一種城市軌道交通網絡大客流影響的預測方法

2023-12-05 12:23:51

專利名稱：一種城市軌道交通網絡大客流影響的預測方法
技術領域：
本發明屬於城市軌道交通網絡化運營中的大客流影響及應急處置技術領域。
背景技術：
城市大型活動(博覽會(如世博會)、大型體育會(如奧運會、Fl大獎賽)、大型慶典(如國慶慶典)、節假日(如春節)、演唱會等)將在特定時間段內產生高強度、高密度的大客流，從而對城市客運交通系統產生巨大的挑戰。城市軌道交通網絡作為城市客運交通系統中的骨幹，大客流事件由於具有人數眾多、人流來向複雜、流動性大等一些不確定因素的特點，對軌道交通網絡的運輸能力、安全可靠性、協調調度等各個方面造成的交通壓力更大。目前，國內外現有該技術領域中主要採用了基於客運需求總量預測的方法，即根據大型活動的特點，運用傳統的交通需求預測分析方法，進行大型活動舉辦期間客運需求的總量預測，並提出相應的應急交通組織方案。城市軌道交通作為大容量的快速客運交通系統，在網絡化運營條件下，大客流事件的影響將呈現出時間、空間上的自身規律和特點， 而現有技術中對大客流事件在軌道交通網絡上的時間、空間傳播擴散影響缺少有效的分析預測方法。

發明內容
城市大型活動舉辦期間，大客流將在部分車站形成大客流事件，並通過網絡進一步傳播和擴散，從而對城市軌道交通整體網絡運用產生重大影響。在大客流事件發生情況下，城市軌道交通網絡需要在網絡運營組織方案、運行計劃調整、安全保障等多方面作出及時調整和優化，其基礎則是大客流發生後的軌道交通網絡客流變化規律，即大客流對城市軌道交通網絡在時間、空間兩個維度上的影響。為有效滿足大客流事件下城市軌道交通運營組織方案制定及大客流疏散處置輔助決策的需要，本發明基於大客流產生特徵及其網絡傳播規律的分析，提出了大客流對城市軌道交通網絡影響預測的方法，用於實現對城市軌道交通線網大客流的影響時間、影響程度和影響範圍的分析預測。本發明在對城市軌道交通網絡模型的抽象構建之上，基於大客流產生及傳播規律的深入分析，提出了大客流產生規律、大客流去向確定、網絡客流分布計算以及大客流影響分析評價方法等在內的大客流對城市軌道交通網絡影響預測的一套完整方法。本發明方法流程如

圖1所示，具體過程包括如下步驟(1)城市軌道交通網絡抽象模型構建本發明以數學中圖論的相關表示方法來描述城市軌道交通網絡中各要素，從而構建城市軌道交通網絡抽象模型，網絡抽象模型中各元素對應的物理意義如下1)節點普通車站和換乘站；幻連接弧兩個相鄰車站之間有方向的路段；；3)弧的權值對於換乘站之間來說是指在換乘站通道中的換乘時間，而對於普通車站之間或者普通車站與換乘站之
5間是指列車的區間運行時分。在規定了節點、連接弧和它們的權值之後，整個城市軌道交通網絡就轉換為了一個帶有權值的有向圖，從而把大客流在城市軌道交通網絡中影響傳播問題轉化成了幾何圖論中的路徑分析和搜索問題。(2)大客流事件生成大客流事件的產生對於城市軌道交通網絡而言，其產生主要在車站，因此，本發明提出了如下特性用於描述大客流事件特徵的相關信息1)大客流發生地點包括線路名和車站名；幻大客流發生車站的客流疏散能力，此能力反應了事發車站每小時最多能疏散多少客流；；3)大客流預計發生時間；4)主管部門所要求的大客流疏散完畢時間力)大客流數量；6)大客流的到達時間和到達規律。上述大客流事件信息中，前5項信息資料可從城市軌道交通運營部門或其他相關部門收集得到。第6項信息資料則可採用概率分布進行描述，可選擇的概率分布模型有平均分布模型、負指數分布模型和愛爾朗分布模型。(3)大客流去向(來源)車站客流比例指定大客流情況下，軌道交通網絡客流量包括原有客流量和疊加客流量。原有客流量即正常情況下軌道交通網絡已經具有的客流量，這部分數值可直接從資料庫中讀取；疊加客流量即突增大客流在軌道交通網絡中產生的額外客流量，該部分數值無法直接從歷史記錄中獲取，是需要重點要研究和分析的對象。大客流疊加客流量的分析包括時間段分析、客流出發站(0站)分析和客流終到站 (D站)分析。其中，時間段信息可以從步驟( 客流的到達規律信息中獲得，客流出發車站 (0站)就是大客流事發車站，而客流終到站(D站)則不得而知，需要通過設計方法來分析得到。本發明設計了五種大客流D站客流比例指定方式，旨在利用城市軌道交通系統已有的歷史客流數據信息以及軌道交通運營管理工作人員的豐富經驗來分析確定大客流的D 站客流分配比例1)指定主要車站客流比例方式當客流走向比較集中，客流的目的地車站主要集中在少數車站範圍內時，用戶可通過直接指定D站名稱和相應的客流比例來分配客流的去向。Σ aD = 1式(3)其中，0彡aD彡1，為某一指定D站的客流分配比例。以這種方式分配客流方便迅速、簡單直觀，但要求管理人員具有豐富的運營管理經驗，能夠準確把握客流的趨勢和動向。2)分步推算客流比例方式通過指定客流在到達每一處換乘車站後去往每個方向的客流比例，最終推算出各目的地車站和相應的客流比例信息。與第一種方式不同的是，使用者指定的是每一個換乘站處去往各個方向的客流分流比例，最終的D站客流分配比例將由客流分配模型間接算得。a D = U1U2- υη式⑷其中，υ i為在第i個換乘站去往D站方向的客流比例，0 ( Ui^ I0與方式(1)相比，該方式降低了對管理人員運營管理經驗的要求，使用者只需掌
6握好各換乘站去往各方向的客流比例即可，最終的結果可由系統間接算得。3)統計計算客流比例方式以歷史客流數據為基礎，通過統計分析指定特徵日期內的客流數據，來計算各目的地車站以及相應的客流比例信息。一般只需要將0站為大客流發生地車站的客流數據提取出來進行相關的統計計算即可。
r H% = ^IM式(5)
D ^其中，N為參與統計的總天數，YDi為第i天從大客流發生車站去往D站的客流比例。可用的客流統計方式有很多，常用的有年平均、月平均、周平均、指定日期範圍內平均、指定特徵日期平均等等。只要資料庫中存在所需日期的客流數據，即可利用該方式完成D站客流分配比例的計算。4)歷史大客流分配比例方式若大客流發生地車站之前發生過類似的大客流事件，那麼可利用歷史大客流事件的實際D站客流分配比例作為此次事件的D站客流分配比例。鑑於大客流的起因有多種，包括體育比賽、文藝活動、產品展覽、群眾集會等多種情況，而各種情況的客流特徵互有差異，因此必須對歷史大客流事件進行合理的組織和管理，使用者在實際計算時應該選擇具有相同特徵的歷史大客流數據作為參考。5)客流來源比例方式按照乘客一般選用相同的交通方式到達和離去這一思路，通過統計大客流發生車站在指定時間段內的客流來源比例，指定D站的客流分配比例，實際操作中選擇歷史日期的客流數據作為參考。 D = ^^式(6)其中，Coi為指定時間段內從i站去往大客流發生車站的客流量，N等於路網中的車站總數減1。(4)大客流網絡影響分析在確定大客流去向車站客流比例的基礎上，依據分階段、多路徑城市軌道交通網絡客流分布模型，進行軌道交通全網絡各區間及站點、分時段的疊加客流量，將其與原有客流量相加可得到總客流量信息，從而獲得大客流對城市軌道交通網絡影響的分析預測結果。在此基礎上，進行下述評價1)影響時間分析①起終影響判別標準分析大客流對軌道交通網絡中各線路的起終影響時間首先需要確定一個起始影響和終止影響的標準，即什麼情況下認為大客流事件開始對本線產生影響，什麼情況下認為大客流事件對本線的影響已經結束。在具體操作過程中，有兩種標準可供選擇a.認為大客流事件中第一個乘客到達本線的時間作為本線的起始影響時間，而大客流事件中最後一個乘客離開本線的時間作為本線的終止影響時間；b.不論疊加客流量如何，只考慮區間總客流量和區間原有運能的對比情況，將線路中任一區間服務水平發生變化的時間作為線路的起始影響時間，而線路中所有區間的服務水平恢復到初始情況的時間作為線路的終止影響時間。考慮到分析結果存在一定的誤差，並且富裕的時間段範圍具有更高的可靠性，本發明選擇第一種判別標準來分析計算各線的起終影響時間。②起終影響時間計算確定起終影響判別標準後，本發明通過遍歷軌道交通網絡中區間分時段疊加客流量信息來獲得線路的起終影響時間，具體操作方法如下a.對於大客流的全網影響時間段不跨天的情況從大客流發生時間起開始，往後遞推時間段，對於每一段時間，遍曆本線所有區間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區間的疊加客流量不為零，則該時間段的開始時間為本線路的起始影響時間，遍歷過程結束；類似的，從凌晨M點開始，向前遞推時間段，對於每一時間段，遍曆本線所有區間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區間的疊加客流量不為零，則該時間段的結束時間為本線路的終止影響時間，遍歷過程結束。b.對於大客流的全網影響時間段跨天的情況起始影響時間的計算方法不變，而終止影響時間的計算方法改為從第二天的0:00分開始，往後遞推時間段，對於每一段時間，遍曆本線所有區間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路所有區間的疊加客流量都為零，則該時間段的開始時間即為本線路的終止影響時間，遍歷過程結束。2)影響程度分析大客流在軌道交通網絡中的傳播呈逐步擴散的趨勢，如圖3所示。本發明為了有效評價大客流對軌道交通網絡的影響程度，將網絡中各區間及車站運能與大客流期間的客流量峰值進行對比，根據對比的結果來判斷各區間及車站是否受到影響以及影響的程度如何。具體方法如下①劃分大客流事件對車站的影響程度等級，如表1所示。表1大客流事件對車站的影響等級劃分
權利要求
1.一種城市軌道交通網絡大客流影響的預測方法，其特徵在於包括如下步驟(1)構建城市軌道交通網絡抽象模型；( 生成大客流事件；(3)指定大客流去向/來源車站客流比例；(4)大客流網絡影響分析。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)中以數學中圖論的相關表示方法來描述城市軌道交通網絡中各要素，從而構建城市軌道交通網絡抽象模型，網絡抽象模型中各元素對應的物理意義如下1)節點普通車站和換乘站；幻連接弧兩個相鄰車站之間有方向的路段；幻弧的權值對於換乘站之間來說是指在換乘站通道中的換乘時間，而對於普通車站之間或者普通車站與換乘站之間是指列車的區間運行時分；之後，整個城市軌道交通網絡就轉換為了一個帶有權值的有向圖，從而把大客流在城市軌道交通網絡中影響傳播問題轉化成了幾何圖論中的路徑分析和搜索問題。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟O)中如下特性用於描述大客流事件特徵的相關信息1)大客流發生地點包括線路名和車站名；幻大客流發生車站的客流疏散能力，此能力反應了事發車站每小時最多能疏散多少客流；幻大客流預計發生時間；4)主管部門所要求的大客流疏散完畢時間； 5)大客流數量；6)大客流的到達時間和到達規律。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(3)中大客流情況下，軌道交通網絡客流量包括原有客流量和疊加客流量；大客流疊加客流量的分析包括時間段分析、客流出發站(0站)分析和客流終到站(D站)分析；大客流D站客流比例指定方式包括1)指定主要車站客流比例方式當客流走向比較集中，客流的目的地車站主要集中在少數車站範圍內時，用戶可通過直接指定D站名稱和相應的客流比例來分配客流的去向；Σ aD = 1式⑶其中，0彡Ci11彡1，為某一指定D站的客流分配比例；2)分步推算客流比例方式通過指定客流在到達每一處換乘車站後去往每個方向的客流比例，最終推算出各目的地車站和相應的客流比例信息；使用者指定的是每一個換乘站處去往各個方向的客流分流比例，最終的D站客流分配比例將由客流分配模型間接算得；aD=U 1U2... "η式⑷其中，Ui為在第i個換乘站去往D站方向的客流比例，Ui^l;3)統計計算客流比例方式以歷史客流數據為基礎，通過統計分析指定特徵日期內的客流數據，來計算各目的地車站以及相應的客流比例信息；一般只需要將0站為大客流發生地車站的客流數據提取出來進行相關的統計計算即可；其中，N為參與統計的總天數，Ym為第i天從大客流發生車站去往D站的客流比例；4)歷史大客流分配比例方式若大客流發生地車站之前發生過類似的大客流事件，那麼可利用歷史大客流事件的實際D站客流分配比例作為此次事件的D站客流分配比例；對歷史大客流事件進行合理的組織和管理，使用者在實際計算時應該選擇具有相同特徵的歷史大客流數據作為參考；5)客流來源比例方式按照乘客一般選用相同的交通方式到達和離去這一思路，通過統計大客流發生車站在指定時間段內的客流來源比例，指定D站的客流分配比例，實際操作中選擇歷史日期的客流數據作為參考；
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟中在確定大客流去向車站客流比例的基礎上，依據分階段、多路徑城市軌道交通網絡客流分布模型，進行軌道交通全網絡各區間及站點、分時段的疊加客流量，將其與原有客流量相加可得到總客流量信息，從而獲得大客流對城市軌道交通網絡影響的分析預測結果，在此基礎上，進行下述評價1)影響時間分析①起終影響判別標準認為大客流事件中第一個乘客到達本線的時間作為本線的起始影響時間，而大客流事件中最後一個乘客離開本線的時間作為本線的終止影響時間；②起終影響時間計算確定起終影響判別標準後，通過遍歷軌道交通網絡中區間分時段疊加客流量信息來獲得線路的起終影響時間，操作方法如下a.對於大客流的全網影響時間段不跨天的情況從大客流發生時間起開始，往後遞推時間段，對於每一段時間，遍曆本線所有區間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區間的疊加客流量不為零，則該時間段的開始時間為本線路的起始影響時間，遍歷過程結束；類似的，從凌晨M點開始，向前遞推時間段，對於每一時間段，遍曆本線所有區間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區間的疊加客流量不為零，則該時間段的結束時間為本線路的終止影響時間，遍歷過程結束；b.對於大客流的全網影響時間段跨天的情況起始影響時間的計算方法不變，而終止影響時間的計算方法改為從第二天的0:00分開始，往後遞推時間段，對於每一段時間，遍曆本線所有區間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路所有區間的疊加客流量都為零， 則該時間段的開始時間即為本線路的終止影響時間，遍歷過程結束；2)影響程度分析將網絡中各區間及車站運能與大客流期間的客流量峰值進行對比，根據對比的結果來判斷各區間及車站是否受到影響以及影響的程度如何①劃分大客流事件對車站的影響程度等級
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述影響範圍分析的步驟中，可根據實際業務需要確定影響範圍的大客流影響等級閥值，比如以「中等影響」取代「輕微影響」作為影響等級閥值。
全文摘要
一種城市軌道交通網絡大客流影響的預測方法，包括如下步驟(1)構建城市軌道交通網絡抽象模型；(2)生成大客流事件；(3)指定大客流去向/來源車站客流比例；(4)大客流網絡影響分析。本發明可應用於城市軌道交通網絡大客流組織仿真系統的開發。該系統還可在城市軌道交通網絡的應急中心中得到應用，實現了大客流事件影響分析及應急處置的自動化和智能化，同時，其應急管理部門在日常的應急監控過程中經常利用該系統模擬大客流事件的處置過程，鍛鍊應急處置人員的臨機處理能力，獲得了很好的實際效果和企業效益。
文檔編號G07C11/00GK102169606SQ20101011438
公開日2011年8月31日 申請日期2010年2月26日 優先權日2010年2月26日
發明者徐瑞華, 朱煒, 王志強 申請人:同濟大學