一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统

1.本发明涉及公共交通管理系统技术领域，具体为一种共享巴士动态服务调度的智能交通管理系统，本发明还提供了该系统的使用方法。


背景技术：

2.近几年来，随着全球经济的快速发展，在“碳达峰、碳中和”目标的推动下，共享巴士作为一种新型的交通方式顺应共享经济的时代浪潮逐渐进入大众的视野，受到大家的关注和青睐。共享巴士相比于传统公交具有乘坐舒适的优点，相比于自驾、共享汽车具有省钱省心省力的优点。
3.但是目前市面上关于共享巴士的管理系统比较少，有的话大多都集中在车辆及人员的管理方面，很少集中在巴士调度及线路规划上，更没有一款软件系统可以在保证共享巴士公司的运营成本和出行乘客的等待时间下，为巴士提供相应的路线规划和调度方案。为了推进共享巴士的发展及其应用，市场迫切需要一款软件系统来实现为共享巴士公司提供巴士调度及线路规划方案的同时，能兼顾到公司的运营成本和乘客的出行体验。
4.cn111127936a，一种共享巴士的动态车辆调度和线路规划方法，抽象实际公交公司的运营成本以及乘客的出行体验并建立多目标优化模型；根据共享巴士的真实应用区域以及道路网路提取适合共享巴士运行的交通拓扑；基于提取的交通拓扑利用改进的局部搜索算法生成共享巴士的候选线路集；设计离线算法解决具有相似客流规律应用场景的共享巴士调度和线路规划问题；设计在线算法解决具有动态、实时客流的应用场景的共享巴士调度和线路规划问题。本发明提供了共享巴士的动态调度和线路规划新方法，真正解决共享巴士公司面临的运营成本和乘客出行体验之间的矛盾，为共享巴士公司的车辆调度和线路规划提供一种新的有效方案。
5.以上专利中的方法并不能直接为现实中的共享巴士公司提供巴士调度和线路规划的方案，对于普通的巴士公司员工来说无法直接进行使用、可操作性弱、存在技术门槛较高的问题。基于以上困难，本专利基于以上方法实现了一款基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，该系统是前后端分离进行开发的，具有可视化的操作界面，对于使用的巴士公司员工来说上手容易、可操作性极强，能过有效提高共享巴士公司对于巴士的调度管理能力，相较于以上专利的算法方案更具有现实实践意义。


技术实现要素：

6.本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统。本发明的技术方案如下：
7.一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其包括订单管理模块、算法执行模块、运营监控管理模块、巴士信息管理模块、数据可视化模块、用户管理模块，其中
8.所述订单管理模块用于对于乘客订单进行管理，包括动态获取订单、动态提示新订单信息，动态更新订单状态及列表、查看全部订单信息、修改订单信息和删除订单信息；
9.所述算法执行模块用于分析处理订单数据并结合共享巴士公司的交通拓扑得到共享巴士的路线规划和车辆调度信息，对交通拓扑进行优化，求解候选线路集，用于保证乘客的等待时间前提下，调度最少的巴士数量且行驶最短的路线服务所有乘客，并限定巴士的座位利用率以保证乘客的出行体验；
10.所述运营监控管理模块用于用户控制并显示共享巴士服务乘客订单的整个过程；
11.所述巴士信息管理模块用于显示算法调度后的巴士运行信息；
12.所述数据可视化模块用于将站点、巴士和乘客订单在内的数据信息以图表形式可视化展示；
13.所述用户管理模块用于对账号进行管理，包括邮箱登陆注册模块、邮箱找回密码模块、个人信息修改模块。
14.进一步的，所述智能交通管理系统的架构以spring boot2.x+vue2.x为主，结合python实现的flask框架组成，java技术实现后端的数据处理、条件选择及提供接口服务，vue实现前端巴士及订单数据的展示和调用接口的功能， python技术主要实现算法执行模块。
15.进一步的，所述订单管理模块包括，动态获取订单信息模块、动态提示新订单消息模块、动态更新订单状态模块、动态更新订单列表模块、查看全部订单信息模块、修改订单信息模块、删除订单信息模块；
16.所述动态获取订单信息模块用于用户选择订单数据集的日期并点击运营监控管理模块的开始后，系统后端动态地自动获取实时订单信息；
17.所述动态提示新订单消息模块用于系统获取到订单信息后会以弹消息提示窗的形式进行提示；
18.所述动态更新订单状态模块用于系统自动识别订单处理状态进行更新，订单有已处理、正在处理、未处理三种状态；
19.所述动态更新订单列表模块用于系统动态更新运营监控过程显示的不同类别订单列表；
20.所述查看全部订单信息模块用于系统向用户展示当前数据集下的全部订单信息；
21.所述修改订单信息模块用于用户修改当前数据集下的某一条订单信息；
22.所述删除订单信息模块用于用户删除当前数据集下的某一条订单信息。
23.进一步的，所述算法执行模块包括，交通拓扑优化模块、求解候选线路集模块、在线算法模块、选择日期得到算法结果模块；
24.所述交通拓扑优化模块用于考虑历史客流、站点间路段长度以及历史乘客在站点的等待时间，将真实共享巴士公司站点交通拓扑，优化得到适合共享巴士运行的交通拓扑；
25.所述求解候选线路集模块用于基于优化后的交通拓扑利用改进的局部搜索算法求解问题模型得到生成候选线路集；
26.所述在线算法模块用于解决具有动态、实时客流的应用场景的共享巴士调度和线路规划问题；
27.所述选择日期得到算法结果模块用于用户选择数据集中的日期后，系统后端调用在线算法得到算法结果——“巴士调度和线路规划”方案。
28.进一步的，所述交通拓扑优化模块用于考虑历史客流、站点间路段长度以及历史
乘客在站点的等待时间，将真实共享巴士公司站点交通拓扑，优化得到适合共享巴士运行的交通拓扑，包括以下步骤：
29.根据真实交通情况将共享巴士交通网络提取成有向网络图；
30.得到有向网络图后，如果有向图中存在真实交通情况下两个站点之间巴士无法直接抵达或者线路过长且能够被其他线路替换的情况，则将有向图中对应站点之间的边删掉；
31.基于处理后的有向图，根据历史订单数据集并利用ford
–
fulkerson算法计算时间网络最大流和乘客网络最大流，继而确定时间网络流和乘客网络流的最小值，其中时间网络流t
f,e
和乘客网络流p
f,e
均低于时间网络流和乘客网络流的最小值的边是交通线路中不重要的，有向图中对应的边将被删掉。其中，时间网络流t
f,e
和乘客网络流p
f,e
定义如下：
[0032][0033]
公式中的e《u,v》d是站点u和站点v之间的路段长度，γ和ζ是基于历史订单数据集利用熵值法得到的，为历史订单数据集中乘客在该站点的平均等待时间，为历史订单数据集中乘客在该站点的最大等待时间，是历史订单数据集中每天在该站点上车的平均乘客数量；
[0034]
利用改进的深度优先搜索算法基于上一步处理后的有向图得到图中的环路，并逐一遍历环路，将不存在始发站的环路中的出度或入度最大的节点对应的边删除掉，以此来完成去除环路的操作，最后得到优化后的适合巴士运行的交通拓扑。
[0035]
进一步的，所述求解候选线路集模块用于基于优化后的交通拓扑利用改进的局部搜索算法求解问题模型得到生成候选线路集；
[0036]
问题模型为最小化共享巴士数量和最小化每个乘客的平均线路长度，其定义如下：
[0037][0038]
公式中的|pv(φ)|为共享巴士在站点v接走的乘客数，φ
p
为共享巴士服务的乘客总数，δ
uv
是一个二元变量，表示有向图中站点u和v之间是否存在边，φd为线路长度，最小化线路长度φd和最大化共享巴士服务的乘客总数φ
p
与最小化每个乘客的平均线路长度φ
dp
是等价关系。其中约束条件有：保证至少有一辆共享巴士运行来服务乘客；δ
uv
∈{0,1}；∈{0,1}；保证线路中的站点的入度、出度均为 1；保证线路长度不能超过其最大值d
max
；；保证线路中不存在环路；；保证巴士的座位利用率不超过上限用率不超过上限用率不超过上限保证乘客的平均候车时间不超
过阈值
[0039]
根据问题模型，采用改进后的局部搜索算法进行求解以得到候选线路集合，其中算法求解步骤如下：
[0040]
首先为最先驶入站点的巴士选择一下行驶站点以进行线路规划，选择方案有以下三种：
①
基于存储了历史最佳站点选择信息的历史经验库，根据经验学习机制进行下一最佳站点的选择；
②
基于一定的随机概率，根据随机选择机制从候选的站点中随机选择出下一站点；
③
根据某一站点的惩罚函数根据某一站点的惩罚函数的定义，选择惩罚最小的一个站点作为最佳下一站点；
[0041]
其次在车辆调度方面，有正在运行的巴士队列和可用巴士队列。如果某站点的乘客平均等待时间超过阈值就需要增加一辆巴士，增加巴士需要优先从可用巴士队列中选取；如果巴士达到终点站，该巴士将会从正在运行的巴士队列中删除，并将该巴士添加到可用巴士队列当中，并且保存该巴士的行驶线路和发车时间；如果巴士的座位利用率达到阈值，设定该巴士在后续的线路中不可以服务乘客。
[0042]
进一步的，所述在线算法模块用于解决具有动态、实时客流的应用场景的共享巴士调度和线路规划问题；
[0043]
车辆调度方面，有正在运行的巴士队列、可用的巴士队列和现有的巴士队列，现有的巴士队列包括了正在运行的巴士队列和已经确定好了发车时间和线路但是尚未出发的巴士队列；
[0044]
首先，遍历当前时间下的订单数据集和现有的巴士队列中的每一辆巴士信息，如果巴士的发车时间满足订单数据集中最早到达的乘客的候车时间需求就将该订单信息对应的乘客分配给该巴士；否则就需要根据订单信息确定一个新的巴士班次，其步骤如下：
[0045]
根据第一个到达站点的乘客订单信息，计算服务该乘客的巴士发车时间为继而遍历求解候选线路集模块得到的候选线路集合，以检查线路中后续站点的乘客候车时间是否满足平均等待时间小于阈值这一条件，如果不满足就将巴士的发车时间再次进行修改接下来计算每条候选线路的每个乘客的平均线路长度在候选线路集合中选择每个乘客的平均线路长度最小的线路作为该班次的线路；
[0046]
确定好一个新的巴士班次后还需匹配一辆巴士，优先从可用的巴士队列中选择，并从中删除该车辆，如果可用的巴士队列为空，则新添加一辆巴士并加入到现有的巴士队列中；
[0047]
其次，遍历现有的巴士队列的每一辆巴士，如果到了发车时间进行发车操作，将该巴士加入到正在运行的巴士队列当中；遍历正在运行的巴士队列的每一辆巴士，如果有巴士到达终点站，就将该巴士从现有的巴士队列和正在运行的巴士队列中删除，并将该巴士加入到可用的巴士队列当中；
[0048]
重复执行以上操作直到一天的巴士服务乘客运营结束，即可得到巴士调度和线路
规划的方案。
[0049]
进一步的，所述运营监控管理模块包括倍速控制模块、订单数据集选择模块、数据集时间动态显示模块、巴士动态服务乘客演示模块、站点信息动态更新模块；
[0050]
所述倍速控制模块用于用户倍速控制巴士动态服务乘客运营监控的过程；
[0051]
所述订单数据集选择模块用于用户选择订单数据集中的某一天可得到算法执行模块运行结果以实现运营监控功能模块；
[0052]
所述数据集时间动态显示模块用于运营监控过程数据集的时间动态流逝更新显示；
[0053]
所述巴士动态服务乘客演示模块用于显示共享巴士服务乘客订单的整个过程，其中包括地图及站点路线的显示、巴士动态更新前端地图上的坐标、并行驶调度方案的路线以服务各个站点的乘客；
[0054]
所述站点信息动态更新模块用于根据动态获取到的订单信息和巴士动态服务乘客过程实时动态更新各个站点的候车人数。
[0055]
进一步的，所述巴士信息管理模块包括动态获取巴士信息模块、动态提示巴士运行情况模块、动态更新巴士信息列表模块；
[0056]
所述动态获取巴士信息模块用于运营监控过程中系统动态获取巴士运行信息；
[0057]
所述动态提示巴士运行情况模块用于系统动态提示巴士运行的特殊状态，发车、到达终点站；
[0058]
所述动态更新巴士信息列表模块用于系统动态更新巴士信息列表。
[0059]
进一步的，所述的数据可视化模块用于显示站点候车人数动态折线图、乘客等待时间动态散点图、标志性数据信息动态更新模块、订单数据拖拽x轴折线图、订单数据动态竞赛条形图、巴士运行时间统计柱状图、巴士服务乘客数量饼状图。
[0060]
本发明的优点及有益效果如下：
[0061]
1、功能新颖：本发明提出的软件系统通过订单管理模块实现了对巴士公司的订单管理操作，极大的方便了巴士公司对于琐碎且信息量大的订单进行智能化管理；通过运营监控管理模块实现了巴士公司对于巴士运行服务乘客这一过程实时动态可视化的功能；通过巴士信息管理模块和数据可视化模块实现了将巴士信息及其他重要数据信息以图表等形式智能化的展示给巴士公司；通过算法执行模块实现了巴士调度和线路规划管理，通过提供巴士调度和线路规划方案的方式，真正地从软件系统实用性的角度解决了共享巴士公司面临的运营成本和乘客的出行体验之间的矛盾；该软件系统通过将动态提供巴士调度和线路规划方案及订单管理和数据可视化创新性的结合并实现，为共享巴士公司的车辆调度和线路规划管理提供一种智能化的软件管理系统。
[0062]
2、开放性和稳定性：本发明提出的软件系统采用springboot和vue框架的开发模式，两者兼有开放性和稳定性的特点，可以加速系统的开发和扩展，具有维护和升级简单方便、成本低、数据安全、实时同步等优点。
[0063]
3、易维护性：本发明提出的软件系统使用前后端分离的方式进行开发，在后期维护、需求拓展方面，这套架构对于开发者来说更加友好，很容易地增加或修改功能。
[0064]
4、高效性：本发明提出的软件系统能够高效地获取订单数据，并且能在较短的时间内得到“巴士调度和线路规划”方案，系统的测试之下显示：在数据集的不同日期下获得
spring应用的初始搭建以及开发过程。该框架使用了特定的方式来进行配置，从而使开发人员不再需要定义样板化的配置。通过这种方式，spring boot致力于在蓬勃发展的快速应用开发领域(rapid application development)成为领导者。
[0087]
2)vue前端技术框架
[0088]
vue是一个构建数据驱动的web界面的渐进式框架。vue.js的目标是通过尽可能简单的api实现响应的数据绑定和组合的视图组件。它不仅易于上手，还便于与第三方库或既有项目整合。另一方面，当与单文件组件和vue生态系统支持的库结合使用时，vue也完全能够
[0089]
为复杂的单页应用程序提供驱动。
[0090]
3)jpa标准
[0091]
jpa是java persistence api的简称，中文名java持久层api，是jdk 5.0注解或xml描述对象－关系表的映射关系，并将运行期的实体对象持久化到数据库中。sun引入新的jpa orm规范出于两个原因：其一，简化现有java ee和javase应用开发工作；其二，sun希望整合orm技术，实现天下归一。
[0092]
4)flask框架
[0093]
flask框架是python开发的一个基于werkzeug和jinja 2的web开发微框架，它的优势就是极其简洁，但又非常灵活，而且容易学习和应用。因此flask框架是python新手快速开始web开发最好的选择，此外，使用flask框架的另一个好处在于你可以非常轻松地将基于python的机器学习算法或数据分析算法集成到web应用中。
[0094]
5)websocket
[0095]
websocket协议在2008年诞生，2011年成为国际标准。所有浏览器都已经支持了。它的最大特点就是，服务器可以主动向客户端推送信息，客户端也可以主动向服务器发送信息，是真正的双向平等对话，属于服务器推送技术的一种。
[0096]
6)axios
[0097]
axios是一个基于promise网络请求库，作用于node.js和浏览器中。它是isomorphic的(即同一套代码可以运行在浏览器和node.js中)。在服务端它使用原生node.js http模块,而在客户端(浏览端)则使用xmlhttprequests。
[0098]
下面对基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统架构的优点进行归纳：
[0099]
1)系统平台性能提升，基于springboot和vue框架，两者兼有开放性和稳定性的特点，可以加速系统的开发和扩展，具有维护和升级简单方便、成本低、数据安全、实时同步等优点；
[0100]
2)易维护性：本发明提出的软件系统使用前后端分离的方式进行开发，在后期维护、需求拓展方面，这套架构对于开发者来说更加友好，很容易地增加或修改功能；
[0101]
3)舍弃jboss重量服务容器，改为轻量服务容器(tomcat)；
[0102]
4)全依赖maven管理项目构建，依赖管理(不在使用自定义jar包扩展)与发布；
[0103]
5)使用vue框架和element ui提升web端兼容性，提高用户界面交互友好性；
[0104]
6)使用axios技术框架，提供标准化、可扩展的通讯通道协议；
[0105]
下面对基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统的功能进行概括描述：
[0106]
如图1所示，所述基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统包括：订单管理
模块、算法执行模块、运营监控管理模块、巴士信息管理模块、数据可视化模块、用户管理模块。
[0107]
其中，订单管理模块用于对于乘客订单进行管理，包括动态获取、提示订单信息，动态更新订单状态及列表和提供crud操作；算法执行模块用于分析处理订单数据并结合共享巴士公司的交通拓扑得到共享巴士的路线规划和车辆调度信息，该算法能实现保证乘客的等待时间前提下，调度最少的巴士数量且行驶最短的路线服务所有乘客，并限定巴士的座位利用率以保证乘客的出行体验；运营监控管理模块用于用户控制并显示共享巴士服务乘客订单的整个过程；巴士信息管理模块用于显示算法调度后的巴士运行信息；数据可视化模块用于将站点、巴士和乘客订单等数据信息以图表形式可视化展示；用户管理模块用于对账号进行管理，包括邮箱登陆注册模块、邮箱找回密码模块、个人信息修改模块。
[0108]
1、订单管理模块
[0109]
1)动态获取订单信息模块：用户选择订单数据集的日期并点击运营监控管理模块的开始后，系统后端动态地自动获取实时订单信息。
[0110]
2)动态提示新订单消息模块：系统获取到订单信息后会以弹消息提示窗的形式进行提示。
[0111]
3)动态更新订单状态模块：系统自动识别订单处理状态进行更新，订单有已处理、正在处理、未处理三种状态。
[0112]
4)动态更新订单列表模块：系统动态更新运营监控过程显示的不同类别订单列表。
[0113]
5)查看全部订单信息模块：用户能够查看数据集下的全部订单。
[0114]
6)修改订单信息模块：用户可以修改数据集下的订单信息。
[0115]
7)删除订单信息模块：用户可以删除数据集下的订单信息。
[0116]
2、算法执行模块
[0117]
1)交通拓扑优化模块：考虑历史客流、站点间路段长度以及历史乘客在站点的等待时间，将真实共享巴士公司站点交通拓扑，经过优化得到适合共享巴士运行的交通拓扑。
[0118]
2)求解候选线路集模块：基于优化后的交通拓扑利用改进的局部搜索算法求解问题模型得到生成候选线路集。
[0119]
3)在线算法模块：解决具有动态、实时客流的应用场景的共享巴士调度和线路规划问题。
[0120]
4)选择日期得到算法结果模块：用户选择数据集中的日期后，系统后端调用在线算法得到算法结果——“巴士调度和线路规划”方案。
[0121]
3、运营监控管理模块
[0122]
1)倍速控制模块：用户倍速控制巴士动态服务乘客运营监控的过程。
[0123]
2)订单数据集选择模块：用户选择订单数据集中的某一天可得到算法执行模块运行结果以实现运营监控功能模块。
[0124]
3)数据集时间动态显示模块：运营监控过程数据集的时间动态流逝更新显。
[0125]
4)巴士动态服务乘客演示模块：显示共享巴士服务乘客订单的整个过程，其中包括地图及站点路线的显示、巴士动态更新前端地图上的坐标、并行驶调度方案的路线以服务各个站点的乘客。
[0126]
5)站点信息动态更新模块：根据动态获取到的订单信息和巴士动态服务乘客过程实时动态更新各个站点的候车人数。
[0127]
4、巴士信息管理模块
[0128]
1)动态获取巴士信息模块：运营监控过程中系统动态获取巴士运行信息。
[0129]
2)动态提示巴士运行情况模块：系统动态提示巴士运行的特殊状态，发车、到达终点站。
[0130]
3)动态更新巴士信息列表模块：系统动态更新巴士信息列表。
[0131]
5、数据可视化模块
[0132]
1)站点候车人数动态折线图模块：系统将运营监控过程中各个站点的候车人数以动态折线图的形式展示。
[0133]
2)乘客等待时间动态散点图模块：系统将运营监控过程中每位乘客的等待时间以动态散点图的形式展示。
[0134]
3)标志性数据信息动态更新模块：系统将运营监控过程中每位乘客的等待时间以动态散点图的形式展示。
[0135]
4)订单数据拖拽x轴折线图模块：系统将全部日期不同站点的订单数据以可拖拽x轴折线图的形式展示。
[0136]
5)订单数据动态竞赛条形图模块：系统将全部日期下的不同站点的订单数量以动态竞赛条形图的形式展示。
[0137]
6)巴士运行时间统计柱状图模块：系统将运营监控结束后的每班次巴士的运行时间以柱状图的形式展示。
[0138]
7)巴士服务乘客数量饼状图模块：系统将运营监控结束后的每班次巴士服务的乘客数量以饼状图的形式展示。
[0139]
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
[0140]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0141]
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

技术特征：
1.一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于：包括订单管理模块、算法执行模块、运营监控管理模块、巴士信息管理模块、数据可视化模块、用户管理模块，其中所述订单管理模块用于对于乘客订单进行管理，包括动态获取订单、动态提示新订单信息，动态更新订单状态及列表、查看全部订单信息、修改订单信息和删除订单信息；所述算法执行模块用于分析处理订单数据并结合共享巴士公司的交通拓扑得到共享巴士的路线规划和车辆调度信息，对交通拓扑进行优化，求解候选线路集，用于保证乘客的等待时间前提下，调度最少的巴士数量且行驶最短的路线服务所有乘客，并限定巴士的座位利用率以保证乘客的出行体验；所述运营监控管理模块用于用户控制并显示共享巴士服务乘客订单的整个过程；所述巴士信息管理模块用于显示算法调度后的巴士运行信息；所述数据可视化模块用于将站点、巴士和乘客订单在内的数据信息以图表形式可视化展示；所述用户管理模块用于对账号进行管理，包括邮箱登陆注册模块、邮箱找回密码模块、个人信息修改模块。2.根据权利要求1所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述智能交通管理系统的架构以spring boot2.x+vue2.x为主，结合python实现的flask框架组成，java技术实现后端的数据处理、条件选择及提供接口服务，vue实现前端巴士及订单数据的展示和调用接口的功能，python技术主要实现算法执行模块。3.根据权利要求1所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述订单管理模块包括，动态获取订单信息模块、动态提示新订单消息模块、动态更新订单状态模块、动态更新订单列表模块、查看全部订单信息模块、修改订单信息模块、删除订单信息模块；所述动态获取订单信息模块用于用户选择订单数据集的日期并点击运营监控管理模块的开始后，系统后端动态地自动获取实时订单信息；所述动态提示新订单消息模块用于系统获取到订单信息后会以弹消息提示窗的形式进行提示；所述动态更新订单状态模块用于系统自动识别订单处理状态进行更新，订单有已处理、正在处理、未处理三种状态；所述动态更新订单列表模块用于系统动态更新运营监控过程显示的不同类别订单列表；所述查看全部订单信息模块用于系统向用户展示当前数据集下的全部订单信息；所述修改订单信息模块用于用户修改当前数据集下的某一条订单信息；所述删除订单信息模块用于用户删除当前数据集下的某一条订单信息。4.根据权利要求1所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述算法执行模块包括，交通拓扑优化模块、求解候选线路集模块、在线算法模块、选择日期得到算法结果模块；所述交通拓扑优化模块用于考虑历史客流、站点间路段长度以及历史乘客在站点的等待时间，将真实共享巴士公司站点交通拓扑，优化得到适合共享巴士运行的交通拓扑；
所述求解候选线路集模块用于基于优化后的交通拓扑利用改进的局部搜索算法求解问题模型得到生成候选线路集；所述在线算法模块用于解决具有动态、实时客流的应用场景的共享巴士调度和线路规划问题；所述选择日期得到算法结果模块用于用户选择数据集中的日期后，系统后端调用在线算法得到算法结果——“巴士调度和线路规划”方案。5.根据权利要求4所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述交通拓扑优化模块用于考虑历史客流、站点间路段长度以及历史乘客在站点的等待时间，将真实共享巴士公司站点交通拓扑，优化得到适合共享巴士运行的交通拓扑，包括以下步骤：根据真实交通情况将共享巴士交通网络提取成有向网络图；得到有向网络图后，如果有向图中存在真实交通情况下两个站点之间巴士无法直接抵达或者线路过长且能够被其他线路替换的情况，则将有向图中对应站点之间的边删掉；基于处理后的有向图，根据历史订单数据集并利用ford
–
fulkerson算法计算时间网络最大流和乘客网络最大流，继而确定时间网络流和乘客网络流的最小值，其中时间网络流t
f,e
和乘客网络流p
f,e
均低于时间网络流和乘客网络流的最小值的边是交通线路中不重要的，有向图中对应的边将被删掉。其中，时间网络流t
f,e
和乘客网络流p
f,e
定义如下：公式中的e<u,v>
d
是站点u和站点v之间的路段长度，γ和ζ是基于历史订单数据集利用熵值法得到的，为历史订单数据集中乘客在该站点的平均等待时间，为历史订单数据集中乘客在该站点的最大等待时间，是历史订单数据集中每天在该站点上车的平均乘客数量；利用改进的深度优先搜索算法基于上一步处理后的有向图得到图中的环路，并逐一遍历环路，将不存在始发站的环路中的出度或入度最大的节点对应的边删除掉，以此来完成去除环路的操作，最后得到优化后的适合巴士运行的交通拓扑。6.根据权利要求5所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述求解候选线路集模块用于基于优化后的交通拓扑利用改进的局部搜索算法求解问题模型得到生成候选线路集；问题模型为最小化共享巴士数量和最小化每个乘客的平均线路长度，其定义如下：公式中的|p
v
(φ)|为共享巴士在站点v接走的乘客数，φ
p
为共享巴士服务的乘客总数，δ
uv
是一个二元变量，表示有向图中站点u和v之间是否存在边，φ
d
为线路长度，最小化线路长度φ
d
和最大化共享巴士服务的乘客总数φ
p
与最小化每个乘客的平均线路长度φ
dp
是等价关系。其中约束条件有：n
b
≥1,保证至少有一辆共享巴士运行来服务乘客；δ
uv
∈{0,1}；u∈φ∧u≠j，v∈φ∧v≠j，保证线路中的站点的
入度、出度均为1；φ
d
≤d
max
,保证线路长度不能超过其最大值d
max
；；保证线路中不存在环路；保证线路中不存在环路；保证巴士的座位利用率不超过上限保证巴士的座位利用率不超过上限保证巴士的座位利用率不超过上限保证乘客的平均候车时间不超过阈值根据问题模型，采用改进后的局部搜索算法进行求解以得到候选线路集合，其中算法求解步骤如下：首先为最先驶入站点的巴士选择一下行驶站点以进行线路规划，选择方案有以下三种：
①
基于存储了历史最佳站点选择信息的历史经验库，根据经验学习机制进行下一最佳站点的选择；
②
基于一定的随机概率，根据随机选择机制从候选的站点中随机选择出下一站点；
③
根据某一站点的惩罚函数根据某一站点的惩罚函数的定义，选择惩罚最小的一个站点作为最佳下一站点；其次在车辆调度方面，有正在运行的巴士队列和可用巴士队列。如果某站点的乘客平均等待时间超过阈值就需要增加一辆巴士，增加巴士需要优先从可用巴士队列中选取；如果巴士达到终点站，该巴士将会从正在运行的巴士队列中删除，并将该巴士添加到可用巴士队列当中，并且保存该巴士的行驶线路和发车时间；如果巴士的座位利用率达到阈值，设定该巴士在后续的线路中不可以服务乘客。7.根据权利要求4所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述在线算法模块用于解决具有动态、实时客流的应用场景的共享巴士调度和线路规划问题；车辆调度方面，有正在运行的巴士队列、可用的巴士队列和现有的巴士队列，现有的巴士队列包括了正在运行的巴士队列和已经确定好了发车时间和线路但是尚未出发的巴士队列；首先，遍历当前时间下的订单数据集和现有的巴士队列中的每一辆巴士信息，如果巴士的发车时间满足订单数据集中最早到达的乘客的候车时间需求就将该订单信息对应的乘客分配给该巴士；否则就需要根据订单信息确定一个新的巴士班次，其步骤如下：根据第一个到达站点的乘客订单信息，计算服务该乘客的巴士发车时间为继而遍历求解候选线路集模块得到的候选线路集合，以检查线路中后续站点的乘客候车时间是否满足平均等待时间小于阈值这一条件，如果不满足就将巴士的发车时间再次进行修改接下来计算每条候选线路的每个乘客的平均线路长度在候选线路集合中选择每个乘客的平均线路长度最小的线路作为该班次的线路；确定好一个新的巴士班次后还需匹配一辆巴士，优先从可用的巴士队列中选择，并从中删除该车辆，如果可用的巴士队列为空，则新添加一辆巴士并加入到现有的巴士队列中；
其次，遍历现有的巴士队列的每一辆巴士，如果到了发车时间进行发车操作，将该巴士加入到正在运行的巴士队列当中；遍历正在运行的巴士队列的每一辆巴士，如果有巴士到达终点站，就将该巴士从现有的巴士队列和正在运行的巴士队列中删除，并将该巴士加入到可用的巴士队列当中；重复执行以上操作直到一天的巴士服务乘客运营结束，即可得到巴士调度和线路规划的方案。8.根据权利要求1所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述运营监控管理模块包括倍速控制模块、订单数据集选择模块、数据集时间动态显示模块、巴士动态服务乘客演示模块、站点信息动态更新模块；所述倍速控制模块用于用户倍速控制巴士动态服务乘客运营监控的过程；所述订单数据集选择模块用于用户选择订单数据集中的某一天可得到算法执行模块运行结果以实现运营监控功能模块；所述数据集时间动态显示模块用于运营监控过程数据集的时间动态流逝更新显示；所述巴士动态服务乘客演示模块用于显示共享巴士服务乘客订单的整个过程，其中包括地图及站点路线的显示、巴士动态更新前端地图上的坐标、并行驶调度方案的路线以服务各个站点的乘客；所述站点信息动态更新模块用于根据动态获取到的订单信息和巴士动态服务乘客过程实时动态更新各个站点的候车人数。9.根据权利要求1所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述巴士信息管理模块包括动态获取巴士信息模块、动态提示巴士运行情况模块、动态更新巴士信息列表模块；所述动态获取巴士信息模块用于运营监控过程中系统动态获取巴士运行信息；所述动态提示巴士运行情况模块用于系统动态提示巴士运行的特殊状态，发车、到达终点站；所述动态更新巴士信息列表模块用于系统动态更新巴士信息列表。10.根据权利要求1所述的一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，其特征在于，所述的数据可视化模块用于显示站点候车人数动态折线图、乘客等待时间动态散点图、标志性数据信息动态更新模块、订单数据拖拽x轴折线图、订单数据动态竞赛条形图、巴士运行时间统计柱状图、巴士服务乘客数量饼状图。

技术总结
本发明请求保护一种基于动态共享巴士服务调度的智能交通管理系统，包括系统架构、订单管理模块、算法执行模块、运营监控管理模块、巴士信息管理模块、数据可视化模块、用户管理模块，系统架构以Spring Boot2.x+Vue2.x为主，结合Python实现的Flask框架组成，Java技术实现后端的数据处理、条件选择及提供接口服务，Vue实现前端巴士及订单数据的展示和调用接口的功能，Python技术主要实现算法执行模块。本发明与现有技术相比的优点在于：基于真实订单数据集为巴士设计运行线路及调度方案，建成涵盖算法执行模块和订单、巴士信息查询、统计及数据可视化等功能模块，其能有效提高共享巴士公司对于巴士管理调度的能力，并为车辆调度和线路规划管理提供一种智能化的软件管理系统。线路规划管理提供一种智能化的软件管理系统。线路规划管理提供一种智能化的软件管理系统。


技术研发人员：宁兆龙 李莹 王小洁 亓伟敬 陈博宇 宋清洋 郭磊
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1