考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时调度方法

前言

柔性路径公交车系统属于特殊客运服务系统，如果在公交车调度过程中忽略乘客的等待心理和行为，单纯从成本的角度去调度公交车，其结果将违背服务系统“以人为本”的宗旨。柔性公交车服务系统中最关键的要素是人及其行为，调度时需要充分考虑人的“有限理性”心理和行为特征。因此，从乘客等待行为的视角深入研究存在两阶段等待过程的柔性路径车辆实时调度问题具有重要的现实意义和理论意义。然而，柔性路径车辆实时调度问题本身就是NP难问题，乘客等待过程中产生的“有限理性”心理和行为是一个复杂的过程，两者融合后使得模型的复杂性显著增大。本书针对该问题的难点和特征，通过引入运筹学、等待心理学、行为科学、智能算法等领域相关的理论与方法，深入研究乘客的等待心理和行为，设计提高系统柔性的调度策略以及响应动态乘客请求的策略，构建考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时调度模型，并针对模型的复杂性设计相应的元启发式求解算法对模型求解。本书的主要研究工作如下。
(1)柔性路径公交车实时调度问题的分析及其调度原理。分析柔性路径公交车实时调度的问题特征，考虑乘客等待行为后对原调度问题的影响，从公交车响应动态请求的策略与实时调度策略两方面为实时响应动态乘客请求提供调度原理，并剖析柔性路径公交车实时调度涉及的等待行为和等待心理的相关理论。
(2)构建考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时调度模型。对建模涉及的行为要素进行分析，主要包括参照点理论、关于“得”“失”的价值函数、群体等待行为、恐惧心理、社会不公平性等；将这些行为特征量化表达后，嵌入传统的柔性路径公交车实时调度模型中，以最大化乘客满意度为优化目标，构建了考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时调度模型。
(3)考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时调度模型的求解方法。考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时调度模型属于多目标的动态优化问题，本研究首先将问题分阶段处理后转化为序贯决策问题，将每一阶段简化成静态问题，结合NSGA-Ⅱ算法求解此多目标优化问题。
(4)考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时调度模型的数值实验分析。针对第2章中的调度策略、响应需求策略以及关于等待行为的各个参数进行了数值实验，分别验证了调度策略的有效性，以及等待行为中占主导地位的影响决策的行为特征。针对数值实验分析的结果，为柔性路径公交车运营企业提供管理上的决策建议。
本书针对考虑乘客等待心理与行为的柔性路径公交车实时调度这一复杂的优化决策问题，结合行为学、心理学、运筹学以及计算智能等理论，在行为运作管理的研究指导下，在柔性路径公交车实时调度方向做了探索性研究。本项研究能够从乘客等待行为的视角为柔性路径公交车实时调度工作提供决策支持，对柔性路径公交车运营企业提高客户满意度具有重要的现实意义，对求解多目标动态优化问题也具有重要的理论意义。

本书针对柔性路径班车调度问题，通过引入运筹学、等待心理学、行为科学、智能算法等领域相关的理论与方法，深入研究乘客的等待心理和行为，设计提高系统柔性的调度策略以及响应动态乘客请求的策略，构建考虑乘客等待行为的柔性路径班车实时调度模型，并针对模型的复杂性设计相应的元启发式求解算法对模型求解。本书具有学术和实际应用两方面的价值。 学术价值： 1.本研究中存在两阶段等待过程的柔性路径公交车实时调度问题作为DRT研究的新变体，提出新的调度策略，调度模型以及求解算法，丰富DRT问题的理论框架；2.从等待行为的视角开展研究，结合市场营销和行为科学领域的理论知识，并将其融合到传统运筹学中分析问题并求解问题，跟踪行为运作管理领域的研究前沿，从而扩展并丰富了行为运作管理的研究领域及相关理论。应用价值： 由于本研究充分考虑乘客的等待行为和等待心理，体现了以人为本的服务理念，调度结果能够提高乘客对服务提供商的满意度，有利于提高公交的服务水平和品质；同时发展响应需求的车辆运营模式，更方便人们的出行，是发展城市公交的一种创新模式；另外，从资源环境意义的角度讲，能够减少私家车数量，减少碳排放，减少政府补贴，节约运营成本和社会资源，为共创资源型社会和环境友好型社会提供微薄之力。

吴丽荣，博士，山西大学经济与管理学院讲师，从事电子商务与物流管理领域研究工作，近年来在相关专业期刊及学术会议上发表论文10余篇。

目录
第1章绪论
1.1柔性路径公交实时调度研究的重要性
1.1.1柔性路径公交系统调度问题及对策
1.1.2研究柔性路径公交实时调度方法的理论
意义和应用价值
1.2国内外关于等待心理行为和实时调度研究的概述
1.2.1乘客等待心理和行为的研究概况
1.2.2柔性路径公交车实时调度模型和策略
研究的概况
1.2.3求解车辆路径问题的算法研究进展
1.2.4柔性路径公交实时调度研究所遇到的问题
1.3本书的主要研究内容与思路
1.3.1研究内容
1.3.2研究思路
1.3.3篇章结构
第2章柔性路径公交车实时调度问题及乘客
等待行为的分析
2.1问题描述
2.2问题特征分析
2.2.1与其他柔性路径问题的区别
2.2.2柔性路径公交车实时调度问题归类
2.3扰动度量分析
2.4公交车实时响应与调度策略分析
2.4.1允许绕道
2.4.2动态请求点的响应
2.4.3公交车出发条件的判断
2.5乘客等待行为的分析
2.5.1乘客等待行为涉及的主要理论
2.5.2乘客等待行为的特征分析
2.6本章小结
第3章考虑乘客等待行为的柔性路径公交车
实时调度模型
3.1变量及假定条件
3.1.1问题简化及假设
3.1.2建模涉及的关键要素分析及其变量假定
3.2考虑乘客等待行为的柔性路径公交车实时
调度多目标模型
3.2.1建模思路
3.2.2目标函数与约束条件
3.3本章小结
第4章考虑乘客等待行为的实时调度模型的求解方法
4.1模型的复杂性分析及其求解思路
4.1.1模型的复杂性分析
4.1.2求解思路
4.2求解多目标动态优化问题的算法设计
4.2.1算法难点分析
4.2.2改进的第二代非支配排序遗传算法设计
4.3算法的求解步骤
4.4本章小结
第5章数值实验
5.1算例及参数说明
5.2数值分析
5.2.1考虑乘客等待心理与行为的模型与传统
模型的对比分析
5.2.2响应策略和调度策略的数值实验分析
5.2.3乘客心理及行为参数的灵敏度分析
5.3管理决策建议
5.4本章小结
第6章结论与展望
6.1主要创新性成果
6.2展望
参考文献
附录考虑乘客等待行为的实时调度模型的帕累托
最优解集

本书针对柔性路径班车调度问题，通过引入运筹学、等待心理学、行为科学、智能算法等领域相关的理论与方法，深入研究乘客的等待心理和行为，设计提高系统柔性的调度策略以及响应动态乘客请求的策略，构建考虑乘客等待行为的柔性路径班车实时调度模型，并针对模型的复杂性设计相应的元启发式求解算法对模型求解。本书具有学术和实际应用两方面的价值。 学术价值： 1.本研究中存在两阶段等待过程的柔性路径公交车实时调度问题作为DRT研究的新变体，提出新的调度策略，调度模型以及求解算法，丰富DRT问题的理论框架；2.从等待行为的视角开展研究，结合市场营销和行为科学领域的理论知识，并将其融合到传统运筹学中分析问题并求解问题，跟踪行为运作管理领域的研究前沿，从而扩展并丰富了行为运作管理的研究领域及相关理论。应用价值： 由于本研究充分考虑乘客的等待行为和等待心理，体现了以人为本的服务理念，调度结果能够提高乘客对服务提供商的满意度，有利于提高公交的服务水平和品质；同时发展响应需求的车辆运营模式，更方便人们的出行，是发展城市公交的一种创新模式；另外，从资源环境意义的角度讲，能够减少私家车数量，减少碳排放，减少政府补贴，节约运营成本和社会资源，为共创资源型社会和环境友好型社会提供微薄之力。

吴丽荣，博士，山西大学经济与管理学院讲师，从事电子商务与物流管理领域研究工作，近年来在相关专业期刊及学术会议上发表论文10余篇。