摘 要

如何在校车调度管理中节约运营成本的同时提高师生的满意度，一直困扰着学校后勤部门。本文以移动互联网应用为基础获取校车各站点数据，研究了如何将每日的校车上行、下行调度，简化为一个单向行驶调度问题，以一个固定的时间长度更新乘客请求信息，根据乘客等待成本和发车成本的比较判断，结合满意优化理论构建了校车实时调度模型。

随着智能手机的普及，移动定位技术的应用也越来越广泛，但鲜有将其应用于车辆调度领域的研究。本文将移动定位技术应用于校车调度系统中，设计实现了基于移动定位的校车调度系统，拟解决司机与乘客信息交互不对称的问题。系统测试表明调度系统实现了乘客移动定位的功能，提高了校车的运营效率，具有一定的推广价值。

关键词：移动定位；校车；满意优化理论；调度管理

Abstract

How to save operating costs while improving satisfaction of teachers and students in the school bus scheduling management, has troubled school logistical department for a long time. In this paper, we used the mobile Internet to acquire some information and simplified daily bus uplink and downlink scheduling problem to a one-way scheduling problem.

With the popularity of mobile phones, mobile positioning technology applications are increasingly being used, but few was applied to the vehicle scheduling research fields. In this paper, We designed and implemented a school bus scheduling system based on mobile positioning technology and want to use the system to solve the problem of asymmetrical information exchange between passengers and drivers. After system testing,the result shows that the school bus scheduling system has accomplished the function of mobile positioning for passengers, improved the operational efficiency of school bus.In a word, the school bus scheduling system has some promotional value.

Key Words：mobile localization；school bus；satisfactory optimization theory；dispatching management

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外校车调度问题研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3研究意义 2

1.4本文研究的主要内容 2

第2章 校车路径优化算法的研究 4

2.1车辆路径优化算法概述 4

2.2满意度优化理论与模型构建 5

2.2.1 假设与常量定义 5

2.2.2 满意度成本 6

2.2.3 运营成本 6

2.2.4判断准则 6

第3章 校车调度系统分析 8

3.1需求分析 8

3.2总体设计方案 8

3.2.1校车调度管理后台 9

3.2.2移动端乘车软件 9

3.3移动定位技术 10

3.3.1 GPS技术 10

3.3.2 GPRS技术 10

3.3.3百度地图API（Android） 10

第4章 校车调度系统设计与实现 11

4.1校车调度管理后台设计与实现 11

4.1.1校车调度管理后台功能设计 11

4.1.2校车调度管理后台数据库设计 12

4.2移动端乘车软件设计与实现 14

4.2.1移动端乘车软件功能设计 14

4.2.2 移动端乘车软件接口设计 15

4.2.3 移动端乘车软件界面设计 16

4.3系统测试 21

4.3.1测试目的 21

4.3.2测试实例 21

4.3.3测试流程 22

4.3.4测试结果 23

第5章 总结与展望 24

5.1成果总结 24

5.2不足与展望 24

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1研究背景

中国高等教育不断扩大招生，大学城越建越大，巨型校园越来越多^[1]。作为连通校区交通、方便师生学习工作的校车地位也越来越重要。国务院于2012年3月通过了《校车安全管理条例》，国家对校车运营的重视程度可见一斑。但是由于缺少信息交互的渠道，师生群体因无法实时获取校车的位置信息，往往将大量宝贵的时间浪费在等待校车上；校车司机也因为无法实时获取乘客位置只能被动地等待车满或固定时间表发车，缺乏科学地调度，不能充分发挥现有校车的最大价值^[2]。因此，高效便利的校车调度将是教育主管部门为学生提供优质、安全和高效的校车服务亟需妥善解决的重要问题之一^[3]。合理的校车线路设计和校车运营调度，可以降低校车的运营成本，减少学生交通时间，进而提升校车服务质量。

车辆调度问题（Vehicle Scheduling Problem）是当代物流运输系统中的关键问题，最早由 Dantzig 等于1959 年提出，一直都是运筹学与组合优化范畴的研究热点。车辆调度的主要研究目标是减少车辆使用数目，缩短行驶距离。但校车调度因为其自身的服务特性，使得追求师生满意度的最大化和运输成本最小化成为学校要考虑的两个相互矛盾的主要目标。如何平衡师生满意度和运输成本是当前校车调度研究的热点。

随着电子信息技术和计算机网络的飞速发展，移动定位技术已经广泛地应用于人们的生活中，但却鲜有其与校车调度相结合的研究。

1.2国内外校车调度问题研究现状

校车路径问题 （School Bus Routing Problem，SBRP），早在 1969年由 Newton和 Thomas^[4]提出。旨在有效地利用一个校车车队到各站点将学生接至学校， 以及放学后将学生从学校送回各站点。校园车辆调度问题既是车辆调度问题的一个分支，也是一个有自身特点的独立问题。对于校车调度问题，随着信息技术的发展，国内外的研究也正逐渐热起来。

1.2.1国外研究现状

国外的校车路径问题主要在已知学校的路径与对应的时间窗的情况下，对校车进行调度安排，以满足师生的乘车需要。Spada M等以优化校车服务水平为目标，首先，在考虑车辆容量的约束下使用贪心算法为每个学校生成路径，进行路径的简单合并，采用模拟退火或禁忌算法进行改进^[5]。Fügenschuh A讨论了德国三个农村地区的校车调度问题，通过将学校时间窗离散化调整学校上学时间，构造整形规划模型进行求解，并且用德国3个不同县的实际案例进行验证^[6]。Swersey A J等针对校车调度问题构建了非线性规划模型，使用线性松弛求解，当解包含非整形值时对解进行人工调整^[7]。Kim B I等对校车调度问题进行了研究，在学校上学时间固定和每所学校校车路径事先给定的情况下，首次将校车路径问题转化为带时间窗的车辆路径问题进行求解^[8]。通过查阅文献可以发现，国内外学者目前对于校车路径问题的研究仍还处于探索阶段，仍有较大的研究空间与研究价值。比如将校车路径问题与GIS技术或者通信技术相结合的研究就鲜有涉猎者。

1.2.2国内研究现状

目前国内对校车路径问题的研究已经涉猎颇深。刘文采用免疫算法和基本蚁群算法来搜索局部最优化，以此提高资源的利用率。为了检验该算法的实际应用效果，通过某大学两个校区的校车安排的具体问题来分析和研究，建立了基于满意优化的数学模型，并利用数学化语言对校车安排调度问题的影响因素主要约束条件和求解目标等进行了描述和分析^[9]。高选幸通过K-Means算法对校车要停靠的站点进行区域划分，再利用改进的蚁群算法对每一个区域进行区域的线路划分，从而优化了原有的校车线路^[10]。他还建立了校车管理系统，实现了乘客司机和调度人员的信息共享。周琴、张铮等对大学公交校车调度优化的研究，是以统计收集而总结的学生和教职工出行规律为基础，最终给出了一个车辆调度发车的优化方案^[11]。党兰学等对校车调度问题进行了研究，在学校上学时间固定和每所学校校车路径事先给定的情况下，首次将校车路径问题（SBSP）转化为带时间窗的车辆调度问题进行求解^[12]。

1.3研究意义

移动互联网呈现出爆炸式发展，学校调度中心已能够通过移动互联网迅速掌握师生位置信息，并对所有师生运送请求进行批量处理。且即时通信技术也十分成熟，可以运用内嵌 GPS 模块、GPRS通信技术等作为调度中心与运营车辆间沟通的渠道，实现对于校车的实时调度，在平衡师生满意度和运输成本的情况下，最迅速地满足师生的乘车要求。本文将移动互联网技术与校车实时调度问题研究相结合，针对人员移动定位的校车调度特点，考虑校车服务特性，在平衡师生满意度和运输成本后建立校车调度师生满意度模型，设计并实现了一套校车调度系统，包括校车调度管理后台与一款乘车软件。将极大程度地改善以往校车调度运营中由于乘客与司机的信息不能实时交互而产生的弊端，既节约了师生的时间成本，又提高了校车的运营效率。

1.4本文研究的主要内容

本文研究的主要内容是针对目前校车调度效率低下的状况，通过移动互联网技术为基础获取校车各站点实时候车人数、等待时间、乘客目标站点和乘客单位时间成本等数据，将每日的校车上行、下行调度，简化为一个单向行驶调度问题。以一个固定的时间长度更新乘客请求信息，根据乘客等待成本和发车成本的比较判断，结合满意优化理论构建了校车实时调度模型，并考虑实际情况提出了一种优化求解方案。设计了一套校车调度系统。校车管理系统由两个部分组成，一是基于Visual Studio开发的网页端的调度管理后台，二是基于Eclipse开发的一款安卓端的校车软件。在这两个的部分的共同作用下，校车调度管理系统拟实现对于校车的定位，查询，调度等功能。最后使用调研走访所收集的武汉理工大学马房山校区的校车运营信息进行实例测试。

论文的总体架构设计如下：