基于時間窗約束的城市軌道交通網絡動態可達性計算方法技術

一種基于時間窗約束的城市軌道交通網絡動態可達性計算方法，包括：（１）分析網絡可達性的影響因素；（２）分析網絡可達性；（３）末班車銜接建模；（４）推算流程。采用基于本發明專利技術提出的模型和算法所開發的“城市軌道交通網絡動態可達性分析系統”對網絡各站間的首末班車銜接方案進行計算和仿真，通過對結果的對照分析表明，本發明專利技術所提出的模型和算法正確并具有較高的合理性和實用性。計算結果輸出一方面用于動態和靜態的可達性信息發布，另一方面可以進行自動售票機控制，包括禁止末班車已結束車站的購票操作，防止乘客購票后無法到達，以及乘客購票時給出目的車站的末班車時刻提示及可到達路徑提示，大大提高客運服務的智能化水平。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于解決乘客在城市軌道交通網絡中出行的動態可達性評價、列車運行銜接

技術介紹
城市軌道交通系統是一種大運量、快速、準時、舒適的客運交通系統。隨著我國一些城市的軌道交通網絡規模的不斷擴大，運營管理也相應地進入網絡化運營階段。對乘客出行而言，網絡化運營的最顯著特點就是“一票換乘”的方便性，在實施“一票換乘”的軌道交通網絡中，乘客只需一次購票即可完成在不同線路車站間的出行。為滿足乘客出行過程中的換乘需要，各條線路列車在換乘站的應做到合理銜接，這點對于各條線路的首末班車的銜接尤為重要。當這樣的銜接發生在首班車的時候，乘客在出發站乘車后不一定能在換乘站及時換乘上另一條線路的列車，由此將造成乘客出行等待時間增加；當這樣的銜接發生在末班車的時候，乘客在出發站乘車后可能在換乘站無法換乘上另一條線路的列車，由此將造成乘客出行無法到達目的地車站，從而對出行帶來很大的不便。上述兩種情況一旦發生除了引起乘客服務水平的降低外，還將會引起乘客與地鐵運營企業間的其它矛盾。因此，為了提高網絡化運營條件下城市軌道交通客運服務水平和質量，應實現各線列車尤其是首末班車在換乘站的合理銜接，作為網絡運營計劃編制的依據。而對于各線確定的列車運行圖，則重點研究網絡動態可達性方案的生成和發布。目前國內外的城市軌道交通運營企業一般提供各個車站分上、下行方向的首末班車時間，而通常不發布某站到其他各站間的可達的首末班時間及相關的路徑信息。由于城市軌道交通網絡結構復雜、換乘節點多，乘客在兩站之間的出行通常有多條路徑可以選擇，而不同的路徑往往途經不同換乘站；同時各條線路運營時間(列車運行圖)不同，當乘客的起訖(OD)車站跨多條線路時，往往會因為各條線路的末班車時刻不一致，形成在不同的時間點上，同一OD的不同路徑其可達性是不一樣的。目前，國內外在城市軌道交通網絡化運營條件下，基于時間窗約束的網絡動態可達性評價及列車運行銜接的模型、方法未見相關研究成果。
技術實現思路
城市軌道交通形成網絡以后，不同線路車站之間能夠通過一次或多次換乘可達，而且具有路徑選擇的多樣性；特別是“一票換乘”實施條件下，乘客只需一次購票即可完成在不同線路車站間的出行。但由于各線的運營時間不同，網絡上各站間的可達關系在一天中是動態變化的。乘客在軌道交通網絡中的出行，不僅只是起點站的末班車時間決定OD間的可達性，OD間的路徑及路徑中途經換乘站往換乘方向的末班車時間也是影響OD間可達性的重要因素。OD間的路徑特征和各站的首末班車時間共同決定著OD間首末班車的銜接方案，同時這樣的銜接方案具有動態變化性(或稱之為OD之間的動態可達性)。-->本專利技術基于線路、車站所組成的物理網絡和列車運行網絡，綜合考慮列車運行圖的“剛性”控制和乘客換乘走行的“柔性”影響，確定網絡各站間的動態可達性，從而實現乘客出行的智能化向導。由于網絡的動態可達性主要與各線首末班車時間有關，考慮到首班車的銜接與否只產生乘客的等待時間，而末班車的銜接合理與否可能造成乘客出行無法到達目的地，因此，本專利技術主要基于列車運行的時間窗約束，特別是針對各條線路列車運營結束條件下的城市軌道交通網絡動態可達性問題。為達到上述目的，本專利技術的解決方案是：(1)分析網絡可達性的影響因素①物理網絡城市軌道交通的線路、車站及其之間的連通性構成其物理網絡。隨著換乘節點的增多，環線、共線等不同線路類型的出現，乘客在兩站之間的出行通常有多條路徑可以選擇。不同的路徑由于途經車站(主要是換乘站)不一樣，使得在同一時間點上，OD間不同路徑的可達性可能不一致。②列車運行網絡列車運行圖是運行網絡的直觀描述。基于列車運行圖的列車運行時間、列車交路形式、線路各站首末班車時間等都是影響OD間可達性的重要因素。d)列車運行時間列車運行時間這里是指適用于首末班車的列車的區間運行時間和車站停站時間。e)列車交路形式目前運營的城市軌道交通線路中，既有全線單一交路模式，又有大小交路嵌套的模式。全線單一交路模式是指列車在線路的兩個終點站間運行，為全線提供服務，而大小交路嵌套的模式是指線路上大小交路并存的形式。在大小交路嵌套模式下，當線路最后一趟開行的是小交路列車時，小交路段的線路各車站的首末班車時間可能存在兩種情形，即到達全線終點站的列車末班車時間和達到小交路終點站的末班車時間，前者要比后者的時間早；當線路最后一趟開行的是大交路列車時，線路各站的末班車時間均為大交路列車的末班車時間。因此，列車交路開行計劃也是網絡首末班車銜接方案確定的一個重要因素。f)線路各站上、下行方向的首末班時間在單線運營的條件下，乘客出行只需要考慮起點站往終點站方向的列車末班車時間；而網絡化運營條件下，特別是無障礙的一票換乘實施后，乘客由于出行的路徑要跨越一個或多個換乘站，換乘站的首末班車銜接是關鍵。網絡上兩站間的首末班車銜接時間是通過該OD站間可達路徑的首末班車時間來確定的，而每條路徑的首末班銜接時間則根據路徑起點站的首末班時間和路徑途經換乘站的首末班時間反推至起點站的有效進站時間來推算的。③換乘時間在網絡首末班車時間銜接匹配時，對于兩站間有換乘的路徑，除了起點站的首末班車時間和換乘站往換乘線路方向的首末班車時間外，換乘站時間也是需要考慮的因素。對于不同的出行人群，在換乘過程中的走行速度存在差異，因此，為了更好地體現首末班車銜接的合理性、可靠度，引入換乘彈性時間域，滿足正常條件下完成換乘所需不同時間范圍-->的要求。(2)網絡可達性分析OD之間的可達性需通過OD間路徑的可達性來反映。對于OD間無需換乘的路徑來說，在起點站開往目的站方向的末班車之前，OD在該路徑上具有可達性；對于OD間需要換乘的路徑來說，其間可達需滿足兩個條件：一是進站乘車時間應該在該站開往換乘站方向的末班車之前；二是滿足路徑上全部換乘站換乘方向的末班車時間要求。針對這種情形需要根據列車運行時間、途經站主要是換乘站的末班車時間及換乘走行時間進行推算，上述時間因素構成網絡首末班動態可達性銜接的約束條件。列車運行時間及各站首末班時間由于受列車運行圖的“剛性”控制，較為確定；而換乘時間因人而異，考慮其“柔性”影響，定義各個換乘站不同換乘方向的換乘彈性時間域。換乘彈性時間域的上界值較大，保證行走速度較慢的人能從車頭或車尾在這個時間范圍內完成換乘；換乘彈性時間域的下界值較小，是完成該方向換乘至少所需要的時間。根據換乘站換乘彈性時間域將末班車的可達性定義為三個層次：①完全可達：OD間至少一條路徑可達，并且該路徑途經的每個換乘站的預留換乘時間不小于相應換乘站換乘彈性時間域的上界。這種條件下，乘客可以從起點站按該路徑到達目的地站，并且在換乘站留有較充裕的換乘時間；②條件可達：OD間至少一條路徑可達，并且最晚的可達路徑中，需換乘末班車的換乘車站所預留的換乘時間在該換乘站換乘彈性時間域的上、下界范圍之間。這種條件下，乘客可以從起點站經該路徑的換乘站換乘到達目的地站，但是在換乘站的換乘時間較為緊張；③不可達：OD間已無路徑可達。這種條件下，乘客無法通過任何一條路徑從起點站到達目的地站。在一天的運營當中，隨著時間的推移，存在換乘需求的OD對間的出行將由完全可達，變為條件可達，最后變成不可達。(3)末班車銜接建模基于列車運行圖的末班車銜接方案的推算模型本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種基于時間窗約束的城市軌道交通網絡動態可達性計算方法，其特征在于：包括：（１）分析網絡可達性的影響因素；（２）分析網絡可達性；（３）末班車銜接建模；（４）推算流程。

【技術特征摘要】
1.一種基于時間窗約束的城市軌道交通網絡動態可達性計算方法，其特征在于：包括：(1)分析網絡可達性的影響因素；(2)分析網絡可達性；(3)末班車銜接建模；(4)推算流程。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述影響因素包括：①物理網絡城市軌道交通的線路、車站及其之間的連通性構成其物理網絡；②列車運行網絡列車運行網絡可以列車運行圖直觀描述，基于列車運行圖的列車運行時間、列車交路形式、線路各站首末班車時間等都是影響OD間可達性的重要因素；a)列車運行時間列車運行時間這里是指適用于首末班車的列車的區間運行時間和車站停站時間；b)列車交路形式目前運營的城市軌道交通線路中，既有全線單一交路模式，又有大小交路嵌套的模式；全線單一交路模式是指列車在線路的兩個終點站間運行，為全線提供服務，而大小交路嵌套的模式是指線路上大小交路并存的形式；在大小交路嵌套模式下，當線路最后一趟開行的是小交路列車時，小交路段的線路各車站的首末班車時間可能存在兩種情形，即到達全線終點站的列車末班車時間和達到小交路終點站的末班車時間，前者要比后者的時間早；當線路最后一趟開行的是大交路列車時，線路各站的末班車時間均為大交路列車的末班車時間；c)線路各站上、下行方向的首末班時間網絡上兩站間的首末班車銜接時間是通過該OD站間可達路徑的首末班車時間來確定的，而每條路徑的首末班銜接時間則根據路徑起點站的首末班時間和路徑途經換乘站的首末班時間反推至起點站的有效進站時間來推算的；③換乘時間在網絡首末班車時間銜接匹配時，對于兩站間有換乘的路徑，除了起點站的首末班車時間和換乘站往換乘線路方向的首末班車時間外，換乘站時間也是需要考慮的因素；對于不同的出行人群，在換乘過程中的走行速度存在差異；為了更好地體現首末班車銜接的合理性、可靠度，引入換乘彈性時間域，滿足正常條件下完成換乘所需不同時間范圍的要求。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(2)中：OD之間的可達性需通過OD間路徑的可達性來反映；對于OD間無需換乘的路徑來說，在起點站開往目的站方向的末班車之前，OD在該路徑上具有可達性；對于OD間需要換乘的路徑來說，其間可達需滿足兩個條件：一是進站乘車時間應該在該站開往換乘站方向的末班車之前；二是滿足路徑上全部換乘站換乘方向的末班車時間要求；針對這種情形需要根據列車運行時間、途經站主要是換乘站的末班車時間及換乘走行時間進行推算，上述時間因素構成網絡首末班動態可達性銜接的約束條件；列車運行時間及各站首末班時間由于受列車運行圖的“剛性”控制，較為確定；而換乘時間因人而異，考慮其“柔性”影響，定義各個換乘站不同換乘方向的換乘彈性時間域；換乘彈性時間域的上界值較大，保證行走速度較慢的人能從車頭或車尾在這個時間范圍內完成換乘；換乘彈性時間域的下界值較小，是完成該方向換乘至少所需要的時間；根據換乘站換乘彈性時間域將末班車的可達性定義為三個層次：①完全可達：OD間至少一條路徑可達，并且該路徑途經的每個換乘站的預留換乘時間不小于相應換乘站換乘彈性時間域的上界；這種條件下，乘客可以從起點站按該路徑到達目的地站，并且在換乘站留有較充裕的換乘時間；②條件可達：OD間至少一條路徑可達，并且最晚的可達路徑中，需換乘末班車的換乘車站所預留的換乘時間在該換乘站換乘彈性時間域的上、下界范圍之間；這種條件下，乘客可以從起點站經該路徑的換乘站換乘到達目的地站，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：江志彬，徐瑞華，羅欽，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]