面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法技術

本發明專利技術公開了一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法。根據客流特征篩選關鍵換乘關系及其關聯站點；基于計劃時刻表和歷史運行數據采集軌道交通、地面公交運行信息；調查獲取乘客換乘步行時間及公交站停靠泊位數；提出時刻表優化目標與調整策略，建立深夜時段時刻表“兩階段”優化模型：第一階段，面向軌道交通末班列車間換乘問題建立時刻表優化模型并利用分支定界法獲取最優調整方案；第二階段，基于第一階段產生的軌道交通時刻表，考慮公交站泊位數約束，面向地面公交與軌道交通末班列車間換乘問題建立公交時刻表優化模型并利用分支定界法獲取最優調整方案；本發明專利技術可用于系統降低多模式公共交通網絡內換乘失敗率。

【技術實現步驟摘要】
面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法所屬領域本專利技術涉及一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，屬于城市公共交通運營管理領域。
技術介紹
考慮到運營成本限制和資源利用效率，國內城市均不提供24小時軌道交通服務。末班列車成為當日乘客利用軌道交通服務完成出行的最后機會。由于換乘關系的存在，單條線路的末班列車時刻表不僅影響到本線乘客的出行，更大程度上會通過站點將影響擴大至整個軌道交通網絡以及與其存在換乘關系的地面公交線路。對于換乘乘客而言，只有當其到達換乘站的時刻比其所需換乘線路的末班列車離開此站的時刻至少提前步行換乘必要時間時，乘客才能順利通過軌道交通服務到達目的地。換言之，當各線路結束運營的時刻未能協調匹配時，會使得空間上存在換乘關系的線路間出現換乘失敗的情況。乘客將被迫選擇替代方式如出租車完成下一段旅程。出行成本的大幅度增加將嚴重影響乘客對公共交通服務的滿意度，尤其是對于部分仍需在夜間工作的低收入群體。既有關于末班換乘問題的研究尚處于起步階段且僅涉及軌道交通系統，多集中于通過協調各線路末班列車計劃發車時刻、計劃運行時間、計劃停靠時間以降低換乘失敗率和換乘等待時間，未考慮末班時刻表調整對深夜時段非末班列車發車計劃的影響；且多利用啟發式算法如遺傳算法求解模型，無法保證解的全局最優性。已有成果也無法直接應用于解決地面公交與軌道交通間末班換乘問題，地面公交深夜時段時刻表既需要考慮與軌道交通末班時刻表的協同，也需盡可能延長運營時間以便在軌道交通停止運營后作為其替代方式為出行者提供基本的公共交通服務；且由于公交站泊位數約束，在時刻表協調時需避免多條公交線路同時到站卻排隊進站現象；故針對不同方式間末班換乘問題，有必要進行專門且細致的研究。
技術實現思路
技術問題：本專利技術提供了面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，用于調整軌道交通、地面公交深夜時段時刻表方案，以降低網絡內乘客換乘失敗率。技術方案：為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，該方法包括如下步驟：第一步：根據客流特征篩選關鍵換乘關系及其關聯站點；第二步：基于計劃時刻表和歷史運行數據采集運行信息；第三步：調查獲取乘客換乘步行時間及公交站點泊位數；第四步：建立軌道交通深夜時段時刻表優化模型并求解；第五步：建立地面公交深夜時段時刻表優化模型并求解。在所述的第一步中，分析軌道交通網絡內客流流向、流量特點，篩選網絡內待優化的關鍵換乘站點及換乘關系，即所述關鍵換乘關系；基于歷史客流數據，篩選與目標地面公交線路具有高換乘量的軌道交通線路及關聯公交站點、軌道站點，即所述關聯站點。在所述的第二步中，基于計劃時刻表采集運行信息的方法為：根據運營企業提供的軌道交通計劃時刻表，獲取研究時段內目標軌道交通線路計劃發班量計劃發車間隔末班列車計劃發車時刻在換乘站至區段計劃運行時間在換乘站處計劃停靠時間基于運營企業提供的地面公交計劃時刻表，獲取研究時段內目標地面公交線路l計劃發班量NBl、計劃發車間隔SHl，末班公交車計劃發車時刻SDe(l)，倒數第k(l)班公交車計劃發車時刻SDk(l)及其在公交站s至s+1區段計劃運行時間基于歷史運行數據采集運行信息的方法為：基于歷史AVL(AutomaticVehicleLocation)數據獲取公交車輛在公交站s處最長停靠時間。在所述的第三步中，通過實際調查獲取換乘站處乘客從線路步行至線路平均換乘步行時間通過實地調研確定公交站s停靠泊位數和乘客從公交站s步行至軌道站平均換乘步行時間在所述的第四步中，軌道交通深夜時段時刻表優化模型定義如下：式(1)中，ur為軌道交通深夜時段時刻表優化模型目標函數值；Lr為軌道交通線路集合；為軌道交通線路沿途停靠站點集合；為二元變量：當線路末班列車上乘客能順利在換乘站換乘至線路時等于1，否則等于0；δ為表征減少計劃發車時刻調整量重要度的非負權重；為協調后線路末班列車計劃發車時刻；為現狀線路末班列車計劃發車時刻；和分別為所允許的末班列車最早和最晚計劃發車時刻；σ為表征減少計劃運行時間調整量重要度的非負權重；為線路末班列車在換乘站至區段計劃運行時間的調整量(單位：min)；為線路末班列車在換乘站至區段計劃運行時間(單位：min)；為表征減少計劃停靠時間調整量重要度的非負權重；為線路末班列車在換乘站處計劃停靠時間的調整量(單位：min)；為線路末班列車在換乘站處計劃停靠時間(單位：min)；式(2)中，為協調后研究時段內線路計劃發車間隔(單位：min)；為研究時段內線路計劃發班量(單位：班)；為現狀線路末班列車計劃發車時刻；為研究時段內現狀線路計劃發車間隔(單位：min)；式(4)中，為協調后線路末班列車在換乘站至區段計劃運行時間(單位：min)；式(5)中，λinc和λdec分別為末班列車行駛速度最高增大幅度和最高減小幅度；式(6)中，為協調后線路末班列車在換乘站處計劃停靠時間(單位：min)；式(7)中，ρinc和ρdec分別為末班列車計劃停靠時間最高增大幅度和最高減小幅度；式(8)中，M為一個足夠大的已知正數；為協調后線路末班列車在換乘站處計劃離站時刻；為協調后線路末班列車在換乘站處計劃到站時刻；為在換乘站處從線路步行至線路平均換乘步行時間(單位：min)；利用分支定界法精確求解由目標函數式(1)、約束條件式(2)-(14)構成的混合整數規劃模型，獲取協調優化后的軌道交通深夜時段時刻表方案。在所述的第五步中，地面公交深夜時段時刻表優化模型定義如下：式(15)中，ub為地面公交深夜時段時刻表優化模型目標函數值；Lb為地面公交線路集合；Sb(l)為地面公交線路l沿途停靠站點集合；為二元變量：當公交線路l最后k(l)班公交車輛中至少有一班能順利銜接上所需換乘的軌道交通線路時等于1，否則等于0；α為表征減少地面公交計劃發車時刻調整量重要度的非負權重；dk(l)為協調后公交線路l倒數第k(l)班公交車計劃發車時刻；SDk(l)為現狀公交線路l倒數第k(l)班公交車計劃發車時刻；MSOk(l)為公交線路l倒數第k(l)班公交車計劃發車時刻可能的最大偏移量(單位：min)；β為表征減少地面公交計劃運行時間調整量重要度的非負權重；為公交線路l倒數第k(l)班公交車在站點s至s+1區段計劃運行時間的調整量(單位：min)；為現狀公交線路l倒數第k(l)班公交車在站點s至s+1區段計劃運行時間(單位：min)；式(16)中，xe(l)為協調后公交線路l末班公交車計劃發車時刻；hl為協調后研究時段內公交線路l計劃發車間隔(單位：min)；NBl為研究時段內公交線路l計劃發班量(單位：班)；SDe(l)為現狀公交線路l末班公交車計劃發車時刻；SHl為研究時段內現狀公交線路l計劃發車間隔(單位：min)；式(17)中，為所允許的末班公交車最早計劃發車時刻；式(18)中，yk(l)為公交線路l倒數第k(l)班公交車計劃發車時刻調整量(單位：min)；式(20)中，為協調后公交線路l倒數第k(l)班公交車在站點s至s+1區段計劃運行時間(單位：min)；式(21)中，η為公交車輛運行速度的最高調整幅度；式(22)中，Z+為正整數集合；式(23)中，M為一個足夠本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：第一步：根據客流特征篩選關鍵換乘關系及其關聯站點；第二步：基于計劃時刻表和歷史運行數據采集運行信息；第三步：調查獲取乘客換乘步行時間及公交站點泊位數；第四步：建立軌道交通深夜時段時刻表優化模型并求解；第五步：建立地面公交深夜時段時刻表優化模型并求解。

【技術特征摘要】
1.一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：第一步：根據客流特征篩選關鍵換乘關系及其關聯站點；第二步：基于計劃時刻表和歷史運行數據采集運行信息；第三步：調查獲取乘客換乘步行時間及公交站點泊位數；第四步：建立軌道交通深夜時段時刻表優化模型并求解；第五步：建立地面公交深夜時段時刻表優化模型并求解。2.根據權利要求1所述的一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，其特征在于，在所述的第一步中，分析軌道交通網絡內客流流向、流量特點，篩選網絡內待優化的關鍵換乘站點及換乘關系，即所述關鍵換乘關系；基于歷史客流數據，篩選與目標地面公交線路具有高換乘量的軌道交通線路及關聯公交站點、軌道站點，即所述關聯站點。3.根據權利要求1所述的一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，其特征在于，在所述的第二步中，基于計劃時刻表采集運行信息的方法為：根據運營企業提供的軌道交通計劃時刻表，獲取研究時段內目標軌道交通線路計劃發班量計劃發車間隔末班列車計劃發車時刻在換乘站至區段計劃運行時間在換乘站處計劃停靠時間基于運營企業提供的地面公交計劃時刻表，獲取研究時段內目標地面公交線路l計劃發班量NBl、計劃發車間隔SHl，末班公交車計劃發車時刻SDe(l)，倒數第k(l)班公交車計劃發車時刻SDk(l)及其在公交站s至s+1區段計劃運行時間基于歷史運行數據采集運行信息的方法為：基于歷史AVL(AutomaticVehicleLocation)數據獲取公交車輛在公交站s處最長停靠時間。4.根據權利要求1所述的一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，其特征在于，在所述的第三步中，通過實際調查獲取換乘站處乘客從線路步行至線路平均換乘步行時間通過實地調研確定公交站s停靠泊位數和換乘乘客從公交站s步行至軌道站平均換乘步行時間5.根據權利要求1所述的一種面向末班換乘需求的多模式公共交通時刻表優化方法，其特征在于，在所示的第四步中，軌道交通深夜時段時刻表優化模型定義如下：式(1)中，ur為軌道交通深夜時段時刻表優化模型目標函數值；Lr為軌道交通線路集合；為軌道交通線路沿途停靠站點集合；為二元變量：當線路末班列車上乘客能順利在換乘站換乘至線路時等于1，否則等于0；δ為表征減少計劃發車時刻調整量重要度的非負權重；為協調后線路末班列車計劃發車時刻；為現狀線路末班列車計劃發車時刻；和分別為所允許的末班列車最早和最晚計劃發車時刻；σ為表征減少計劃運行時間調整量重要度的非負權重；為線路末班列車在換乘站至區段計劃運行時間的調整量(單位：min)；為線路末班列車在換乘站至區段計劃運行時間(單位：min)；為表征減少計劃停靠時間調整量重要度的非負權重；為線路末班列車在換乘站處計劃停靠時間的調整量(單位：min)；為線路末班列車在換乘站處計劃停靠時間(單位：min)；式(2)中，為協調后研究時段內線路計劃發車間隔(單位：min)；為研究時段內線路計劃發班量(單位：班)；為現狀線路末班列車計劃發車時刻；為研究時段內現狀線路計劃發車間隔(單位：min)；式(4)中，為協調后線路末班列車在換乘站至區段計劃運行時間(單位：min)；式(5)中，λinc和λdec分別為末班列車行駛速度最高增大幅度和最高減小幅度；式(6)中，為協調后線路末班列車在換乘站處計劃停靠時間(單位：min)；式(7)中，ρinc和ρdec分別為末班列車計劃停靠時間最高增大幅度和最高減小幅度；式(8)中，M為一個足夠大的已知正數；為協調后線路末班列車在換乘站處計劃離站時刻；為協調后線路末班列車在換乘站處計劃到站時刻；為在換乘站...

【專利技術屬性】
技術研發人員：竇雪萍，過秀成，龔小林，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32