(LNS)算法计算得到满足单日全部线路班次需求的任务班次组合，包括如下子步骤：
[0018]S201生成该线路单日可行的司机排班方案的初始可行解。根据上一步得到单司机单日可行的班次任务组合集合R，通过使用大邻域搜索(LNS)算法产生该线路单日可行的司机排班方案的初始可行解Ω1；
[0019]S202计算得到满足线路排班方案的初始可行解Ω1的任务班次公平性指标。计算每个驾驶员的总工作空闲时间I和总工作强度S，其中c
ij
代表单日班次i与单日班次j之间的
任务空闲时间，S
i
代表单日班次i所代表的工作任务强度。
[0020]S203根据满足线路排班方案的初始可行解Ω1，使用大型邻域搜索(LNS)算法产生新的满足线路排班方案的可行解Ω
i
，并形成多目可行司机排班方案集合Ω；
[0021]步骤三、将多日可行司机排班方案集合Ω再次组合成最终的司机排班方案，包括如下子步骤：
[0022]S301计算多日可行司机排班方案集合Ω中的全部的司机任务班次工作强度(USDI)和司机任务空闲不公平性(USDIT)；
[0023]S302基于前述最少司机人数K...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、计算得到单司机单日所有可行的班次组合；步骤二、基于大型邻域搜索算法计算得到满足单日全部线路班次需求的任务班次组合；步骤三、将多日可行司机排班方案集合Ω再次组合成最终的司机排班方案。2.根据权利要求1所述的一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法，其特征在于：步骤一所述的计算得到单司机单日所有可行的班次组合，具体包括如下子步骤：S101根据所需计算公交线路的自身特点，获取公交线路发车间隔T
i
、发车对数N
q
、可进行排班的最大司机数量D
max
、单司机单日工作时长限制t
dmax
等参数；并将车辆发车时间等关键数据按照约定的格式录入到数据库当中，设定数据属性格式、字段内容、数据集大小；S102计算满足公交线路运行的最少司机人数K
M
；根据所属公交线路要求的发车间隔T
i
、发车对数N
q
、单日班次任务数N
d
、司机工作时间的限制t
dmax
和其他限制要求，计算出最少的司机人数K
M
；其中x
rdij
∈{0，1}，，当表示天数d的由司机r来执行第i个班次和第j个班次，且司机的总人数不超过K
M
；S103生成满足各种相关限制的可行单日初始解R
i
；根据单日的班次任务数N
d
和司机单日工作时间的限制t
dmax
，生成满足相关限制的单司机单日可行的班次任务组合集合R。3.根据权利要求2所述的一种基于任务班次公平性的公交司机排班方法，其特征在于：步骤二所述的基于大型邻域...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠振，邬珊华，陈东旭，程健南，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：