WTIFT项目中路线设计模型的发展.docx

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WTIFT项目中路线设计模型的发展

WTIFT项目中路线设计模型的发展

目录

1、摘要

2、解决方案

2.1准备需求和职责

2.2RDM的提出

2.3数据需求,软件和硬件规格

2.4系统模型的实现

2.5服务概况的提出和预期成果

2.6从灰狗得到的支持

1、摘要

新泽西理工学院（新泽西理工学院）欣然提出了一个建议，这个建议是在灰狗运输公司发展一个以最先进的路线设计模型（RDM）的SWIFT项目。

路线设计模型RDM的定义和规范的开发基于最终报告“有关SWIFT项目中路线设计模型问题的定义和规范”（以下简称为定义报告），这份报告包括两个功能：

模拟和优化。

RDM的目标是实现最大利润化（总收入减去巴士运营成本和维护费用），同时简化了目前的航线网络，并考虑做未来盈利的投资。

新泽西理工学院的团队非常高兴能够继续工作，推进创新与灰狗区域交通规划，网络建模，系统操作和性能分析。

新泽西理工学院的团队是由教师，研究人员和专业工作人员，并带来了一系列令人印象深刻的技术和工艺的专业知识和经验。

在2005年4月完成的最初的项目模型的定义和规范中，新泽西理工学院的团队和灰狗把工作细化到一个明确的和可以理解的问题的态度和模型开发的虚拟框架。

这项研究结果包括选择候选目标函数，决策变量的定义和约束集的发展。

根据我们的经验，尤其是RDM的项目第一阶段的体验，我们有信心，我们的团队将在最终的模型中提供灰狗的特殊服务。

该模型将执行以下功能：

1.路线中的乘客和行李，能够在网络上给他们提供起点和最终的目的地，利用最可能少的巴士和最可能少的里程

2.确定在网络范围内消除单一的销售位置或路线地带的影响

3.选择一组路区，形成一个网络，将能用最小的巴士里程得到最大的利润回报（即最大限度的提高每公里的收入）

4.在简化当前网络的同时实现了总利润的最大化

为了实现上述目标，我们提出了一个三阶段模型的发展过程，每完成一个阶段即将接受检查。

在第一阶段，将开发一个工作原型模型（简称为模型I），用于模拟和优化当前灰狗网络。

模式一将用来测试优化公式和计算解决有限的场景方案时用需要的时间。

模型一将能够接收数据，处理数据和生产有限的一组报告。

主要成果包括：

■基本的数据库设计和数据处理技术，

■测试方案的发展，

■在定义报表中的混合整数规划和数据处理技术，

■有限的表格报表来验证模型功能所需的测试场景,

■在定义报告使用LINGO优化软件和推荐的硬件配置,来验证模型中软件和硬件能够解决的目标函数，

■模型一的发展和最佳的解决方案的演示文稿，

■中期验收测试结果的报告。

在第二阶段，完整的工作模型（简称模型II），将充分满足模型II规范问题的进一步提高，包括最后的数据库设计的问题，数学公式，用户界面和报告。

模型II所有编码和发展将作为第二发展模式的基础。

新泽西理工学院将支持灰狗工作人员在他们的办公室采购实施的硬件和软件的采购在这个阶段。

第二阶段的成果包括：

■一个完整的数据库设计和预加工技术;

■最终混合整数集的规划处理技术;

■用户界面（初步版），包括交互式GIS制图;

■完整报告以表格形式;

■模型II及优化解决方案-现有灰狗网络;

■模型II开发和最佳的解决方案的演示;

■模型的培训二;

■中期验收测试结果的报告。

在第三阶段，在模型二的基础上将开发一个新的模型（简称模型三），模型三可以让灰狗模拟和优化航线网络，同时考虑到预先指定的担任路线和保留在优化航线网络中销售点的子集。

除了在RDM中可以产生输出（例如，最有利可图的总线频率）的友好的用户界面和模型控制系统将允许用户轻松设置模式输入（数据和参数），控制模型执行，显示的结果，在视觉和表格格式和评估系统，这些性能优化模型II及III。

第三阶段的成果将包括：

■陈述-模型III最优解;

■用户界面（最终版），包括模型控制交互式GIS制图;

■安装和模型III上灰狗系统的支持;

■模型三的试验;

■总结报告。

在项目的每个阶段，新泽西理工学院将提供项目管理软件和工作人员的努力成果。

灰狗将负责整个项目的管理并向SWIFT督导委员会汇报。

新泽西理工学院也将提供有关的文件数据库设计，前处理技术，配方模型，软件开发，报告格式，并在每个阶段的完成时做出相应的报告。

灰狗会负责创建一个文档库，储存所有文件，并将努力与新泽西理工学院在二期和三期年底发展用户指南。

2、解决方案

以下部分是对提议的解决方案进行详细的描述，所需资金，相关因素和时间表的总结。

■准备要求和责任;

■RDM的提出;

■数据要求，软件和硬件规格;

■建立可视化结果系统;

■服务概述;

■队伍结构;

■团队成员简介;

■灰狗的支持。

2.1准备需求和职责

新泽西理工学院的团队已经完成了最初的项目，在SWIFT的工作人员与项目合作提供的定义和规范中要要充分认识SWIFT的项目的需求，有待开发路线设计模（RDM）。

在“SWIFT项目的路线设计模型—问题定义和规范”（定义报告）的报告中对当前状况，解决方法，需求估计算法，优化成本和利润做出了一个全面的总结。

模型建立的可行性在一个没有执行数学计算优化的较小规模的路线网络中得到了充分的证明。

该小组还确定的有关软件和硬件在SWIFT项目中得到全面发展的需要和实施。

项目启动后，新泽西理工学院的团队将RDM的数学公式定义的初步研究进行的深入审查。

RDM将首先通过引入灰狗所提供的规模较小的航线网络的现实世界中数据进行开发，然后将被用于使用优化软件来优化网络选定的主题。

，调试过程合格后，将进行RDM网络的全面优化。

这一过程将帮助识别并修复最终模型在使用前所存在的潜在问题。

值得注意的是，新泽西理工学院的团队，在交通网络的专业知识建模，在信息技术领域中都有很强的背景。

这方面的专业知识在RDM项目中用于开发一个友好用户的可视化和显示分析建议解决方案的系统。

2.2RDM的提出

根据定义报告的描述，RDM的目标是实现利润的最大化（总收入减去巴士的运作和销售地点费用的总和），同时要考虑在给定的优化网络中的多商品流动变化的影响（例如，巴士频率，乘客和行李）。

因此，该模型考虑的目标函数是利润函数,包括总收入（R）的6个方面，流动运营资金（

），固定资产（

），固定运营成本（

），客户流罚款（

），巴士流罚款（

），公式如下：

Maximize

R-

-

-

-

-

该模型将被制定为一个整数线性规划（ILP）,它将包括四大组件

（1）模型参数,

（2）决策变量,（3）目标函数,和（4）报告中定义的约束定义。

2.3数据需求,软件和硬件规格

发展建立的模型，然后解决灰狗网络目前整个路线设计问题，这需要输入一套完整的数据作为优化的前提。

具体还需要软件和硬件。

在以下的章节中讨论这些问题：

■建议数据库设计模式;

■建议数据结构协调模型的输出;

■所需的计算机软件/算法;

■所需的计算机硬件。

建议数据库设计模式

数据结构的主要要求是，允许所有的数据访问和解析部分模型（投入，优化和输出）。

由于将要使用多个不同的要求的软件系统，在建模软件和报表软件之间，数据应保持在一个能够自动解析和数据输入和输出的ODBC兼容的系统中。

ODBC兼容系统在数据存储中有很大的优势。

所有专业的地理信息系统允许建立一个快速和方便的ODBC数据库。

这将减少数据库和地理信息系统的报告工具之间的开发方法于传递数据（输入或输出）的需要。

定义报告中详细介绍了两个独立的数据库结构，输入表（灰狗基础数据）和模型表（格式化输入和模型输出）。

建立的二级模型表能够使输入更容易，更直接的访问数据和参数的优化软件和报告模块，并保持输入数据的完整性。

RDM使用的所有数据都将创建成微软Access格式表。

如果数据库的大小超过Access的访问限制，数据库结构将升级到SQL服务器。

引发这次升级是因为由灰狗需要满足多个用户访问数据库或灰狗内部需要集成其他数据库的。

来决定是否在该项目的初始阶段将数据库服务平台升级到一个SQL服务器。

建立的数据结构来调节模型的输出

优化模型的输出应与前一节相同的数据结构中的概述保持一致。

创建的后处理模块能够从表中提取结果和生成遵守灰狗报告要求的报告。

报告将提供两种格式：

■表格-存储和保存的电子表格，

■地理信息系统–交互式的地图可以在涉及到地理条件的灰狗网络中显示。

表格报告是模型获得最佳解决方案的基础，所包含的性能措施是计算后处理模块。

性能措施的报告包括：

■全系统的利润;

■客户流性质的客户类型;

■满足所有客户类型O-D的要求;

■公共汽车流的信息;

■销售地点保持（或取消）的指示;

■销售收入的下降，按客户类型和O-D;

■负载系数（定义为产能过剩量），通过链接和总线类型;

■单位距离的总收入，单位距离的营运成本，单位距离的利润（这也可以计算路线区域或整个网络）;

■单位总线英里的总收入，单位总线英里的运营成本，单位公车英里的利润（这也可以计算路线区域或整个网络）;

除了性能措施的储存价值外，灰狗网络还需要包含所以元素的地理信息数据库（即节点代表销售地点，巴士站，车站，和公路链接处的节点）。

GIS软件引用增加的地理后处理模块用来显示模型的输入和输出。

输出的数据将包括在RDM的结果中，但有些限制：

（1）全球结果

利润总额

总收入

总客运收入

总货运收入

每路巴士的整体收入（RPM）

（2）O-D结果

未满足的要求-滞留的乘客和行李

服务的乘客人数

服务行李数

巴士运行频率

（3）链接结果

服务的乘客人数

服务的行李数

巴士运行频率

（4）区域道路结果

客运量（货）的收入

—O-D内的道路区域

—O-D外的道路区域

—O在道理区域内，D在道理区域外

—O在道路区域外，D在道路区域内

（5）乘客的人数（行李的件数）

—O-D内的道路区域

—O-D外的道路区域

—O在道理区域内，D在道理区域外

—O在道路区域外，D在道路区域内

乘客里程

巴士里程

负载

客座率

RPM（客运和货运）

收益（客运和货运）

巴士运行频率

利润

客流的浮动

在工作数据库中存储的数据将被ODBC连接的GIS应用程序直接访问。

所需的计算机软件/算法

新泽西理工学院项目组进行了现有优化软件的审查，能够解决路线设计问题。

审查的软件包括三个软件包：

一般代数建模系统（GAMS），CPLEX，LINGO。

经过初步审查，并在该项目的第一阶段测试所有三个软件包，新泽西理工学院队的建议用最近发布的LINGO9.0来解决的RDM的使用。

相比其他两个备选方案，LINGO能够在参数和解决方案数据库的接口让用户操作更简单，更方便，这是至关重要的成功制定和实施SWIFT项目的措施。

除了数据库和优化软件，以表格形式介绍的最终结果将需要一个电子表格应用程序，同时地理信息系统软件，将须出示地域代表性的模型结果。

新泽西理工学院团队建议使用微软的Excel电子表格应用程序，主要是因为自动化设计能力，人口都在使用VBA代码的应用程序表。

Excel的输出表的功能和连通性已通过测试并证明是生产高品质的表格报告最有效的简单替代。

对于地理信息系统软件，新泽西理工学院小组建议实施由ESRI开发的软件解决方案ArcGIS和ArcIMS。

ESRI公司是行业领先的地理信息系统软件平台。

ArcGIS是基于桌面系统的地理信息系统方案，能创建和操纵地理信息系统数据库，以及很多GIS的分析工具和技术的阵列，其中包括专题制图和空间分析。

ArcIMS是网络版的ArcGIS，安装在服务器上（无论是Intranet或Internet），并通过使用桌面工作站访问互联网浏览器。

建立的安全协议，仅允许用户用于访问该系统。

虽然测试没有用作为这个项目一部分的这个软件进行，新泽西理工学院团队为其他客户已经部署了ArcIMS的系统，并有信心它将提供一个很好的工具来添加地理参照组件的输出结果。

路线设计问题的最佳解决方案能够可以显示和分析地理条件。

这两个软件包也能够接受脚本语言的传统表和数字类型的报告。

ArcIMS的优势在于它能减少每个用户终端的软件需要。

可以设计一个基于网络的界面来显示GIS信息，最终用户只需要有一个网络浏览器。

该系统能够使用户进行简单而有效的数据查询。

ArcSDE支持的系统可以在关系数据库中有效地存储GIS信息，这使得在管理不同的数据源时更有效。

该系统可用于直接连接到模型的输出数据库，从而降低转换为另一种格式的数据所需的时间。

它也可以用来形象地显示客流，班次，及其他性能的措施。

该系统能最终能够用地理信息系统接口让客户查看和规划他们的旅行得到进一步加强，从而改善顾客的旅游体验。

所需的计算机硬件

鉴于最终网络的规模和建立优化模型的复杂性，以及地理信息系统需要安装的软件和优化模型结合的运用，建议计算机在实施优化模型的分配时应满足以下最低要求：

■MicrosoftWindows2000或更高版本的操作系统;

■CPU800MHz与256+MB的RAM;

■Web服务器（IIS或Apache）（ArcIMS的Web应用程序）;

■Servlet引擎（Tomcat，ServletExec，或类似）（ArcIMS应用）。

2.4系统模型的实现

从数据输入到模型结果报告的输出需要几个必须的步骤，这是一个模型的过程控制和用户界面所必须部署的。

这个必要是为了管理整个项目的数据流量，并保持数据的完整性，能控制数据集和模型参数的改变，建立标准化的报告，并报告错误或在这个过程中的警告。

图1显示了整体模式控制架构的设计。

前处理优化后处理

图1：

模型控制的架构和数据流设计

前处理

前处理阶段包括一系列数据库查询（如前面章节所述）来进行基本输入到一个更大的灰狗表（输入数据集）的表集中控制数据格式更有利于解决LINGO的求解需要（模型集）。

这个转换过程中要尽量保持原始输入数据集的完整性和内存大小，并为存储优化模型结果表做准备。

为了更好的优化数据模型，在全球或路由区上定义的许多数据元素需要重复阵列标注一个更大的尺寸（例如链接的数量，O-D对数量，等等）。

同时在优化模型链外的数据时，（即需要灰狗员工/需要从现有的数据中提取数据库）新泽西理工学院团队认为这是更好地优化模型处理，以创建一个更完整的数据提取和位置转换的过程。

在项目的初始定稿阶段，从灰狗的现有数据库向RDM提供数据库的设计和方法。

除了数据重新整理，还必须执行例行检查被传递到模型的网络（链路，节点，和连接）交付模型，并确定每个O-D需求对的最短路径和距离。

这些计算结果将被用于判断道路乘客和行李是否送达（即服务的弹性阈值是否超出）。

最后，用户必须为即将到来的模型运行设置系统参数。

这些用户输入参数包括系统服务因素的弹性阈值，全球每巴士公里成本（四轮成本），以及部分网络优化/模拟结果的值，站与站（节点）保持开放或封闭的时间值，道路区域被列入或废弃等，这些值将通过基于GIS的接口和通过一个分批处理控制过程这两种可能的方式来表达。

首先，接口将发展到允许用户通过一系列对话框和地理信息系统的选择工具来改变这些值。

地理信息系统的选择工具将允许用户通过GIS制图接口的链路和节点来选择地域。

例如，一个用户可以用手在地图上绘制形状来选择该优化模型的地区，用户也可以单独选择服务站。

除了提供地域的选择工具，也将提供根据数据值和设置参数来选择节点和链接的数据查询工具。

例如，用户可以查询所有站点的乘客运送能力和费用。

除了允许设置输入参数，地理信息系统接口还能将接收输入数据集，并允许用户以图形方式选择和修改的基本输入数据值。

第二，人机交互界面将创建一个分批处理过程，让所有的输入参数要提前为多个或更多的控制运行。

用户将能够提供一系列基于ASCII的文本文件来定义将要运行的模式的输入参数。

多种文件集可以由用户提前运行和一系列替代方案可以在无需用户手动控制模式运行的情况在启动运行。

前处理阶段完成后，优化模型集交给LINGO机构来确定最佳的解决方案。

后处理

模型优化结束后，对模型输出巴士频率和乘客和行李量进行一系列数据库计算和查询，从而在在链路层级别的信息中得到更多总结。

此外，输出数据用来总结道路区域，具体的O-D和全球的网络水平。

计算结果输出后，用户可以从输出报告中选择一系列的数据，报告将创建为MicrosoftExcel的格式，能够快速查看和打印关于概述了网络性能的措施的表格报告。

创建的即时报告（例如，用户定义模型输出的计算）也将纳入在报告模块中。

此外，地理信息系统接口将以表格输出的形式显示一系列专题地图的结果。

这种互动映射的结果，允许用户围绕学习网络模型详细的检查结果，并在一个大型网络的广泛粗略地看一眼。

模型输出的所有汇总都可以在GIS地图上互动。

以一个专题地图做为例子，从小案例中研究得到的数据叫作“ToyProblem”，如图2所示，在图中显示了当所有的乘客在现有的巴士网络中选择最短的路程时每个巴士每英里的收入。

图2路线区域内每巴士每英里的收入

2.5服务概况的提出和预期成果

在项目目标会议上，新泽西理工学院团队在建立最初的项目开发的定义和规范中提出了一个三阶段模型开发过程。

模型将优化灰狗现有的网络，销售地点，终端转移能力和服务频率，以产生一套在此约束条件下的最盈利的系统。

模式也具有是灵活性和适应性，以满足服务，调度，需求和资源的变化。

这对于灰狗的策划，运营商和调度是非常有利的，将用于比如在投资分配的问题中以提高决策过程。

具体来说，模型的提出有以下几方面的好处：

■优化现有的网络和服务;

■简化现有的网络和服务;

■调整服务结构策略;

■提高系统的性能，生产力和效率;

■提高服务质量；

■规划新的/或修改现有的公交线路;

■整顿巴士服务;

■通过降低经营成本增加收入，增加利润。

模型实现的预期成果能使灰狗：

■确定消除销售地点的影响和/或从路线区域到没有没优化的整个网络;

■制定航线中乘客和包裹的优化组合，实现灰狗的最大化利润;

■扩展的优化模型，允许用户选择一条永久保存的路线;

■显示优化前后的结果。

2.6从灰狗得到的支持

为了开发的解决方案实现高标准的质量，新泽西理工学院的团队于SWIFT项目组的员工一起来校准模型那个的定义和规范，包括适用于目标函数的参数和参数的限制。

为了保持新泽西理工学院和灰狗团队之间便利的信息交流和合作，我们建议在得克萨斯州达拉斯的灰狗办公室举行四次会议。

第一次会议是一个开题会议，其他三次会议将在模型的每个发展阶段完成后举行。

每个模型的结果和模型运行的基本教程一起提交。

为了满足项目成果，新泽西理工学院队请求狗及时提交获奖项目的数据。

数据包括：

■现有的模型/或预计客运起讫点（O-D值）人次;

■现有的模型和/或预计行李（O-D）次;

■现有的航线网络（包括停止和转移地点，出行距离/次）;

■确定服务的最低标准水平;

■转让和时间在数量上的限制;

■巴士车队的组成和座位;

■当前灰狗巴士的运行规则；

■旅客的行程和行李的路况信息;

■当前的票价;

■模型目前使用的成本核算（如巴士每英里，巴士每小时，巴士，销售站点等指标）;

■保持销售地点和路线区域间的费用。

这是在定义报告中至关重要的数据。

以上的部分是从1页到17页（第二章完）的翻译

以下是从32页的PhaseIII–Simulation,Simplification,andOptimization（ModelIII）到完

第三阶段——模拟,简化和优化（模型III）

在第三阶段,模型二世将得到改进,开发一个新的模型称为模型三世。

模型允许灰狗模拟和优化航线网络，同时考虑一个预先指定的子集的路线和销售地点，应当保留在优化航线网络。

除了输出（即最有利可图的总线频率）可以生成模型，一个用户友好的图形化模型控制接口将开发作为模型三帮助运行模式的一部分，可视化的结果，优化和评估系统的性能。

这一阶段提出的实现发展模式有五个任务，第三阶段的持续时间是四个月。

任务III-1-问题识别

在这项任务中，在新泽西理工队将与灰狗确定问题或应进行调查和处理的第三阶段模型的有关发展模式，。

在这项任务中努力程度和问题的数量得到解决将会受到时间的限制（即这个任务应该不会引起任何延长项目期限超过计划时间表）。

潜力进行分析可能包括，但不限于评价消除销售地点和研究网络路线区的影响。

项目成果：

备忘录确定项目/问题的模型，并确定那些在发展模型三的事项。

任务III-2-场景设计

评价所确定要点或问题影响的方案在依据任务III-1调查结果的基础上将被发展。

这将包括确定变量和/或必要的参数，产生显着差异与替代发展网络。

新泽西理工发展情况将被灰狗批准。

该方案将被用于下面的任务（任务iii-3）分析模型中，新泽西理工协调与灰狗团队成员关系，将在任务iii-4中衡量变化的模型输出情景。

项目成果：

备忘录概述了设计批准的情景分析。

任务III-3-网络简化&模型重置

新泽西理工大学的团队将与灰狗人员共同致力于网络简化项目。

一般而言，第二阶段的结果建议一定程度的网络简化（如果需要）。

在这个任务中,更多的功能将被嵌入到模型三世增加模型的能力来处理各种各样的问题,如规范的维持/或下降的销售地点和路线区。

实现强制关闭和废弃的服务对于模型二世将会相对简单。

更有挑战性的任务是使模型应用通用标准和政策指导方针,选择那些销售地点和要删除的链接。

因此,新的参数将需要灰狗开发人员的帮助下完成。

这将反过来需要修改现有的或创建新的决策变量和性能的措施。

如果需要,目标函数和约束也将被修改，发展模式三也将包括修改的术语和语言代码开发模式。

现有的灰狗网络将被用于测试模式三的有效性和合理性。

灰狗团队的反馈将被用于提炼和微调的模型三世。

项目成果:

模型III（从模型二世增强）。

任务III-4–仿真和重新优化

在第二阶段通过测试模型一旦获得信心，新泽西理工团队将开始与实施大规模的应用模式三。

现实世界国家网络问题的困难事实是，在这样一个大网络望而却步时手动发电的替代解决方案几乎是不可能的。

所产生模型的解决方案可靠度的验证需要利用自动化流程和依托灰狗的专业人员。

一个解决方案的检查和修改模型的迭代过程将需要确保模式三的有效性。

一个解决方案的获得可以通过真实世界的问题来运行模式III，将被用来定义路由区,永久关闭销售地点和删除考虑到的链接。

通过自动程序估计在任何给定的性能测试的子集的链接。

这些评估将有助于新泽西理工大学开发团队以及灰狗团队获得更多性质的见解,为进一步改进解决方案模型提出某些建议。

解决方案的可视化实施将利用地理信息系统和用户界面。

可交付成果:

模型三&最优解。

用户界面和模型控制系统（最终版本）

任务III-5——演示、安装、培训、支持和最终报告

这项任务包括正式介绍模型三及灰狗员工和模三在灰狗电脑的安装过程。

任务还包括培训灰狗员工来运行模式三，和随后员工的经营模式和灰狗运行情况的支持。

培训让用户能够识别和分析灰狗模型和其他传统方法之间所产生的的差异信息。

新泽西理工帮助编写培训教材，网络，介绍等，这些事项需要灰狗员工在培训会议中说明。

模型II和III的最终报告应用于包括一个用户手册,实现结果讨论的灰狗系统,。

在灰狗员工的指导下，新泽西理工大学提供适当的信息、数据、地图和用户手册书面部分以及结果报告。

可交付成果:

•介绍–模型和最优解。

•安装和支持模型三灰狗系统。

•训练。

•期末报告。

4，定价总结

新泽西理工队将发货灰狗系统给所有演出服务。

发票要有相应的印迹，在可能的情况下，包括新泽西理工税务识别号码和地址，付款将被邮寄。

所有费用和开支将被设置在合理的细节