專利名稱：一種城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)大客流影響的預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營中的大客流影響及應(yīng)急處置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
城市大型活動(博覽會(如世博會)、大型體育會(如奧運(yùn)會、Fl大獎賽)、大型慶典(如國慶慶典)、節(jié)假日(如春節(jié))、演唱會等)將在特定時間段內(nèi)產(chǎn)生高強(qiáng)度、高密度的大客流，從而對城市客運(yùn)交通系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的挑戰(zhàn)。城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)作為城市客運(yùn)交通系統(tǒng)中的骨干，大客流事件由于具有人數(shù)眾多、人流來向復(fù)雜、流動性大等一些不確定因素的特點(diǎn)，對軌道交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸能力、安全可靠性、協(xié)調(diào)調(diào)度等各個方面造成的交通壓力更大。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有該技術(shù)領(lǐng)域中主要采用了基于客運(yùn)需求總量預(yù)測的方法，即根據(jù)大型活動的特點(diǎn)，運(yùn)用傳統(tǒng)的交通需求預(yù)測分析方法，進(jìn)行大型活動舉辦期間客運(yùn)需求的總量預(yù)測，并提出相應(yīng)的應(yīng)急交通組織方案。城市軌道交通作為大容量的快速客運(yùn)交通系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營條件下，大客流事件的影響將呈現(xiàn)出時間、空間上的自身規(guī)律和特點(diǎn)， 而現(xiàn)有技術(shù)中對大客流事件在軌道交通網(wǎng)絡(luò)上的時間、空間傳播擴(kuò)散影響缺少有效的分析預(yù)測方法。

發(fā)明內(nèi)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，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步傳播和擴(kuò)散，從而對城市軌道交通整體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用產(chǎn)生重大影響。在大客流事件發(fā)生情況下，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)需要在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營組織方案、運(yùn)行計劃調(diào)整、安全保障等多方面作出及時調(diào)整和優(yōu)化，其基礎(chǔ)則是大客流發(fā)生后的軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流變化規(guī)律，即大客流對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)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(yùn)營組織方案制定及大客流疏散處置輔助決策的需要，本發(fā)明基于大客流產(chǎn)生特征及其網(wǎng)絡(luò)傳播規(guī)律的分析，提出了大客流對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)影響預(yù)測的方法，用于實現(xiàn)對城市軌道交通線網(wǎng)大客流的影響時間、影響程度和影響范圍的分析預(yù)測。本發(fā)明在對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)模型的抽象構(gòu)建之上，基于大客流產(chǎn)生及傳播規(guī)律的深入分析，提出了大客流產(chǎn)生規(guī)律、大客流去向確定、網(wǎng)絡(luò)客流分布計算以及大客流影響分析評價方法等在內(nèi)的大客流對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)影響預(yù)測的一套完整方法。本發(fā)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(wǎng)絡(luò)抽象模型構(gòu)建本發(fā)明以數(shù)學(xué)中圖論的相關(guān)表示方法來描述城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中各要素，從而構(gòu)建城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)抽象模型，網(wǎng)絡(luò)抽象模型中各元素對應(yīng)的物理意義如下1)節(jié)點(diǎn)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(quán)值對于換乘站之間來說是指在換乘站通道中的換乘時間，而對于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(qū)間運(yùn)行時分。在規(guī)定了節(jié)點(diǎn)、連接弧和它們的權(quán)值之后，整個城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)就轉(zhuǎn)換為了一個帶有權(quán)值的有向圖，從而把大客流在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中影響傳播問題轉(zhuǎn)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(chǎn)生對于城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)而言，其產(chǎn)生主要在車站，因此，本發(fā)明提出了如下特性用于描述大客流事件特征的相關(guān)信息1)大客流發(fā)生地點(diǎn)包括線路名和車站名；幻大客流發(fā)生車站的客流疏散能力，此能力反應(yīng)了事發(fā)車站每小時最多能疏散多少客流；；3)大客流預(yù)計發(fā)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(shù)量；6)大客流的到達(dá)時間和到達(dá)規(guī)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(yùn)營部門或其他相關(guān)部門收集得到。第6項信息資料則可采用概率分布進(jìn)行描述，可選擇的概率分布模型有平均分布模型、負(fù)指數(shù)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具有的客流量，這部分?jǐn)?shù)值可直接從數(shù)據(jù)庫中讀??；疊加客流量即突增大客流在軌道交通網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的額外客流量，該部分?jǐn)?shù)值無法直接從歷史記錄中獲取，是需要重點(diǎn)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(fā)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(dá)規(guī)律信息中獲得，客流出發(fā)車站 (0站)就是大客流事發(fā)車站，而客流終到站(D站)則不得而知，需要通過設(shè)計方法來分析得到。本發(fā)明設(shè)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(tǒng)已有的歷史客流數(shù)據(jù)信息以及軌道交通運(yùn)營管理工作人員的豐富經(jīng)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(dāng)客流走向比較集中，客流的目的地車站主要集中在少數(shù)車站范圍內(nèi)時，用戶可通過直接指定D站名稱和相應(yīng)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(yùn)營管理經(jīng)驗，能夠準(zhǔn)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(dá)每一處換乘車站后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(yīng)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(yùn)營管理經(jīng)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(jié)果可由系統(tǒng)間接算得。3)統(tǒng)計計算客流比例方式以歷史客流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計分析指定特征日期內(nèi)的客流數(shù)據(jù)，來計算各目的地車站以及相應(yīng)的客流比例信息。一般只需要將0站為大客流發(fā)生地車站的客流數(shù)據(jù)提取出來進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計計算即可。
r H% = ^IM式(5)
D ^其中，N為參與統(tǒng)計的總天數(shù)，YDi為第i天從大客流發(fā)生車站去往D站的客流比例?？捎玫目土鹘y(tǒng)計方式有很多，常用的有年平均、月平均、周平均、指定日期范圍內(nèi)平均、指定特征日期平均等等。只要數(shù)據(jù)庫中存在所需日期的客流數(shù)據(jù)，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(fā)生地車站之前發(fā)生過類似的大客流事件，那么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。鑒于大客流的起因有多種，包括體育比賽、文藝活動、產(chǎn)品展覽、群眾集會等多種情況，而各種情況的客流特征互有差異，因此必須對歷史大客流事件進(jìn)行合理的組織和管理，使用者在實際計算時應(yīng)該選擇具有相同特征的歷史大客流數(shù)據(jù)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(dá)和離去這一思路，通過統(tǒng)計大客流發(fā)生車站在指定時間段內(nèi)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(shù)據(jù)作為參考。 D = ^^式(6)其中，Coi為指定時間段內(nèi)從i站去往大客流發(fā)生車站的客流量，N等于路網(wǎng)中的車站總數(shù)減1。(4)大客流網(wǎng)絡(luò)影響分析在確定大客流去向車站客流比例的基礎(chǔ)上，依據(jù)分階段、多路徑城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流分布模型，進(jìn)行軌道交通全網(wǎng)絡(luò)各區(qū)間及站點(diǎn)、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(wǎng)絡(luò)影響的分析預(yù)測結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行下述評價1)影響時間分析①起終影響判別標(biāo)準(zhǔn)分析大客流對軌道交通網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)，即什么情況下認(rèn)為大客流事件開始對本線產(chǎn)生影響，什么情況下認(rèn)為大客流事件對本線的影響已經(jīng)結(jié)束。在具體操作過程中，有兩種標(biāo)準(zhǔn)可供選擇a.認(rèn)為大客流事件中第一個乘客到達(dá)本線的時間作為本線的起始影響時間，而大客流事件中最后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(qū)間總客流量和區(qū)間原有運(yùn)能的對比情況，將線路中任一區(qū)間服務(wù)水平發(fā)生變化的時間作為線路的起始影響時間，而線路中所有區(qū)間的服務(wù)水平恢復(fù)到初始情況的時間作為線路的終止影響時間?？紤]到分析結(jié)果存在一定的誤差，并且富裕的時間段范圍具有更高的可靠性，本發(fā)明選擇第一種判別標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)后，本發(fā)明通過遍歷軌道交通網(wǎng)絡(luò)中區(qū)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.對于大客流的全網(wǎng)影響時間段不跨天的情況從大客流發(fā)生時間起開始，往后遞推時間段，對于每一段時間，遍歷本線所有區(qū)間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區(qū)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(jié)束；類似的，從凌晨M點(diǎn)開始，向前遞推時間段，對于每一時間段，遍歷本線所有區(qū)間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區(qū)間的疊加客流量不為零，則該時間段的結(jié)束時間為本線路的終止影響時間，遍歷過程結(jié)束。b.對于大客流的全網(wǎng)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，往后遞推時間段，對于每一段時間，遍歷本線所有區(qū)間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路所有區(qū)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(jié)束。2)影響程度分析大客流在軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的傳播呈逐步擴(kuò)散的趨勢，如圖3所示。本發(fā)明為了有效評價大客流對軌道交通網(wǎng)絡(luò)的影響程度，將網(wǎng)絡(luò)中各區(qū)間及車站運(yùn)能與大客流期間的客流量峰值進(jìn)行對比，根據(jù)對比的結(jié)果來判斷各區(qū)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(quán)利要求
1.一種城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)大客流影響的預(yù)測方法，其特征在于包括如下步驟(1)構(gòu)建城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)影響分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中以數(shù)學(xué)中圖論的相關(guān)表示方法來描述城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中各要素，從而構(gòu)建城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)抽象模型，網(wǎng)絡(luò)抽象模型中各元素對應(yīng)的物理意義如下1)節(jié)點(diǎn)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(quán)值對于換乘站之間來說是指在換乘站通道中的換乘時間，而對于普通車站之間或者普通車站與換乘站之間是指列車的區(qū)間運(yùn)行時分；之后，整個城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)就轉(zhuǎn)換為了一個帶有權(quán)值的有向圖，從而把大客流在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中影響傳播問題轉(zhuǎn)化成了幾何圖論中的路徑分析和搜索問題。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟O)中如下特性用于描述大客流事件特征的相關(guān)信息1)大客流發(fā)生地點(diǎn)包括線路名和車站名；幻大客流發(fā)生車站的客流疏散能力，此能力反應(yīng)了事發(fā)車站每小時最多能疏散多少客流；幻大客流預(yù)計發(fā)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(shù)量；6)大客流的到達(dá)時間和到達(dá)規(guī)律。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中大客流情況下，軌道交通網(wǎng)絡(luò)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(fā)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(dāng)客流走向比較集中，客流的目的地車站主要集中在少數(shù)車站范圍內(nèi)時，用戶可通過直接指定D站名稱和相應(yīng)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(dá)每一處換乘車站后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(yīng)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(tǒng)計計算客流比例方式以歷史客流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計分析指定特征日期內(nèi)的客流數(shù)據(jù)，來計算各目的地車站以及相應(yīng)的客流比例信息；一般只需要將0站為大客流發(fā)生地車站的客流數(shù)據(jù)提取出來進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計計算即可；其中，N為參與統(tǒng)計的總天數(shù)，Ym為第i天從大客流發(fā)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(fā)生地車站之前發(fā)生過類似的大客流事件，那么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(jìn)行合理的組織和管理，使用者在實際計算時應(yīng)該選擇具有相同特征的歷史大客流數(shù)據(jù)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(dá)和離去這一思路，通過統(tǒng)計大客流發(fā)生車站在指定時間段內(nèi)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(shù)據(jù)作為參考；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟中在確定大客流去向車站客流比例的基礎(chǔ)上，依據(jù)分階段、多路徑城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流分布模型，進(jìn)行軌道交通全網(wǎng)絡(luò)各區(qū)間及站點(diǎn)、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(wǎng)絡(luò)影響的分析預(yù)測結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行下述評價1)影響時間分析①起終影響判別標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為大客流事件中第一個乘客到達(dá)本線的時間作為本線的起始影響時間，而大客流事件中最后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(biāo)準(zhǔn)后，通過遍歷軌道交通網(wǎng)絡(luò)中區(qū)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.對于大客流的全網(wǎng)影響時間段不跨天的情況從大客流發(fā)生時間起開始，往后遞推時間段，對于每一段時間，遍歷本線所有區(qū)間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區(qū)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(jié)束；類似的，從凌晨M點(diǎn)開始，向前遞推時間段，對于每一時間段，遍歷本線所有區(qū)間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路存在某區(qū)間的疊加客流量不為零，則該時間段的結(jié)束時間為本線路的終止影響時間，遍歷過程結(jié)束；b.對于大客流的全網(wǎng)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，往后遞推時間段，對于每一段時間，遍歷本線所有區(qū)間的疊加客流量信息，若某一時間段本線路所有區(qū)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(jié)束；2)影響程度分析將網(wǎng)絡(luò)中各區(qū)間及車站運(yùn)能與大客流期間的客流量峰值進(jìn)行對比，根據(jù)對比的結(jié)果來判斷各區(qū)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(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述影響范圍分析的步驟中，可根據(jù)實際業(yè)務(wù)需要確定影響范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(wǎng)絡(luò)大客流影響的預(yù)測方法，包括如下步驟(1)構(gòu)建城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)影響分析。本發(fā)明可應(yīng)用于城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)大客流組織仿真系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)還可在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急中心中得到應(yīng)用，實現(xiàn)了大客流事件影響分析及應(yīng)急處置的自動化和智能化，同時，其應(yīng)急管理部門在日常的應(yīng)急監(jiān)控過程中經(jīng)常利用該系統(tǒng)模擬大客流事件的處置過程，鍛煉應(yīng)急處置人員的臨機(jī)處理能力，獲得了很好的實際效果和企業(yè)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(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者徐瑞華, 朱煒, 王志強(qiáng) 申請人:同濟(jì)大學(xué)