一種基於afc客票數據的城市軌道交通客流分析方法

2023-12-12 04:47:32 2

一種基於afc客票數據的城市軌道交通客流分析方法
【專利摘要】本發明提供一種基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，以城市軌道交通AFC系統歷史客票數據為基礎，結合城市軌道交通網絡和實績列車運行圖，從車站、線路/區間和路網三個層面系統地分析城市軌道交通客流的時空分布特性，同時為客流時空分布提供了良好的二維/三維可視化技術和過程演化的重現技術。本發明具有較好的先進性、實用性和通用性，利用本發明可以從不同層面系統全面地掌握城市軌道交通網絡客流的時空分布特徵，為城市軌道交通運營管理和組織優化提供良好的科學數據和支撐依據，同時為城市軌道交通網絡客流時空分布演化過程重現和客流演化規律研究提供了有效的技術途徑。
【專利說明】一種基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能化數據挖掘【技術領域】，尤其涉及一種基於AFC客票數據的城市軌 道交通客流分析方法。

【背景技術】
[0002] 城市軌道交通（RailTransit，以下簡稱：ATS)具有運量大、速度快、安全、準點、 保護環境、節約能源和用地等特點，是城市公共運輸系統的骨幹系統。根據中國城市軌道交 通協會統計，截至2013年年末我國累計有19個城市建成投運城市軌道交通線路87條，運 營裡程達2539km。北京、上海和廣州等城市的軌道交通已經從單線運營、骨架網絡逐步發展 到網絡化狀態，乘客出行可達性和軌道交通吸引力得到大幅提高，有效地降低了地面交通 壓力。自動售檢票系統（AutomaticFareCollection,以下簡稱：AFC)是城市軌道交通最 基本和最重要的系統之一，國外經濟發達城市的軌道交通普遍採用這種管理系統並發展到 相當高的技術水平。我國城市軌道交通自動售檢票系統和設備最初從美國引進，近年來我 國進行大量開發和研製工作，提供了多種形式的產品，技術水平也在不斷提高。作為城市軌 道交通的重要服務窗口，自動售檢票系統為乘客出行提供便捷可靠的自動售票和自動檢票 服務。自動售檢票系統詳細記錄了城市軌道交通乘客的進站/出站站點和時間信息，不僅 掌管著軌道交通運營的經濟命脈--票務收入，還系統掌握著軌道交通線路各車站的每天 客流量和完整的客流動態信息，可以為城市軌道交通的運營、管理和決策提供大量的科學 數據和依據。
[0003] 軌道交通線網客流特徵實質上是車站客流時空分布疊加及交換的效果體現。城 市軌道交通客流分析是日常運營中的一項基本工作，主要掌握城市軌道交通客流基本信息 並進行比較分析，從而為運營管理、運力配置和調度指揮提供有效參考。客流分析通常以 AFC系統記錄的完整客票數據為信息來源，例如，北京地鐵運營客流分析系統根據AFC系統 客票數據獲得運營生產各種報表（日、周和月度）進行比較分析，並計算相應的客流數量指 標，成都地鐵AFC系統能夠以車站為單位統計單位時間（最小為Imin)的進出站客流量，通 過統計可以獲得單條線路或路網的客流量。
[0004] 目前，國內外研究學者對網絡化條件下城市軌道交通客流的科學研究主要是從不 同層面分析城市軌道交通從單線向網絡轉變過程中的客流特徵和成長規律，為客流預測模 型的參數選擇和網絡化運營工作提供參考。在實際工作中，城市軌道交通客流分析主要是 以AFC系統客票數據為基礎直接進行報表式的客流數量統計分析，沒有深入發掘和有效利 用AFC系統客票數據蘊含的信息。
[0005] 總的來說，城市軌道交通現有客流分析系統/客流分析工作缺乏系統性、動態性 和微觀性，主要體現在：（1)客流比較分析主要同一對象縱向時間維度的比較分析，缺乏類 似對象間的橫向比較分析；（2)未深入分析城市軌道交通網絡上客流OD的時間分布特性和 演化規律；（3) -般基於K短路的阻抗來分配客流路徑，未結合城市軌道交通網絡和實績 列車運行圖來準確確定乘客出行路徑和乘坐車次；(4)沒有分析列車在不同區間的載客量 /擁擠程度和不同時段區間斷面客流量變化情況。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在於解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種具備良好的實用性、 先進性、可操作性和通用性的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法。
[0007] -種基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1:抽象描述城市軌道交通網絡為G= (V，E)，其中V為車站集合，E為線路相 鄰車站間區間集合，獲取線路信息、車站信息、區間信息，並根據所述線路信息、車站信息、 區間信息利用K短路算法計算不同車站間的可供乘客選擇的路線方案和路徑長度；其中， 所述線路信息指某個城市所有軌道的線路總數量；所述車站信息指該城市軌道交通車站名 稱或者編號、車站類型和所屬線路信息；所述區間信息指相鄰兩個車站之間的線路，包括區 間銜接車站、區間方向和區間距離；
[0009] 步驟2:從城市軌道交通調度指揮中心的實績列車運行圖獲取列車運行信息，所 述列車運行信息包括列車運行過程中在沿途車站的出發/到達時刻和不同站間區間的實 際運行時間長度；
[0010] 步驟3 :從AFC系統獲取客票數據並將其轉化為客流OD數據，每一條客流OD數據 包括進站車站、出站車站、進站時間和出站時間；
[0011] 步驟4 :乘客進站時間時刻和出站時間時刻和OD車站間的列車運行時間長度存在 耦合關係，通過比較乘客在城市軌道交通系統內的停留時間與OD車站間不同可選路徑的 時間長度確定該乘客從〇站到D站的出行路徑和換乘車站；所述停留時間指：出站時間和 進站時間的時間差；
[0012] 以乘客出行路徑上的換乘站為分界站將其出行路徑細分為若干子路徑，根據子路 徑列車運行時間長度的比例關係分配將乘客在城市軌道交通系統內的停留時間分配給各 子路徑，並確定乘客在每個子路徑OD車站的到達時間和出發時間；
[0013] 比較乘客在子路徑OD車站的到發時刻和該路徑上列車在車站的到發時刻，確定 該乘客在任意子路徑上乘坐列車的車次和在換乘站換乘的時間；
[0014] 步驟5:根據以上信息分析車站層面客流狀況。
[0015] 進一步地，如上所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，所述步 驟5還包括分析線路/區間層面客流狀況。
[0016] 進一步地，如上所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，所述步 驟5還包括分析路網層面客流狀況。
[0017] 進一步地，如上所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，所述車 站層面客流分析包括以下步驟：
[0018] 步驟①基於單條客流OD信息統計分析獲取車站進站客流量和出站客流量的時間 分布；
[0019] 步驟②分析某時段內以該站為0站的前η個主要客流去向分布情況；
[0020] 步驟③分析某時段內以該站為D站的前η個主要客流來源分布情況；
[0021] 步驟④根據客流OD的換乘信息分析單個換乘站不同銜接方向間換乘客流的時間 分布；
[0022] 步驟⑤根據前述分析內容與其它車站的橫向比較分析及同一車站不同日期/時 段的客流縱向比較分析；
[0023] 步驟⑥基於客流數據變化情況分析不同類型典型車站客流的發展規律。
[0024] 進一步地，如上所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，所述線 路/區間層面客流分析狀況包括以下步驟：
[0025] 步驟①基於所述步驟4中獲得的單條客流OD對應的乘客乘坐列車車次和換乘信 息，基於列車運行區間信息通過數據統計累加得到所有列車在不同區間的載客人數，以列 車定員為基礎計算得到列車在不同區間的乘客擁擠程度；
[0026] 步驟②以實績列車運行圖為基礎，以區間運行線粗細程度來表徵列車在該區間的 載客量/擁擠程度，獲得單條線路列車載客量/擁擠程度的二維圖形顯示；
[0027] 步驟③以時間為X軸，線路車站為y軸，載客量為z軸繪製列車載客量的三維客流 波形曲線，以表徵以列車為載體的客流在線路區間的時間分布特徵；
[0028] 步驟④進行線路/區間客流橫向和縱向兩個維度的分析比較以掌握客流變化特 點和傳播演化規律。
[0029] 進一步地，如上所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，所述路 網層面客流分析狀況包括以下步驟：
[0030] 步驟①以列車區間載客量為基礎，通過數據累加獲取任一時段不同區間的客流 量，獲得路網客流時空分布情況；
[0031] 步驟②以路網拓撲結構為基礎，基於時間戳向前推進從而重現客流時空演變過 程；
[0032] 步驟③以客流OD數據為基礎，計算路網客流總量、軌道交通系統的客流承載總量 及時間分布情況；
[0033] 步驟④計算乘客平均出行距離、平均出行時間及相應項目隨日期/時間的變化規 律。
[0034] 本發明以城市軌道交通AFC系統客票數據為基礎，結合城市軌道交通網絡和列車 運行圖，從車站、線路/區間和路網三個層面系統地分析客流的時空分布特性，並提供了良 好的二維和三維可視化顯示技術。除既有客流分析系統的常規客流分析外，本發明為不同 客流分析項目提供了縱向時間維度和橫向同類項目間的比較分析，分析了路網客流OD的 時間分布特性，並結合路網結構和列車運行圖來確定乘客出行路徑和乘坐車次，分析列車 在不同區間的擁擠程度和區間斷面客流量隨時間變化情況。本發明從不同層面系統深入分 析城市軌道交通客流的時空分布特徵，可以為城市軌道交通客流傳播規律研究和運營管理 決策提供有效的科學數據和支撐依據，具備良好的實用性、先進性、可操作性和通用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明城市軌道交通網絡抽象描述前網絡圖；
[0036] 圖2為本發明城市軌道交通網絡抽象描述後網絡圖；
[0037] 圖3為本發明客流OD與列車車次耦合關係示意圖一；
[0038] 圖4為本發明客流OD與列車車次耦合關係示意圖二；
[0039] 圖5為本發明OD客流路徑選擇原理示意圖；
[0040] 圖6為本發明客流路徑分段分配示意圖；
[0041] 圖7為本發明M站某節假日進出站客流的時間分布圖；
[0042] 圖8為本發明M站早尖峰時段進出站客流量的時間分布圖；
[0043] 圖9為本發明M站晚尖峰時段進出站客流量的時間分布圖；
[0044] 圖10為車站進/出站客流量時間分布橫向分析示意圖；
[0045] 圖11為車站進/出站客流量時間分布縱向分析示意圖；
[0046] 圖12為車站進/出站客流量時間分布混合分析示意圖；
[0047] 圖13為車站進/出站客流量時間分布二維比較分析示意圖；
[0048] 圖14為換乘站換乘銜接方向示意圖；
[0049] 圖15為列車-區間載客量/擁擠程度的二維圖形一；
[0050] 圖16為列車-區間載客量/擁擠程度的二維圖形二；
[0051] 圖17為列車在不同區間載客量顯示的三維示意圖；
[0052] 圖18為區間時段客流量加和示意圖；
[0053] 圖19為城市軌道交通出行距離分布示意圖；
[0054] 圖20為以車站為基本單元的客流OD分布示意圖；
[0055] 圖21為以組團模塊為基本單元的客流OD分布示意圖；
[0056] 圖22為路網客流分布情況示意圖。

【具體實施方式】
[0057] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面本發明中的技術方案進行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0058] 本發明先對以下名稱進行解釋：
[0059] AFC客票系統：是基於計算機、通信、網絡、自動控制等技術，實現軌道交通售票、 檢票、計費、收費、統計、清分、管理等過程的自動化系統。自動售檢票系統為乘客出行提供 便捷可靠的自動售票和自動檢票服務。自動售檢票系統詳細記錄了城市軌道交通乘客的進 站/出站站點和時間信息，掌握著軌道交通線路各車站的每天客流量和完整的客流動態信 肩、。
[0060] 列車運行圖：城市軌道交通列車運行圖也稱時距圖，是城市軌道交通系統的綜合 計劃和運輸組織的基礎，也是城市軌道交通系統各部門協同工作，維持全線列車與旅客組 織的秩序，保證系統運行安全和旅客服務質量的前提和基礎。列車運行圖規定了列車運 行的次序、停站和出發到達時間，其編制質量的高低直接影響運輸組織的效率和安全可靠 性。
[0061] 實績列車運行圖：列車運行圖是城市軌道交通系統的綜合計劃，然而在實際運輸 生產過程中列車運行可能受到各種因素影響而偏離既定計劃，列車運行的實際信息繪製為 運行圖即為實績列車運行圖。
[0062] 客流0D:城市軌道交通乘客從車站A進站上車，乘坐列車到達B站或途中在C、D、 E等站換乘後到達B站，則該乘客出行產生了一個客流0D，車站A為0點，車站B為D點。
[0063] 本發明提供的基於AFC系統客票數據的城市軌道交通客流分析方法，以城市軌道 交通AFC系統歷史客票數據為基礎，結合城市軌道交通網絡和實績列車運行圖，從車站、線 路/區間和路網三個層面系統地分析客流的時空分布特性，同時能實現良好的二維和三維 可視化分析和客流時空分布演化過程重現。為基於AFC系統客票數據、城市軌道交通網絡 和實績列車運行圖實現客流時空分布特徵分析和乘客出行規律研究，本發明採用如下工藝 步驟實現目標：
[0064] 第一步：抽象描述城市軌道交通網絡為G= (V，E)，V為車站集合，E為線路相鄰車 站間區間集合，獲取線路、車站、區間基本信息並計算不同OD車站間的可選路徑和路徑長 度。
[0065] 第二步：從城市軌道交通實績列車運行圖獲取列車運行信息，主要包括列車在車 站的出發/到達時刻和不同站間區間的實際運行時間長度。
[0066] 第三步：從AFC系統獲取客票數據並將其轉化為客流OD數據，每一條OD數據包括 進站車站、出站車站、進站時間和出站時間。
[0067] 第四步：根據客流OD數據和列車運行信息的時間耦合關係計算確定該條OD乘客 的出行路徑、乘坐列車車次、換乘車站和換乘時間等信息。
[0068] 第五步：車站層面客流分析。（1)基於單條客流OD信息統計分析獲取車站進站客 流量和出站客流量的時間分布；（2)分析某時段（重點分析進站尖峰時段）內以該站為0站 的前η個客流主要去向分布情況；(3)某時段（出站尖峰時段）內以該站為D站的前η個客 流主要來源分布情況；(4)根據客流OD的換乘信息分析單個換乘站不同銜接方向間換乘客 流的時間分布；（5)前述分析內容與其它車站的橫向比較分析以及與該車站不同日期/時 段的客流縱向比較分析；(6)基於客流數據分析不同類型車站客流尤其是大客流的發展規 律。
[0069] 第六步：線路/區間層面客流分析。（1)基於第四步中獲得的單條客流OD乘客乘 坐列車車次和換乘信息，通過數據統計累加得到所有列車在不同區間的載客人數，以列車 定員為基礎計算得到列車擁擠程度。（2)以實績列車運行圖為基礎，以區間運行線粗細來表 徵列車在該區間的載客量/擁擠程度，獲得單條線路列車載客量/擁擠程度的二維直觀顯 示。（3)以時間為X軸，線路車站為y軸，載客量為ζ軸繪製列車載客量的三維波形曲線，直 觀地表徵客流在線路區間的時間分布特徵，發現。（4)進行線路/區間客流橫向和縱向兩個 維度的分析比較以掌握客流特點和演化規律。
[0070] 第七步：路網層面客流分析。（1)以列車區間載客量為基礎，通過數據累加獲取任 一時段不同區間的客流量，獲得路網客流時空分布情況；（2)以路網拓撲結構為基礎，隨時 間推進重現客流時空演變過程；（2)以客流OD數據為基礎，計算路網客流總量、系統內客流 承載量及時間分布情況；（3)計算乘客平均出行距離、平均出行時間及隨時間變化情況。
[0071] 具體地，本發明總體技術方案為通過城市軌道交通網絡抽象描述、實績列車運行 圖信息處理、AFC系統客票數據轉化為OD數據、基於時間耦合關係的出行路徑和乘坐車次 確定、車站/線路（區間）/路網不同層面的客流分析等工藝系統地分析城市軌道交通客流 時空分布特性，並實現良好的二維和三維可視化技術和客流時空分布演化過程重現，滿足 城市軌道交通不同層面和不同用戶客流分析和信息深入挖掘需要。
[0072] 城市軌道交通網絡抽象描述
[0073] 利用圖論理論將城市軌道交通網絡抽象描述為G= (V，E)，將車站和相鄰車站間 的線路區間分別抽象描述為網絡節點V和以距離為權重的雙向有向弧e。城市軌道交通網 絡抽象描述方法如圖1和圖2所示，Gk = (Vk，Ek)為G的子圖，表示城市軌道交通第k條線 路，其中Vk和Ek分別表示第k條線路上車站與弧的集合，Vkk, =VkΠVk,為第k條線路和第 V條線路的換乘車站的集合。eg表示由車站i指向相鄰車站j，與eji連接相同的兩個車 站，但方向相反。Iij表示弧eg的長度（m)，Iij =I#。
[0074] 根據網絡車站節點之間的連接關係計算獲得車站i和車站j之間所有可達路徑 的集合Ry計算集合Ru其中所有路徑的距離並按照距離升序排列，為％中的第q個 元素，表示車站i和車站j之間的第q條最短路。ruP以路徑途徑車站的順序集合表示， 如= {2, 3, 4, 5, 6}，Iup為車站i和車站j之間的第p條最短路的長度，為途經 IupK需的最短時間。遍歷所有車站組合，獲取V中任意兩個車站之間的全部可達路徑集 合。
[0075] 實績運行圖信息處理
[0076] 從城市軌道交通調度指揮中心OCC的ATS系統獲取某日實績列車運行圖，通過數 據處理獲取列車在運行過程中在不同車站的出發時分和到達時分並保存。K為列車車次集 合，keK，TNk為列車k的車次，其在車站i的出發時間和到達時間分別為tfk;i和tdti， 列車在始發車站無到達時間，而在終到車站無出發時間。
[0077] 此外，城市軌道交通網絡化運營實質上仍然是以單條線路為單位組織列車運行， 根據實績列車運行圖信息可以迅速獲得不同車站OD之間的實際運行時間。
[0078] 上述第三步從AFC系統獲取客票數據並將其轉化為客流OD數據，每一條OD數據 包括進站車站、出站車站、進站時間和出站時間。
[0079] 具體地，AFC系統客票數據處理
[0080] 從城市軌道交通調度指揮中心OCC獲取研究對象日期的AFC票務系統數據記錄集 Q，單條客票數據記錄qeQ:
[0081 ]q= {ID,，CN,，CT,，ET,，ES,,EG,，ETMJ ⑴
[0082] 式中，IDq--客票記錄順序編號；
[0083] CNq--客票票卡編號（單程票或一卡通等票卡編號）；
[0084] CTq--客票類型，單程票或一卡通等類型；
[0085] ETq--事件類型，此處包括進站檢票和出站檢票兩種類型；
[0086] ESq-事件發生車站，ETq為進站時表示進站車站編號，ETq為出站時表示出站車 站編號；
[0087] EGq--事件發生的閘機編號，ETq為進站時表示進站閘機編號，ETq為出站時表示 出站閘機編號
[0088] ETMq--事件發生時間（格式為DD:HH:MM:SS)，ETq為進站時表示檢票進站時間， ETqS出站時表示出站刷卡時間；
[0089] 從城市軌道交通AFC系統獲得的原始客票數據記錄不能直觀地反映乘客的出行 信息，為滿足後續客流分析需要，現將客票數據記錄集Q中的客票數據處理為出行數據集 P,單條記錄為PeTOD:
[0090]p= {IDP,ODTp,EIp,EOp,EITp,EOTp,DTp,TNj(2)
[0091] 式中，IDp--出行記錄順序編號；
[0092] ODTp--為乘客出行類型，與IC卡類型相同，包括單程票和一卡通（常規卡、老年 卡、學生卡等）；
[0093]EIp--乘客進站車站編號；
[0094]EOp--乘客出站車站編號；
[0095]EITp--乘客檢票進入車站EIp的時刻，格式為DD:HH:MM:SS;
[0096]EOTp--乘客刷卡離開車站EOp的時刻，格式為DD:HH:MM:SS;
[0097]DTp--乘客在城市軌道交通系統內的停留時間，DTp =EOTp-EITp;
[0098]TNp--乘客從EIp到EOp乘坐的列車車次集合；
[0099]Rp--乘客從EIp到EOp的路徑；
[0100] 上述第四步中所述客流OD與列車運行的耦合關係，具體地，根據客流OD數據和列 車運行信息的時間耦合關係計算確定該條OD乘客的出行路徑、乘坐列車車次、換乘車站和 換乘時間等信息。令At'i為城市軌道交通車站i從進站閘機到站臺需耗費的最短時間， At"i為城市軌道交通車站i從站臺到出站閘機需要耗費的最短時間。
[0101] (I)OD客流為直達客流
[0102] 當車站EIpeVk且EOpeVk時表明該乘客從車站EIp進站後乘坐某列車直接到達 車站EOp，途中沒有換乘列車。
[0103] 令X=EIp，y=EOp，並將列車運行時間數據與乘客進出站時間進行比較，獲得出 行記錄P對應的旅客從車站EIp到達車站EOp可能乘坐的列車集合Kp，kpeKp:
[0104]Kp = {k|tfk，x 彡At，x+EITpntdk，x 彡At"X+E0TP} (3)
[0105] 當IKpI= 1時，該乘客從車站EIp到達車站EOp乘坐列車TNp = {kp}，如圖3所示。 當IKpI>1時，表明該乘客從車站EIp到達車站EOp乘坐的列車具有多個選擇，則需要基於居 中原則根據式（4)為確定乘客乘坐列車，如圖4所示。
[0106]TNp ={keKp|min((tfk，x_At,x_EITp)2+(EOTp-At"x_tdk，x)2)} (4)
[0107] (2)OD客流為換乘客流
[0108] 當車站EIpeVk且EO,, 時，表明該乘客從車站EIp進站後乘坐某列車，途中經 過換乘（換乘次數未知）才到達車站EOp。車站EIp和EOp之間的可達物理路徑集合Rxy及 元素lx，y，p的距離和時間tx，y，p已經在前面根據城市軌道交通路網和實績列車運行圖獲取， 可以根據乘客在軌道交通系統的停留時間DTp與tuP之間的大小關係來確定該乘客的出 行路徑Rp。
[0109] 令tt為車站換乘平均時間長度，Wq為Γ?,的換乘次數，若Γ?,滿足式（5)則Rp =ruq，如圖5所示。
[0110] ti; J; q < DTp- Λ t"「Λ t"< ti;丄時（5)
[0111] 以Rp的換乘車站為分界點將路徑Rp劃分為Wq+1部分，每個部分乘客乘坐一列列 車即可到達。如圖6所示，按照路徑長度比例關係將乘客出行時間DTp分配給不同路徑部 分，並將每一段路徑視為一個臨時的新OD客流，計算各臨時客流OD的基本信息：
[0112] p' = {IDP,，ODTp,，EIp,，EOp,，EITp,，EOTp,，DTp,，TNp, } (6)
[0113] 分段處理後將所有新OD客流均視為非換乘客流，採用（1)中描述的方法確定該 乘客在不同路段乘坐的列車車次並記錄到TNP。
[0114] 採用該方法可以獲得任一客流OD在不同區段（區段按照換乘情況劃分）乘坐的 列車車次信息，為客流OD信息p添加欄位RListp來表示該乘客經過路段和乘坐列車的信 息。RListpSRI的列表順序集合，IRListpI=wq+l。。RI表示乘客出行分段處理後基本單 元（非換乘）的信息：
[0115] RIj = {SIDj, TIDj, StationListjI (7)
[0116] 其中SIDj--該RI在RListp中的索引編號；
[0117] TIDj--路段RI乘客乘坐的列車車次；
[0118] StationListj--車站順序集合，表示出行路徑該路段包含車站的順序集合。
[0119] 上述第五步所述車站層面的客流分析包括車站進出站客流量的時間分布、車站換 乘客流分析兩個方面：
[0120] 1、車站進出站客流量的時間分布
[0121] 令客流統計分析精度為C(可以根據需要確定精度，如30s，lmin，5min，IOmin等） 並將全日運營時段[A，B]按照分析時間精度劃分為N個細分時段，N=IB-Al/C。統計分析 時間序列ST可以表示為{A,A+C,A+2C,A+3C,…，A+nC,…，B-C}。令STIi和STOi分別為車 站i與時間序列ST相對應的進站和出站客流數量序列。
[0122] 為分析車站M某日進出站客流量的時間分布情況，在出行記錄中P以EIp =M為查 詢條件獲得該日從車站M進站所有乘客的出行信息，獲得p的數據表TableM，並按EITp進 行升序排列。STIm序列的第z個元素表示為在時間範圍[A+zC，A+zC+C)內進入車站M的乘 客數量，在TableM中統計EITp位於區間[A+xC，A+xC+C)的p的數量。依照此方法可以獲得 城市軌道交通所有車站在任何日期進站客流量的時間分布情況。
[0123] 採用類似方法可以獲得城市軌道交通所有車站出站客流量的時間分布情況，基於 ST、STIi和STOi可以繪製M站進出站客流量的二維時間分布圖。圖7?圖9分別為某車站 節假日全日、早高峰和晚高峰進出站客流量的時間分布圖。
[0124] 引入三維圖形表示形式進行車站M進/出站客流量時間分布的縱向、橫向和混合 比較分析，以ST為X軸數據序列，STIiZiSTOi為Z軸數據序列。進行縱向比較分析時以比較 分析時間序列為Y軸數據序列，進行橫向比較分析時以分析比較車站序列為Y軸數據序列， 進行混合比較分析時以車站與日期組合的序列為Y軸數據序列。圖10、圖11和圖12分別 為進/出站客流量橫向、縱向和混合比較分析示意圖，三維表示形式與二維表示形式本質 上是一樣的，等價的二維表示形式如圖13所示。圖10、圖11和圖12均屬於車站進/出站 客流量時間分布分析示意圖，三者圖形相似，但也存在區別，具體為：三者的y軸坐標軸表 示含義存在差異，圖10的縱坐標為"車站"、圖11的縱坐標為"日期"，圖12的縱坐標為"車 站一日期"，這三個圖區別在於在圖10表示不同車站相同時段客流量時間分布情況，屬於車 站橫向比較分析；圖11表示同一車站不同日期客流量時間分布情況，屬於時間縱向比較分 析；圖12表示不同車站在不同日期的客流量時間分布情況，屬於混合比較分析。
[0125] 2、車站換乘客流分析
[0126] 對於任意一條客流數據而言，其RListp中RI數量直接表示了對應乘客的換乘情 況。對全部客流數據進行統計分析，可以獲得乘客換乘結構，得到不換乘、換乘一次、換乘兩 次......換乘N次的乘客所佔的比例結構。
[0127] 客流OD信息RListp中某RI的StationList中的所有車站必然屬於城市軌道交 通的同一條線路，而RListp中相鄰RI的StationList中除一個車站（換乘站）外的車站 必然屬於不同線路。根據StationList所屬線路的不同可以判定該乘客的換乘情況，即 在哪個車站由哪條線路換乘到哪條線路。以圖2為例，StationList分別為{9, 4, 3}和 {3, 4, 5, 6, 7, 8}則表明該乘客在車站3由3號線換乘到1號線。
[0128] 假定某車站銜接線路數量為η條，則銜接方向數量為2η，選定任意方向為換乘來 源方向有2η個選擇，除去本方向和與本方向屬於同一條線路的方向（該方向可以直達不用 換乘）換乘去向的選擇數量為2 (η-1)，換乘組合共有4η(η-1)。如圖14所示，銜接兩個方 向的換乘流向為 8 個，分別為A-0-C，A-0-D，C-0-A，C-0-B，B-0-C，B-0-D，D-O-A和D-0-B。
[0129] 以換乘站為單位統計換乘站不同方向的換乘客流量，通過加和得到不同線路之間 的換乘量。通過時段時分分別統計可以獲得不同時段車站換乘客流的情況，獲得不同方向 換乘客流的時間分布並繪製比較分析圖，比較分析圖顯示形式圖12(三維）和圖13(二維） 所示。
[0130] 上述第六步中所述線路/區間層面的客流分析，包括列車載客量分析以及線路/ 區間某時段客流量兩個方面。
[0131] 1、列車載客量分析
[0132] 以城市軌道交通線路為單位，分別為每條線路構建列車車次和區間的二維表記錄 該列車在該區間的載客人數，表格式如表1所不。
[0133] 表1列車不同區間載客人數統計表
[0134]

【權利要求】
1. 一種基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，其特徵在於，包括以下步驟： 步驟1 :抽象描述城市軌道交通網絡為G= (V，E)，其中V為車站集合，E為線路相鄰車 站間區間集合，獲取線路信息、車站信息、區間信息，並根據所述線路信息、車站信息、區間 信息利用K短路算法計算不同車站間的可供乘客選擇的路線方案和路徑長度；其中，所述 線路信息指某個城市所有軌道的線路總數量；所述車站信息指該城市軌道交通車站名稱或 者編號、車站類型和所屬線路信息；所述區間信息指相鄰兩個車站之間的線路，包括區間銜 接車站、區間方向和區間距離； 步驟2 :從城市軌道交通調度指揮中心的實績列車運行圖獲取列車運行信息，所述列 車運行信息包括列車運行過程中在沿途車站的出發/到達時刻和不同站間區間的實際運 行時間長度； 步驟3 :從AFC系統獲取客票數據並將其轉化為客流0D數據，每一條客流0D數據包括 進站車站、出站車站、進站時間和出站時間； 步驟4 :乘客進站時間時刻和出站時間時刻和0D車站間的列車運行時間長度存在耦合 關係，通過比較乘客在城市軌道交通系統內的停留時間與0D車站間不同可選路徑的時間 長度確定該乘客從〇站到D站的出行路徑和換乘車站；所述停留時間指：出站時間和進站 時間的時間差； 以乘客出行路徑上的換乘站為分界站將其出行路徑細分為若干子路徑，根據子路徑列 車運行時間長度的比例關係分配將乘客在城市軌道交通系統內的停留時間分配給各子路 徑，並確定乘客在每個子路徑0D車站的到達時間和出發時間； 比較乘客在子路徑0D車站的到發時刻和該路徑上列車在車站的到發時刻，確定該乘 客在任意子路徑上乘坐列車的車次和在換乘站換乘的時間； 步驟5:根據以上信息分析車站層面客流狀況。
2. 根據權利要求1所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，其特徵在 於，所述步驟5還包括分析線路/區間層面客流狀況。
3. 根據權利要求1所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，其特徵在 於，所述步驟5還包括分析路網層面客流狀況。
4. 根據權利要求1所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，其特徵在 於，所述車站層面客流分析包括以下步驟： 步驟①基於單條客流0D信息統計分析獲取車站進站客流量和出站客流量的時間分 布； 步驟②分析某時段內以該站為〇站的前n個主要客流去向分布情況； 步驟③分析某時段內以該站為D站的前n個主要客流來源分布情況； 步驟④根據客流0D的換乘信息分析單個換乘站不同銜接方向間換乘客流的時間分 布； 步驟⑤根據前述分析內容與其它車站的橫向比較分析及同一車站不同日期/時段的 客流縱向比較分析； 步驟⑥基於客流數據變化情況分析不同類型典型車站客流的發展規律。
5. 根據權利要求2所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，其特徵在 於，所述線路/區間層面客流分析狀況包括以下步驟： 步驟①基於所述步驟4中獲得的單條客流0D對應的乘客乘坐列車車次和換乘信息，基 於列車運行區間信息通過數據統計累加得到所有列車在不同區間的載客人數，以列車定員 為基礎計算得到列車在不同區間的乘客擁擠程度； 步驟②以實績列車運行圖為基礎，以區間運行線粗細程度來表徵列車在該區間的載客 量/擁擠程度，獲得單條線路列車載客量/擁擠程度的二維圖形顯示； 步驟③以時間為x軸，線路車站為y軸，載客量為z軸繪製列車載客量的三維客流波形 曲線，以表徵以列車為載體的客流在線路區間的時間分布特徵； 步驟④進行線路/區間客流橫向和縱向兩個維度的分析比較以掌握客流變化特點和 傳播演化規律。
6.根據權利要求3所述的基於AFC客票數據的城市軌道交通客流分析方法，其特徵在 於，所述路網層面客流分析狀況包括以下步驟： 步驟①以列車區間載客量為基礎，通過數據累加獲取任一時段不同區間的客流量，獲 得路網客流時空分布情況； 步驟②以路網拓撲結構為基礎，基於時間戳向前推進從而重現客流時空演變過程； 步驟③以客流0D數據為基礎，計算路網客流總量、軌道交通系統的客流承載總量及時 間分布情況； 步驟④計算乘客平均出行距離、平均出行時間及相應項目隨日期/時間的變化規律。
【文檔編號】G07C9/00GK104376624SQ201410655770
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】楊奎, 彭其淵, 魯工圓, 徐進, 葉麗文, 鄧念, 劉雯麗 申請人:西南交通大學