一種突發事件下城市軌道交通斷面客流預測方法與流程

2023-12-05 12:29:46

本發明涉及城市軌道交通技術領域。更具體地，涉及一種突發事件下城市軌道交通斷面客流預測方法。

背景技術：

隨著社會經濟的快速發展，城市軌道交通已成為大城市交通出行的重要方式。然而，在軌道交通極大便利人們日常出行的同時，由於設備故障、運營管理、自然災害等多方面的因素，城市軌道交通系統不可避免地會發生突發中斷事件。突發事件往往是在軌道交通正常運營的情況下突然發生的，因此突發事件也常造成軌道交通網絡拓撲結構的改變。在這種情況下，出行者可能會根據出行成本的變化，放棄原先規劃的路線，重新考慮路徑的選擇。在網絡化運營條件下，突發事件波及面廣，極易造成大量乘客滯留，不僅給運營管理工作帶來巨大的壓力，還容易造成安全隱患。為避免突發事件可能造成的局部線路過於擁擠，合理控制軌道交通網絡中的客流分布，必須針對突發事件下軌道交通網絡中的客流分布情況進行合理預測。

目前的城市軌道交通網絡斷面客流預測方法在實際預測過程中存在諸多問題。一方面，尚沒有成型的針對突發事件下的斷面客流預測方法，現有的方法基本上都是基於正常情況下的斷面客流分配，而且更多地通過計劃時刻表對斷面流量進行估計，缺乏考慮實際列車時刻表與計劃時刻表的變化造成的影響；另一方面，也未能考慮到突發事件下乘客所處的不同位置所做選擇的差異，籠統地從起點進行方案選擇造成斷面客流的不準確，同時缺乏對突發事件下乘客出行行為的分析，也不能夠對突發事件下選擇各方案客流的人數進行準確估計，進而降低了發生突發事件後斷面客流的準確度。

因此，需要提供一種能夠綜合突發事件下城市軌道交通網絡運行變化以及突發事件下乘客出行行為的斷面客流預測方法，提高突發事件下斷面客流預測的準確度，保障城市軌道交通系統的穩定運營以及乘客的安全出行。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種突發事件下城市軌道交通斷面客流預測方法，通過充分考慮突發事件對城市軌道交通運行的影響，考慮突發事件下乘客出行行為特性，以提高突發事件下斷面客流預測的準確度。

為解決上述技術問題，本發明採用下述技術方案：

本發明公開了一種突發事件下城市軌道交通斷面客流預測方法，所述方法包括：

s1：獲取城市軌道交通物理網絡信息、列車運行信息、客流數據和突發事件信息，確定受影響客流；

s2：根據突發事件下乘客的路徑選擇行為，更新受影響客流數據；

s3：考慮列車容量限制因素，綜合非受影響客流，計算城市軌道交通各站間斷面客流。

優選地，所述s1中確定受影響客流的原則為乘客出行路線途經受突發事件影響的車站或線路、乘客到達出行路線上第一個受突發事件影響的車站的時刻在該車站受突發事件影響的時間範圍內以及乘客出行路線的方向和運營中斷方向一致。

優選地，所述s1中確定受影響客流的原則算法為

其中，spass＝{s1，…,sk,…,sm,…,sn}、tpass＝{t1，…,tk,…,tm,…,tn}分別為乘客從起點車站a到車站b經過車站的集合、時間，sinterrupt＝{sk,…,sm}為受突發事件影響的車站集合，ti,k為乘客到達線路i車站k的時刻。

優選地，所述s2包括：

s21：獲取小於最小相鄰列車時間時隔的時間窗內受影響客流數據，得到受影響客流數據中所有起訖站間所有的有效路徑；

s22：確定乘客路徑選擇的所有備選方案；

s23：建立乘客出行行為選擇模型，更新所述受影響客流數據。

優選地，所述有效路徑的確定原則為最短路搜索原則；

所述最短路搜索原則為在軌道交通路網中確定每對起訖站間的所有備選路徑，確定路徑耗時處於指標值內的備選路徑為有效路徑；

所述指標值為不超過最短路徑耗時27分鐘以上和不超過最短路徑耗時的2.2倍的兩個動態指標值中的最小值。

優選地，所述所有備選方案包括：

第一種：等待列車恢復通行後按照原計劃出行線路出行；

第二種：不改變出行路線起訖站的情況下若有其他路線，改乘其他線路出行；

第三種：改變出行路線起訖站的情況下繼續乘坐軌道交通到某站後再換乘地面交通；

第四種：退出軌道交通，選擇地面交通。

優選地，所述s22包括：

s231：建立所有備選方案的選擇效用，所述選擇效用為

式中，為從r到s的起訖站間第k種備選方案的實際阻抗；θ與感知誤差有關，一般取1；是從r到s的起訖站間第k種備選方案的感知阻抗的隨機項；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的第i個特徵屬性值；m為從r到s的起訖站間第k種備選方案的特徵屬性總個數；βi為相應特徵屬性的參數；

s232：考慮固有啞元、延誤時間、出行時間、換乘次數和出行費用因素建立各備選方案的選擇效用函數模型為

其中，為從r到s的起訖站間第k種備選方案的固有啞元；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的延誤時間；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的出行時間；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的換乘次數；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的出行費用；a、b、c、d、e為待標定參數；

然後，通過極大似然估計進行參數標定，得到選擇效用函數；

s233：建立乘客出行行為選擇模型：

式中，為從r到s的起訖站間選擇第k個備選方案的客流量；qrs為從r到s的起訖站間受影響客流量；為從r到s的起訖站間第k個備選方案的選擇效用函數值；

s234：根據乘客出行行為選擇模型重新分配受影響的客流量，更新受影響客流的起訖站和出行線路。

優選地，所述選擇效用函數為早高峰、晚高峰或平峰選擇效用函數。

優選地，所述s3包括：

s31：獲取小於最小相鄰列車時間時隔的時間窗內更新後的受影響客流數據；

s32：考慮列車容量限制因素，根據乘客實際到達先後分配乘客，計算受影響乘客到達各個車站的時間；

s33：綜合非受影響客流數據，計算得到軌道交通網絡各站間斷面客流。

優選地，所述s32包括：

若乘客選擇等待列車恢復通行後按照原計劃出行線路出行，根據突發事件發生後變化的列車運行時刻表確定乘客到達各個車站的時間；

若乘客選擇不改變出行路線起訖站的情況下若有其他路線，改乘其他線路出行或改變出行路線起訖站的情況下繼續乘坐軌道交通到某站後再換乘地面交通，考慮乘客站內的步行時間和換乘站的換乘時間，考慮列車容量限制因素，按到達站臺時間先後順序分批次上車，根據列車運行時刻表確定乘客到達各個車站的時間；

若乘客選擇退出軌道交通，選擇地面交通，則該部分乘客不再計入受影響客流量。

本發明的有益效果如下：

本發明提供了一種突發事件下城市軌道交通各站間斷面客流的統計方法，該方法通過分析乘客的出行行為，確定突發事件時乘客接收到延誤信息時的位置，根據乘客所處的位置研究突發事件下乘客路徑選擇行為，通過費用指標等因素確定各備選路徑的被選擇概率，從而準確地對受影響客流進行分配。同時，在有效路徑備選集的構建過程中剔除了因突發事件影響導致的無效路徑，並根據更新後的實際列車開行時刻表記錄客流到達各站的時間，同時考慮到列車容量限制建立排隊模型，提高了加載合理性及斷面流量的估算精度。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出本發明一種突發事件下城市軌道交通斷面客流預測方法的流程圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。

如圖1所示，本發明公開了一種突發事件下城市軌道交通斷面客流預測方法，所述方法包括：

s1：獲取城市軌道交通物理網絡信息、列車運行信息、客流數據和突發事件信息，確定受影響客流數據。可從鐵路運營相關系統中獲取一定時間集計的乘客選擇的原定軌道交通出行路徑及對應的乘客人數、城市軌道交通路網拓撲信息與站點信息、突發事件的詳細信息以及列車運行的計劃列車時刻表。所述s1中確定受影響客流數據的原則可為乘客出行路線途經受突發事件影響的車站或線路、乘客到達出行路線上第一個受突發事件影響的車站的時刻在該車站受突發事件影響的時間範圍內和乘客出行路線的方向和運營中斷方向一致。確定受影響客流數據的原則算法可表示為

其中，spass＝{s1，…,sk,…,sm,…,sn}、tpass＝{t1，…,tk,…,tm,…,tn}分別為乘客從起點車站a到車站b經過車站的集合、時間,sinterrupt＝{sk,…,sm}為受突發事件影響的車站集合，ti,k為乘客到達線路i車站k的時刻。

s2：根據突發事件下乘客的路徑選擇行為，更新受影響客流數據。所述s2可包括：

s21：獲取小於最小相鄰列車時間時隔的時間窗內受影響客流數據，得到受影響軌道線路上所有起訖站間所有的有效路徑。所述所有有效路徑的確定原則可為最短路搜索原則，即所述最短路搜索原則為在軌道交通路網中確定每對起訖站間的所有備選路徑，確定路徑耗時處於指標值內的備選路徑為有效路徑；所述指標值為不超過最短路徑耗時27分鐘以上和不超過最短路徑耗時的2.2倍的兩個動態指標值中的最小值。根據確定的最短路徑，推演乘客在突發事件發生時所處的位置。

s22：針對乘客在軌道交通中所處的位置，確定乘客路徑選擇的所有備選方案。所述備選方案可採用以下四種：

第一種：等待列車恢復通行後按照原計劃出行線路出行。此方案較適於在在原定路線受到影響的情況下，沒有其餘備選路徑的情況。

第二種：不改變出行路線起訖站的情況下若有其他路線，改乘其他線路出行。此方案較適於在原定路線受到影響的情況下，軌道交通網絡仍有其餘的路徑可供選擇，會有部分乘客選擇其餘路徑繞行，軌道交通其他備選路徑來源於可供選擇的備選路徑集合，並根據效用大小選擇各條備選路徑；規定備選路徑集合中最長路徑總耗時不得超過最短路徑總耗時的2.2倍。

第三種：改變出行路線起訖站的情況下繼續乘坐軌道交通到某站後再換乘地面交通。所述地面交通可包括計程車或公交交通方式。此方案中，乘客可繼續換乘城市軌道交通至某一站後換乘地面交通，乘客出行路徑的起訖站發生變化，需根據更新後的起訖站統計客流數據。

第四種：退出軌道交通，選擇地面交通。此方案中，乘客出站退出軌道交通，在對客流數據統計中不必再統計選擇該方案的乘客客流量。

s23：建立乘客出行行為選擇模型，更新受影響客流數據。所述s23可進一步包括：

s231：基於mnl(multinomiallogit)模型，建立突發事件下所有備選方案的選擇效用，所述選擇效用為

式中，為從r到s的起訖站間第k種備選方案的實際阻抗；θ與感知誤差有關，一般取1；是從r到s的起訖站間第k種備選方案的感知阻抗的隨機項；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的第i個特徵屬性值；βi為相應特徵屬性的參數；m為從r到s的起訖站間第k種備選方案的特徵屬性的總個數；

s232：考慮固有啞元、延誤時間、出行時間、換乘次數和出行費用因素建立各備選方案的選擇效用函數模型為

其中，為從r到s的起訖站間第k種備選方案的固有啞元；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的延誤時間；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的出行時間；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的換乘次數；為從r到s的起訖站間第k種備選方案的出行費用；a、b、c、d、e為待標定參數。

其中，固有啞元為0-1變量，是對模糊延誤時間的感知，反映乘客對不確定的延誤時間風險感知；延誤時間為乘客感知的確切時間，單位為min。如通知延誤時間在10分鐘以上時，取乘客確切的知道的時間10分鐘；出行時間，指突發事件下乘客從地鐵始發站出發到達終點站的總耗時，為乘車時間、換乘步行時間、換乘等車時間等的總和，單位min；出行費用指突發事件下乘客從地鐵始發站出發選擇各種方案到達終點站花費的費用，單位為元；換乘次數，指突發事件下乘客從地鐵始發站出發選擇各種方案到達終點站的換乘次數，單位次。

然後，採用極大似然估計進行參數標定，得到選擇效用函數。在實際應用中，乘客早高峰、晚高峰和平峰時的選擇行為不同，因此，所述選擇效用函數可分為早高峰、晚高峰和平峰選擇效用函數。

在本實施例中，早高峰、晚高峰和平峰選擇效用函數分別為

其中，為早高峰時從r到s的起訖站間第k條路徑的路徑選擇效用；為晚高峰時從r到s的起訖站間第k條路徑的路徑選擇效用；為平峰時從r到s的起訖站間第k條路徑的路徑選擇效用。

s233：建立乘客出行行為選擇模型。假設城市軌道交通內部正常情況下有n條有效路徑，有效路徑集合為l＝{l1，l2，…，lk,lk+1,…,ln}，其中有k(k≤n)條路徑受突發事件影響，linfluence＝{l1，…，lk}，n-k條路徑不受突發事件影響，lnot_influence＝{lk+1，…，ln}。對於不受影響的路徑而言，將客流按照效用大小分配到n-k條路徑上。所述乘客出行行為選擇模型為

式中，為從r到s的起訖站間選擇第k個備選方案的客流量(人次)；qrs為從r到s的起訖站間受影響客流量(人次)；為從r到s的起訖站間第k個選擇方案的選擇效用。

s234：根據乘客選擇各備選方案的概率重新分配受影響的客流量，重新受影響客流的起訖站和出行線路。

s3：考慮列車容量限制因素，綜合非受影響客流數據，計算城市軌道交通各站間斷面客流數據。所述s3可包括：

s31：獲取小於最小相鄰列車時間時隔的時間窗內更新後的受影響客流數據。其中，以小於全網最小相鄰列車時間間隔的時間窗將乘客進行劃分，以保證每一時間窗乘客可上同一列列車。

s32：考慮列車容量限制因素，根據乘客實際到達先後分配乘客，計算受影響乘客到達各個車站的時間；所述s32包括：

若乘客選擇等待列車恢復通行後按照原計劃出行線路出行，根據突發事件發生後變化的列車運行時刻表確定乘客到達各個車站的時間。選擇等待原路徑恢復通行時，途經站點仍是之前的站點{s1，…,sk,…,sm,…,sn}，但途徑時間需根據突發事件發生後變化的時刻表進行調整。待列車重新開通後，原地等待的乘客在所在站點上車，按照原定的途經站點依次記錄新的到站時間{t1，…,t'k,…,t'm,…,t'n}，形成新的路徑時刻表。

若乘客選擇不改變出行路線起訖站的情況下若有其他路線，改乘其他線路出行或改變出行路線起訖站的情況下繼續乘坐軌道交通到某站後再換乘地面交通，需更新該部分客流的起訖站或出行路徑，在考慮乘客站內的步行時間和換乘站的換乘時間以及列車容量限制因素下，按到達站臺時間先後順序分批次上車，根據列車運行時刻表確定乘客到達各個車站的時間；

若乘客選擇退出軌道交通，選擇地面交通，則該部分乘客不再計入受影響客流量。

具體的，根據實際列車時刻表確定各條線路各班次列車在各站點的到達時間及駛離時間；在考慮到步行時間及換乘站換乘時間的基礎上，將以時間窗劃分的更新後的受影響客流按照列車到達的先後順序排隊上車，依次記錄每一批乘客到達各站的時刻；每一批乘客在上車前先進行判斷，若該批乘客上車後列車上總乘車人數滿足車上最大乘客的約束條件，則可以乘車；否則這批乘客將繼續等待下一班列車乘車，從而通過實際列車時刻表確定乘客到達各站的時間。當乘客到達站臺時，對該線路上的列車進行遍歷，以等待時刻最短原則判斷，得到乘客到達站臺後乘坐列車的編號，由於列車編號在一定時間範圍內的唯一性，追蹤該列車下一時刻到達下一站點的時刻，由此可得到乘客所乘坐列車經過路徑上各斷面的對應的時段。

s33：綜合非受影響客流數據，計算得到軌道交通網絡各站間斷面客流數據。分時段統計各站間斷面上更新後的受影響客流，同時，將非受影響客流進行清分，也加載到各斷面上，從而能夠統計出一定時間段內各站間斷面上的客流量，在實際統計過程中，可15分鐘統計一次。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。