一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法技术

本发明专利技术公开了基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，首先以城市多模式交通网络为研究对象，分析城市多模式交通网络的供给特性，进而基于超级网络构建城市多模式交通网络的网络拓扑结构和路段阻抗函数，然后基于随机用户均衡模型以出行者出行费用最低为目标建立多模式交通网络分配模型，并采用连续权重平均算法求解分配模型，最后通过计算城市多模式交通网络中各子网络的流量分配结果，归纳总结出基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法。本发明专利技术可以根据分配结果有针对性地提出缓解局部网络拥堵问题的对策，为提升局部网络互补能力和整体交通系统的潜在效能提供优化方法支撑。

A method of network capacity determination based on urban multimodal traffic network

【技术实现步骤摘要】
一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法
本专利技术涉及城市交通规划与管理领域，特别是涉及一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法。
技术介绍
随着快速城镇化的发展，城市规模不断拓展，交通需求总量、平均出行距离与时间增长趋势显著，城市交通供给经历着由单一道路交通网络向由“道路网络、轨道网络和地面公交网络”构成的多模式交通网络发展的阶段。“多方式出行需求和多模式网络供给”已经成为中国城市综合交通发展的主要趋势。城市多模式交通系统在网络供给性能、出行行为决策、交通需求与供给平衡以及资源协同规划配置等方面具有较高的复杂性。城市多模式交通网络结构作为城市交通的供给设施，对城市居民的出行选择行为有着重要的影响。近年来，以“步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络”为主的城市多模式交通网络初具规模，形成了以“汽车、常规公交、地铁、常规公交+地铁、小汽车+地铁”五种出行方式为主的典型通勤模式，然而各种交通网络缺乏高效衔接和协同，服务多样化出行需求和复杂交通流运行、转换的潜在能力没有充分发挥，难以主动引导出行方式结构的优化。由于城市多模式交通网络各子交通网络的线路结构位置、布设密度、通过区域用地性质等方面的不同，造成了城市多模式交通网络客流分布呈现不均衡状态。因此，运用科学有效的理论方法研究城市多模式交通网络客流分布状态，在分析局部交通网络供需特性的基础上，对各子交通网络的网络运能结果进行准确计算和定量化描述，对于实现综合交通系统整体效能的最大化，使整个城市多模式交通网络的运行状态达到最优效果具有重要的理论指导意义。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术针对“步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络”构成的城市多模式交通网络，提供一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，该方法以定量化计算城市多模式交通网络中各子交通网络的运能利用结果为目标，基于城市多模式交通网络的网络拓扑结构和路段阻抗函数，采用随机用户均衡模型对各子交通网络的流量分配结果进行求解，研究城市多模式交通网络特定供给条件下网络运能的确定方法，可以为城市交通网络整体运行效能的提升提供参考。为达此目的，本专利技术提供一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，包括以下步骤：步骤1，确定研究对象，获取城市多模式交通网络的供需特性。本专利技术中的城市多模式交通网络包括：步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络；本专利技术中所涉及到的城市多模式交通网络中的交通方式包括：小汽车、常规公交、地铁、常规公交+地铁、小汽车+地铁五种典型的出行模式。其中城市多模式交通网络的供给设施数据包括：城市道路网、城市公交线路、城市地铁网络、城市衔接步行网络和城市换乘枢纽等静态交通供给设施基础数据；城市多模式交通网络的需求特征数据包括：地铁进站客流量、公交站台换乘客流量、P+R停车场换乘客流量以及道路断面车流量等数据；步骤2，构建城市多模式交通网络拓扑结构。基于超级网络模型，将城市多模式交通网络抽象成网络拓扑结构。本专利技术中的城市多模式交通网络包括：步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络，在网络拓扑结构中将城市换乘枢纽转换成虚拟换乘路段，用以连接各个不同层级的交通网络；步骤3，计算城市多模式交通网络的路段阻抗函数及出行路径阻抗函数。城市多模式交通网络中各路段阻抗函数由行驶时间、出行费用以及舒适度损耗三部分构成。根据步骤2构建的城市多模式交通网络的拓扑结构，基于城市多模式交通网络的出行者路径阻抗函数包括：衔接网络路段阻抗函数、各出行方式对应网络路段阻抗函数(小汽车网络、常规公交网络、地铁网络)、内部换乘路段阻抗函数和换乘枢纽虚拟路段阻抗函数；步骤4，进行城市多模式交通网络客流分配。基于随机用户均衡理论，以构建的超级网络拓扑结构建立城市多模式交通网络客流分配模型，模拟城市出行情景，将出行需求逐步加载到城市多模式交通网络，利用城市多模式交通网络分配模型算法，得到城市多模式交通网络中各子交通网络的客流分配结果；步骤5，确定城市多模式交通网络的网络运能利用结果。根据步骤4中城市多模式交通网络的分配计算结果，对城市多模式交通网络中各子交通网络的利用结果与网络整体运行效能进行定量化描述与分析。作为本专利技术进一步改进，步骤1中所需城市多模式交通网络供需特性的相关数据中具体包括：城市道路网需要获取道路路段通行能力和通行时间。道路路段通行时间(即路段理想通行时间)通过下列公式计算：式中，表示小汽车在路段a上理想行驶时间(h)，La表示路段a道路长度(km)，Va表示小汽车在路段a理想行驶速度(km/h)。常规公交网络需要通过获取公交票价、公交车车型、站点等待时间和公交线路通行时间等信息，其中公交线路通行时间计算公式与道路网相似。地铁网络需要获取地铁票价、地铁车型、地铁等待时间和地铁线路通行时间等信息。城市多模式交通换乘枢纽需要获取换乘惩罚、换乘步行时间以及停车费用等信息。作为本专利技术进一步改进，所述步骤2中城市多模式交通网络拓扑结构是采用超级网络结构模型构建的，该网络具有节点多、网络嵌套网络、多层、多级、多属性和多目标的超网络结构特征。在城市多模式交通网络中，各种交通方式所在的交通网络为其对应的子交通网络，子交通网络的节点表示步行衔接网络节点、交叉口、换乘枢纽、公交站点和地铁轨道站点等，两节点之间的线段表示路段、区段等；子交通网络之间具有不同的运行特征和不同的路段阻抗，各个子交通网络通过换乘枢纽衔接，在超级网络拓扑结构上用虚线代替换乘枢纽节点，换乘枢纽虚拟路径具有多种影响出行成本的路段阻抗属性，例如，步行时间，等待时间，换乘费用等。基于假设，本专利技术步骤2中的城市多模式交通网络为仅考虑小汽车网络、常规公交网络、地铁网络和步行交通网络以及各类城市多模式交通换乘枢纽所构成的城市多模式交通网络。城市多模式交通网络拓扑结构由节点和路段两类要素构成。其中节点包含交通站点和城市道路连接点：交通站点包括公交线路站点、枢纽换乘站点和轨道线路站点；城市道路连接点指道路交叉口。路段包含实际路段和虚拟路段：实际路段包括衔接网络路段、常规公交路段、地铁轨道路段和小汽车路段；虚拟路段包括常规公交+地铁、小汽车+地铁两类换乘路段。因此，本专利技术步骤2中所述的城市多模式交通网络拓扑结构，如图2所示。作为本专利技术进一步改进，所述步骤3中以行驶时间、出行费用及舒适度损耗三部分构成的路段阻抗函数具体为：Ia＝Ta+Pa+Da式中，Ia表示在路段a上的路段阻抗函数，Ta表示在路段a上的时间费用，Pa表示在路段a上的货币费用，Da表示在路段a上的舒适度损耗。其中衔接网络路段阻抗函数包含上网路段阻抗函数和下网路段阻抗函数两部分，具体为：式中，表示在衔接网络路段a的阻抗函数，表示在衔接网络上网路段a的阻抗函数，表示在衔接网络下网路段a的阻抗函数；表示在衔接网络上网路段a的时间费用，表示在衔接网络上网路段a的货币费用，表示在衔接网络上网路段a的舒适度损本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，确定研究对象，获取城市多模式交通网络的供需特性，多模式交通网络包括：步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络；交通方式包括：小汽车、常规公交、地铁、常规公交+地铁、小汽车+地铁五种典型的出行模式，其中城市多模式交通网络的供给设施数据包括：城市道路网、城市公交线路、城市地铁网络、城市衔接步行网络和城市换乘枢纽等静态交通供给设施基础数据；城市多模式交通网络的需求特征数据包括：地铁进站客流量、公交站台换乘客流量、P+R停车场换乘客流量以及道路断面车流量数据；/n步骤2，构建城市多模式交通网络拓扑结构，基于超级网络模型，将城市多模式交通网络抽象成网络拓扑结构，城市多模式交通网络包括：步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络，在网络拓扑结构中将城市换乘枢纽转换成虚拟换乘路段，用以连接各个不同层级的交通网络；/n步骤3，计算城市多模式交通网络的路段阻抗函数及出行路径阻抗函数，城市多模式交通网络中各路段阻抗函数由行驶时间、出行费用以及舒适度损耗三部分构成，根据步骤2构建的城市多模式交通网络的拓扑结构，基于城市多模式交通网络的出行者路径阻抗函数包括：衔接网络路段阻抗函数、各出行方式对应网络路段阻抗函数、内部换乘路段阻抗函数和换乘枢纽虚拟路段阻抗函数；/n步骤4，进行城市多模式交通网络客流分配，基于随机用户均衡理论，以构建的超级网络拓扑结构建立城市多模式交通网络客流分配模型，模拟城市出行情景，将出行需求逐步加载到城市多模式交通网络，利用城市多模式交通网络分配模型算法，得到城市多模式交通网络中各子交通网络的客流分配结果；/n步骤5，确定城市多模式交通网络的网络运能利用结果，根据步骤4中城市多模式交通网络的分配计算结果，对城市多模式交通网络中各子交通网络的利用结果与网络整体运行效能进行定量化描述与分析。/n...

【技术特征摘要】
20190726 CN 20191068094931.一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定研究对象，获取城市多模式交通网络的供需特性，多模式交通网络包括：步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络；交通方式包括：小汽车、常规公交、地铁、常规公交+地铁、小汽车+地铁五种典型的出行模式，其中城市多模式交通网络的供给设施数据包括：城市道路网、城市公交线路、城市地铁网络、城市衔接步行网络和城市换乘枢纽等静态交通供给设施基础数据；城市多模式交通网络的需求特征数据包括：地铁进站客流量、公交站台换乘客流量、P+R停车场换乘客流量以及道路断面车流量数据；
步骤2，构建城市多模式交通网络拓扑结构，基于超级网络模型，将城市多模式交通网络抽象成网络拓扑结构，城市多模式交通网络包括：步行衔接网络、城市道路网络、常规公交线网和地铁轨道网络，在网络拓扑结构中将城市换乘枢纽转换成虚拟换乘路段，用以连接各个不同层级的交通网络；
步骤3，计算城市多模式交通网络的路段阻抗函数及出行路径阻抗函数，城市多模式交通网络中各路段阻抗函数由行驶时间、出行费用以及舒适度损耗三部分构成，根据步骤2构建的城市多模式交通网络的拓扑结构，基于城市多模式交通网络的出行者路径阻抗函数包括：衔接网络路段阻抗函数、各出行方式对应网络路段阻抗函数、内部换乘路段阻抗函数和换乘枢纽虚拟路段阻抗函数；
步骤4，进行城市多模式交通网络客流分配，基于随机用户均衡理论，以构建的超级网络拓扑结构建立城市多模式交通网络客流分配模型，模拟城市出行情景，将出行需求逐步加载到城市多模式交通网络，利用城市多模式交通网络分配模型算法，得到城市多模式交通网络中各子交通网络的客流分配结果；
步骤5，确定城市多模式交通网络的网络运能利用结果，根据步骤4中城市多模式交通网络的分配计算结果，对城市多模式交通网络中各子交通网络的利用结果与网络整体运行效能进行定量化描述与分析。


2.根据权利要求1所述的一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，其特征在于：步骤1中所需城市多模式交通网络供需特性的相关数据中具体包括：
城市道路网需要获取道路路段通行能力和通行时间，道路路段通行时间即路段理想通行时间通过下列公式计算：



式中，表示小汽车在路段a上理想行驶时间h，La表示路段a道路长度km，Va表示小汽车在路段a理想行驶速度km/h；
常规公交网络需要通过获取公交票价、公交车车型、站点等待时间和公交线路通行时间信息，其中公交线路通行时间计算公式与道路网相似，地铁网络需要获取地铁票价、地铁车型、地铁等待时间和地铁线路通行时间信息，城市多模式交通换乘枢纽需要获取换乘惩罚、换乘步行时间以及停车费用等信息。


3.根据权利要求1所述的一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，其特征在于：所述步骤2中城市多模式交通网络拓扑结构是采用超级网络结构模型构建的，该网络具有节点多、网络嵌套网络、多层、多级、多属性和多目标的超网络结构特征，在城市多模式交通网络中，各种交通方式所在的交通网络为其对应的子交通网络，子交通网络的节点表示步行衔接网络节点、交叉口、换乘枢纽、公交站点和地铁轨道站点，两节点之间的线段表示路段、区段；子交通网络之间具有不同的运行特征和不同的路段阻抗，各个子交通网络通过换乘枢纽衔接，在超级网络拓扑结构上用虚线代替换乘枢纽节点，换乘枢纽虚拟路径具有多种影响出行成本的路段阻抗属性，包括步行时间，等待时间，换乘费用。


4.根据权利要求1所述的一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法，其特征在于：所述步骤3中以行驶时间、出行费用及舒适度损耗三部分构成的路段阻抗函数具体为：
Ia＝Ta+Pa+Da
式中，Ia表示在路段a上的路段阻抗函数，Ta表示在路段a上的时间费用，Pa表示在路段a上的货币费用，Da表示在路段a上的舒适度损耗；
其中衔接网络路段阻抗函数包含上网路段阻抗函数和下网路段阻抗函数两部分，具体为：



式中，表示在衔接网络路段a的阻抗函数，表示在衔接网络上网路段a的阻抗函数，表示在衔接网络下网路段a的阻抗函数；表示在衔接网络上网路段a的时间费用，表示在衔接网络上网路段a的货币费用，表示在衔接网络上网路段a的舒适度损耗；表示在衔接网络下网路段a的时间费用，表示在衔接网络下网路段a的货币费用，表示在衔接网络下网路段a的舒适度损耗。
其中：









式中：Au表示上网路段集合，为在衔接网络上网路段a的步行时间，为在衔接网络上网路段a的平均等待时间，costu为地铁轨道网或常规公交网的票价；
下网路段与上网路段相似，不过下网路段仅有路段步行时间，出行费用以及舒适度损耗均为0，具体表达式如下：









式中：Ad表示下网路段集合，表示为在衔接网络下网路段a的步行时间；
小汽车网络路段阻抗函数中，行驶时间、货币费用和舒适度损耗的表达式具体为：









式中:表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峻，岳一帆，杜则行健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32