用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法技术

本发明专利技术涉及城市轨道交通技术领域，具体地说，涉及一种用于测量和最小化城市轨道交通网络脆弱性的方法，其包括以下步骤：(1)构造城轨网络和定义乘客可接受的出行路径；(2)评估城轨网络服务性能；(3)评估脆弱性；(4)通过最佳顺序在车站增设折返轨道以最小化城轨网络的脆弱性。本发明专利技术能较佳地测量和最小化城轨网络脆弱性，其可通过软件编程简易实现。其可通过软件编程简易实现。其可通过软件编程简易实现。

【技术实现步骤摘要】
用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通
，具体地说，涉及一种用于测量和最小化城市轨道交通网络(简称：城轨网络)脆弱性的方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通因其速度快、容量大、低碳节能等优点迅速成为大城市最重要的公共交通方式之一。城市轨道交通在公共交通运输中发挥了重要作用，同时也意味着由于运营事故、自然灾害或设备故障导致的网络中断会造成重大的社会和经济影响。因此，测量和减少网络中断对系统服务性能的负面影响对于保障城市轨道交通正常运营和提升乘客服务质量至关重要。
[0003]现有研究多基于网络连通性和网络的拓扑结构来测量城轨网络的脆弱性，并且严重忽略了折返轨道提供的折返功能在网络中断情况下发挥的重要作用。现有研究评估了中断情况下，网络结构和网络特性的变化。然而，城轨网络的基本功能是运送乘客，轨道运营商也关注于提高城轨网络的服务质量和乘客满意度。因此，有必要考虑折返轨道在网络中断情况下的作用，从乘客出行服务的角度来研究城轨网络的脆弱性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的内容是提供一种用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法，其能够评估折返区间集中断导致网络服务性能恶化的程度，从而评估城轨网络的脆弱性。
[0005]根据本专利技术的一种用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法，其包括以下步骤：
[0006](1)构建城轨网络和定义乘客可接受的出行路径；
[0007](2)评估城轨网络服务性能；
[0008](3)评估脆弱性；
[0009](4)通过最佳顺序在车站增设折返轨道以最小化城轨网络的脆弱性。
[0010]作为优选，步骤(1)中，构建城轨网络和定义乘客可接受的出行路径，包括：
[0011]构造城轨网络时，城轨网络被表示为一个有向的加权图G＝(N
Net
,E
Net
)，N
Net
和E
Net
分别为城轨网络的车站集和区间集；未设置折返轨道且满足增设折返轨道条件的非折返车站集合为N,增设折返轨道的b个非折返车站集合为δ
b
,b是介于0和|N|之间的整数；b＝0表示不在任何车站增设折返轨道；|N|是车站集合N中的车站数目；不在任何车站增设折返轨道时和为车站集合δ
b
增设折返轨道后，网络中相邻两个折返站之间的折返区间集合分别为和
[0012]乘客在车站OD对之间会选择加权出行时间低于其可接受时间的可接受路径出行；同时，不同出行目的乘客的可接受出行时间也不同，OD对之间具有不同出行目的乘客的可接受出行路径由公式(1)和(2)确定：
[0013][0014][0015]其中是从车站o到d的路径m；是出行目的为a的乘客从o站到d站出行时的可接受路径集；是从o站到d站的路径m上包含换乘惩罚时间的加权出行时间，采用公式(2)计算；表示出行目的为a的乘客从o站到d站出行时的可接受出行时间；λ
a
是出行目的为a的乘客的容忍系数；是从o站到d站的最短加权出行时间；和分别是在路径m上的等待时间、换乘步行时间、车内时间以及换乘次数；β是换乘惩罚系数，用于将换乘次数转换为换乘惩罚时间。
[0016]作为优选，步骤(2)中，评估城轨网络的服务性能，包括：
[0017](2.1)计算网络正常运行时，乘客的总出行次数、平均每位乘客的出行时间和平均每位乘客的换乘次数；
[0018]网络上乘客的总出行次数T
trips
、平均每位乘客的出行时间P
time
和平均每位乘客的换乘次数P
trans
采用公式(3)至(5)计算，分别衡量当网络正常运行时，城轨网络在乘客出行次数、出行时间和出行便捷性方面的服务性能：
[0019][0020][0021][0022]其中为网络正常运行时，从o站到d站出行目的为a的乘客数目；和分别为网络在正常运行时，出行目的为a的乘客n从o站到d站出行时的加权出行时间和换乘次数；
[0023](2.2)网络正常运行时平均每位乘客的广义出行费用；
[0024]以平均每位乘客的广义出行费用综合衡量城市轨道交通的服务性能，通过加权出行时间换算的货币成本和出行票价计算：
[0025][0026]其中P
cost
是网络正常运行时，平均每位乘客的广义出行费用；α是时间费用参数，用于将出行时间转化为货币成本；是乘坐地铁从o站到d站的票价。
[0027]作为优选，步骤(3)中，评估脆弱性，包括：
[0028](3.1)折返区间集中断时乘客总出行次数的降低率；
[0029]乘客总出行次数的降低率从乘客出行可行性的角度衡量了城轨网络的脆弱性；折
返区间集中断会中断车站OD对之间的可接受路径；如果OD对之间没有连通的可接受路径，则乘客转向其他交通方式；因此，当折返区间集s，中断时，在城轨网络上出行的乘客总出行次数由公式(7)计算：
[0030][0031]其中是一个二元决策变量，当折返区间集中断时，如果出行目的为a的乘客没有连通的可接受路径，则否则，
[0032]当折返区间集中断时，乘客总出行次数的降低率用公式(8)计算：
[0033][0034](3.2)折返区间集中断时平均每位乘客的出行时间增加率；
[0035]平均每位乘客的出行时间增加率从乘客出行时间的角度衡量了城轨网络的脆弱性；乘客的总出行时间包含乘客乘坐城市轨道交通的出行时间和由于车站OD对间可接受路径中断乘客转移至其他交通方式的出行时间；假设转移至其他方式的乘客采用出租车出行，出租车的行程距离等于车站OD对之间的最短距离；因此，转移至出租车乘客的行程时间等于出租车行程距离与出租车速度的比值；当折返区间集中断时，城轨网络上平均每位乘客的出行时间和平均每位乘客的出行时间增加率分别用公式(9)和(10)计算：
[0036][0037][0038]其中是当折返区间集中断时，出行目的为a的乘客n从o站到d站的出行时间，是乘坐出租车从o站到d站的距离，等于城轨网络上从o站到d站的最短距离；v
taxi
是出租车的速度，用于判断乘客是否转移至出租车；如果即在折返区间集中断后，o站与d站之间没有可接受的连通路径，则乘客转移至出租车；否则，乘客仍在城轨网络上采用迂回路径出行；
[0039](3.3)折返区间集中断时平均每位乘客换乘次数的增加率；
[0040]从乘客出行便利性的角度，采用平均每位乘客换乘次数的增加率来衡量城轨网络的脆弱性；当折返区间集中断时，城轨网络上平均每位乘客的换乘次数和平均每位乘客换乘次数的增加率分别用公式(11)和(12)计算：
[0041][0042][0043]其中是当折返区间集中断时，城轨网络上出行目的为a的乘客n从o站到d站的换乘次数；
[0044](3.4)折返区间集中断时平均每位乘客广义出行费用的增加率；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)构建城轨网络和定义乘客可接受的出行路径；(2)评估城轨网络服务性能；(3)评估脆弱性；(4)通过最佳顺序在车站增设折返轨道以最小化城轨网络的脆弱性。2.根据权利要求1所述的用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法，其特征在于：步骤(1)中，构建城轨网络和定义乘客可接受的出行路径，包括：构造城轨网络时，城轨网络被表示为一个有向的加权图G＝(N
Net
，E
Net
)，N
Net
和E
Net
分别为城轨网络的车站集和区间集；未设置折返轨道且满足增设折返轨道条件的非折返车站集合为N，增设折返轨道的b个非折返车站集合为δ
b
，b是介于0和|N|之间的整数；b＝0表示不在任何车站增设折返轨道；|N|是车站集合N中的车站数目；不在任何车站增设折返轨道时和为车站集合δ
b
增设折返轨道后，网络中相邻两个折返站之间的折返区间集合分别为和乘客在车站OD对之间会选择加权出行时间低于其可接受时间的可接受路径出行；同时，不同出行目的乘客的可接受出行时间也不同，OD对之间不同出行目的乘客的可接受出行路径由公式(1)和(2)确定：行路径由公式(1)和(2)确定：其中是从车站o到d的路径m；是出行目的为a的乘客从o站到d站出行时的可接受路径集；是从o站到d站的路径m上包含换乘惩罚时间的加权出行时间，采用公式(2)计算；表示出行目的为a的乘客从o站到d站出行时的可接受出行时间；λ
a
是出行目的为a的乘客的容忍系数；是从o站到d站的最短加权出行时间；和分别是在路径m上的等待时间、换乘步行时间、车内时间以及换乘次数；β是换乘惩罚系数，用于将换乘次数转换为换乘惩罚时间。3.根据权利要求2所述的用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法，其特征在于：步骤(2)中，评估城轨网络服务性能，包括：(2.1)计算网络正常运行时，乘客的总出行次数、平均每位乘客的出行时间和平均每位乘客的换乘次数；网络上乘客的总出行次数T
trips
、平均每位乘客的出行时间P
time
和平均每位乘客的换乘次数P
trans
采用公式(3)至(5)计算，分别衡量当网络正常运行时，城轨网络在乘客出行次数、出行时间和出行便捷性方面的服务性能：出行时间和出行便捷性方面的服务性能：
其中为网络正常运行时，从o站到d站出行目的为a的乘客数目；和分别为网络正常运行时，出行目的为a的乘客n从o站到d站出行时的加权出行时间和换乘次数；(2.2)网络正常运行时平均每位乘客的广义出行费用；以平均每位乘客的广义出行费用综合衡量城市轨道交通的服务性能，通过加权出行时间换算的货币成本和出行票价计算：其中P
cost
是网络正常运行时，平均每位乘客的广义出行费用；α是时间费用参数，用于将出行时间转化为货币成本；是乘坐地铁从o站到d站的票价。4.根据权利要求3所述的用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法，其特征在于：步骤(3)中，评估脆弱性，包括：(3.1)折返区间集中断时乘客总出行次数的降低率；乘客总出行次数的降低率从乘客出行可行性的角度衡量了城轨网络的脆弱性；折返区间集中断会中断车站OD对之间的可接受路径；如果OD对之间没有连通的可接受路径，则乘客转向其他交通方式；因此，当折返区间集s，中断时，在城轨网络上出行的乘客总出行次数由公式(7)计算：其中是一个二元决策变量，当折返区间集中断时，如果出行目的为a的乘客没有连通的可接受路径，则否则，当折返区间集中断时，乘客总出行次数的降低率用公式(8)计算：(3.2)折返区间集中断时平均每位乘客的出行时间增加率；平均每位乘客的出行时间增加率从乘客出行时间的角度衡量了城轨网络的脆弱性；乘客的总出行时间包含乘客乘坐城市轨道交通的出行时间和由于车站OD对间可接受路径中断乘客转移至其他交通方式的出行时间；假设转移至其他方式的乘客采用出租车出行，出租车的行程距离等于车站OD对之间的最短距离；因此，转移至出租车乘客的行程时间等于出租车行程距离与出租车速度的比值；当折返区间集中断时，城轨网络上平均每位乘客的出行时间和平均每位乘客的出行时间增加率分别用公式(9)和(10)计算：分别用公式(9)和(10)计算：
其中是当折返区间集中断时，出行目的为a的乘客n从o站到d站的出行时间，是乘坐出租车从o站到d站的距离，等于城轨网络上从o站到d站的最短距离；v
taxi
是出租车的速度，用于判断乘客是否转移至出租车；如果即在折返区间集中断后，o站与d站之间没有可接受的连通路径，则乘客转移至出租车；否则，乘客仍在城轨网络上采用迂回路径出行；(3.3)折返区间集中断时平均每位乘客换乘次数的增加率；从乘客出行便利性的角度，采用平均每位乘客换乘次数的增加率来衡量城轨网络的脆弱性；当折返区间集中断时，城轨网络上平均每位乘客的换乘次数和平均每位乘客换乘次数的增加率分别用公式(11)和(12)计算：分别用公式(11)和(12)计算：其中是当折返区间集中断时，城轨网络上出行目的为a的乘客n从o站到d站的换乘次数；(3.4)折返区间集中断时平均每位乘客广义出行费用的增加率；折返区间集中断时，一些乘客会转移至出租车或在城轨网络上采用迂回路径出行，此时，城轨网络上平均每位乘客的广义出行费用和平均每位乘客广义出行费用的增加率分别采用公式(13)和(14)计算；通过平均每位乘客广义出行费用的增加率综合评估折返区间集中断时城轨网络的脆弱性；估折返区间集中断时城轨网络的脆弱性；其中是从o站到d站的出租车费用，根据o站到d站的出租车行程距离估算；(3.5)考虑折返区间集权重的城轨网络脆弱性综合评估；通过公式(15)计算考虑每个折返区间集权重的平均每位乘客广义出行费用的增加率，以综合测量城轨网络的脆弱性；折返区间集的权重等于折返区间集中所包含区间的总长度与网络中所有区间的总长度之比；其中是车站集δ
b
中的车站增设折返轨道后城轨网络的脆弱性，l
s
是折返区间集中区间的总长度，5.根据权利要求4所述的用于测量和最小化城轨网络脆弱性的方法，其特征在于：步骤(4)中，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，何明卫，占曙光，帅春燕，刘阳，石庄斌，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：