CN103544214A - 基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统及其方法，属于城市轨道交通指挥装置及方法技术领域。系统包括人机交互子系统、路径可达范围搜索子系统、可达性展示子系统和主动步进子系统等。主动步进子系统将当前时刻和当前站点当作已知条件，系统计算、搜索，得到该时刻该站对全路网的可达性，在可达性展示子系统展示。乘客通过人机交互子系统输入查询条件，系统计算，将结果展示。本发明满足了不具备网络查询条件或具备网络查询条件但目的地不明确的出行信息获取；对于错过末班车不可达的路径，提供距离目的地最近的可达车站；提供乘客要到达目的地必须最晚出行的方案；根据查询或主动发布特定时刻从路网中某一车站出发能够到达的实时路网范围。

Description

基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统及其方法，尤其涉及一种利用信息化手段辅助轨道交通指挥工作，解决路网的安全及效率问题，减少乘客因错过末班车而造成的不便，提高乘客在城市轨道交通网络中出行质量的系统和方法，属于城市轨道交通指挥装置及方法技术领域，
背景技术
城市轨道交通路网规模扩大，可达范围变大，路网复杂，承担的较长距离出行也越来越多，非24小时运营的城市轨道交通网络中每天会有末班车的开行，随着末班车的开行，路网可达路径会逐渐变少，可达范围也会逐渐变小。对于不能准确掌握路网可达性变化而又在末班车时段出行的乘客很容易因为进站过晚或选择错误的路径等原因错过到达目的地的末班车，进而对深夜出行的乘客造成很大不便。
在不断扩大中的城市轨道交通网络，如我国的北京、上海、广州、深圳，因新线路维修等原因需要较早结束运营，但末班车时段客流量仍然较大，因而错过末班车而影响出行的乘客也较多。错过末班车影响出行这一问题逐渐凸显，它将伴随城市轨道交通路网建设一直影响较大的人群。
在末班车条件下，由于路网中各条线路开行时间不统一，导致随着时间推移，路网的可达范围会逐步缩小，乘客的可达域也在不断缩小，又由于各条线路末班车运营时间没有承接性，经常发生乘客到达换乘站后没有换乘列车接续的现象，使乘客无法抵达目的车站。新型传输技术及日益得到重视的客流诱导技术结合起来，将末班车的信息通过有效途径传递给乘客，可以减少乘客的出行失败率，对于提高轨道交通服务质量，方便百姓出行具有现实的社会意义和经济意义。
发明内容
本发明的设计目的是为乘客出行提供有效的决策支持，改善乘客出行的质量，提高城市轨道交通的人性化水平，减少乘客的出行损失。
本发明的技术方案是，
基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统，该城市轨道交通客流诱导系统包括路径可达范围搜索子系统、最晚进站时间计算子系统、可达性展示子系统、人机交互子系统和主动步进子系统5个子系统；
所述人机交互子系统以PC、手机客户端、车站查询机等具有图形显示、网页浏览、输入通讯等基本功能的设备为载体，供乘客输入查询条件完成出行路径的查询。路径查询条件包括查询时刻、起始站名、目的站名、计划出发（或到达）时刻等。
所述路径可达范围搜索子系统根据乘客在系统中输入的查询条件、列车时刻表、换乘时间等，利用遗传算法进行换乘路径的搜索；当不存在可达路径时计算距离目的站最近的车站。
所述最晚进站时间计算子系统，根据指定OD、列车时刻表和换乘时间，计算出乘客要想成功到达目的地，必须最晚进入起始站的时间，以保证有效的换乘冗余时间。
所述可达性展示子系统，主要进行查询结果的展示。其展示界面分为两类：
基于车站PIS的可达性展示子系统，利用城市轨道交通车站内外的PIS设备展示当前车站在当前时刻的可达范围及本站开出的末班车事件等信息；
基于网络浏览器的可达性展示子系统，根据乘客的搜索条件进行两方面的可达范围展示，一是设定了起始站和终点站的建议路径及最晚进站时间展示，二是只设定了起点的车站在某一出发时刻可以到达的路网范围展示。
所述主动步进子系统，以列车时刻表和网络拓扑结构为输入条件，设定列车出发事件为触发条件，当时系统时钟步进到与列车出发事件的时间相同时，主动获取列车出发事件，将列车出发的车站和当前时钟作为输入条件，传递到路径可达范围搜索子系统，进行后继计算，达到向出发点明确但目的地不明确的乘客主动展示特定车站到路网的可达范围的效果。
以上所述最晚进站时间计算子系统、路径可达范围搜索子系统和主动步进子系统可以以软件的形式部署在具有高速计算功能的工作站、或服务器或高性能PC机上。
所述人机交互子系统为PC或手机客户端或车站查询机。
本发明还提供两种基于所述基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统的诱导方法。
根据所述基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统的诱导方法，主动步进子系统将当前时刻和当前站点当作已知条件传递给最晚进站时间计算子系统和路径可达范围搜索子系统，得到该时刻该站对全路网的可达性，在可达性展示子系统展示。
根据所述的基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统的诱导方法，乘客通过人机交互子系统输入查询条件，路径可达范围搜索子系统搜索该查询条件下可达的出行路径，并将可达出行路径传递给可达性展示子系统，最晚进站时间计算子系统将根据乘客输入的查询条件按照列车时刻表计算在指定OD可达的条件下乘客在起始站的最晚进站时间，并将结果传递给可达性展示子系统展示。
本发明在主动步进形式下，主动步进子系统在车站有列车出发情况时，主动将该车站和当前时钟作为输入条件，传递到路径可达范围搜索子系统，并将路网上所有路径的可达情况传递给可达性展示子系统。可达性展示子系统在该车站PIS主动展示搜索结果，供从该站出发去往路网上任意车站的乘客进行查看并对出行做出判断。主动步进并展示的形式满足了不具备网络查询条件下的乘客出行信息获取，并且满足具备网络查询条件但目的地不明确的出行信息获取。
本发明当存在人机交互子系统时，乘客通过人机交互子系统输入查询条件，路径可达范围搜索子系统搜索该查询条件下可达的出行路径，并将可达出行路径传递给可达性展示子系统，最晚进站时间计算子系统将根据乘客输入的查询条件按照列车时刻表计算在指定OD可达的条件下乘客在起始站的最晚进站时间，并将结果传递给可达性展示子系统展示。
本发明的成果在于：
（1）乘客指定出行OD，本发明提供出行路径，对于错过末班车不可达的路径，本发明提供距离目的地最近的可达车站。
（2）提供乘客要到达目的地必须最晚出行的方案。
（3）根据查询或主动发布特定时刻从路网中某一车站出发能够到达的实时路网范围。
附图说明
图1是基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统结构示意图。
图2是人机交互子系统101结构示意图。
图3是路径可达范围搜索子系统102结构示意图。
图4是利用遗传算法搜索可达路径的流程图。
图5是最晚进站时间的推算过程。
图6是可达性展示子系统104的结构示意图。
图7是车站PIS上的可达性展示界面。
图8是基于网络浏览器的可达性查询界面。
图9为本发明实施例1结果示意图。
图10为本发明实施例2结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。下述说明仅仅用作示例，而不会限制本发明应用的范围和作用。
图1是基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统结构示意图。基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统由人机交互子系统101、路径可达范围搜索子系统102、最晚进站时间计算子系统103、可达性展示子系统104和主动步进子系统这5个子系统组成。主动步进模式下，主动步进子系统105将当前时刻和当前站点当作已知条件传递给最晚进站时间计算子系统103和路径可达范围搜索子系统102，得到该时刻该站对全路网的可达性，传递给可达性展示子系统104处理，最终在终端展示。在网络查询模式下，乘客通过人机交互子系统101输入查询条件，路径可达范围搜索子系统102搜索该查询条件下可达的出行路径，出行路径包括途经总站数、途经线路、在换乘站的换乘时间、每站的到达及离开时刻等信息，并将可达出行路径传递给可达性展示子系统104，若当前查询时刻没有可达的路径时，系统得不到有效路径集，则根据车站间的邻接关系得到距离目的站最近的车站，提示乘客在该站下车。同时最晚进站时间计算子系统103将根据乘客输入的查询条件按照列车时刻表计算在指定OD可达的条件下乘客在起始站的最晚进站时间，并将结果传递给可达性展示子系统104。可达性展示子系统104的展示界面分为三部分，分别为建议路径文字的说明、建议路径在路网中的地图显示以及本对指定OD可达的最晚进站时间。
图2是人机交互子系统101结构示意图。人机交互子系统101由用户操作界面201、命令处理模块202、命令输出模块203等构成。乘客通过用户操作界面201输入查询条件，命令处理模块202将查询条件转换成计算机语言并传递给命令输出模块203，命令输出模块203将查询命令输出，传递到路径可达范围搜索子系统102和最晚进站时间计算子系统103。
图3是路径可达范围搜索子系统102结构示意图。路径可达范围搜索子系统102由WEB服务模块301、数据库管理模块302、分析模块303等构成。WEB服务模块301与人机交互子系统101中的命令输出模块203连接，接收乘客输入的查询条件，并转化为系统语言；数据库管理模块302用于管理基础数据，即路网和车站物理结构、列车时刻表、换乘时间等，系统人员登录数据库管理模块即可编辑基础数据，对数据进行增加、删除、查找、修改等操作；分析模块303根据车站所属的线路及各条线路的位置，以车站作为节点，以线路作为边，建立路网模型，利用遗传算法得到物理网络上指定OD之间的路径，从列车时刻表中列车在每站的到站及发车时间得到每次列车在车站的停站时间，根据乘客的查询时刻及换乘时间计算乘客实际到达每站的时刻，结合末班车时刻表得到有效可达的路径集。若当前查询时刻没有可达的路径时，系统得不到有效路径集，则根据网络模型和车站间的邻接关系得到距离目的站最近的车站。Web服务模块301将查询结果发送到可达性展示子系统104。
利用遗传算法搜索可达路径的流程如图4所示。
本发明将城市轨道交通路网简化为有向加权图G=(V,E,LE)，其中，V为路网中各车站的集合，E为车站节点间链路集，LE为相应的乘客出行时间，也是有向加权图中各条有向边的权重。可行路径的适应度函数要考虑出行路径时间和换乘时间等因素。本发明的方法尽量选择出行时间较短、换乘时间和次数较少的路径。n个节点的一条可行路径的适应度函数定义为：
f(E)＝1/wLL(E)+1/wttt(E)×c(E)，
t(E)为车站换乘时间，c(E)为是否换乘函数，wL和wtt分别为出行时间和换乘时间在适应度函数中的权重系数，令2者倒数之和为1。换乘函数定义为如下形式：
c ( E ) = 1 , 0 , T V dep > T v i ′ T V dep ≤ T v i ′ ,
当适应度值计算完成，判断是否满足算法设置的要求，如果满足，系统输出可达路径集，如果不满足，按照算法循环。
图5是最晚进站时间的推算过程。最晚进站时间是指，在指定OD间至少乘坐一次末班车换乘到达目的站。最晚进站时间是采用反推的方法得到的。首先确定指定OD间路径中末班车最早的时刻，从该时刻开始推算到达目的站的时刻。根据列车时刻表和换乘时间向起始站反推得到在起始站的进站时间。
所述最晚进站时间的推算方法的步骤如下：
步骤1：定义查询的起始点为O点，目的地为D点，初始化最晚路径的物理路径集合PathLS和PathS为空；定义现有路径集的最晚出发时间为LT，并初始化参考点RefT为：LT；查找D点的各方向最晚到达列车LATi(i∈1,…n.)。初始化n个临时路径放入临时路径集合PathS中，n个最晚到达列车及其对应的物理节点D组成n个临时路径的头节点。
步骤2：如果PathS为空，则终止，返回PathLS;否则从PathS中取出1条路径Path为当前路径，执行步骤3进行扩展。
步骤3：对于Path的第一个节点Node进行前驱展开，初始化NodeP，NodeP-S为Node-T到达Node-S之前的车站，NodeP-T=Node-T，对NodeP-S进行判断：
如果它已存在于path中，则删除path；
否则计算临时变量RefT’=NodeP-T-departure（NodeP-T在车站NodeP-S的出发时间）
如果NodeP-S是O点并且RefT’=RefT，则将path加入到PathLS中
如果NodeP-S是O点并且RefT’>RefT，清空PathLS，再将path加入到PathLS中；
如果NodeP-S是O点或者RefT’<=RefT,则将path从PathS删除,转步骤2.
如果NodeP-S不是O点并且RefT’>RefT（NodeP-S不是O点，并且还可以继续扩展），转步骤4.
步骤4：如果NodeP-S是中间站，则在path的头节点前加入NodeP-S;转步骤3；
如果NodeP-S是非换乘的车辆段站，计算列车衔接关系:如果NodeP-S是列车的始发站（循环直到始发站不是NodeP-S，并且依次途径NodeP-S和Node-S），则更新NodeP-T；在path的头节点前加入NodeP-S,转步骤3；
如果是换乘站，则转步骤5；
步骤5：对于换乘站NodeP-S，后继节点为Node-S的各个换乘方向，循环执行步骤6，之后在PathS中删除path，转步骤2.
步骤6：复制path的内容到新的path’中，计算该换乘方向的衔接：判断该换乘方向到Node-S的换乘关系（根据各换乘方向的后继车站节点判断），更新NodeP-C。
如果NodeP-C等于1，则根据换乘时间计算NodeP-S在该换乘方向的最晚出发时间LTD（=NodeP-T出发时间-换乘时间），再计算在LTD之前到达的第一列车（列车到达时间小于LTD的第一列车）并为NodeP-T赋值；如果NodeP-C等于0并且NodeP-S是列车的始发站，则更新NodeP-T（否则NodeP-T=Node-T）；
将path’放入临时路径集合PathS中。
图6是可达性展示子系统104的结构示意图。可达性展示子系统104包括GIS模块401、显示模块402、输入模块403和通讯模块404。输入模块403从路径可达范围搜索子系统102和最晚进站时间计算子系统103接入查询结果数据，显示模块402通过有线的方式连接到通讯模块404的通讯服务器。显示界面分为两类：基于车站PIS设备的展示界面利用城市轨道交通车站内外的PIS以文字图像相结合的形式展示可达性，站外PIS显示当前时刻下从该站出发能到达的路网范围，站内PIS显示本站周边的线路可达范围，用图形和文字结合的方式展示，线路图上以不同颜色表示线路和车站的可达状态，满足不同目的地的乘客的信息需求，而基于网络浏览器的展示界面用于供乘客点对点或点对路网地查询可达性及建议路径；路径说明部分，展示建议路径包含的线路、车站、列车在每站的到达和出发时刻、换乘站的换乘时间、途中总站数；最晚进站时间展示部分，提示乘客在保证有效到达目的地的前提下，最晚进入起始站的时间。建议路径在路网地图上的位置显示是借助于GIS模块401实现的。GIS模块根据路网数据建立电子地图，输入模块403将建议路径的车站传输到GIS模块401，GIS模块401在电子地图中搜索涉及的车站及线路，传输给显示模块，并突出显示。
图7是车站PIS上的可达性展示界面。图像展示部分对于站外PIS而言，显示当前时刻从本站出发能够到达的路网范围，不能到达的路网部分用灰色显示，并标出本站在路网上所处的位置；对于站内PIS而言，显示本站周边的线路可达范围。文字提示区域利用文字对图像显示内容进行解释，说明灰色及彩色区域的意义，提示乘客抓紧时间乘车。同时，显示当前时间。
图8是基于网络浏览器的可达性查询界面。查询条件输入区供用户输入起始站名、终点站名、计划出发时间等信息。图像展示区域展示当前查询条件下的出行路径或某时刻从某车站出发在路网上的可达范围。文字提示部分用于解释说明图像展示区域，如为点对点查询则提供建议路径的详细出行方案，并说明出行用时、途经站点数、最晚出行时间，如需换乘还应说明换乘地点、走行距离等信息，如指定时刻不能达到目的地，说明用户在此条件下能够到达的最远范围。
可达范围诱导实施例1以北京城市轨道交通局部路网为例，基于北京站为出发点，利用车站PIS进行末班车诱导。
在23:00这一时刻，从北京站出发，在路网范围内的可达性展示画面如图9所示，深色区域为可达范围，灰色区域为不可达范围。图9为本发明实施例1结果示意图。
客流诱导系统进行的主要工作步骤为：23:00有列车从北京站出发，主动步进子系统检测到该事件的发生，将北京站和当前时刻共同发送到路径可达范围搜索子系统，路径可达范围搜索子系统利用算法得出北京站到目前路网上各个车站的可达性，将计算结果传递给可达性展示子系统，可达性展示子系统利用电子地图及储存的线路、车站等信息匹配显示的文字及图像，发布到PIS终端，并保持到北京站再有列车出发为止。
可达范围诱导实施例2以局部北京城市轨道交通局部路网为背景，以网络浏览器为人机交互载体，从海淀黄庄到四惠的查询。
用户在网络浏览器的输入查询条件区输入起始站和终点站的名称，指定出发时间为23:10，人机交互子系统将改输入转化为数字信号传输给路径可达范围搜索子系统和最晚进站时间计算子系统，利用算法计算其可达性发现此时出发不能到达四惠，能够到达的最远范围为西单站。如果希望能够顺利到达四惠，从海淀黄庄的最晚出发时间为22:58。起始站和终点站的位置如图10所示。图10为本发明实施例2结果示意图，在23:10出发，能够到达的最远位置为西单，即从图10中海淀黄庄标示位置乘坐4号线向下途经西直门到达西单。
本发明主动步进形式下，主动步进子系统在车站有列车出发情况时，主动将该车站和当前时钟作为输入条件，传递到路径可达范围搜索子系统，并将路网上所有路径的可达情况传递给可达性展示子系统。可达性展示子系统在该车站PIS主动展示搜索结果，供从该站出发去往路网上任意车站的乘客进行查看并对出行做出判断。主动步进并展示的形式满足了不具备网络查询条件下的乘客出行信息获取，并且满足具备网络查询条件但目的地不明确的出行信息获取。本发明当存在人机交互子系统时，乘客通过人机交互子系统输入查询条件，路径可达范围搜索子系统搜索该查询条件下可达的出行路径，并将可达出行路径传递给可达性展示子系统，最晚进站时间计算子系统将根据乘客输入的查询条件按照列车时刻表计算在指定OD可达的条件下乘客在起始站的最晚进站时间，并将结果传递给可达性展示子系统展示。本发明对于错过末班车不可达的路径，本发明提供距离目的地最近的可达车站；提供乘客要到达目的地必须最晚出行的方案；根据查询或主动发布特定时刻从路网中某一车站出发能够到达的实时路网范围。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统，其特征在于，该城市轨道交通客流诱导系统包括人机交互子系统、路径可达范围搜索子系统、最晚进站时间计算子系统、可达性展示子系统和主动步进子系统；
所述人机交互子系统以具有图形显示、网页浏览、输入通讯基本功能的设备为载体，供乘客输入查询条件完成出行路径的查询；路径查询条至少件包括查询时刻、起始站名、目的站名、计划出发（或到达）时刻；
所述路径可达范围搜索子系统为根据乘客在系统中输入的查询条件、列车时刻表、换乘时间等，利用所述遗传算法进行换乘路径的搜索的系统；该系统当不存在可达路径时计算距离目的站最近的车站；
所述最晚进站时间计算子系统，根据指定OD、列车时刻表和换乘时间，计算出乘客要想成功到达目的地，必须最晚进入起始站的时间的系统；
所述可达性展示子系统，为查询结果的展示子系统，所述展示子系统分为两类：
（1）基于车站PIS的可达性展示子系统——即城市轨道交通车站内外的PIS设备——利用城市轨道交通车站内外的PIS设备展示当前车站在当前时刻的可达范围及本站开出的末班车事件信息；
（2）基于网络浏览器的可达性展示子系统，该可达性展示子系统上可以通过网络浏览器根据乘客搜索条件的可达范围展示；
所述主动步进子系统以列车时刻表和网络拓扑结构为输入条件，设定列车出发事件为触发条件，当时系统时钟步进到与列车出发事件的时间相同时，主动获取列车出发事件，将列车出发的车站和当前时钟作为输入条件，传递到路径可达范围搜索子系统的系统；
人机交互子系统和主动步进子系统分别与路径可达范围搜索子系统、最晚进站时间计算子系统相连；
路径可达范围搜索子系统、最晚进站时间计算子系统分别与可达性展示子系统相连。
2.根据权利要求1所述的基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统，其特征在于，所述根据乘客搜索条件的可达范围展示为设定了起始站和终点站的建议路径及最晚进站时间的展示或者只设定了起点的车站在某一出发时刻可以到达的路网范围的展示。
3.根据权利要求1所述的基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统，其特征在于，所述人机交互子系统为PC或手机客户端或车站查询机。
4.根据权利要求1所述的基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统，其特征在于，所述路径可达范围搜索子系统、最晚进站时间计算子系统、主动步进子系统为具有计算功能的工作站或服务器或PC机。
5.根据权利要求1所述的基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统的诱导方法，其特征在于，主动步进子系统将当前时刻和当前站点当作已知条件传递给最晚进站时间计算子系统和路径可达范围搜索子系统，得到该时刻该站对全路网的可达性，在可达性展示子系统展示。
6.根据权利要求1所述的基于末班车时刻的城市轨道交通客流诱导系统的诱导方法，其特征在于，乘客通过人机交互子系统输入查询条件，路径可达范围搜索子系统搜索该查询条件下可达的出行路径，并将可达出行路径传递给可达性展示子系统，最晚进站时间计算子系统将根据乘客输入的查询条件按照列车时刻表计算在指定OD可达的条件下乘客在起始站的最晚进站时间，并将结果传递给可达性展示子系统展示。
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