CN110851769B - 一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,步骤如下(1)基于系统可承载最大每小时总出行量构建上层模型的目标函数;(2)设置上层模型约束条件为充电站使用情况、路段和站点容量;(3)基于系统中乘客总出行距离最短构建下层模型目标函数;(4)设置下层模型受站点与路径流量关系和路段与路径流量关系的约束;(5)计算充电站突然失效情况下的网络承载力,并寻找流量饱和度增长过大的关键路段。本发明计算网络能够容纳的的最大出行需求,以客流按最短路分配路网中为前提,并且受充电站工作情况、路段和站点容量约束。因此有利于针对这些路段提前采取措施,并对新能源公交系统可靠性进行量化评估。
Description
技术领域
本发明涉及公共交通领域,特别是涉及一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法。
背景技术
随着工业水平的飞速发展,汽车的保有量不断上升,导致能源快速消耗和环境严重污染。电动公交因其良好的清洁性和技术的逐渐成熟得到了广泛应用。在将电动公交替代传统公交的过程中,确保电动公交网络有效可靠运转是关键问题。电动公交系统的网络承载力是衡量公交网络规划的一个重要指标,衡量系统是否有足够的能力来应对持续的城市日益增长的出行需求的问题,并且可以计算出每个路段在当前状况下的流量和饱和度,对于公交系统的规划管理和应对网络突发情况下科学决策进行有重要的意义。
目前网络容量主要是针对于道路网络,所关注的是整个路网所能承载小汽车的数量。而公交网络作为城市中重要的交通出行方式,其整体承载客流的能力被关注较少。现有的网络可靠性评价多为基于图论知识的网络结构评价,在公交网络可靠性评价中,与网络关键指标-路段流量相关的评价较少。
本发明将路段网络容量的概念应用于电动公交系统承载力问题。通常,网络容量是系统或网络能够处理的最大流量需求。是指系统在现实条件的约束的情况下,能够处理的最大出行需求。这个概念可以通过允许按单个的站点对(OD)来缩放,从而得到最大总需求量。具体表现为,电动公交网络容量概念是,客流按最短路分配路网中为前提,并且受充电站工作情况、路段和站点容量约束下,网络能够容纳的的最大出行需求。并且在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,对新能源公交系统可靠性进行量化评估。
发明内容
为了解决上述存在的问题,本发明提供一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,计算新能源公交网络在充电站、路段和站点容量约束的情况下,能够处理的最大出行需求。并且乘客可以选择距离最短的线路到达目的地,以最小化他们的出行成本。并且在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,对新能源公交系统可靠性进行量化评估,为达此目的,本发明提供一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,包括以下步骤:
以客流按最短路分配路网中为前提,并且受充电站工作情况、路段和站点容量约束,在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,并对新能源公交系统可靠性进行量化评估;
(1)基于系统可承载最大每小时总出行量构建上层模型的目标函数;
(2)设置上层模型约束条件为充电站使用情况、路段和站点容量;
(3)基于系统中乘客总出行距离最短构建下层模型目标函数;
(4)设置下层模型受站点与路径流量关系和路段与路径流量关系的约束;
(5)计算充电站突然失效情况下的网络承载力,并寻找流量饱和度增长过大的关键路段。
作为本发明进一步改进,上层模型目标函数,使系统可处理的总OD出行需求量最大,可按以下公式计算:
i为出发点i,i∈I;I为出发点的集合;oi为站点i的出行需求量,人/小时。
作为本发明进一步改进,上层模型受充电站使用情况、路段和站点容量的约束,步骤二包括执行以下子步骤;
步骤A1:每个路段都有自己的路段容量,通过该路段的流量不超过其路段容量,计算公式如下:
xa≥0
式子中,a表示路网中的一个路段;xa是路段a流量,人/小时,Ca是路段a的容量,人/小时,路段的容量为经过此路段的所有公交线路容量之和,每条公交线路容量为发车频率与每个公交容量的乘积,其计算公式如下:
步骤A2:路网中的每个站点,其可以有的最大出行产生和出行吸引约束,公式如下:
oi为站点i的出行需求量,人/小时,每个站点的出行需求为此站点到其他站点出行需求的总和;qij为站点i到站点j的出行量,人/小时;dj为站点j的出行吸引量,人/小时,每个站点的出行吸引为其他站点到此站点的出行量总和。
作为本发明进一步改进,网络中所有用户出行距离之和最短,公式如下所示:
l出行者q的出行距离;Q为出行者的集合,在路径流量分配时,每个OD之间的流量都在其最短路上。
作为本发明进一步改进,下层模型受流量约束,步骤四包括执行以下子步骤;
步骤B1:每个站点的出行需求为此站点到其他站点出行需求的总和,公式如下:
步骤B2:每两个站点对间,即OD对间的流量等于连接此对站点所有路径上的流量总和,公式为:
fr ij是OD对ij间路径r的流量,R为OD对ij之间的路径集合;
步骤B3:路段流量与路径流量的关系是,路段流量等于所有包含此路段的路径流量之和,计算公式如下:
作为本发明进一步改进,计算充电站突然失效情况下的网络承载力,并寻找流量饱和度增长过大的关键路段,步骤五包括执行以下子步骤;
步骤C1:充电站突然失效,则公交车的发车频率减小,进而路段容量减小,如步骤A1所述,公式如下:
重复步骤二到步骤四,求出充电站失效下的网络承载力;
步骤C2:求出充电站失效前后的路段流量和路段流量饱和度,路段流量饱和度是路段实际流量与路段容量之比,公式如下:
式子中,ηa表示路段a的流量饱和度,a表示路网中的一个路段;xa是路段a流量,人/小时,Ca是路段a的容量,人/小时。
本发明公开了一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,它包括以下步骤(1)基于系统可承载最大每小时总出行量构建上层模型的目标函数;(2)设置上层模型约束条件为充电站使用情况、路段和站点容量;(3)基于系统中乘客总出行距离最短构建下层模型目标函数;(4)设置下层模型受站点与路径流量关系和路段与路径流量关系的约束。(5)计算充电站突然失效情况下的网络承载力,并寻找流量饱和度增长过大的关键路段。本发明计算网络能够容纳的的最大出行需求,以客流按最短路分配路网中为前提,并且受充电站工作情况、路段和站点容量约束。在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度(V/C)增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,并对新能源公交系统可靠性进行量化评估。
附图说明
图1为网络承载力模型流程图;
图2为示例图,电动公交实际网络;
图3为示例图,电动公交拓扑网络;
图4为示例图,不同情况下路段流量饱和度;
图5为示例图,路段流量饱和度增长率。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
本发明提供一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,计算新能源公交网络在充电站、路段和站点容量约束的情况下,能够处理的最大出行需求。并且乘客可以选择距离最短的线路到达目的地,以最小化他们的出行成本。并且在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,对新能源公交系统可靠性进行量化评估。
一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,其特征在于以客流按最短路分配路网中为前提,并且受充电站工作情况、路段和站点容量约束。在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,并对新能源公交系统可靠性进行量化评估。其包括以下步骤:
1、基于系统可承载最大每小时总出行量构建上层模型的目标函数;
2、设置上层模型约束条件为充电站使用情况、路段和站点容量;
3、基于系统中乘客总出行距离最短构建下层模型目标函数;
4、设置下层模型受站点与路径流量关系和路段与路径流量关系的约束。
5、计算充电站突然失效情况下的承载力,并寻找饱和度变化过大关键路段。
网络承载力模型流程图如图1所示;本例选用郑州市部分实际公交网络进行说明,如图2所示;运用网络建模将实际网络建成拓扑图,如图3所示;此路网包含27个站点。出行者可以通过换乘在一个站点可以到达任意一点。将路网转换成矩阵,将相连接站点用链接路段编号表示,如表1所示。
表1路网矩阵(局部)
步骤一所述上层模型目标函数,使系统可处理的总OD出行需求量最大。可按以下公式计算;
式中,i为出发点i,i∈I;I为出发点的集合;oi为站点i的出行需求量,人/小时。
步骤二所述的上层模型约束条件,具体为为充电站使用情况、路段和站点容量。步骤二包括执行以下子步骤;
步骤A1、每个路段都有自己的路段容量,通过该路段的流量不超过其路段容量,计算公式如下:
xa≥0 (3)
a表示路网中的一个路段;xa是路段a流量,人/小时。
式子中,Ca,是路段a的容量,人/小时。路段的容量为经过此路段的所有公交线路容量之和,每条公交线路容量为发车频率与每个公交容量的乘积。其计算公式如下:
式子中Fn是路线n的发车频率,车/小时,与充电站工作数量有关,充电站工作数量越低,对应车次的发车频率越小;n是公交线路n;N为公交线路集合。
表2充电站正常时路段容量
步骤A2、路网中的每个站点,其可以有的最大出行产生和出行吸引约束。在本例中,每个站点的出行需求最大为1000人/小时,出行吸引最大为1000人/小时。
oi为站点i的出行需求量,人/小时,每个站点的出行需求为此站点到其他站点出行需求的总和;dj为站点j的出行吸引量,人/小时,每个站点的出行吸引为其他站点到此站点的出行量总和。
进一步的,步骤三所述的下层模型目标函数,其关键是一种将客流分配在路网上的方法。表示为网络中所有用户出行距离之和最短,公式如下所示:
l出行者q的出行距离;Q为出行者的集合。在路径流量分配时,每个OD之间的流量都在其最短路上。在本例中,基于Dijkstra算法求出路网中所有OD对之间的最短路,如表3所示。
表3最短路表(局部)
进一步的,步骤四所述的下层模型约束条件,包括执行以下子步骤;
步骤B1、首先受站点流量约束,每个站点的出行需求为此站点到其他站点出行需求的总和,公式如下:
步骤B2、每两个站点间(即OD对)间的流量等于连接此对站点所有路径上的流量总和。
公式为:
f r ij是OD对ij间路径r的流量,R为OD对ij之间的路径集合。
步骤B3、路段流量与路径流量的关系是,路段流量等于所有包含此路段的路径流量之和,计算公式如下:
本例中任意两个站点间的流量都在连接此站点间的最短路径上,所以路段流量和路径流量的关系可以进一步表示为,路段流量和站点对流量之间的关系,如表4所示。
表4路段流量和站点对流量关系(局部)
表5充电站正常时公交系统OD矩阵(局部)
进一步的,步骤五所述的计算充电站突然失效情况下的网络承载力,并寻找流量饱和度增长过大的关键路段,包括执行以下子步骤;
步骤C1:充电站突然失效,则公交车的发车频率减小,进而路段容量减小。步骤A1所述,公式如下:
重复步骤二到步骤四,求出充电站失效下的网络承载力。
本例中,充电站失效情况下发车频率由原来的12辆/小时降为2辆/小时,对应的路段容量如下表:
表6充电站失效后的路段容量
步骤C2:求出充电站失效前后的路段流量和路段流量饱和度。路段流量饱和度是路段实际流量与路段容量之比,公式如下:
式子中,ηa表示路段a的流量饱和度,a表示路网中的一个路段;xa是路段a流量,人/小时。Ca是路段a的容量,人/小时。
在本例中充电站正常,发车频率为12辆/小时时,对应的计算出每个路段的流量,单位为人/小时,如下表:
表7充电站正常时路段流量
充电站失效,发车频率为5辆/小时时,对应的计算出每个路段的流量,单位为人/小时,如下表:
表8充电站失效时路段流量
充电站失效前后的路段流量饱和度(V/C)如图4所示,饱和度增长表现在具体路网中如图5所示。
本发明基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,在于以客流按最短路分配路网中为前提,并且受充电站工作情况、路段和站点容量约束。在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,并对新能源公交系统可靠性进行量化评估。应当指出的是,
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作任何其他形式的限制,而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化,仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (1)
1.一种基于网络承载力的电动公交网络可靠性评价方法,包括以下步骤,其特征在于:以客流按最短路分配路网中为前提,并且受充电站工作情况、路段和站点容量约束,在充电站突然失效情况下,找出系统中流量饱和度增长过大的关键路段,有利于针对这些路段提前采取措施,并对新能源公交系统可靠性进行量化评估;
步骤一:基于系统可承载最大每小时总出行量构建上层模型的目标函数;
上层模型目标函数,使系统可处理的总OD出行需求量最大,可按以下公式计算:
i为出发点i,i∈I;I为出发点的集合;oi为站点i的出行需求量,人/小时
步骤二:设置上层模型约束条件为充电站使用情况、路段和站点容量;
上层模型受充电站使用情况、路段和站点容量的约束,包括执行以下子步骤;
步骤A1:每个路段都有自己的路段容量,通过该路段的流量不超过其路段容量,计算公式如下:
xa≥0
式子中,a表示路网中的一个路段;xa是路段a流量,人/小时,Ca是路段a的容量,人/小时,路段的容量为经过此路段的所有公交线路容量之和,每条公交线路容量为发车频率与每个公交容量的乘积,其计算公式如下:
步骤A2:路网中的每个站点,其最大出行产生和出行吸引约束,公式如下:
oi为站点i的出行需求量,人/小时,每个站点的出行需求为此站点到其他站点出行需求的总和;qij为站点i到站点j的出行量,人/小时;dj为站点j的出行吸引量,人/小时,每个站点的出行吸引为其他站点到此站点的出行量总和;
步骤三:基于系统中乘客总出行距离最短构建下层模型目标函数;
网络中所有用户出行距离之和最短,公式如下所示:
l为出行者q的出行距离;Q为出行者的集合,在路径流量分配时,每个OD之间的流量都在其最短路上;
步骤四:设置下层模型受站点与路径流量关系和路段与路径流量关系的约束;
下层模型受流量约束,包括执行以下子步骤;
步骤B1:每个站点的出行需求为此站点到其他站点出行需求的总和,公式如下:
步骤B2:每两个站点对间,即OD对间的流量等于连接此对站点所有路径上的流量总和,公式为:
fr ij是OD对ij间路径r的流量,Rij为OD对ij之间的路径集合;
步骤B3:路段流量与路径流量的关系是,路段流量等于所有包含此路段的路径流量之和,计算公式如下:
步骤五:计算充电站突然失效情况下的网络承载力,并寻找流量饱和度增长过大的关键路段;
计算充电站突然失效情况下的网络承载力,并寻找流量饱和度增长过大的关键路段,包括执行以下子步骤;
步骤C1:充电站突然失效,则公交车的发车频率减小,进而路段容量减小,如步骤A1所述,公式如下:
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CN110851769A (zh) | 2020-02-28 |
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