CN106991804B - 一种基于多线路耦合的城市公交工况构建方法 - Google Patents

一种基于多线路耦合的城市公交工况构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多线路耦合的城市公交工况构建方法，结合线路站点强度和覆盖区域，选择N条公交线路，经过数据采集和预处理，分别对各条线路数据进行聚类分析，提出线路耦合权重因子Wi，按照权重因子确定各条线路时间分配占比，结合工况长度(工况总长度Tz在一定区间范围内)，从而确定线路占比最小时间Timin。计算聚类后各类工况特征值，并根据聚类后各类占比，构建各条线路对应两类工况梯形。依据特征值，对各条工况梯形进行四次曲线拟合，并依次组合，形成最终各线路耦合的城市公交工况，提高了所构建的城市公交工况的精度。

Description

一种基于多线路耦合的城市公交工况构建方法
技术领域
本发明属于城市公交工况构建领域，具体涉及一种基于多线路耦合的城市公交工况构建方法。
背景技术
城市公交工况的构建一直是一个复杂的问题，其中包括线路的选取、数据的采集、数据的处理、线路的耦合和城市公交工况的构建等。由于城市公交线路较多，很难全部统计，并且各条线路线路强度不同、采集次数不同，各线路工况耦合方法较少，因此公交车城市工况的构建方法尚未成熟。
在城市线路的选取过程中，一方面是线路的覆盖区域，另一方面，线路的站点强度也是需要重视的。考虑到公交线路的布局和设置，站点强度的大小在很大程度上代表着该线路的重要性和人流量拥挤程度等综合因数，因此线路站点强度的大小应作为线路选取的重要依据。另外，在单线路工况构建过程中，常常使用聚类分析方法，但并不能做到线路耦合，无法将每条线路的特点有效的融入到城市工况中，很难构建出能代表实际的城市公交工况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于多线路耦合的城市公交工况构建方法，以保证在采集一定代表线路工况数据、构建出代表线路工况的基础上，实现多个线路工况的耦合，从而构建出有效的可以代表城市公交工况的理想工况，并进一步验证。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤一，依据线路强度和覆盖区域选取线路、采集工况数据和特征值计算；
步骤二，计算各线路时间分配权重因子Wi，确定各线路内部两类时间TLi1和TLi2和各线路时间Ti，最终确定构建工况总时间Tz；
步骤三，根据每条线路各类特征值，构建每条线路类工况梯形，并采用四次曲线拟合，最终按照类顺序和线路顺序结合起来，形成多线路耦合的城市工况。
所述步骤一的具体方法如下：
第一步，统计各线路站点强度，计算线路平均站点强度，结合线路覆盖区域，选取N条公交线路；
第二步，采集并预处理工况数据，分别对该N条公交工况数据聚类分析，聚两类；
第三步，针对N条公交线路，分别计算聚两类后类特征值平均加速度Am、平均减速度Dm、速度标准差Vsd、加速时间Pa、减速时间Pd、匀速时间Pc和怠速时间Pi。
所述步骤二的具体步骤如下：
第一步，计算各线路时间分配权重因子Wi；
Figure GDA0002611004030000021
Figure GDA0002611004030000022
其中，ai为各线路站点强度，n为各线路站点数，Ai为各线路平均站点强度，N为线路数，Wi为各线路时间分配权重因子；
第二步，结合构建工况总时间Tz，首先确定时间分配权重因子最小(即Wimin)的线路工况时间Timin和其他线路时间；
Ti＝Wi×Tz
Timin＝Wimin×Tz
第三步，根据聚类结果，计算各条线路两类工况的短行程数量占比L1i:L2i，确定各条线路每一类工况时间TLi1、TLi2；
Figure GDA0002611004030000031
Figure GDA0002611004030000032
所述步骤三的具体步骤如下：
第一步，根据每类特征值Am、Dm、Pa、Pd、Pc和Pi，确定工况梯形A、B、C、D、E五个点的速度和时间坐标；
第二步，根据第一步A、B、C、D四个点坐标，结合类工况速度标准差Vsd，对工况梯形进行四次曲线拟合；
Figure GDA0002611004030000033
V＝C1+C2t+C3t2+C4t3+C5t4
Vsd为类工况速度标准差，Vm为类工况速度均值，n为类工况梯形运行时间，Vi为速度；
第三步，将第二步拟合的曲线按照类比例和各条线路时间分配依次结合，形成最终多线路耦合的城市工况。
与现有技术相比，本发明结合线路站点强度和覆盖区域，选择N条公交线路，经过数据采集和预处理，分别对各条线路数据进行聚类分析，提出线路耦合权重因子Wi，按照权重因子确定各条线路时间分配占比，结合工况长度(工况总长度Tz在一定区间范围内)，从而确定线路占比最小时间Timin。计算聚类后各类工况特征值，并根据聚类后各类占比，构建各条线路对应两类工况梯形。依据特征值，对各条工况梯形进行四次曲线拟合，并依次组合，形成最终各线路耦合的城市公交工况，提高了所构建的城市公交工况的精度。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为单条线路一类工况梯形图；
图3为单条线路一类工况梯形曲线拟合后图；
图4为单条线路梯形图；
图5为单条线路梯形曲线拟合后图；
图6为某城市基于多线路耦合的城市公交工况示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明主要分为四个部分：
第一步：线路的选取、工况数据的采集和特征值计算；
(1)结合线路站点强度和覆盖区域，选取N条公交线路。站点强度是指通过该站点的公交车线路数，其大小表示该站点的重要性，包括人流量、车流量、商业地位等综合因素。结合该城市整体站点分布和站点强度分布，选取N1条站点强度较大的线路，N2条站点强度一般的线路，N3条站点强度较小的线路。其N条线路应基本覆盖该城市的大部分区域，具有一定的代表性。
(2)采集并预处理工况数据，分别对该N条公交工况数据聚类分析，聚两类。首先，数据采集频率为1Hz，全天连续采集，结合该线路每天运行次数，直至数据量收敛为止，既可以覆盖全天时间，有效的记录高、低峰数据，又可以获得工作日和休息日等全面数据。其次，用怠速时间Td截取全天的数据，得到该公交车每天运行次数即长行程，作为判断数据量的依据。再其次，用所有怠速截取长行程，得到该线路所有数据的短行程。最后，计算这些短行程的特征值，并依此对这些短行程聚类分析，聚两类，分别代表两类不同的工况。
(3)针对N条公交线路，分别计算聚两类后类特征值平均加速度Am、平均减速度Dm、速度标准差Vsd、加速时间Pa、减速时间Pd、匀速时间Pc和怠速时间Pi；
第二步：计算各线路时间分配权重因子Wi，确定各线路内部两类工况时间TLi1和TLi2和各线路时间Ti，最终确定构建工况总时间Tz。首先计算统计各条线路站点和对应的站点强度，计算各条线路平均站点强度Ai。根据各条线路平均站点强度，依据占比计算各线路权重因子Wi。依据各线路权重因子Wi，结合构建工况总时间Tz，在保证总时间在合理范围内的前提下，首先确定权重因子最小(即Wimin)的线路的工况时间Timin，并依次计算其他线路工况时间。根据聚类结果和步骤二计算得出的各线路工况时间，首先计算各条线路两类工况短行程数量占比L1i:L2i，其次计算出各条线路两类工况时间，两类工况时间分别为TLi1、TLi2；
第三步：根据每条线路各类特征值，构建每条线路类工况梯形，并采用四次曲线拟合，最终按照各条线路类顺序和线路顺序结合起来，形成多线路耦合的城市工况；
根据每类特征值Am、Dm、Pa、Pd、Pc和Pi，结合每条线路权重因子决定的线路工况时间，确定每条线路类工况梯形A、B、C、D、E五个点的坐标，参见图2和图4。根据A、B、C、D四个点坐标，结合类工况速度标准差Vsd，对工况梯形进行四次曲线拟合；
Vb＝Am×Pa
Vc＝Dm×Pd
Vd＝Ve＝0
Td＝Pa+Pc+Pd
Te＝Pa+Pc+Pd+Pe
Figure GDA0002611004030000051
V＝C1+C2t+C3t2+C4t3+C5t4
Vsd为类工况速度标准差，Vm为类工况速度均值，n为类工况梯形运行时间，Vi为速度。其中，5个等式可求得各待定系数，解出四次曲线拟合函数，拟合结果参见图3。根据拟合的类曲线，首先将每条线路的拟合工况曲线结合，参见图5，然后依次将线路工况曲线结合，形成最终多线路耦合的城市工况，参见图6。

Claims (1)

1.一种基于多线路耦合的城市公交工况构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，依据线路强度和覆盖区域选取线路、采集工况数据和特征值计算，具体方法如下：
第一步，统计各线路站点强度，计算线路平均站点强度，结合线路覆盖区域，选取N条公交线路；
第二步，采集并预处理工况数据，分别对该N条公交工况数据聚类分析，聚两类；
第三步，针对N条公交线路，分别计算聚两类后类特征值平均加速度Am、平均减速度Dm、速度标准差Vsd、加速时间Pa、减速时间Pd、匀速时间Pc和怠速时间Pi；
步骤二，计算各线路时间分配权重因子Wi，确定各线路内部两类工况时间TLi1和TLi2和各线路时间Ti，最终确定构建工况总时间Tz，具体步骤如下：
第一步，计算各线路时间分配权重因子Wi；
Figure FDA0002611004020000011
Figure FDA0002611004020000012
其中，ai为各线路站点强度，n为各线路站点数，Ai为各线路平均站点强度，N为线路数，Wi为各线路时间分配权重因子；
第二步，结合构建工况总时间Tz，确定时间分配权重因子最小的线路的工况时间和其他线路工况时间，Wimin为最小时间分配权重因子；
Ti＝Wi×Tz
Timin＝Wimin×Tz
第三步，根据聚类结果，计算各条线路两类工况的短行程数量占比L1i:L2i，确定各条线路每一类工况时间TLi1、TLi2；
Figure FDA0002611004020000021
Figure FDA0002611004020000022
步骤三，根据每条线路各类特征值，构建每条线路类工况梯形，并采用四次曲线拟合，最终按照类顺序和线路顺序结合起来，具体步骤如下：
第一步，根据每类特征值Am、Dm、Pa、Pd、Pc和Pi，确定工况梯形A、B、C、D、E五个点的速度和时间坐标；
第二步，根据第一步A、B、C、D四个点坐标，结合类工况速度标准差Vsd，对工况梯形进行四次曲线拟合；
Figure FDA0002611004020000023
V＝C1+C2t+C3t2+C4t3+C5t4
Vsd为类工况速度标准差，Vm为类工况速度均值，n为类工况梯形运行时间，Vi为速度，C1、C2、C3、C4和C5均为待定系数；
第三步，将第二步拟合的曲线按照类比例和各条线路时间分配依次结合，形成最终多线路耦合的城市工况。
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