一种数据驱动的城市轨道交通换乘衔接能力评估方法

本发明涉及城市轨道交通客运组织管理，尤其涉及一种数据驱动的城市轨道交通网络换乘衔接能力评估方法。

背景技术：

1、近些年，许多大中型城市陆续筹建了城市轨道交通，尤其像北京、上海和广州等大型城市，更是形成了庞大且复杂的地铁网络，随着城市轨道交通网络化规模的不断发展，城市轨道交通网络供需不匹配问题日益凸显。换乘站作为承载轨道交通网络客流换乘与集散的重要枢纽，其重要性不言而喻。然而，由于乘客换乘跨线流动，地铁站点的客流需求及截面客流量的不均衡性问题以及城市轨道交通列车运营协调性问题的影响逐渐扩大，导致换乘站的服务水平低下，乘客安全难以保障、列车运量与客流量不匹配等问题频发。

2、目前，现有技术中的针对城市轨道交通换乘站换乘衔接能力的评估方法，一般从宏观层面采用统计数据对车站或列车服务单方面进行评估，大多使用乘客群体的走行时间作为评估指标，忽视了乘客个体走行时间的不确定性，无法精细化衡量车站针对个体的换乘衔接能力，极大地影响了评估结果的准确性。同时，现有的研究大多数研究仅限于末班车时段，对于全时段换乘站衔接效果评价较少，很少有对换乘站不同衔接方向的映射建模方式及评价，无法适应车站换乘多线化发展的趋势。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种数据驱动的城市轨道交通网络换乘衔接能力评估方法，以实现精准把控换乘衔接状况，降低换乘站滞留乘客数量。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

3、一种数据驱动的城市轨道交通网络换乘衔接能力评估方法，包括：

4、步骤1：分析换乘站线间换乘衔接方式，构造换乘站线间物理衔接模型，该换乘站线间物理衔接模型包括换乘前线名称、换乘前线方向、换乘后线名称和换乘后线方向；

5、步骤2：根据列车运行图添加换乘衔接前的列车服务相关属性，该列车服务相关属性包括换乘前线站点相关的站点编号、列车编号、到站时间及离站时间属性，基于列车服务相关属性和所述换乘站线间物理衔接模型建立换乘衔接索引列车服务序列；

6、步骤3：基于所述换乘衔接索引列车服务序列构建列车衔接匹配模型，利用所述列车衔接匹配模型和列车运行图推导形成衔接目标列车服务序列；

7、步骤4：利用列车衔接匹配模型和动态仿真演化模型选取衡量换乘站线间衔接能力的时空特征，该时空特征包括基于仿真和匹配的乘客时空出行模式和列车衔接模式；

8、步骤5：定义基于所述时空特征的城市轨道交通网络换乘衔接多层级评估指标，所述指标包括同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配、换乘站线间不同衔接方向下换乘能力匹配度、不同换乘站换乘能力匹配度；

9、步骤6：利用所述城市轨道交通网络换乘衔接多层级评估指标构建换乘衔接评价模型，利用所述换乘衔接评价模型分别对不同换乘站、换乘站线间不同换乘方向及同一换乘站不同衔接方向下不同的列车服务能力进行多层级评价分析。

10、优选地，所述的步骤1中的分析换乘站线间换乘衔接方式，构造换乘站线间物理衔接模型，该换乘站线间物理衔接模型包括换乘前线名称、换乘前线方向、换乘后线名称和换乘后线方向，包括：

11、获取城市轨道交通站点基础信息表(sid,sline,ssta,stype)，其中sid表示车站id，sline表示线路名称，ssta表示站点名称，stype表示是否换乘；

12、提取所有换乘站的站点信息根据衔接线路条数对换乘站的衔接能力进行分类；

13、将换乘站区分为不同线换乘的车站，通过衔接线路和换乘方向指向属性，确定换乘站不同衔接方向关系；

14、通过数据映射唯一换乘站内线间不同衔接方向id的方式，添加站内线间换乘前线路、换乘前方向、站内线间换乘后线路和换乘后方向属性；

15、得到换乘站不同衔接路径备选集，构建换乘站线间物理衔接模型其中，sid,sline,ssta,stype表示意如前，表示换乘站不同衔接路径的基本属性，表示换乘站不同衔接唯一标识。

16、优选地，所述的步骤2中的根据列车运行图添加换乘衔接前的列车服务相关属性，该列车服务相关属性包括换乘前线站点相关的站点编号、列车编号、到站时间及离站时间属性，基于列车服务相关属性和所述换乘站线间物理衔接模型建立换乘衔接索引列车服务序列，包括：

17、根据列车运行图获取列车时刻表属性(tid,tarr,tdep,tsta,tline,tsequence)，其中，tid表示列车编号，tarr表示列车到站时间，tdep表示列车离站时间，tsta表示车站名称，tline表示线路名称，tsequence表示站点序列；

18、将列车时刻表属性与站点基础信息表中(sid,sline,ssta)关联，构造所有途经换乘站列车集合

19、根据(tsta,tline)和属性构造衔接前线所有列车集

20、

21、将与换乘站不同衔接路径备选集进行关联，得到增加了列车服务之后的换乘衔接完备路径集

22、

23、根据所述换乘衔接完备路径集构建换乘衔接索引列车服务序列

24、

25、优选地，所述的步骤3中的基于所述换乘站线间物理衔接模型、换乘衔接索引列车服务序列构建列车衔接匹配模型，利用所述列车衔接匹配模型和列车运行图推导形成衔接目标列车服务序列，包括：

26、根据换乘衔接索引列车服务序列确定换乘衔接前线的列车索引

27、根据列车索引属性值确定

28、构建列车衔接匹配模型简写为：令其中，表示第x辆索引列车服务，表示第n辆被衔接列车服务；

29、动态匹配站点在列车时刻表中相关的列车编号、站点编号、到站时间及离站时间，推导与站点相应的衔接目标列车服务序列简写为

30、优选地，所述的步骤4中的利用列车衔接匹配模型和动态仿真演化模型选取衡量换乘站线间衔接能力的时空特征，该时空特征包括基于仿真和匹配的乘客时空出行模式和列车衔接模式，包括：

31、根据自动售检票系统afc数据、列车运行图和网络拓扑数据拟合各个站点的进站走行、滞留、换乘走行和出站走行分布参数；

32、将所述进站走行、滞留、换乘走行和出站走行分布参数带入动态仿真演化模型，对每一个乘客个体的出行轨迹进行仿真模拟；

33、根据乘客出行轨迹和列车时刻表提供基于个体时空特征单元，包括乘客出行时空模式和列车衔接模式

34、优选地，所述的乘客出行时空模式中涉及的换乘衔接目标站台的乘客滞留后时刻序列、乘客进站到达时刻序列、乘客换乘到达时刻序列和混合客流数量通过动态仿真演化模型获取，具体包括：

35、根据各站进站走行时间分布参数，对进站乘客群到目标换乘衔接方向站台的进站走行时间进行仿真，得到各进站乘客到达目标站台的到达时刻序列

36、根据车站滞留分布参数、列车容量参数和列车选择偏好参数，对乘客群在该站目标换乘衔接方向站台的滞留次数进行仿真，得到乘客在目标站台的滞留后时刻序列

37、根据换乘站线间各方向换乘走行时间分布参数，对换乘乘客群到该站目标换乘衔接方向站台的换乘走行时间进行仿真，得到各换乘乘客到达目标站台的到达时刻序列

38、

39、以换乘站换乘前的列车到站时刻起，到第一辆衔接目标列车离站时间止，该时段目标衔接站台的滞留客流群、换乘乘客群和进站乘客群；

40、构建tend之前目标衔接站台的乘客滞留后时刻序列

41、

42、构建该时段到达目标衔接站台的进站乘客换乘到达时刻序列为客流数量为换乘乘客的到达时刻序列为：

43、客流数量为

44、滞留乘客、进站乘客和换乘乘客组成混合流，根据时刻进行排序，混合客流的乘客到达时刻序列为：

45、其中，表示滞留客流，表示进站客流，表示换乘客流；

46、混合客流数量为其中，表示滞留客流的数量，表示进站客流的数量，表示换乘客流的数量。

47、优选地，所述的列车衔接模式中目标列车衔接时长、分时换乘衔接目标列车数量通过列车衔接匹配模型获取，列车剩余承载能力通过动态仿真演化模型获取，具体包括：

48、循环选取换乘站的换乘方向为

49、循环选取换乘衔接索引列车服务序列列车

50、循环衔接目标列车服务序列

51、照约束条件动态匹配筛选比晚的列车服务作为衔接列车备选集；

52、确定换乘衔接目标列车衔接时间序列：

53、其中，表示第y辆索引列车服务的离站时间，第x辆索引列车服务的到站时间，表示衔接时间；

54、确定分时参数δt，sta站衔接方向下可衔接列车数量tsum，计算分时换乘衔接目标列车数量简写

55、列车剩余承载能力tstaleft通过动态仿真演化模型获取，通过列车最大容量、列车在当前站下车容量、列车进站时车上容量确定：

56、优选地，所述的定义基于所述时空特征的城市轨道交通网络换乘衔接多层级评估指标，所述指标包括同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配、换乘站线间不同衔接方向下换乘能力匹配度、不同换乘站换乘能力匹配度，包括：

57、定义表征对列车服务、换乘方向服务和换乘站服务的换乘衔接能力的评估指标，该评估指标包括同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配度(α)、换乘站内线间不同衔接方向下换乘能力匹配度(β)和不同换乘站换乘能力匹配度(γ)；

58、同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配度(α)由列车衔接匹配度x1、换乘成功率x2和换乘时间匹配度计算，换乘站内线间不同衔接方向下换乘能力匹配度(β)由同一衔接方向下α的加权平均值，不同换乘站换乘能力匹配度(γ)是对同一站下β的加权平均值；

59、计算列车衔接匹配度简写为x1；

60、

61、——统计时间δt内，分时换乘衔接目标列车数量；

62、——统计时间δt内，分时换乘衔接目标列车数量中的最大值；

63、计算换乘成功率简写为x2，即(tstart,tend)该时段内到达目标衔接站台的混合客流数量mpassenger与第一辆衔接目标列车的列车剩余容量tstaleft之比；

64、

65、计算每个衔接列车的换乘时间匹配度简写为

66、

67、其中，——第p个乘客的换乘走行时间；

68、——任一目标列车衔接时间；

69、——总换乘人数；

70、计算同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配度(α)，输入列车衔接匹配度、换乘成功率、换乘时间匹配度，计算同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配度(α)：

71、

72、其中，k——第j辆被衔接列车对应的第k辆衔接列车；

73、n——衔接列车总数量；

74、ω1——列车衔接匹配度权值；

75、ω2——换乘成功率权值；

76、ω3——换乘时间匹配度权值；

77、x1——同一列车服务的列车衔接匹配度；

78、x2——列车服务的换乘成功率；

79、——被衔接列车与第k辆衔接列车的换乘时间匹配度；

80、计算换乘站内线间不同衔接方向下换乘能力匹配度(β)，对同一换乘方向下的所有被衔接列车的列车衔接匹配度、换乘成功率、换乘时间匹配度取均值进行计算；

81、

82、其中，j——同一衔接方向下的第j辆被衔接列车；

83、p——同一方向下的被衔接列车总数；

84、其他含义如(4)。

85、计算不同换乘站换乘能力匹配度(γ)，对同一换乘站内所有换乘方向中的被衔接列车的列车衔接匹配度、换乘成功率、换乘时间匹配度取均值进行计算；

86、

87、其中，m——同一个换乘站内所有换乘方向中第m辆被衔接的列车；

88、l——同一个换乘站内所有换乘后线被衔接列车总数。

89、其他含义如(4)。

90、优选地，所述的步骤6中的利用所述城市轨道交通网络换乘衔接多层级评估指标构建换乘衔接评价模型，利用所述换乘衔接评价模型分别对不同换乘站、换乘站线间不同换乘方向及同一换乘站不同衔接方向下不同的列车服务能力进行多层级评价分析，包括：

91、基于仿真客流的评估结果，使用列车衔接匹配度x1、换乘成功率x2以及换乘时间匹配度三个评价指标的数值构造数据矩阵x；

92、

93、构造加权规范矩阵，将所述列车衔接匹配度x1、换乘成功率x2以及换乘时间匹配度三个评价指标进行向量规范化，即每一列元素都除以当前列向量的范数，得到归一化处理之后的标准形式z，即同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配度α对应的指标规范矩阵；

94、

95、根据列车衔接匹配度、列车换乘时间匹配度以及换乘成功率的业务逻辑以及定义，当列车的换乘时间匹配度大于1时，换乘乘客无法换乘到该列车，将该列车分配到下一辆衔接列车，该列车与当前衔接列车的匹配度等级最低；

96、使用熵值法确定列车衔接匹配度、换乘成功率以及列车换乘时间匹配度指标的权重将计算得到的权重与矩阵z相乘后更新矩阵z；

97、

98、其中，k＝1/lnn

99、分别计算α规范矩阵各指标的最大值z+和最小值z-，最大值z+为最优方案，最小值z-为最差方案；

100、计算α规范矩阵中各个评价指标与其最大最小值的接近程度和

101、

102、计算α规范矩阵中各个评价指标与最优方案的贴近程度ci；

103、

104、根据所述接近程度ci对所有的列车服务进行排序，ci值越高说明该列车服务换乘衔接效果越好。

105、判断此时的换乘方向是否遍历完毕，如果没有遍历完毕，则继续进行遍历，如果便利完毕，则判断此时的换乘站是否遍历完毕，如果没有遍历完毕，则继续进行遍历，反之结束程序。

106、分别将同一衔接方向下列车服务衔接能力匹配度(α)中的各指标按换乘方向以及车站进行加权平均，得到换乘站内线间不同衔接方向下换乘能力匹配度(β)、不同换乘站换乘能力匹配度(γ)。

107、由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例方法可用于评价地铁线网中不同时段换乘站的换乘衔接效率、不同时段一个换乘站的各个换乘方向的换乘衔接效率以及一个换乘站的一个换乘方向上所有列车服务的换乘衔接效率。提升换乘站的衔接服务水平，从而最大程度上满足乘客出行、提高服务质量和网络服务效能、降低企业成本。

108、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。