多路徑大概率優先綜合清分模型的製作方法

2023-12-05 12:19:26

專利名稱：多路徑大概率優先綜合清分模型的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機應用技術領域。具體地說是一種城市軌道交通票務清算和收益
分配模型。
背景技術：
隨著城市軌道交通網絡化運營的發展，對票務收益的清分日益成為運營主體的關 注焦點，城市軌道交通網絡中心所在地都建立清分中心。清分中心的重要職責之一就是依 據軌道交通網絡中各運營主體的運營貢獻度進行運營收益分配。 客流量是衡量運營貢獻大小的主要依據，影響客流量的因素有很多，包括車站數 量、線路裡程、站間行車時間、服務質量、換乘站個數、票價政策、便捷程度等。按照不同的計 算方式和原則，所得出的各運營主體的貢獻大小也不盡相同，因此，軌道交通運營收益清分 的關鍵在於制定相對合理的清分規則，並以此為基礎，建立清分模型，再轉換為清分算法， 進而計算各運營主體的收益分配比例。 本發明的目的是建立一個用於各運營主體收益分配的清分模型。
清分模型由三大要素構成清分主體、清分原則、清分比例。 (1)清分主體為收益分配的主體，常見的清分主體有3類運營商、線路和車站， 目前國內主流是按線路進行清分，然後按線路所屬運營商進行清算，本發明主要討論如何 按線路清分。 (2)清分原則為路徑選擇原則，即如何確定乘客選擇的乘車路徑，常見的清分原 則有路徑最短原則、時間最少原則、換乘最少原則等。 (3)清分比例為各清分主體的收益分配比例，當按清分原則確定乘車路徑後，就 需量化路徑中各清分主體所提供運營服務量，然後根據"多勞多得"原則進行收益分配。
傳統清分模型通常在起止(0D)站點間的多條路徑中，依據清分原則確定唯一的 某條乘車路徑，然後根據線路在路徑中的長短來決定各條線路票務收益的分配比例，這種 方法不太符合實際情況。當站點間存在多條可達路徑時，所有乘客不會都選擇同一條路徑， 而會在多條可達路徑間選擇，並服從一定的概率分布，因此只將其中一條路徑作為各線路 分配收益的依據不盡合理，而應將所有可能路徑列入考慮範圍。 對於某條確定的路徑，傳統清分模型通常只考慮站間輸送服務，實際上諸如換乘、 進站、出站等多種服務都共同為旅客輸送做出了貢獻，也應參與利益分配。
依上述思想，本發明提出了"多路徑大概率優先綜合清分模型"，該清分模型的基 本步驟如下 (1)首先，對於任意一對0D站點，確定各有效乘車路徑以及各路徑被選擇概率；
(2)其次，對於某條確定的乘車路徑，量化各條線路所提供的運營服務；
(3)最後，計算OD站點間各條線路收益分配比例，並生成清分比例表。

發明內容
傳統的清分模型通常只選取0D站點間最短的一條路徑作為計算的依據，並根據 各線路在路徑中長短不同計算收益分配比例。但在實際運營中，所有可能路徑都將以一定 的概率被乘客選擇，此外，在網絡化運營條件下，還應考慮換乘、進出站等服務所應取得的 收益。 本發明在傳統清分模型基礎上，提出一種新的清分模型——多路徑大概率優先綜 合清分模型。在該模型中，OD間所有可能路徑都列入考慮範圍，然後建立概率選擇模型對 每條路徑的被選擇概率進行估算，並優先考慮高概率路徑對收益分配的影響，同時綜合考 慮路徑中輸送、換乘、進出站等多種因素對運營服務的貢獻，從而使得各線路收益分配更趨 合理(參見圖1)。
1.路徑選擇
(1)路徑代價 影響乘客路徑選擇的主要因素有不同路徑的乘車時間、旅行距離、換乘次數、列車 的舒適程度等，最主要的因素就是乘車時間，為了統一度量這些因素，我們將其它因素統一 折算為乘車時間，稱為路徑代價。路徑代價計算公式如下i p =zc,. ; +￡，7^.公式(i) 公式(1)式中，假設在路徑中有m個站間區段，n個換乘站
&表示路徑中第i段站間運行時間；
TXj表示路徑中第j個換乘站的換乘時間； EXj為路徑中第j個換乘站的換乘因子，取值區間為[1， +①)， 其物理含義為乘客換乘時每花Tx時間，與隨列車運行(ExXTx)時間的感受相
同； Ci為路徑中第i個區段的吸引度修正因子，取值區間為[1， + )，其值由區段所 屬線路決定，所謂吸引度即列車舒適度、設備新舊、服務態度等綜合因素而產生的對乘客吸 引力； Rp為該路徑的路徑代價。
(2)有效路徑 當在OD站間存在多條可達路徑時，乘客們並不是只選擇一條代價最小的路徑，而 是會以較高概率選擇代價最小的路徑，以較低概率選擇代價稍大的路徑，對於代價特別大 的路徑則基本不予考慮。舉例說明在站點0、 D間存在1、2、3、4條路徑，分別需要花費10 分鐘、13分鐘、15分鐘和50分鐘，在實際生活中，可能會發現每100個人裡，有70人選擇第 1條路徑，25人選擇第2條路徑，5人選擇第3條路徑，而幾乎無一人選擇第4條路徑，因為 第4條路徑相對最短路徑乘車時間太長而無人選擇。由此，可以引伸出兩個結論
第一，乘客不會選擇路徑代價超出最短路徑太多的路徑；
第二，路徑被選擇的概率隨著路徑代價的增加而急劇減少。 對於上述第一條結論，我們可以出一個概念"有效路徑"，即可能被乘客選擇的路 徑。而選擇概率為零的路徑稱之為"無效路徑"，由於無效路徑對計算結果的最終貢獻為零， 為了提高計算效率，應將其濾除。該結論可用公式描述如下。



時間；


i (-M/A^^x"^CW公式(2)
其中，
&=為0D車站間最小路徑代價；
a為相對延長度，其物理意義為乘客可接受多少倍於最小路徑代價的相對延長
b為絕對延長度，其物理意義為乘客可接受超出最小路徑代價的絕對延長時間； MIN為取最小值函數；
^^的物理意義為0D車站間乘客可接受的最大路徑代價閾值，超出這個值的路 徑其選擇概率為零。所有路徑代價不大於閾值&=的路徑，則稱為有效路徑。
(3)選擇概率 由於乘客對路徑的選擇傾向，會隨著路徑代價的增加而加速減小，而正態函數右 半曲線可以很好地描述該關係特性，只要選擇合適的參數因子，就可以準確地擬合路徑被 選擇概率隨路徑代價增加而加速下降的關係曲線，公式描述如下。 %郎= z^f。^;^公式(3) 其中， 路徑代價S⑤，由於正態函數右半曲線值空間為[1，+①)，為了滿足值域要求，因此
將路徑代價先變形為與最小路徑代價的比值，然後將比值輸入函數，修正《 正態參數o ，影響正態曲線的陡峭程度，取值區間為(0， +①)，稱之為"路徑選擇
敏感度"，其物理意義為隨著路徑代價增大，乘客的對該路徑排斥程度隨之增加的速度，該
參數值的大小與速度成反比； ，以路徑代價《⑧為值計算的概率，其物理意義為乘客在0D間選擇乘坐有效路
徑i的概率。 2運營服務 對於一條確定的乘車路徑，可能涉及多條線路，如何確定各線路在路徑中的收益 分配比例，首先需要計算各線路所提供的運營服務量，然後根據各線路所提供的服務多少 來確定分配比例，運營服務種類很多，主要有進站服務、出站服務、換乘服務、旅客運輸服 由於運營服務的主要功能是將乘客從0站運送到D站，因此應將運輸裡程多少作 為衡量運營服務多少的一個主要依據，而進站、出站和換乘站提供的服務同樣為列車輸送 旅客做出必不可少的貢獻，因此也可以折算成等效的運輸服務權值參與利益分配，其服務 權值計算公式描述如下。formula see original document page 5 公式(4) 公式(4)中，設某條路徑中屬於線路A有m個區段、n個換乘站丄f表示屬於線路A的第i段站間運輸裡程； "/表示第j個換乘站經折算為運輸裡程的換乘服務； cij為分配因子，cijG [O，l]區間，為換乘服務分配給線路A的比例；








《表示經折算為運輸裡程的進站服務，如進站不屬於線路A，則為0 ; 《,表示經折算為運輸裡程的出站服務，如出站不屬於線路A，則為0 ;
SpA為線路A在該路徑中的總服務量權值。 3.清分比例
根據全概率公式原理，線路i在0D站點間總的運營服務權值可用公式描述如下, 鄉M(O")公式(5)
片l
公式(5)上式中，假設OD間有n條有效路徑其中 ^T為OD間第j條有效路徑的被選擇概率； *"為第J條有效路徑中線路i的運營服務權值； Mpr為OD間線路i的總運營服務權值。
將Mir進行歸一化處理，便得到OD站點間各線路的收益分配比，公式描述如下。
DifD = ， x,o八
厶、式(6)
乂=1 公式(6)上式中，假設路網中共有n條線路^⑨為OD站點間線路i的收益分配 百分比。同理，求出路網內任意一對OD站點間各線路收益分配百分比，便構成了收益清分 比例表(參見圖3)，根據該清分比例表，對於任意一筆出入站交易數據，只要包含出、入站 信息和交易值三個數據，便可將票務收益清分到各條線路。
本發明特點 1.在起止(0D)站點間存在多條可達路徑時，所有乘客不會都選擇同一條路徑，而 會在多條可達路徑間選擇，並服從一定的概率分布，本發明將所有可能路徑列入考慮範圍， 並參與利益分配。 2.對於某條確定的路徑，本發明對站間輸送服務，諸如換乘、進站、出站等多種貢 獻進行了全面評估，並量化為利益分配比率。


圖1、本發明中整個算法的流程圖
圖2、路徑選擇流程圖
圖3、收益清分比例表
具體實施例方式
清分模型算法應用重點在於各公式中參數的設定方法。 步驟1 :路徑選擇(參見圖2) (1)路徑代價計算 路徑代價大小影響乘客對該路徑的選擇概率，通過公式(1)計算取得。 下面詳細介紹各參數在工程應用階段的取值及使用方法。 l)Ti，該參數表示的是某相鄰站間平均運行時間，應用時直接從列車運行時刻表 取值。 2)Tx，.，該參數表示的是換乘站j的平均換乘時間。該換乘時間，可通過實地考察分析或者抽樣統計得出數據，不同換乘站、不同線路間換乘時間因換乘通道、列車密度等的 不同而不同，需要分別給出。 3)Ci，該參數體現的是不同線路對乘客的不同吸引程度。對於相同乘坐時間的路 徑，乘客會優先選擇乘坐環境寬鬆、設施美觀、服務態度好等更有吸引力的線路。該參數體 現的是乘客對不同線路的主觀選擇意向，可依據實際調查問巻統計分析給出，也可依據經 驗給出。 4)EXj，該參數是將換乘時間與列車運行時間做一個等效折算。由於換乘會給乘客 帶來不便，因此大部分乘客寧可選擇換乘時間少而乘坐時間稍長的路徑。這也是涉及乘客 的主觀偏好因素，可通過調查問巻也可依經驗設定。
(2)有效路徑確定 有效路徑是通過公式(2)計算出路徑代價閾值來取得，這裡存在兩個參數a表示 相對最短路徑而言，乘客最大能接受多少倍的相對延長程度，顯然，如存在10分鐘可達的 路徑，正常情形下，不會有人去選擇3倍時間即半小時才可到達的路徑；b則表示相對最短 路徑而言，乘客最大所能接受的絕對延長程度，如乘客不會選擇超過最短乘坐時間30分鐘 的路徑。建議選擇(a = 3， b = 30)，用戶根據實際路網形態調整該值。
(3)選擇概率計算 乘客對路徑的選擇，會隨著乘車代價增加而呈急劇減少的趨勢，而正態函數可以 很好地描述該特性，在公式(3)中，o參數稱為路徑選擇敏感度，該值大小決定了乘客路徑 選擇概率受路徑代價大小影響的敏感程度，可通過調查問巻統計分析來逆向計算該參數， 我們建議o初始值取0. 238，其物理意義為假設0D間只有2條路徑可選擇，第二條的路 徑代價為第一條的1. 5倍，則有90%的乘客選擇乘坐第一條路徑。
步驟2 :運營服務量計算 對於確定的一條路徑，如何計算各線路的運營服務量，這通過公式(4)來實現。其 中，"為路徑中各站間輸送裡程，代表相應的輸送服務，由於換乘服務、進出站服務所付出的 勞動顯然和輸送服務是不同質的，為了實現統一度量，需要將換乘服務、進站服務、出站服 務轉換為等效的輸送服務，其中"-是折算為等效輸送裡程的換乘服務，《和《,為折算後的 進站、出站服務。換乘服務、進出站服務量的確定，需要利益各方協商確定，並無標準取值， 我們建議以一個站間輸送服務量左右為宜。
a j代表換乘服務分配因子，如其取值為0. 3，則表示該站換乘服務的30%要分配 給該線路，另70%的換乘服務分配給另一換乘線路，由利益相關方商務協商確定比例。
步驟3:清分比例表 對於確定的一對OD站點，其間各線路的總運營服務量計算通過公式(5)實現，其 中Mif。為0D間線路i參與收益分配的總運營服務量權值。然後按公式(6)將各線路的服 務量權值進行歸一化處理後，便得到各線路的收益分配比，對所有站點均進行類似處理，由 這些元素最終構成收益清分比例表。以**城市軌道交通工程部分路線圖為例，其清分比例 表形式如圖3所示。
權利要求
本發明提出的一種多路徑大概率優先綜合清分模型，其特徵是模型綜合了乘客多路徑選擇和無障礙換乘等多種因素，使收益分配更趨合理。
2. 如權利要求l所述，在起止(0D)站點間存在多條可達路徑時，乘客會以較高概率選 擇代價最小的路徑，以較低概率選擇代價稍大的路徑，對於代價特別大的路徑則基本不予 考慮。所有乘客不會都選擇同一條路徑，而會在多條可達路徑間選擇，並服從一定的概率分 布。
3. 如權利要求1所述，對於一條確定的乘車路徑，可能涉及多條線路，首先計算各線路 所提供的運營服務量，然後根據各線路所提供的服務多少來確定分配比例，運營服務種類 很多，主要有進站服務、出站服務、換乘服務、旅客運輸服務等，這些服務以折算成等效的 運輸服務權值參與利益分配。
全文摘要
本發明提出的一種「多路徑大概率優先綜合清分模型」，屬於計算機應用技術領域。具體地說是一種城市軌道交通票務清算和收益分配模型。建立合理的清分模型是軌道交通收益清分的關鍵，本發明在分析傳統清分模型的基礎上，提出的綜合清分模型兼顧了乘客多路徑選擇和無障礙換乘等多種因素，使收益分配更趨合理。這種模型首先對於任意一對OD站點，確定各有效乘車路徑以及各路徑被選擇概率，其次，對於某條確定的乘車路徑，量化各條線路所提供的運營服務；最後，計算OD站點間各條線路收益分配比例，並生成清分比例表。
文檔編號G06Q50/00GK101770607SQ20081018848
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月28日 優先權日2008年12月28日
發明者周后盤, 諸仕榮, 謝宗毅, 韋強 申請人:浙江浙大網新眾合軌道交通工程有限公司