基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法，首先获取高铁旅客出行需求和出行费用参数；然后构造换乘网络；通过对提前购票时间段和计划出行时间段的划分，将连续决策的客流分配过程转变为离散分配过程，按照多阶段同分布的客流分配方法将客流分配到列车上；最后根据列车区段的客流分配结果，采用列车客座率、旅客的出行时间偏差等指标对列车开行方案进行评价。本发明专利技术在不考虑拥挤现象的情况下进行高铁列车上多阶段客流分配，有效实现了先长途后短途的客流分配顺序。本发明专利技术对列车开行方案的评价评价结果不仅准确可靠，而且十分快捷，对于优化高铁列车开行方案、提高高铁的运营效率都具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高速铁路领域，具体涉及基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法。
技术介绍
铁路网络中列车上的客流分布状况，是评价旅客列车运行方案实施效率的重要依据。通常采用实际乘车客流分布来评价正在实施的旅客列车运行方案，但对于将要优化设计的旅客列车运行方案，只能借助于客流分配手段生成列车上的客流分布来评价。由于客流分配的效率和结果的合理性直接影响到旅客列车运行方案的优化水平，所以列车客流分配方法一直是研究铁路旅客列车运行方案优化的重要基础研究课题之一。较早的列车客流分配方法几乎没有独立的研究，通常运用于列车开行方案优化研究中，这些研究基于给定的列车开行方案构造旅客换乘网络，设计旅客的出行广义费用，包括票价支出、旅行时间和拥挤效应等，建立静态用户均衡分配模型或随机用户均衡分配模型，将流量均衡地分配到列车运行区段上(参见史峰,邓连波,黎新华,方琪根.客运专线相关旅客列车开行方案研究[J].铁道学报,2004,26(2):16-20.)。城市公共交通客流分配与高铁客流分配非常类似，该领域具有大量的研究工作。Hamdouch等在时空网络上构造旅客行进至任意车站时的出行备选集，进而提出了综合考虑到出发时间要求、严格能力约束及时空优先原则下的基于时刻表的公交策略均衡分配模型(参见Hamdouch,Y.,Szeto,W.Y.,Jiang,Y.,2014.A new schedule-based transit assignment model with travel strategies and supply uncertainties.Transportation Research Part B 67,35–67.)。Sumalee等研究了包括座位分配过程的动态随机交通分配模型(参见Sumalee,A.,Tana,Z.,Lam,W.H.K.,2009.Dynamic stochastic transit assignment with explicit seat allocation model.Transportation Research Part B 43,895-912.)。上述的研究文献主要考虑了客流分配过程中的能力约束和时空优先特性，对于旅客购票的特性并没有给出研究分析，然而该特性在高速铁路旅客的出行选择中具有重要的影响，因此需要设计一种适用于高速铁路运输网络的客流分配方法。对于高铁而言，为了保证服务水平，很多国家的高铁一般都不会超过列车定员发售车票，中国和欧洲高铁列车甚至在售票时为所有旅客确定座位，列车上旅客全程对号入座(只有在全年出行高峰时期，才出售很少量的无坐席车票)。因此，对于不超过列车定员出售车票的高铁而言，列车上是不会出现拥挤现象的。这些因素导致客流分配问题在高速铁路与普通铁路之间存在明显差异。高速铁路与城市公共交通有一些类似特征，都具有固定的运营线路和运营时刻表，车辆或列车的载客能力受限，旅客出行需求具有时变性。城市公共交通的旅客出行行为还具有不确定性、时空优先、拥挤效应等特征，但这些特征在高速铁路中并不存在。由于高速铁路与城市公共交通的组织形式和旅客出行行为的差异，使得公交客流分配方法并不能直接照搬到高铁客流分配中来。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种流程简化、计算方便、效率高、评价结果准确可靠的基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法。基于时刻表的高铁客流分配问题通常考虑一天的运营时间，已知高铁网络上一天内开行的全部高铁列车和旅客出行O-D需求，列车上旅客数量受到列车席位数量严格能力限制，客流分配过程中没有拥挤效应。在购票过程中，旅客总是基于当前列车剩余能力选择最小费用出行方案购票，具有不同的提前购票时间和计划出行时间的旅客可能具有不同的出行费用。旅客购票过程可以描述为一个连续动态决策过程，它以提前购票时间和计划出行时间为连续动态决策变量，以最小出行费用为决策目标。基于这样的特点和理念，本专利技术提出了一种基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法，包括以下步骤：步骤1：获取旅客出行需求参数、旅客出行费用参数；首先描述旅客出行需求参数与获取方法；待评价的高铁列车开行方案可以是过去已经实施的、也可以是即将实施的高铁列车开行方案；但不论是哪一种情形，列车开行方案实施期的旅客出行需求都需要通过估计获得；高铁旅客出行需求表示为frs(x)，x∈[t1，t2]，(r，s)∈RS和其中[t1，t2]为高铁一天内的运营时间，t1＝6：00，t2＝24：00；RS为需求的O-D对集；frs(x)为O-D对(r，s)∈RS的出行需求关于计划出行时间x∈[t1，t2]的强度分布函数；为了便于计算存储期间，frs(x)优选采用等间隔阶梯函数表示；将提前购票时间段表示为最长预售天数；通过铁路售票系统获取相应数据信息，根据数据信息统计待评价的高铁列车开行方案实施期前至少一年同期日均O-D需求量日均高铁旅客出行强度分布函数获取旅客出行费用参数；旅客出行费用参数包括列车单位里程票价率rp(T)、单位时间价值w、车站v的换乘费用ρ(v)；其中，以现有的列车票价率为依据获取列车单位里程票价率rp(T)；通过政府公布的平均小时工资获取单位时间价值w；根据车站v的规模确定车站换乘费用ρ(v)；上述根据车站v的规模确定车站换乘费用ρ(v)的具体方法优选为：将车站分为四类，第一类为特大城市主要车站，第二类为省会级城市主要车站，第三类为地市级城市主要车站，第四类为剩余其它车站，四类车站的换乘费用分别按照每小时的时间价值w的0.8、1.0、1.2、1.4倍确定。步骤2：描述旅客出行方案，构造旅客换乘网络；将旅客出行方案化分为两个阶段，第一个阶段是计划出行时间x至第一次上车时间，这个阶段的出行方案称为出行时间偏差方案；第二个阶段是第一次上车时间至达到终点站，这个阶段的出行方案称为换乘方案；为了确定最优换乘方案，下面构造换乘网络；记列车开行方案实施期的高铁网络为(V，E)，其中V＝{v1，v2，…，vh本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法，包括以下步骤：步骤1：获取旅客出行需求参数、旅客出行费用参数；获取旅客出行需求参数；将高铁旅客出行需求表示为frs(x)，x∈[t1，t2]，(r，s)∈RS，其中[t1，t2]为高铁一天内的运营时间，t1＝6:00，t2＝24:00；RS为需求的O‑D对集；frs(x)为O‑D对(r，s)∈RS的出行需求关于计划出行时间x∈[t1，t2]的分布函数；通过铁路售票系统获取相应数据信息，根据数据信息统计待评价的高铁列车开行方案实施期前至少一年同期日均O‑D需求量日均高铁旅客出行强度分布函数由此获取旅客出行需求；获取旅客出行费用参数；旅客出行费用参数包括列车单位里程票价率rp(T)、单位时间价值w、车站v的换乘费用ρ(v)；其中，以现有的列车票价率为依据获取列车单位里程票价率rp(T)；通过政府公布的平均小时工资获取单位时间价值w；根据车站v的规模确定车站换乘费用ρ(v)；步骤2：构建旅客出行方案，构造旅客换乘网络；将旅客出行方案化分为两个阶段，第一个阶段是计划出行时间x至第一次上车时间，这个阶段的出行方案称为出行时间偏差方案；第二个阶段是第一次上车时间至达到终点站，这个阶段的出行方案称为换乘方案；记列车开行方案实施期的高铁网络为(V，E)，其中V＝{v1，v2，…，vh}为车站集，E为区间集；记待评价的高铁列车开行方案Ω＝{T＝(VT，AT，DT)}，其中，为列车T的沿途停站序集，为列车T沿途停站的到达时间序集，为列车T沿途停站的发车时间序集；根据待评价的高铁列车开行方案Ω，构造旅客换乘网络为时空节点集，为时空弧集；时空节点集包括全部列车T∈Ω在沿途各站的到达和出发时空节点，还包括每个车站s∈V作为旅客出行终点的虚拟时空节点s∞，即v={diT|1≤i<h(T),T∈Ω}∪{aiT|1<i≤h(T),T∈Ω}∪{s∞|s∈V};]]>根据高铁列车开行方案Ω，构造上车弧集通过弧集换乘弧集候车弧集终到弧集时空弧集据此，O‑D对(r，s)旅客的换乘方案确定为换乘网络中从某个上车节点至终点s∞的路径，其中上车节点满足并限制路径上第一条弧为上车弧步骤3：确定换乘网络费用和能力；为中的每一条弧定义费用，并使弧费用等于相应乘车环节的旅客费用，换乘方案的费用等于上车节点至终点s∞、第一条弧为上车弧的对应路径的长度，进而最小费用换乘方案等于上车节点至终点s∞、第一条弧为上车弧的最短路径；定义弧集中所有弧的费用如下：对于O‑D对(r，s)之间的旅客，如果相继换乘列车T1(i1，j1)，T2(i2，j2)，…，Tu(iu，ju)后到达终点，对应换乘网络中路径的费用为Σk=1u[rp(Tk)·|Tk(ik,jk)|]+Σk=1u-1ρ(vjkTk)+w(ajuTu-di1T1);]]>其中是路径上全部弧上的时间价值之和；当旅客选择第一次上车时间为时，最小费用换乘方案对应换乘网络中上车节点至终点s∞、第一条弧为上车弧的最短路径，将这个最小费用换乘方案记为记最小换乘费用为采用最短路搜索法即可得出和借助于单位时间价值w，确定提前出行单位费用θ‑和推迟出行单位费用θ+为w的0.8倍，即θ‑＝θ+＝0.8w；当O‑D对(r，s)之间旅客的计划出行时间为x时，需要选择若提前出发，则选择出行方案费用最小的若推迟出发，则选择出行方案费用最小的所以旅客最小费用出行方案选择的最优上车时间为di*T*=argmin{θ-(x-diT)+|P^rsTran(diT)||diT≤x,r=viT,T∈Ω}{θ+(diT+x)+|P^rsTran(diT)||diT≥x,r=viT,T∈Ω}---(1);]]>在换乘网络的到达节点集上，定义节点能力为列车T的定员；其它节点和弧段的能力都没有限制；步骤4：客流动态分配；客流分配按照阶段k＝1，2，…，γ依次进行；在阶段k，需要分配的客流包括阶段1，2，…，k‑1还未分配的客流和阶段k需要分配的客流；在阶段k＜γ，完成需要分配客流量的α(0.5＜α＜1)倍时，停止本阶段客流分配，开始新一个阶段的客流分配；在阶段k＝γ，将所有能够分配的客流全部分配完毕为止；对于任一个分配阶段，客流分配方法与γ＝1的情形相同，分配过程中，要求参与分配的全部O‑D客流，按照等比例法则竞争剩余能力，得到客流分配结果；步骤5：评价列车开行方案；先确定高铁列车开行方案的评价指标包括列车客座率、旅客出行时间偏差中的至...

【技术特征摘要】
1.一种基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法，包括以下步骤：步骤1：获取旅客出行需求参数、旅客出行费用参数；获取旅客出行需求参数；将高铁旅客出行需求表示为frs(x)，x∈[t1，t2]，(r，s)∈RS，其中[t1，t2]为高铁一天内的运营时间，t1＝6:00，t2＝24:00；RS为需求的O-D对集；frs(x)为O-D对(r，s)∈RS的出行需求关于计划出行时间x∈[t1，t2]的分布函数；通过铁路售票系统获取相应数据信息，根据数据信息统计待评价的高铁列车开行方案实施期前至少一年同期日均O-D需求量日均高铁旅客出行强度分布函数由此获取旅客出行需求；获...

【专利技术属性】
技术研发人员：史峰，苏焕银，周文梁，秦进，邓连波，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43