CN108090668A - 时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，通过收集、整理地铁自动售票系统AFC运营客流数据，并将运营客流数据分配至轨道交通的网络中，得到网络中所有线路的基于分钟的时变客流OD数据作为本发明的输入，并将时变客流OD数据与现行的列车运行图进行匹配，判断匹配状态，分析出拥挤区间、虚糜区间，修改运行图编制参数，调整、更新列车运行图。本发明从本质上说明时变客流需求与列车供给之间的耦合匹配关系，解决超拥挤情况下城市轨道交通中的运营管理难题，缩减出行乘客在乘车站的等待时间。所编制的系统能够为城市轨道交通运营公司的日常运营管理提供决策方案，从而提升运营服务质量和管理水平。
Description
技术领域
本发明设计城市轨道交通技术领域，具体的说是一种时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法。
背景技术
随着我国经济水平的提高，城市化、机动化的进程也日益加快，城市轨道交通以其运量大、运行速度快、占地面积小、节能环保的特点，成为缓解城区交通拥堵的重要措施。轨道交通中列车的运行是以时刻表为基础的，时刻表承担着城市轨道交通系统中组织与调整的职能，具有重要作用。
时变客流是由于客流到达的随机性而表现出的一段时间内客流到达的不均衡性和时间依赖性。均衡客流是在一定时间段内，假定客流的到达是均匀的，即每一时间间隔内，客流的到达人数相等。显然，均衡客流与城市轨道交通中客流规律不符，但在大多数的研究和应用中，为了简化问题，降低求解规模，都假定客流均衡。因此，时变客流与均衡客流相比，更加符合城市轨道客流变化规律，也更能体现出客流的到达随机性和不均衡性。
中国专利CN106672027A公开了《一种城市轨道交通ATS节能时刻表编制方法》，从降低能耗的角度提出了一种编制列车时刻表的方法，并利用遗传算法对提出的方法进行了计算。
中国专利CN101388050公开了《一种实现自动编制城轨列车运行图的方法》，通过调整时间段为运行间隔整数倍，保证在高峰时段与非高峰时段过渡运行线铺画的均衡性，使编图软件可以在车底数、折返时间、折返方式等条件的约束下，自动铺画出运行间隔均衡，且能最大限度的满足不同时间段客流需求的城轨列车运行图，从而使列车运行图的编制效率大大提高，以适应城轨列车运行图随客流、技术设备、运输组织方法的变化而调整的需要。
这些技术方案对于现有的关于城市轨道列车时刻表或运行图的编制或者优化调整方法，大多没有考虑时变客流需求对列车时刻表的影响。
中国专利CN105740556A公开了《基于客流需求的列车运行图自动编制方法》，提出了一种基于客流需求的列车运行图自动编制方法，通过配置编制列车运行图所需的基础参数，获取客流信息；根据所述基础参数和客流信息建立列车运行图优化模型，用启发式算法和非线性规划相结合的双层规划算法来求解列车运行图优化模型，获取基于客流需求的列车运行图。该专利虽然考虑了客流需求，但是，其通过调整列车发车间隔来满足客流需求的变化，没有从本质上说明时变客流需求与列车供给之间的耦合关系，也未能解决超拥挤条件下城市轨道交通的运营管理难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，旨在解决大数据时变客流需求驱动下动态客流匹配和列车时刻表调整问题，从本质上说明时变客流需求与列车供给之间的耦合匹配关系，解决超拥挤情况下城市轨道交通中的运营管理难题，缩减出行乘客在乘车站的等待时间。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，包括以下步骤：
步骤1、输入时变客流数据
收集地铁自动售票系统AFC原始运营客流数据，包括每个进站乘客的进站名称、出站名称、进站时间和出站时间信息；并且缩减、整理其中的无效数据；将整理后的地铁自动售票系统AFC数据通过客流分配算法分配至整个城市轨道交通网络，可得到网络中所有线路的基于分钟的时变客流OD数据，作为时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法的输入；
步骤2、供需匹配
将输入的基于分钟的时变客流OD数据与现行的列车运行图进行匹配，匹配方式分为按时段匹配和按运行线匹配；
步骤3、判断匹配状态：根据供需匹配结果统计分析，得出匹配状态：
（1）拥挤区间占比过高，表明列车供给严重不足，建议增加列车运行线或增加运行车底数，以改善拥挤情况；
（2）虚糜区间占比过高，表明列车能力利用虚糜，建议减少列车运行线或者减少运用车底数；
（3）拥挤区间和虚糜区间占比在合理的范围内，表明现行运行图与实时时变客流需求匹配，不需改变现行列车运行图；
步骤4、调整列车运行图
（1）修改运行图编制参数，编制参数包括线路运营信息、车站区间信息及设备信息；
（2）重新生成列车运行图：利用列车运行图编制算法和修改后的运行图参数，重新铺画生成列车运行图；
步骤5、将重新生成的列车运行图保存，并更新现行的列车运行图；
步骤6、本算法结束，输出列车运行图。
优选的，所述步骤2中按时段进行匹配方法为：以1小时为时间单位，统计在新输入的时变客流中每个小时时段内每个区间的乘客总数，同时计算现行运行图每个小时时段内每个区间的供给能力，并将上述两个统计数据进行比对，得出时段匹配指数；用时间、车站、颜色三维方式展现时段匹配指数；统计时段匹配指数，作为后续判断匹配状态的依据；
时段匹配指数计算公式为：
其中，表示第t个时段内区间j的时段匹配指数；
表示第t个时段内区间j的乘客总数；
表示第t个时段内区间j 的供给能力。
优选的，所述步骤2中按运行线进行匹配方法为：以现行列车运行图的每条运行线为统计依据，统计每个列车上在每个区间的在车人数，同时统计每条运行线、每个列车在每个区间的供给能力，将上述两个统计结果进行比对，得出运行线匹配指数；用时间、车站、颜色三维方式展现运行线匹配指数；统计运行线匹配指数，作为后续判断匹配状态的依据；
运行线匹配指数计算方法如下：
其中，表示第i个列车在区间j的运行线匹配指数；
表示第i个列车在区间j的在车人数；
表示第i个列车在区间j的供给能力。
优选的，所述线路运营信息包括列车追踪间隔、最大行车间隔、全天运营时段、车辆段可用车底数及车辆段停车场车底数；车站和区间信息包括车站停站时间和区间运行时间；设备信息包括列车编组形式、列车定员数及列车坐席数。
本发明有益效果为：
（1）本发明在理论上揭示了时变客流需求与列车供给之间的耦合匹配关系；为破解交通拥挤难题提供了解决思路；提供了列车运行图三维表示方法（时间、车站、颜色）；
（2）本发明在实践应用中有效缓解了城市轨道交通拥挤情况；缩减了乘客出行车站等待时间；为城市轨道交通运营公司的日常运营管理提供决策方案；提升了轨道交通的运营服务质量和管理水平。
附图说明
图1是本发明的总体设计框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示的一种时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，包括以下步骤：
步骤1、输入时变客流数据
收集地铁自动售票系统AFC原始运营客流数据，包括每个进站乘客的进站名称、出站名称、进站时间和出站时间信息；并且缩减、整理其中的无效数据；将整理后的地铁自动售票系统AFC数据通过客流分配算法分配至整个城市轨道交通网络，可得到网络中所有线路的基于分钟的时变客流OD数据，作为时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法的输入；
步骤2、供需匹配
将输入的基于分钟的时变客流OD数据与现行的列车运行图进行匹配，匹配方式分为按时段匹配和按运行线匹配；
（1）按时段进行匹配方法为：以1小时为时间单位，统计在新输入的时变客流中每个小时时段内每个区间的乘客总数，同时计算现行运行图每个小时时段内每个区间的供给能力，并将上述两个统计数据进行比对，得出时段匹配指数；用时间、车站、颜色三维方式展现时段匹配指数；统计时段匹配指数，作为后续判断匹配状态的依据；
时段匹配指数计算公式为：
其中，表示第t个时段内区间j的时段匹配指数；
表示第t个时段内区间j的乘客总数；
表示第t个时段内区间j 的供给能力。
对于匹配展示中时段匹配指数颜色的设置可按如下设计：
当I（t，j）≤50%时，时段匹配指数用蓝色表示，说明该时段内某区间状态为虚糜；
当50%≤I（t，j）≤100%时，时段匹配指数用绿色表示，说明该时段内某区间状态为正常；
当I（t，j）≥100%时，时段匹配指数用红色表示，说明该时段内某区间状态为拥挤；
（2）所述步骤2中按运行线进行匹配方法为：以现行列车运行图的每条运行线为统计依据，统计每个列车上在每个区间的在车人数，同时统计每条运行线、每个列车在每个区间的供给能力，将上述两个统计结果进行比对，得出运行线匹配指数；用时间、车站、颜色三维方式展现运行线匹配指数；统计运行线匹配指数，作为后续判断匹配状态的依据；
运行线匹配指数计算方法如下：
其中，表示第i个列车在区间j的运行线匹配指数；
表示第i个列车在区间j的在车人数；
表示第i个列车在区间j的供给能力。
对于匹配展示中运行线匹配指数颜色的设置可按如下设计：
当I（i，j）≤50%时，运行线匹配指数用蓝色表示，说明该时段内某区间状态为虚糜；
当50%≤I（i，j）≤100%时，运行线匹配指数用绿色表示，说明该时段内某区间状态为正常；
当I（i，j）≥100%时，运行线匹配指数用红色表示，说明该时段内某区间状态为拥挤；
步骤3、判断匹配状态：根据供需匹配结果统计分析，得出匹配状态：
（1）拥挤区间占比过高，表明列车供给严重不足，建议增加列车运行线或增加运行车底数，以改善拥挤情况；
（2）虚糜区间占比过高，表明列车能力利用虚糜，建议减少列车运行线或者减少运用车底数；
（3）拥挤区间和虚糜区间占比在合理的范围内，表明现行运行图与实时时变客流需求匹配，不需改变现行列车运行图；
步骤4、调整列车运行图
（1）修改运行图编制参数，编制参数包括线路运营信息、车站区间信息及设备信息；线路运营信息包括列车追踪间隔、最大行车间隔、全天运营时段、车辆段可用车底数及车辆段停车场车底数；车站和区间信息包括车站停站时间和区间运行时间；设备信息包括列车编组形式、列车定员数及列车坐席数。
（2）重新生成列车运行图：利用列车运行图编制算法和修改后的运行图参数，重新铺画生成列车运行图；
步骤5、将重新生成的列车运行图保存，并更新现行的列车运行图；
步骤6、本算法结束，输出列车运行图。
本发明在理论上揭示了时变客流需求与列车供给之间的耦合匹配关系；为破解交通拥挤难题提供了解决思路；提供了列车运行图三维表示方法（时间、车站、颜色）；
本发明在实践应用中有效缓解了城市轨道交通拥挤情况；缩减了乘客出行车站等待时间；为城市轨道交通运营公司的日常运营管理提供决策方案；提升了轨道交通的运营服务质量和管理水平。
Claims (4)
1.一种时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、输入时变客流数据
收集地铁自动售票系统AFC原始运营客流数据，包括每个进站乘客的进站名称、出站名称、进站时间和出站时间信息；并且缩减、整理其中的无效数据；将整理后的地铁自动售票系统AFC数据通过客流分配算法分配至整个城市轨道交通网络，可得到网络中所有线路的基于分钟的时变客流OD数据，作为时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法的输入；
步骤2、供需匹配
将输入的基于分钟的时变客流OD数据与现行的列车运行图进行匹配，匹配方式分为按时段匹配和按运行线匹配；
步骤3、判断匹配状态：根据供需匹配结果统计分析，得出匹配状态：
（1）拥挤区间占比过高，表明列车供给严重不足，建议增加列车运行线或增加运行车底数，以改善拥挤情况；
（2）虚糜区间占比过高，表明列车能力利用虚糜，建议减少列车运行线或者减少运用车底数；
（3）拥挤区间和虚糜区间占比在合理的范围内，表明现行运行图与实时时变客流需求匹配，不需改变现行列车运行图；
步骤4、调整列车运行图
（1）修改运行图编制参数，编制参数包括线路运营信息、车站区间信息及设备信息；
（2）重新生成列车运行图：利用列车运行图编制算法和修改后的运行图参数，重新铺画生成列车运行图；
步骤5、将重新生成的列车运行图保存，并更新现行的列车运行图；
步骤6、本算法结束，输出列车运行图。
2.根据权利要求1所述的时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，其特征在于：所述步骤2中按时段进行匹配方法为：以1小时为时间单位，统计在新输入的时变客流中每个小时时段内每个区间的乘客总数，同时计算现行运行图每个小时时段内每个区间的供给能力，并将上述两个统计数据进行比对，得出时段匹配指数；用时间、车站、颜色三维方式展现时段匹配指数；统计时段匹配指数，作为后续判断匹配状态的依据；
时段匹配指数计算公式为：
其中，表示第t个时段内区间j的时段匹配指数；
表示第t个时段内区间j的乘客总数；
表示第t个时段内区间j 的供给能力。
3.根据权利要求1所述的时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，其特征在于：所述步骤2中按运行线进行匹配方法为：以现行列车运行图的每条运行线为统计依据，统计每个列车上在每个区间的在车人数，同时统计每条运行线、每个列车在每个区间的供给能力，将上述两个统计结果进行比对，得出运行线匹配指数；用时间、车站、颜色三维方式展现运行线匹配指数；统计运行线匹配指数，作为后续判断匹配状态的依据；
运行线匹配指数计算方法如下：
其中，表示第i个列车在区间j的运行线匹配指数；
表示第i个列车在区间j的在车人数；
表示第i个列车在区间j的供给能力。
4.根据权利要求1或2或3所述的时变客流驱动的城市轨道交通客流匹配与时刻表调整方法，其特征在于：所述线路运营信息包括列车追踪间隔、最大行车间隔、全天运营时段、车辆段可用车底数及车辆段停车场车底数；车站和区间信息包括车站停站时间和区间运行时间；设备信息包括列车编组形式、列车定员数及列车坐席数。
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