CN101763612A - 一种轨道交通系统运费清分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轨道交通系统运费清分方法，该方法是以乘客出行多路径选择概率法为基础，提出的“两阶段、双比例”清分方法，其包括以下步骤：路网信息描述及数字化表示；建立综合出行阻抗函数；各OD对间K条渐短路径搜索，并计算可行路径的综合出行阻抗值；路径有效性判断及基于综合出行阻抗的路径客流分担比例计算；考虑换乘及拥挤程度对路径客流分担比例的修正；清分比例的计算；完成运费清分。本发明可依据清分方法保证轨道交通系统运营的全部收益按照各运营实体的贡献进行公平的利益分配，且确保其系统运营价值链中各要素的相互依存依赖关系。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种运费清分方法，尤其涉及一种应用于轨道交通系统领域的运费清分方法。
【背景技术】
随着北京城市轨道交通整体网络的逐步形成，未来的轨道交通网络将呈现出路网结构和规模的复杂化，线路形式、功能和制式的差别化，投资及运营主体的多元化，列车运行方式的多样化、客流需求的高增长及其时间、空间分布的波动性等特点，运营管理也将逐步过渡到网络化运营的新阶段。在网络化运营条件下，网络互连互通，乘客出行路径的选择更加多样性，采取各条线路间“一票通”的运营模式是网络化运营必然趋势。并且一个大规模的城市轨道交通网络中的各条线路分属代表不同投资主体利益的不同运营主体。在实施“一票通”条件下，乘客的具体出行路径很难得知，这就产生了如何将运费收入在不同经济贡献主体之间进行分配的问题。因此，必须由一个独立机构根据一套公平、合理的清分方法在不同的利益主体之间进行运营收入的分配。
国外许多的大城市，虽然已经形成了非常完善的城市轨道交通网络，但由于各自在运营管理、换乘模式等方面的一些特点，在清分方法上可借鉴的东西很少。美国纽约地铁系统共有27条线路，总长达722英里(合1162公里)；芝加哥有6条地铁线路，总长173公里；日本东京地铁由两家公司经营，营田地下铁(Eidan)拥有8条地铁线路，总里程为177.2公里，都营地下铁(Toei)拥有四条地铁线路，总里程109公里；法国巴黎的地铁(Metro)有14条，还有5条郊区快线(RER)。与我国地铁投资、建设和运营模式不同的是，这些城市的轨道交通线路虽然不同线路之间实现了互联互通，但是隶属于不同投资经营主体之下的线路在运营方面是相互独立结算的，而隶属于相同投资经营主体的线路不进行换乘清分。
目前业界主要采用基于路网规模的清分方法和基于乘客出行路径的清分方法。前者简单得按照路网中各个运营主体运营的线路规模的比例对运费收入进行清分，简单易行，但在精度及合理性都明显存在缺陷；后者包括最短路径法和多路径选择概率法，最短路径法只根据时间要素进行路径选择分析而忽略了影响乘客出行路径选择的其他主客观因素，多路径选择概率法考虑了乘客出行路径的多样性，能够更科学准确客观公平地分配运费收益，但该方法未考虑客流分配比例的计算及对客流分配比例的修正。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种轨道交通系统运费清分方法，该清分方法基于各路径综合出行阻抗，客流分配比例进行计算和修正，从而合理的在不同的利益主体间进行运营收入的分配。
为实现上述目的，本发明提供一种轨道交通系统运费清分方法，该方法是以乘客出行多路径选择概率法为基础，将路网进行信息化描述及数字化表示，提出的“两阶段、双比例”清分方法，其特征在于“两阶段”和“双比例”，前者是指客流在OD(一次出行的起始站Origination和终点站Destination)间不同出行路径上的分配比例的确定分两阶段完成，第一阶段是以有效路径的综合出行阻抗为基础，根据乘客出行路径选择的概率分布模型计算OD间各有效路径分担OD客流的比例；第二阶段考虑乘客出行路径选择中的不确定因素，包括换乘次数和线路拥挤程度，对上一阶段计算出客流在路径上分配比例进行修正。后者是指分别按OD间多条有效路径之间的客流分配比例和每一路径中不同运营主题(按路线)承担的运输里程比例进行最终的清分。
本发明的一种轨道交通系统运费清分方法，具体包括以下步骤：
A.路网信息描述及数字化表示。将轨道交通网络表示为有向连通图，并用计算机储存；输入构成路网的线路、车站、区间的相关属性信息，包括线路的运营时间、发车间隔，通过车站的停站时间、换乘车站不同线路换乘时间、区间运行时间、里程、区间列车满载率、运营主体归属等；
B.建立综合出行阻抗函数。以旅行时间为标尺，把区间和车站(包括通过站和换乘站)影响通过参数标定建立综合函数关系，作为出行阻抗，量纲为时间(min)，综合阻抗由路段阻抗和节点阻抗构成，如下表。
C.对OD对间K条渐短路径进行搜索，并计算可行路径的综合出行阻抗值，根据路段和节点的阻抗搜索出OD间K条渐短路径，并输出K条路径的相关信息，包括路径的综合出行阻抗值、路径换乘次数及每次换乘的时间、路径上的列车满载率、路径中参与运营主体的运距比例、路径的运营时间等；
D.路径有效性判断。根据运营时间和路径综合出行阻抗容许区域两方面对OD间K条路径进行筛选，剔除不满足条件的路径，形成OD间的有效路径集，并确定其类型；
E.基于综合出行阻抗的路径客流分担比例计算。基于各有效路径的综合出行阻抗值，结合交通调查获取的反应乘客出行行为的相关参数的标定，运用概率分配模型，确定OD间各有效路径分担该OD客流的比例，即有效路径的客流分配比例；
F.考虑换乘及拥挤程度对路径客流分担比例的修正。考虑换乘次数和拥挤程度对乘客出行路径选择的影响，对基于综合出行阻抗确定的路径客流分配比例进行修正；
G.清分比例的计算。根据OD间各有效路径的客流分配比例和该路径中不同运营主体的运距比例计算出OD运费收入在不同运营主体之间的清分比例；按路网中任意OD对清分比例，生成不同时段路网全部OD间的清分比例表；
H.完成运费清分。对任意OD对，将其运费按照不同时段的清分比例，实现运费在相关运营主体之间的分摊。
其中，所述步骤B的出行阻抗还包括路段上(即区间)的阻抗和节点处(即车站)的阻抗。
其中，所述步骤C的K条渐短路径搜索方法，是可采用成熟的Dijkstra算法，获取路径阻抗结果较优且乘客选择概率较高的K条渐短路径作为清分的基础，并对每条换乘路径中换乘次数加以限制。
其中，所述步骤E的有效路径客流分配比例计算还包括当有效路径集合元素唯一时，该有效路径是唯一的绝对最优解并承担100％的客流。
其中，所述步骤E的有效路径客流分配概率是根据各路径参与客流分担的一个正效益值来确定的。
其中，所述的路段阻抗是列车在该路段的运行时间，可通过列车区间运行时分或列出运行时刻表获得。
其中，所述的节点阻抗包括通过车站的节点阻抗和换乘车站的节点阻抗。
其中，所述的K条渐短路径搜索方法，包括最短路径算法、次短路径算法和渐短路径算法。
其中，所述步骤E的有效路径客流分配比例还包括弹性分析，用来定量描述路径参与客流分配的正效益值与路径的综合出行阻抗间的相互变化关系。
其中，所述的通过车站节点阻抗等于列车在该节点停站时间。
其中，所述的换乘车站的节点阻抗等于该站的换乘时间乘以换乘放大系数。
本发明一种轨道交通系统运费清分方法，其优点及功效在于：与现有技术相比，本发明揭示的应用于轨道交通领域的运费清分方法，可依据清分方法合理的在不同的利益主体间进行运营收入的分配。同时可以根据多路径综合阻抗值对客流分配比例计算和修正，使运营收入的分配更加趋于真实情况。
【附图说明】
图1为“两阶段、双比例”清分流程简略示意图
图2为本发明轨道交通运费“两阶段、双比例”清分方法的实现流程图
图3为实施例中模型的某虚拟路网示意图
图4为实施例中模型的OD间K条渐短路径示意图
【具体实施方式】
以下结合附图及实施例对本发明做具体介绍。
请参阅图1，本发明介绍了一种轨道交通领域的“两阶段、双比例”运费清分方法，通过模拟乘客在城市轨道交通网络中的出行行为，计算出各OD中相关运营主体完成的客运周转量，并以此为基础进行运费收入的清分。
本发明的轨道交通运费的清分方法包括如下步骤：
步骤0、路网的抽象化表示级路网信息描述。将轨道交通网络表示为有向连通图，并用计算机储存；输入构成路网的线路、车站、区间的相关属性信息，包括线路的运营时间、发车间隔，通过车站的停站时间、换乘车站不同线路换乘时间、区间运行时间、里程、区间列车满载率、运营主体归属等。
步骤1、综合出行阻抗函数的建立。以旅行时间为标尺，把区间和车站(包括通过站和换乘站)影响通过参数标定建立综合函数关系，作为出行阻抗，量纲为时间(min)。计算路段(区间)和节点(车站)的阻抗。
步骤2、OD间K条渐短路径的搜索及路径信息的获取。根据路段和节点的阻抗搜索出OD间K条渐短路径，并输出K条路径的相关信息，包括路径的综合出行阻抗值、路径换乘次数及每次换乘的时间、路径上的列车满载率、路径中参与运营主体的运距比例、路径的运营时间等。
步骤3、路径的有效性判断。根据运营时间和路径综合出行阻抗容许区域两方面对OD间K条路径进行筛选，剔除不满足条件的路径，形成OD间的有效路径集，并确定其类型。
步骤4、有效路径的客流分配比例计算。基于各有效路径的综合出行阻抗值，结合交通调查获取的反应乘客出行行为的相关参数的标定，运用概率分配模型，确定OD间各有效路径分担该OD客流的比例，即有效路径的客流分配比例。
步骤5、有效路径客流分配比例的修正。考虑换乘次数和拥挤程度对乘客出行路径选择的影响，对基于综合出行阻抗确定的路径客流分配比例进行修正。
步骤6、清分比例的计算。根据OD间各有效路径的客流分配比例和该路径中不同运营主体的运距比例计算出OD运费收入在不同运营主体之间的清分比例。按路网中任意OD对清分比例，生成不同时段路网全部OD间的清分比例表。
步骤7、完成运费清分。对任意OD对，将其运费按照不同时段的清分比例，实现运费在相关运营主体之间的分摊。
本发明揭示的应用于轨道交通领域的运费清分方法，可依据清分方法合理得在不同的利益主体间进行运营收入的分配。同时可以根据多路径综合阻抗值对客流分配比例计算和修正，使运营收入的分配更加趋于真实情况。
以下简单模型用以介绍本发明的原理。
【模型】
请参阅图3，以某虚拟轨道交通网络为例按照上述清分方法进行计算，路网的相关属性见表1所示。
表1
由图4可知，假设起始站(O)为A3车站，终点站(D)为B6车站，根据区间和车站的阻抗值，运用路径搜索算法找出OD间的K条渐短路径。搜索及计算结果如表2所示：
| 路径 | 综合出行阻抗 | 换乘次数 | 换乘时间 | 运营主体承担的运距比 | 路径上列车满载率 | 运营时间 |
| 路径1(A3-E1-E3-E5-B6) | 16 | 1 | 4 | 线路A：6000线路B：1200 | 1.2 | 5:30-23:30 |
| 路径2(A3-E1-B10-B9-B8-B7-B6) | 20 | 1 | 3.5 | 线路A：1000线路B：6500 | 1.4 | 5:30-23:30 |
| 路径3(A3-E1-B1-B2-B3-B4-B5-B6) | 23 | 1 | 3.5 | 线路A：1000线路B：8000 | 1.1 | 5:30-23:30 |
表2
路径1：A3-E1-E3-B6；阻抗值：16(min)；
路径2：A3-E1-B10-B9-B8-B7-B6；阻抗值：20(min)；
路径3：A3-E1-B1-B2-B3-B4-B5-B6；阻抗值：23(min)。
假设三条路径均通过了运营时间的判断，并且其综合出行阻抗都在容许区域内，成为有效路径，如表3所示；
表3
接下来运用概率分配模型计算这三条路径分配客流的初始化比例，并考虑换乘和拥挤条件对该比例进行修正，计算结果如表4和表5所示。
表4
| 路 径 | 综合出行阻抗 | 初始客流分配比例 | 换乘次数 | 换乘修正后客流分配比例 | 路径上列车满载率 | 修正后客流分配比例 |
| 路径1 | 16 | 79.14％ | 1 | 79.14％ | 1.2 | 81.12％ |
| 路径2 | 20 | 19.73％ | 1 | 19.73％ | 1.4 | 17.76％ |
| 路径3 | 23 | 1.12％ | 1 | 1.12％ | 1.1 | 1.12％ |
表5
最后根据各路径中相关运营主体承担的运距里程，可以计算出该OD的清分比例，如表6所示。
| 运营主体 | 不考虑换乘和拥挤影响情况下的清分比例 | 考虑换乘和拥挤影响情况下的清分比例 |
| 线路A | 68.71％ | 70.09％ |
| 线路B | 31.29％ | 29.91％ |
表6
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A.路网信息描述及数字化表示：将轨道交通网络表示为有向连通图，并用计算机储存；输入构成路网的线路、车站、区间的相关属性信息，包括线路的运营时间、发车间隔，通过车站的停站时间、换乘车站不同线路换乘时间、区间运行时间、里程、区间列车满载率、运营主体归属；
B.建立综合出行阻抗函数：以旅行时间为标尺，把区间和车站影响通过参数标定建立综合函数关系，作为出行阻抗，量纲为时间，计算路段和节点的阻抗；
C.对各OD间K条渐短路径搜索，并计算可行路径的综合出行阻抗值：
根据路段和节点的阻抗搜索出OD间K条渐短路径，并输出K条路径的相关信息，包括路径的综合出行阻抗值、路径换乘次数及每次换乘的时间、路径上的列车满载率、路径中参与运营主体的运距比例、路径的运营时间；
D.路径有效性判断：根据运营时间和路径综合出行阻抗容许区域两方面对OD间K条路径进行筛选，剔除不满足条件的路径，形成OD间的有效路径集，并确定其类型；
E.基于综合出行阻抗的路径客流分配比例计算：基于各有效路径的综合出行阻抗值，结合交通调查获取的反应乘客出行行为的相关参数的标定，运用概率分配模型，确定OD间各有效路径分担该OD客流的比例，即有效路径的客流分配比例；
F.考虑换乘及拥挤程度对路径客流分配比例的修正：考虑换乘次数和拥挤程度对乘客出行路径选择的影响，对基于综合出行阻抗确定的路径客流分配比例进行修正；
G.清分比例的计算：根据OD间各有效路径的客流分配比例和该路径中不同运营主体的运距比例计算出OD运费收入在不同运营主体之间的清分比例；按路网中任意OD对清分比例，生成不同时段路网全部OD间的清分比例表；
H.完成运费清分：对任意OD对，将其运费按照不同时段的清分比例，实现运费在相关运营主体之间的分摊。
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于：所述步骤C的K条渐短路径搜索方法，是可采用成熟的Dijkstra算法，获取路径阻抗结果较优且乘客选择概率较高的K条渐短路径作为清分的基础，并对每条换乘路径中换乘次数加以限制。
3.根据权利要求1所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述步骤E的有效路径客流分配比例计算还包括：当有效路径集合元素唯一时，该有效路径是唯一的绝对最优解并承担100％的客流。
4.根据权利要求1所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述步骤E的有效路径客流分配概率是根据各路径参与客流分担的一个正效益值来确定的。
5.根据权利要求1所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述的路段阻抗是列车在该路段的运行时间，通过列车区间运行时分或列出运行时刻表获得。
6.根据权利要求1所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述的节点阻抗包括通过车站的节点阻抗和换乘车站的节点阻抗。
7.根据权利要求1或2所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述的K条渐短路径搜索方法，包括最短路径算法、次短路径算法和渐短路径算法。
8.根据权利要求1或3或4所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述步骤E的有效路径客流分配比例还包括弹性分析，用来定量描述路径参与客流分配的正效益值与路径的综合出行阻抗间的相互变化关系。
9.根据权利要求6所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述的通过车站节点阻抗等于列车在该节点停站时间。
10.根据权利要求6所述的一种轨道交通系统运费清分方法，其特征在于，所述的换乘车站的节点阻抗等于该站的换乘时间乘以换乘放大系数。
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