演算法測試內容

在演算法測試內容中，首先將說明本研究利用螞蟻演算法求解客運業車輛人 員排班問題，並設計一自動化求解之人機介面其中可提供之功能，後針對求解演 算法進行不同求解方案之設計，並提出適當評估準則以用於衡量求解結果之品質。

4.2.1 人機介面功能介紹

研究中所使用之電腦規格如下：CPU 的規格為 Intel Core 2 Duo E6550 2.33GHz 處理器，1G 記憶體，系統作業平台為 Windows XP Professional，編譯器 為Microsoft Visual C＃.net，在此軟硬體環境下自行撰寫之程式語言進行演算法之 求解。

圖4.7 為自動化求解之人機介面，其中包含下列幾項功能：

一、 可選擇排班過程中，班次與班次間是否可利用空駛班次進行銜接。

二、 目標式設定，本研究考慮勤務數、空駛時間、超時時間，以及車輛閒置 時間等成本加以計算。

三、 基本限制設定，可由使用者自行輸入車輛司機員最大工作時間上限值、

勤務開始之前置時間與勤務結束後之整備時間、班次與班次間銜接之休 息時間，以及司機員中退時間。

四、 螞蟻演算法參數設定，包含：費洛蒙濃度指數、空駛時間指數、車輛閒 置時間指數、螞蟻數量、程式演算迭代次數、費洛蒙揮發參數以及轉換 模式參數。

五、 產出結果包含：場站與路線數量、勤務數、勤務時間標準差、總超時時 間、空駛個數與總空駛時間以及程式求解時間。

六、 使用者可選擇單純以螞蟻演算法進行問題之求解，或者利用螞蟻演算法 結合插入法、交換法以及重組法等不同的區域搜尋法，並依不同順序來 求解車輛人員排班問題。

七、 有鑑於業者節省成本之方法，因此特別設計一功能讓使用者於裁撤場站 或路線後，仍能順利執行本研究所設計之演算法。

圖4.7 車輛人員自動化排班之使用者介面 4.2.2 測試方案內容

為測試執行不同演算法之先後順序差異是否對於求解結果產生影響，因此將 螞蟻演算法與三種區域搜尋法進行排列組合，共產生十六種不同的求解方案，藉 以了解各種求解策略對客運業車輛人員排班目標值與求解時間之影響。其中螞蟻 演算法係根據轉換規則進行機率選擇班次銜接，藉由機率選擇來提高班次銜接可 能性；此外，根據排班規則亦可將班次銜接過程設定為班次間是否得以使用空駛 班次進行銜接，因此本研究更設計班次銜接中使用空駛班次與不使用空駛班次等 兩種建構車輛勤務方式，透過演算法求解後，測試空駛班次對求解品質之改善程 度為何。至於設計區域搜尋法之勤務間交換法則為了降低勤務時間標準差，班次 間插入與班次重組皆是期望能減少勤務數量並使勤務成本達到最大效益。

一、螞蟻演算法結合不同區域搜尋法

除了進行螞蟻演算法對於求解實務車輛人員排班問題之正確性與效率測 試外，本研究更提出了三種不同之區域搜尋包含：班次間插入法、勤務間交 換法及班次重組法，用以彌補巨集啟發式演算法求解搜尋深度不足之缺點。

而列舉出不同方案如表4.1 所示，共計十六種螞蟻演算法與區域搜尋之排列 組合，針對實務問題進行求解，進而了解不同演算法及執行之先後順序隊求

解結果之影響。

其方案說明如下，而表 4.2 內之數字代表其執行之先後順序，依序為數 字由小至大：

方案1：使用螞蟻演算法進行建構勤務工作。

方案2：使用螞蟻演算法結合勤務間交換法進行建構勤務工作。

方案3：使用螞蟻演算法結合班次間插入法進行建構勤務工作。

方案4：使用螞蟻演算法結合班次重組法進行建構勤務工作。

方案 5：使用螞蟻演算法與勤務間交換法，再結合班次間插入法後，進 行建構勤務工作。

方案 6：使用螞蟻演算法與勤務間交換法，再結合班次重組法後，進行 建構勤務工作。

方案 7：使用螞蟻演算法與班次間插入法，再結合勤務間交換法後，進 行建構勤務工作。

方案 8：使用螞蟻演算法與班次間插入法，再結合班次重組法後，進行 建構勤務工作。

方案 9：使用螞蟻演算法與班次重組法，再結合勤務間交換法後，進行 建構勤務工作。

方案10：使用螞蟻演算法與班次重組法，再結合班次間插入法後，進行 建構勤務工作。

方案11：使用螞蟻演算法與勤務間交換法、班次間插入法，再結合班次 重組法後，進行建構勤務工作。

方案12：使用螞蟻演算法與勤務間交換法、班次重組法，再結合班次間 插入法後，進行建構勤務工作。

方案13：使用螞蟻演算法與班次間插入法、班次重組法，再結合勤務間 交換法後，進行建構勤務工作。

方案14：使用螞蟻演算法與班次間插入法、勤務間交換法，再結合班次 重組法後，進行建構勤務工作。

方案15：使用螞蟻演算法與班次重組法、勤務間交換法，再結合班次間 插入法後，進行建構勤務工作。

方案16：使用螞蟻演算法與班次重組法、班次間插入法，再結合勤務間 交換法後，進行建構勤務工作。

表4.2 測試方案彙整表

方法

方案 螞蟻 交換 插入 重組

1 Ant 1 - - -

2 Ant - S 1 2 - -

3 Ant - I 1 - 2 -

4 Ant - R 1 - - 2

5 Ant - SI 1 2 3 -

6 Ant - SR 1 2 - 3

7 Ant - IS 1 3 2 -

8 Ant - IR 1 - 2 3

9 Ant - RS 1 3 - 2

10 Ant - RI 1 - 3 2 11 Ant - SIR 1 2 3 4 12 Ant - SRI 1 2 4 3 13 Ant - IRS 1 4 2 3 14 Ant - ISR 1 3 2 4 15 Ant - RSI 1 3 4 2 16 Ant - RIS 1 4 3 2

二、班次銜接過程中是否使用空駛班次進行銜接

過去的排班作業方式大部分係將多場站車輛人員排班問題簡化為單場站 之型態進行排班，因此並無將空駛班次納入車輛人員勤務中；但近年來藉由 學術研究及實務上對於車輛人員排班作業之改進，已多將空駛機制納入公路 汽車客運車輛人員排班作業中，期望能利用空駛班次來提高班次間銜接之可 能性，然而空駛班次畢竟需耗費額外的人員及油耗成本，並且容易使乘客對 客運業者造成心理層面上的影響，因此本研究研提兩種方案進行空駛班次相 關測試分析，其方案一為 DH，於演算法產製車輛勤務時，將空駛班次加入 班次銜接過程中以及勤務結束時透過空駛機制使車輛得以返回原發車場站；

另一方案為NDH，僅於勤務結束時加入空駛班次，以滿足收發車同站之排班 規則。

根據參數敏感度分析結果，本研究所使用螞蟻演算法用於求解車輛排班問題 之相關參數設定如下：

一、 迭代次數(G)：5000 代 二、 費洛蒙濃度指數(α)：3 三、 空駛時間指數(β)：1 四、 車輛閒置時間指數(γ)：5 五、 費洛蒙揮發參數(ρ)：0.9

六、 轉換模式參數(q0)：0.1 七、 螞蟻隻數(a)：100 4.2.3 求解結果評估指標

為評估螞蟻演算法應用於客運車輛人員排班問題所求得勤務工作之優劣性，

本研究選擇評估指標之重要性排序如下，依次為：勤務數、空駛時間、超時工作 時間、勤務時間標準差等四項評估指標，評估指標定義如下：

一、 勤務數：由於車輛購置成本遠大於營運成本，因此對於車輛勤務數之權 重必須在衡量其他標準之上。

二、 空駛時間：車輛空駛的過程屬於無營收時間，且仍需負擔油耗等營運成 本，因此在非必要情況下，盡量避免車輛產生空駛的狀況；然適當的空 駛得以幫助起迄非同站之班次進行銜接，因此仍可允許空駛班次產生。

三、 超時工作時間：人員之工作時間超過法定工時限制8 小時候，其薪資乘 數亦產生變動，將導致人員薪資成本增加；然適當的超時工作時間可有 助於減少車輛勤務數量，因此在車輛數與超時工時之權衡下，仍應以車 輛數為主。

四、 勤務時間標準差：基於人員工作之公平性原則，期望所得各勤務之勤務 時間長度差異不要過大，以維持各員工之工作量均等。