[發(fā)明專利]一種城市軌道交通網(wǎng)絡客流限流方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810373655.1
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108550098B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設計）人: 魯工圓;吳正陽;李登輝;洪卓識
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06Q50/26
• 分類號: G06Q50/26;G06Q10/06
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種城市軌道交通網(wǎng)絡客流限流方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：模型假設，具體內(nèi)容如下：

明確問題，進行如下假設：

a.運行時刻及停站方案在問題采用的運行圖時間范圍中不變；

b.旅客進站時間已知，出站時間由城市軌道交通系統(tǒng)決定；

c.進站后旅客不離開系統(tǒng)，必然乘坐城市軌道交通完成出行；

d.下車乘客快速離開車站，不占用車站站臺空間；

第二步：城市軌道交通路網(wǎng)模型建立；運用圖論相關知識，構建以車站為節(jié)點、車站間線路為邊的城市軌道交通網(wǎng)絡拓撲結構模型；

第三步：原始數(shù)據(jù)收集與處理，具體子步驟如下：

S31：數(shù)據(jù)收集

獲取以下數(shù)據(jù)：客流OD數(shù)據(jù)、各站各列車到發(fā)時刻、各車站各個時段的客流需求、各車站站臺能力；客流OD數(shù)據(jù)從城市軌道交通AFC系統(tǒng)獲取；客流OD數(shù)據(jù)包含了旅客進站時間、旅客進站地點、旅客出站時間和旅客出站地點；

S32：原始數(shù)據(jù)處理

運用數(shù)據(jù)庫技術，對客流OD數(shù)據(jù)進行處理，得到模型所需要的客流數(shù)據(jù)；

第四步：構建虛擬運行線，具體子步驟如下：

S41：設每條運行線是由具有先后順序的在站到達、出發(fā)時間組成的集合，l_t＝{τd_1,t,τa_2,t,τd_2,t,…,τa_i,t,τd_i,t,…,τd_n-1,t,τa_n,t}；其中τa_i,t、τd_i,t分別表示t次列車到達、離開i站的時間，i，n表示車站編號，i，n∈S，t∈T；

將客流OD數(shù)據(jù)圖形化，形成了圖上的客流?。粚⒖土骰∨c列車運行運行圖整合到一張網(wǎng)絡中，形成客流-運行圖網(wǎng)絡；

S42：虛擬運行線構建，網(wǎng)絡客流轉(zhuǎn)換為線路客流；

基于OD間的有效路徑與步驟二中構建的城市軌道交通網(wǎng)絡拓撲結構模型，將起點延伸至經(jīng)過該起點的實際列車的起始站，終點延伸至經(jīng)過該終點的實際列車的終到站，從而構造出一條虛擬的列車運行線路，再結合實際運行線路的運行圖與換乘站間的換乘時間，形成虛擬運行線路的運行圖，在將不同運行線路上的運行線進行匹配時，要滿足換乘時間要求，且與滿足換乘時間后的第一條運行線進行匹配；

構造好虛擬運行線路的運行圖后，結合S41中的客流—運行圖網(wǎng)絡，得到虛擬運行線的客流—運行圖網(wǎng)絡；將虛擬運行線路上的客流匹配到虛擬運行線路運行圖的時空網(wǎng)絡弧上，以此轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡流問題；

對所有OD點對間的有效路徑都構造一條虛擬運行線路，然后將相同的虛擬運行線路進行合并，得到了整個地鐵網(wǎng)絡的虛擬運行線路的集合，在這基礎上將網(wǎng)絡客流控制轉(zhuǎn)化為線路客流控制；

第五步：網(wǎng)絡客流分配，具體步驟如下：

首先需要對城市軌道交通網(wǎng)絡客流進行分配；分配時以隨機用戶均衡理論為基礎，采用Logit模型對客流進行分配，不考慮運能約束，求出OD點對間有效路徑的客流承擔率；設OD對(i,j)，該OD對間的有效路徑集合為K_i,j，乘客選擇第k條有效路徑的概率如下式所示，其中，θ為阻抗相關參數(shù)，表示OD對(i,j)間的第k條有效路徑廣義費用；

具有如下性質(zhì)：

根據(jù)AFC刷卡數(shù)據(jù)，以同向相鄰兩次列車離開車站的時刻進行時段劃分，得到不同OD點對間時段客流量p_i,j,t，結合由Logit模型得到乘客選擇第k條有效路徑的概率可以得到第k條有效路徑上的時段客流量如下式所示：

將分配到有效路徑上的客流匹配到虛擬線路r上，得到虛擬運行線線路客流；

由于OD點對間的有效路徑可能存在于多條虛擬運行線路，所以在匹配時需要滿足以下規(guī)則：

沒有換乘的客流與沒有換乘的虛擬運行線路進行匹配，換乘一次的客流與具有一次換乘的虛擬運行線路進行匹配；換乘兩次的客流與具有兩次換乘的虛擬運行路線進行匹配；

結合上述規(guī)則，當對于OD點對(i,j)，當乘客從i到j站選擇第k條有效路徑屬于虛擬運行路線r上的部分或整條時，將OD點對(i,j)間第k條有效路徑上的時段客流量與虛擬運行線路r上從i到j站的時段客流量進行匹配，如下式所示；

基于列車運行圖對OD客流量進行時段劃分，車站i的時段表示為[τd_i,t,τd_i,t+1]，τd_i,t表示t次列車離開i站的時刻；

用表示時間段[τd_i,t-1,τd_i,t]進入i站通過虛擬路線r去往j站的客流量；

第六步：網(wǎng)絡客流轉(zhuǎn)化為線路客流，具體子步驟為：

S61：虛擬運行線路客流計算：

在上文對網(wǎng)絡OD客流進行了分配，得到了在虛擬運行線路r上的od時段客流量為了對每條虛擬運行線上的客流進行流平衡推導，需要對車站與車次進行重新編號，虛擬運行線路上的時段OD客流為與原時段OD客流之間的匹配關系如下式所示；

在上式中，表示實際地鐵路網(wǎng)上，在i站計劃乘坐t次列車通過虛擬路線r到達j站的乘客，即在時間段[τd_i,t-1,τd_i,t]進入i站通過虛擬路線r去往j站的客流量；w_i,r,α為0-1參數(shù)，表示實際網(wǎng)絡上車站i在虛擬運行路線r上的編號為α時值為1，其它為0；u_t,r,t'也為0-1參數(shù)，表示在虛擬運行路線r中，第t′次虛擬列車包含實際t次列車時值為1，其它為0；表示在虛擬運行路線r上，在α站計劃乘坐t′次列車到達β站的乘客；

S62：虛擬運行線路客流指標計算：

(1)在虛擬運行路線r上，從t′-1次列車離開到t′次列車離開時(在時段)進入車站α的乘客數(shù)為如下式所示；

指在虛擬運行路線r中，在α站期望乘坐t′次列車去β站的進站人數(shù)，即在時間段進入α站的去β站的乘客數(shù)；

(2)在虛擬運行路線r上，t′次列車在α站增加的乘客數(shù)為

指在虛擬運行路線r中，在α站乘坐t′次列車去β站的乘客數(shù)；

(3)在虛擬運行路線r中，乘t′次列車在β站的下車人數(shù)為如下式所示；

(4)在虛擬運行路線r上，t′次列車離開α車站時，在α站剩余去β站的乘客數(shù)為如下式所示；

指在虛擬運行路線r上，t′次列車離開α車站前(乘客還未上車)，車站α的站臺上由α站去β站的乘客數(shù)，如下式所示；

假設站臺的乘客在列車到達車站時沒有上車，而是在列車離開車站時一瞬間完成上車；在虛擬運行路線r上，t′次列車離開α車站前，即在時刻前，車站站臺的總人數(shù)由在時間段進入車站的乘客和t′-1次列車離開后車站剩余的乘客組成的；當t′時，

(5)在虛擬運行路線r上，t′次列車離開α車站前(乘客還未上車)，車站α站臺上的總乘客數(shù)為如下式所示；

(6)在虛擬運行路線r上，t′次列車離開車站α時的載客量為如下式所示；

第七步：將虛擬運行線路客流匹配到實際城市軌道交通路網(wǎng)中，具體子步驟如下：

S71：實際城際軌道交通路網(wǎng)客流指標計算

(1)在實際城市軌道交通網(wǎng)絡中，對應于每一條自然運行線路，t次列車離開車站i前車站總的乘客人數(shù)為z_i,t，根據(jù)公式(11)，可推出對應的實際路網(wǎng)中車站總的乘客人數(shù)z_i,t，如下式所示；

式中m_i,t為0-1參數(shù)，表示當實際t次列車包含i站時值為1，否則為0；

(2)在實際地鐵網(wǎng)絡中，對應于每一條自然運行線，t次列車離開i站時的載客量為load_i,t；根據(jù)公式(12)，推出實際網(wǎng)絡中對應的載客量load_i,t；如下式所示：

式中為0-1參數(shù)，表示在虛擬運行路線r中，α站后為換乘弧時值為1，其它為0；

(3)在實際城市軌道交通網(wǎng)絡上，從t-1次列車離開到t次列車離開時進入車站i的乘客人數(shù)為x_i,t；根據(jù)公式

(4)限制進站人數(shù)；在實際地鐵網(wǎng)絡中，從t-1次列車離開到t次列車離開時限制進入車站i的乘客人數(shù)為xr_i,t，即車站i在時間段[τd_i,t-1,τd_i,t]內(nèi)限制進站人數(shù)，如下式所示；

S72：實際城市軌道交通網(wǎng)絡下，客流指標約束

(1)客流需求約束；

(2)上車乘客人數(shù)約束；上車乘客人數(shù)不能超過站臺總人數(shù)；

(3)下車乘客人數(shù)約束；在虛擬運行路線r上，t′次列車在所有車站的上車乘客人數(shù)總和與在所有站的下車乘客數(shù)總和相等；

(4)列車載客能力約束，在實際地鐵網(wǎng)絡中，t次列車離開i站時的載客量不能超過列車的最大載客量；

上式中QT為列車的最大載客量；

(5)站臺能力約束；在實際地鐵網(wǎng)絡中，t次列車離開i站前，車站i的站臺乘客人數(shù)不能大于車站站臺最大的容納人數(shù)；

上式中G_i為車站i的站臺所能容納的最大乘客數(shù)；

第八步：運用步驟二中的數(shù)據(jù)，利用商業(yè)優(yōu)化求解軟件進行求解，具體子步驟如下：

S81：以基于運行圖的地鐵網(wǎng)絡多車站協(xié)同客流控制優(yōu)化模型的目標函數(shù)為客運周轉(zhuǎn)量最大化，如下式所示：

式中z為客運周轉(zhuǎn)量最大的目標函數(shù)值；load_i，t為地鐵路網(wǎng)上，t次列車離開車站i時的載客量；c_i，t為在地鐵網(wǎng)絡中，在t次運行線上，車站i后的區(qū)段長度；

S82：將步驟二的數(shù)據(jù)進行預處理，公式(1)-(4)為預處理步驟，然后將預處理之后的數(shù)據(jù)作為模型的輸入數(shù)據(jù)，最后利用商業(yè)優(yōu)化求解軟件IBM WebSphere ILOG CPLEX對模型公式(5)-(22)進行求解；

第九步：根據(jù)步驟八的求解結果，得出軌道交通網(wǎng)絡中各個車站在整個早高峰的總控流率、控流人數(shù)、時段控流情況以及軌道交通網(wǎng)絡各車站協(xié)同控流的最優(yōu)策略。