[發明專利]用于測量和最小化城軌網絡脆弱性的方法

有效

• 申請號: 202210016545.6
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN115017654B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 劉杰;何明衛;占曙光;帥春燕;劉陽;石莊斌
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/27;G06F111/04
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 羅江

1.用于測量和最小化城軌網絡脆弱性的方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)構建城軌網絡和定義乘客可接受的出行路徑；

(2)評估城軌網絡服務性能；

(3)評估脆弱性；

步驟(3)中，評估脆弱性，包括：

(3.1)折返區間集中斷時乘客總出行次數的降低率；

乘客總出行次數的降低率從乘客出行可行性的角度衡量了城軌網絡的脆弱性；折返區間集中斷會中斷車站OD對之間的可接受路徑；如果OD對之間沒有連通的可接受路徑，則乘客轉向其他交通方式；因此，當折返區間集s，中斷時，在城軌網絡上出行的乘客總出行次數由公式(7)計算：

其中是一個二元決策變量，當折返區間集中斷時，如果出行目的為a的乘客沒有連通的可接受路徑，則否則，

當折返區間集中斷時，乘客總出行次數的降低率用公式(8)計算：

(3.2)折返區間集中斷時平均每位乘客的出行時間增加率；

平均每位乘客的出行時間增加率從乘客出行時間的角度衡量了城軌網絡的脆弱性；乘客的總出行時間包含乘客乘坐城市軌道交通的出行時間和由于車站OD對間可接受路徑中斷乘客轉移至其他交通方式的出行時間；假設轉移至其他方式的乘客采用出租車出行，出租車的行程距離等于車站OD對之間的最短距離；因此，轉移至出租車乘客的行程時間等于出租車行程距離與出租車速度的比值；當折返區間集中斷時，城軌網絡上平均每位乘客的出行時間和平均每位乘客的出行時間增加率分別用公式(9)和(10)計算：

其中是當折返區間集中斷時，出行目的為a的乘客n從o站到d站的出行時間，是乘坐出租車從o站到d站的距離，等于城軌網絡上從o站到d站的最短距離；v_taxi是出租車的速度，用于判斷乘客是否轉移至出租車；如果即在折返區間集中斷后，o站與d站之間沒有可接受的連通路徑，則乘客轉移至出租車；否則，乘客仍在城軌網絡上采用迂回路徑出行；

(3.3)折返區間集中斷時平均每位乘客換乘次數的增加率；

從乘客出行便利性的角度，采用平均每位乘客換乘次數的增加率來衡量城軌網絡的脆弱性；當折返區間集中斷時，城軌網絡上平均每位乘客的換乘次數和平均每位乘客換乘次數的增加率分別用公式(11)和(12)計算：

其中是當折返區間集中斷時，城軌網絡上出行目的為a的乘客n從o站到d站的換乘次數；

(3.4)折返區間集中斷時平均每位乘客廣義出行費用的增加率；

折返區間集中斷時，一些乘客會轉移至出租車或在城軌網絡上采用迂回路徑出行，此時，城軌網絡上平均每位乘客的廣義出行費用和平均每位乘客廣義出行費用的增加率分別采用公式(13)和(14)計算；通過平均每位乘客廣義出行費用的增加率綜合評估折返區間集中斷時城軌網絡的脆弱性；

其中是從o站到d站的出租車費用，根據o站到d站的出租車行程距離估算；

(3.5)考慮折返區間集權重的城軌網絡脆弱性綜合評估；

通過公式(15)計算考慮每個折返區間集權重的平均每位乘客廣義出行費用的增加率，以綜合測量城軌網絡的脆弱性；折返區間集的權重等于折返區間集中所包含區間的總長度與網絡中所有區間的總長度之比；

其中是車站集δ_b中的車站增設折返軌道后城軌網絡的脆弱性，l_s是折返區間集中區間的總長度，

(4)通過最佳順序在車站增設折返軌道以最小化城軌網絡的脆弱性；

步驟(4)中，通過最佳的順序在車站增設折返軌道，以最小化城軌網絡的脆弱性；實現思路為，首先優化增設折返軌道的車站集，然后優化在這些車站增設折返軌道的順序；優化增設折返軌道的車站集時，通過在車站集δ_b增設折返軌道來最小化城軌網絡的脆弱性，模型如下：

限定條件：

∑_j∈Nx_j＝b (20)

其中，目標函數(16)表示最大化在車站集δ_b增設折返軌道后城軌網絡脆弱性的降低值；和分別表示未增設折返軌道時和在車站集δ_b增設折返軌道后城軌網絡的脆弱性；約束(17)中表示沒有在任何車站增設折返軌道；約束(18)指定x_j是二元決策變量；如果選擇j站增設折返軌道，則x_j＝1；否則，x_j＝0；約束(19)規定如果x_j＝1，則車站j∈N屬于車站集合δ_b；約束(20)指定增設折返軌道的車站數為b；約束(21)確保在b個車站增設折返軌道的總成本低于指定的預算；c和C分別是在一個車站增設折返軌道的平均成本和總體預算；

優化增設折返軌道的車站集δ_b后，在δ_b中的車站增設折返軌道的最優順序用表示，采用如下模型優化

限定條件：

其中，目標函數(22)表示最大化在最優車站序列中的第i,i＝1,2,3…,b個車站k,k∈δ_b增設折返軌道后網絡脆弱性的降低值；在公式(23)中，和分別等于在最優車站序列的前i-1個站和前i個站增設折返軌道后城軌網絡的脆弱性；在約束條件(24)中，x_i,k是一個二元決策變量；如果選擇站k,k∈δ_b作為最優車站序列中的第i站，則x_i,k＝1；否則，x_i,k＝0；約束(25)限制只能選擇δ_b中的一個車站作為中的第i個車站；約束(26)指定等于沒有在任何車站增設折返軌道時城軌網絡的脆弱性。