動態即時派遣營運模式

問題描述

本研究所要處理的問題層面，主要是在探討當監控中心可完全掌握所有車隊 之動態資訊(如即時車輛位置資訊、即時車輛之容量資訊、車輛行駛時間紀錄、

車輛異常資訊等)之情況下，監控中心如何能夠有效利用這些動態資訊，來快速 回應旅客旅次之需求，並且降低系統整體的成本。因此，本研究將以行駛中的「動 態車隊資源」為問題中心，試圖藉由模式演算法之建構，去開發此一因新科技導 入營運車隊而獲得的新資源。

由於本研究所著重的焦點為動態車隊資源之配置調度，因此初始之靜態車輛 排程將視為已知條件，僅針對即時產生之旅次需求去改變動態車輛排程，系統狀 態之改變可由一簡單範例呈現，如圖 3.4 至圖 3.6 所示。

圖 3.4 IMTS 設計路網圖

圖 3.5 t=a₁時各站牌所累積的旅次需求量示意圖

圖 3.6 t=a₁時動態派車示意圖

圖 3.4 所示為本研究設計之 IMTS 行駛路網圖，包括主要幹線(藍線S₁~S₁₁

站)，接駁路線(綠線 1~5、橘線 A~D)等多種路線。其中藍線場站設置如同捷運，

採取每站皆停的策略，擁有特定軌道、專用路權；接駁繞徑路線(綠、橘線)，例 如綠 1 主要為進入第 1 區進行繞徑收集乘客(似公車繞徑 pickup)，結束繞徑後進 入主線讓旅客下車(delivery)；其餘接駁路線同理類推。此路線設計概念主要是想 利用多模運具特殊的行車特性，讓市區道路上車的乘客直接於主線的場站下車，

減少一次轉乘，節省旅行時間，增加大眾運輸系統的效益。

而圖 3.5 則表示t=a₁時，各站牌從上一時階t=t₀起累積至此瞬間的旅客需求 量，吾人以旅客需求位置圖來表示，聚集的人越多則表示該時刻的需求量越大。

從示意圖中可以很明顯的觀察出S₂站、S₁₁站及第 1 區的旅客需求量頗大，在經 過我們「IMTS 動態即時派遣模組」的運算之後，即可在當下決定合適的派車策 略，以即時反應旅客需求進行派車服務，減少旅客停等時間，同時也可縮減營運 成本。

圖 3.6 表示在t=a₁時，透過「IMTS 動態即時派遣模組」的運算之後，所決 定派遣服務路線的車輛示意圖。從圖中觀察得知，由於第 1 區及S₇站的旅客需 求量過大，我們可以指派 IMTS 車輛以車隊(platoon)的方式進行載客服務，其餘 派車策略即為一般的單車輛派車服務，但必要時亦可再合併(merge)成車隊行 駛，充分利用到多模運具在運作上的優點，提升整體系統服務績效。

本模式架構之完整流程如圖 3.7 所示，圖中的上半部分為動態即時派遣模式 的決策流程，而下半部則是車輛載送旅客繞徑排程之流程示意圖。透過 IMTS 動 態即時派遣模式，可計算出每個決策點之車輛成本增量、上一時階末累積至此一 時階的尚未服務旅客之總等待時間，將利用上述計算式發展出適合評估當前最適 派遣路線的評估指標，進行動態即時派遣。

在計算出特定路線的當前「車輛成本增量」成本後，必須將該值與一成本增 量門檻值η作比較，若該解小於η，則將此旅次需求進入模式的第二部份，也就 是「乘客屬性指標辨別模組」，此階段主要是藉由分析乘客旅次屬性的資料，來

進行「乘客需求指標評估」及「乘客總旅行時間指標評估」，決定由何種路線車 輛來服務此時階的新需求，即時處理各種旅次需求。反之若該解的結果超過η， 便判斷是否以達到政策派車標準(旅客等候時間已過久)，若是，則進入「乘客屬 性指標辨別模組」，決定派車策略；若否，則等待到下一決策時間點再進行決策。

圖 3.7 動態即時派遣系統架構示意圖

即時旅次需求產生

動態即時派遣模組

成本增量值 低於門檻值

乘客需求 評估指標 成本增量值

高於門檻值

乘客屬性指標辨別模組

靜態/初始車輛 繞徑排程

依排定路徑服務 各旅客

即時動態派車 策略

+1

= t t

是否服務完成 NO

YES

返回 場站 是否完成

所有旅客 NO 載送服務

YES 結束工作

下一決策時間點 再進行決策

乘客總旅 行時間 評估指標

是否超過 營運時間 NO

YES 是否達到政策派車標準 (旅客等候時間過久)

YES

NO

數學模式

由前述 3.2 節所示模式，分別再對(1)車輛成本增量、(2)尚未服務旅客之總等 待時間提出計算公式。

(1)車輛成本增量

我們考慮每一時階可能派遣車輛的車輛營運成本，定義r_ij ^∈{ }^0,1 ，i表示主線 上的站名，i=S₁,S₂,_LS₁₁,_L；j表示車輛繞徑的區域， j=1,2,3,4,5,A,B,C,D。舉例 來說 ₁₁

1 =

rS 表示從車站S₁派出車輛繞徑區域 1； ₀

7B=

rS 表示從車站S₇往繞徑區域 B 並不派出車輛。我們可以由下列數學式計算出各路線的車輛派遣成本增量。

ij r

oa E r

C ij = ij × (式 3.22) 其中，

rij

E ：車輛單位營運成本（元）(車站 i 至區域 j)

r ：為 0 或 1 的二元變數 ij

(2)尚未服務旅客之總等待時間

我們在計算旅客等待時間時，將考慮上一時階末累積至此一時階的尚未服務 旅客之總等待時間。圖 3.8 所表示的是從上一時階末(發車後才到的旅客)至下一 時階發車點的旅客等待時間函數圖。我們可以下列數學式表示之。

( )

∑

×

−

= t

m

mr m

w_rij t t Q _ij

T

0

(式 3.23)

其中，

rij

Tw ：t 時段內，尚未服務旅客總等待時間

rij

Qm ：t_m時，路線r_ij的旅客到達量

圖 3.8 旅客等待時間函數圖

派遣策略評估指標

在此動態即時派遣營運模式中，我們必須訂定一些評估指標，供模式運算 後，決定營運策略時參考。我們訂定的指標如下：(1)成本增量門檻值(2)乘客總 旅行時間評估指標(3)乘客需求評估指標(4)動態營運路線派遣決策指標。

(1)成本增量門檻值

我們在考慮此決策時間點是否應該派出 IMTS 車輛進行服務時，首先會考慮 此時間點，該行駛路線上在時間t_m時累積的旅客數有多少？以及在時間t_m時，

待服務旅客的排隊長度有多長？在營運者的角度來看，當然希望旅客數夠多，才 能收取足夠的票價；在使用者的角度來看，總是不希望等候成本過高。因此我們 定義一成本增量門檻值η，其為收取票價及乘客等候時間成本的總和，可以下列 數學式表之。

∫

× +

×

= ^m

m

t w t

m q t dt

u b

1

) α (

η (式 3.24) t

waiting time

t0 t₁ t₂ t_m

其中，

接著，我們定義乘客總旅行時間評估指標θ(式 3.28)，當「特定路線的總旅

(4) 動態營運路線派遣決策指標

(3)每日各路線的乘客服務率(