一种城轨路网客流估算方法
【专利摘要】本发明提供一种城轨路网客流估算方法。通过设计多因素影响的阻抗计算方法，以及有效路径的计算方法，得到路网0D间多路径分配比例，并按照比例对客流进行加载。然后结合历史同期客流分布规律，通过客流在路网中的推演获得客流的全状态。本发明通过准确估算路网客流量保证城市轨道交通的安全性，从而大幅度提高我国城市公共交通的服务水平和质量，是有利于民生的有益举措。
【专利说明】一种城轨路网客流估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种城轨路网客流估算方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市轨道交通里程的增长，其安全运营和应急调度的重要性日益突显。 城轨路网系统作为城市公共交通的主要承担者，一旦发生区间中断等突发事件，将造成客 流大面积聚集，对乘客运输安全和服务水平产生较大影响。路网突发事件频发，为合理调配 运能、实施有效的客运组织措施，需要更加快速和准确地掌握突发事件的波及范围、影响程 度等量化数据。
[0003] 目前，尚缺乏一种完善的、系统的城轨路网客流估算技术，现有的系统和方法很难 客流进行准确估算，来保证运营决策部门进行正确的统计。
【发明内容】
[0004] 本发明实现了针对全路网的轨道交通客流推演。本发明具体采取如下技术方案： 包括如下步骤： 步骤1 :获取历史同期客流0D数据，将获取的数据传输并存储于数据库中； 步骤2 :在路径比率分配模块中对路网中的路径阻抗以及有效路径进行定义，建立路 径搜索算法获得各个0D之间的有效路径，并利用效用理论通过阻抗计算出0D对之间多路 径选择的概率，将步骤1获取的历史同期客流0D数据输入至路径比率分配模块，对日常情 况下的客流进行加载，输出日常客流的推演结果。
[0005] 优选地，步骤2中所述路径比率分配模块中路径阻抗计算方法如下： (1)计算时间阻抗 ① 计算列车运行时间 列车运行时间是指乘客在城市轨道交通列车上的时间，它包含两部分：区间运行时间 和停站时间：
【权利要求】
1. 一种城轨路网客流估算方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1 :获取历史同期客流0D数据，将获取的数据传输并存储于数据库中； 步骤2 :在路径比率分配模块中对路网中的路径阻抗以及有效路径进行定义，建立路 径搜索算法获得各个0D之间的有效路径，并利用效用理论通过阻抗计算出0D对之间多路 径选择的概率，将步骤1获取的历史同期客流0D数据输入至路径比率分配模块，对日常情 况下的客流进行加载，输出日常客流的推演结果。
2. 根据权利要求1所述的城轨路网客流估算方法，其特征在于，步骤2中所述路径比率 分配模块中路径阻抗计算方法如下： (1)计算时间阻抗 计算列车运行时间 列车运行时间是指乘客在城市轨道交通列车上的时间，其包含区间运行时间和停站时 间：
式中：为从a站到b站这一 0D第k条路径的列车运行时间；t为路径k上i站到 j站的运行时间为列车经过中间站的停站时间； 计算换乘时间 换乘时间是指乘客在换乘站列车以外所花费的时间，它包括两部分：换乘走行时间和 换乘候车时间：
式中：If为a站到b这一 0D第k条路径的总换乘时间；;Σ 为路径k上从m号线 换乘到η号线的换乘时间为从m号线换乘到n号线的走行时间；为从m号线换 乘到η号线的候车时间；％为换乘时间的惩罚系数； 换乘走行时间的计算公式为：
式中为在换乘站k从m号线换乘到η号线的走行距离，巧为在t时段在换乘站 k从m号线换乘到η号线的平均步行速度； 换乘候车时间的计算公式为：
式中：为换乘线路η的发车间隔； 计算进站和出站时间 进、出站时间为：
式中：ΔΤ& ΔΤ|分别为进站闸机至起点站a站台的走行时间、下车至终点站b的出站 闸机走行时间； (2) 计算拥挤度阻抗 满载率计算公式如下：
式中：5为列车满载率；P为单位时间内的断面客流量；D为单位时间内的断面运输能 力；η为单位时间内列车开行数量；Y为车辆定员；B为列车编组数量，Y*B也就是整列车定 员； 拥挤度阻抗为：
β(句式中，轨道交通网络中某区段上的拥挤系数；0、A、B分别对应三个等级的拥挤系 数，Α为一般拥挤时的额外时间开销系数；Β为过度拥挤时的额外时间开销系数；4为当车 内乘客人数等于座位数时的满载率；当车内人数等于定员时，满载率为1 ; (3) 计算换乘惩罚 用公式表示如下： 式中，是第W个OD对之间第k条路径的换乘次数，％为上文中换乘惩罚系数； (4) 计算留乘时间 附加拥挤系数用指数形式表示：
式中4和少为参数；^为到达i站的客流量；c为列车最大载客量； I站的留乘时间为：
式中为i站的留乘时间；Μ为i站的附加拥挤系数；为在i站候车开往η线路 方向的发车间隔； 所有车站总留乘时间为：
(5) 计算乘客综合出行阻抗 乘客综合阻抗函数，表示为：
3.根据前述权利要求所述的城轨路网客流估算方法，其特征在于，步骤2中所述路径 比率分配模块中有效路径筛选方法如下： (1) 采用K短路搜索，算法描述如下： 利用Dijkstra算法求得有向图（N，A)中以开始节点s为根的最短路径树，标记从 开始节点s到结束节点t之间的最短路径为pk , k=l ; 如果k小于要求的最短路径的最大数目K，并且仍然有候选路径存在，令当前路径 p=pk ,转〇3@ ;否则，程序结束； 找出当前路径P中从第一个节点开始的入度大于1的第一个节点，记为nh;如果 nh的扩展节点n' h不在节点集N中，则转0 4?，否则找出路径p中nh后面所有节 点中，其对应的扩展节点不在N中的第一个节点，记为ni，转〇5@; 为节点nh构建一个扩展节点n' h，并把其添加到集合N中，同时从图（N，A)中所 有nh的前驱节点连接一条到n' h的弧，弧对应的权重不变，添加这些弧到弧集A中， 但nh在p中的前一个节点nh-Ι除外；计算从开始节点s到n' h的最短路径，并记 ni = nh+1 ； 对于P中从ni开始的所有后续节点，不妨记为nj，依次执行如下操作：添加nj的 扩展节点n' j到节点集合N中；除了路径p中nj的前一个节点nj-Ι外，分别连接一 条从nj前驱节点到其扩展节点n' j的弧，弧上的权值保持不变，并把这些弧添加到弧 集A中；另外，如果p中nj的前一个节点nj-Ι具有扩展节点n' j -1的话，也需要 连接一条从n' j -1到n' j的弧，权值和弧（nj-1，nj)的权值相等；计算从开始节点 s到n' j的最短路径；更新当前最短路径树，求得从开始节点s到结束节点的当前扩 展节点t(k)'之间的最短路径为第k条最短路径，令k=k+l，转〇2@继续； (2) 确定有效路径集： 运营时间判断 在某个时间段内，如果K条可选渐短路径集合中的某条路径在运营时间之外，不包含 在有效路径集中；路径的运营时间通过该路径的起点站有效运营时间来表示，起点站有效 运营时间为起点车站的首末班时间和该路径中各换乘站首末班时间反推起点站进站时间 的交集； 出行阻抗阈值判断 通过路径搜索算法得到的K条渐短路径中不合理的路径不参与客流的分配；路径的有 效性检验通过出行阻抗阈值来判断；假设两站之间的K条可选渐短路径集合中，最短路径 的阻抗值为，如果次短路径或者其他更次短路径的阻抗值较最短路径的出行阻抗值超 过某一个范围时，认为该次短路径或次次短路径不合理；当7；^较小时，与成正比； 当?；^足够大时，出行阻抗值的容许区域上界固定；表示为：
式中：巧；为有效路径出行出行阻抗值的上界；tsi为有效路径超过最短路径出行阻 抗值的最大容许值；?是一个比例系数；t/ 一个常量。
4. 根据前述权利要求所述的城轨路网客流估算方法，其特征在于，步骤2中所述路径 比率分配模块中多路径分配方法如下： 设0D两站之间的k条有效路径集为尽"选择路径4的概率为巧（i=l，…，k);显 然，巧是关于路径综合出行阻抗的函数；设各有效路径的综合出行阻抗分别为？(i=l，… ，k)，并满足矿S ,那么对于i?有如下特性：
即一对车站之间全部有效路径客流分配的比例之和等于1 ; = 2/ ,则6=3 ,即阻抗值相等的路径被选择的概率相等； 即阻抗值越大的路径被选择的概率越小，其中最小阻抗值路径 被选择的概率最大； 若矿非常接近# (即最短路径阻抗值巧；），则i?应该很接近纪，当阻抗在Γ/附近 时，巧的下降速率很小； 随着阻抗值的增加，€的递减速率将迅速增加，路径被选择的概率将迅速减少； 采用正态分布来描述乘客的出行路径选择行为，正态分布函数的公式如下：
式中：μ得到概率最大期望值的X值，这里是〇;σ是一个常量，其值决定正态曲线的陡 峭程度； 路径的客流分配比例通过下式来计算：
5. 根据前述权利要求所述的城轨路网客流估算方法，其特征在于，步骤2中所述路径 比率分配模块中路网客流推演方法如下：
其中，?指乘客从0站出发到达i站的时间点； b指乘客从〇站刷卡进站的时间点； 77"是乘客在0站的候车时间； I是列车在区间ab的运行时间，Μ为区间集合； 忑是列车在车站S的停站时间，Ν为车站集合； 是乘客在k站从线路m换入η的换乘时间。
【文档编号】G06F19/00GK104217129SQ201410485028
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】贾利民, 秦勇, 于鸿飞, 王子洋, 赵忠信, 曾璐, 杜渺, 梁平, 孙方 申请人:北京交通大学