一种基于线性规划的城轨线路客流峰值预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于线性规划的城轨线路客流峰值预测方法，属于交通管理和控 制领域。
【背景技术】
[0002] 轨道交通，无论是地铁、城铁或市郊铁路，都可以有效的解决大规模的客流运输问 题，已经成为城市间的重要的公共交通工具。相对于路面的公交车、出租车，轨道交通具有 客运量大、速度快、时间准、受外界因素影响小等优势。
[0003] 然而，由于轨道交通自身的结构特点，如站内换乘、可连续换乘、乘客起始站点选 择多、乘客可选择轨道线路多等，对于轨道交通系统内的客流信息难以测量，这也就导致了 大客流情况下的城市轨道交通运输组织面临着巨大的压力，需要通过进站限流、甩站等多 种方式保证系统运输组织秩序。
[0004] 由于很难直接获取轨道系统的实时客流信息。因此如何根据已有乘客的客流行为 预测轨道交通客流成为较优的选择。在这方面已经有多篇文献和专利开展了相关研究。例 如唐巧梅撰写的城市轨道交通大客流运营组织方法研究，从站内最大客流疏运能力提高、 站内客流总量控制、乘客秩序等方面分析了大客流下客流组织与控制的方法，赵满姣的城 市轨道交通站台聚集人数与列车运行间隔关系研究，则研究了不同列车到达时间间隔下的 站台聚集人数和站台滞留人数，并给出了环节站台拥堵的方案，张正等撰写的城市轨道交 通高峰时段车站协同限流安全控制研究，指出了车站入口控制、站台上车人数控制、邻线间 控制的三种主要车站限流方式，并在车站客流量平衡条件的基础上研究了单站客流控制与 两车站同时大客流情况下的站间协同安全限流方式。上述文献从单站、多站角度研究与分 析了城市轨道交通客流控制方法，刘莲花等人的城市轨道交通网络客流控制方法研究，分 析了城市轨道交通线路出现客流过饱和状态的原因及状态出现规律，并从实际运营角度提 出了单线级与网络级的客流联控方法，赵鹏等人发表的高峰时段城市轨道交通线路客流协 调控制，则提出车站限流问题属于运输系统流入控制问题，考虑车站间的协调限流同时考 虑了时段间客流的相互影响，并建立了乘客延误最小与客运周转量最大的多目标规划模型 以求解车站最佳进站人数。
[0005] 在客流控制问题中，客流峰值的准确评估是首要任务，如果无法准确评估轨道交 通中客流峰值，则无法确定是否要进行限流。上述所公开的方案仅仅考虑的是单站或多站 客流控制，反映的是独立站点或具有明显相关性的两个或多个站点间的客流关系，在空间 上具有片面性，无法描述目标车站外的客流影响，对于整条线路客流不具有代表性。
[0006] CN201110250766. 1提供了一种轨道交通全路网客流预测方法，该方法根据历史 OD对，统计得出全天各时间段的进站、出站匹配概率，然后通过不断获取即时进站数据，估 计出站位置、时间及旅行线路，统计得出全路网客流。申请人进行的实地研究显示，这种方 法只能适用于特定上下班时段、较低运量的轨道交通运输客流预测，且只能短时进行全路 网客流预测和异常状况客流预测。由于该方法基于概率数的方式，众所周知，除了上班与下 班等特殊时间点外，轨道交通中的客流行为是很难根据上一次的同站台、同轨道的客流行 为进行模拟的。即便是客流行为较为固定的上下班时间，由于每人的工作起始时间不固定， 也难于预测群体客流行为。
【发明内容】
[0007] 针对已有技术方案的缺陷，本发明公开了一种城市轨道交通线路客流峰值预测方 法，该方法通过客流-运行图网络变换降低了客流OD与列车运行过程描述的时空规模，结 合客流信息特征描述客流，从而能够更准确、快速的计算城市轨道交通线路客流峰值。
[0008] 具体的说，本发明是通过如下技术方案实现的：
[0009] 一种基于线性规划的城轨线路客流峰值预测方法，其特征在于包括如下步骤：1)、 以OD表示单次出行的起始站Origination和终点站Destination，以轨道的运行线路径和 客流的OD参数将城市轨道交通列车运行图与客流分布投射到单一的客流-运行图网络中， 从而将城市轨道交通网络中的旅客运输峰值转换成为多源多汇的网络最大流求解；2)、基 于步骤1)的客流-运行图网络，获得单个列车在单次轨道运输中的旅客人数，并由此求和 获得整个城市轨道交通线路客流峰值。
[0010] 其中，在步骤1)中，所述客流的OD参数描述为od(i，j，s)，对应于T1, s内到达i 站，期望乘坐列车s去往j站的旅客人数；其中，i为客流出发站，j为客流目的站，s描述的 是旅客到站时间窗。
[0011] 上述所定义的时间窗指的是在i站列车S的上一次列车出发时间到列车S出发时 间之间的时间窗，所代表的物理意义为期望乘坐的最早列车为s。
[0012] 其中，在步骤1)中，客流分布投射到单一的客流-运行图网络的方法为按照客流 OD参数，将客流源点描述为顶点，与其可能乘坐的运行线路径点连接，客流输入弧（od(i， j，S)，T a, s, i)。
[0013] 城市轨道交通列车运行图的投射才采用运行线路经，指的是：轨道交通中每条运 行线是由具有先后顺序的在站到达、出发时间组成的集合，将每一个到发时间点看做顶点， 则可得到每条相互独立的运行线路径，将运行线路径上的顶点作为运行线路径点，运行线 路径所构成的不完全网络作为客流-运行图网络中的运行图网络部分。
[0014] 上述所公开的方法，将相对独立的运行图过程和客流分布整合到一张网络中，并 且将单一空间匹配和多时间点匹配的多维度问题降阶为二维空间问题，从而将该网络上的 旅客运输峰值问题转换成为多源多汇的网络最大流问题，有效降低了问题的求解难度。同 时该步骤考虑了轨道列车运行和旅客的客流分布，而不依赖于旅客的行为预期，能更准确 的代表客流在轨道交通中的动态，具有更高的准确性。
[0015] 其中，在步骤2)中，整个城市轨道交通线路客流峰值为客运周转量、客运量或运 营收益。
[0016] 由于客运周转量尽量大对城市轨道交通运输效率的发挥更为有利，因此上述峰值 优选采用客运周转量作为目标函数。
[0017] 本发明所公开的方法，通过将城市轨道交通旅客出行过程通过网络变换简化为客 流-运行图网络，降低了求解客流峰值问题的难度，同时提高了计算的准确性和计算速度。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的客流-运行图网络原理示意图；
[0019] 图2为本发明实施例1的列车运行图；
[0020] 图3为本发明实施例2的不同车型不同最大等待时间下的目标函数图；
[0021] 图4为本发明实施例2的不同最大等待时间下列车实际满足客流量图。
【具体实施方式】
[0022] 为了说明本发明方法的原理，在下述中申请人结合整个方法的详细构建过程对本 发明进行说明，并提供了若干实施例说明本发明方法的具体应用和效果。
[0023] 本发明的方法涵盖如下过程：
[0024] 1.如图1所示（横坐标为时间，纵坐标为车站）的客流-运行图网络的构建原理 和效果
[0025] 旅客通过城市轨道交通的出行行为过程是旅客以时间消耗为代价的空间位移行 为，具有从A站前往B站出行需求的旅客在A站所在空间位置乘坐时间点为t a的列车1达 到其出行目的，列车1消耗仇_1时间后将旅客于时间点t b运送至B站所在空间位置。因 此，轨道交通客流控制问题关键在于实现旅客时间空间与列车时间空间匹配的描述，使列 车帮助旅客达到出行目的。二者的匹配存在如下的特点：
[0026] 相对独立性：列车按照运行图规定在线路各站执行运行任务，在既定运行图下，该 运行任务执行过程与旅客出行行为并无直接关系，旅客在乘降行为可发生也可不发生。
[0027] 单一空间匹配性：在旅客出行行为中，旅客的始发站与终到站