[发明专利]基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法

摘要

本发明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。

主权项

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f_rs(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；f_rs(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r_p(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r_p(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，…，v_h}为车站集，E为区间集；记待评价的高铁列车开行方案Ω＝{T＝(V_T，A_T，D_T)}，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$v=\left\{d_i^T\right|1\≤i\<h\left(T\right),T\∈\mathrm{\Ω}\}\∪\{a_i^T|1\<i\≤h\left(T\right),T\∈\mathrm{\Ω}\}\∪\left\{s_{\mathrm{\∞}}\right|s\∈V\};$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)，…，T_u(i_u，j_u)后到达终点，对应换乘网络中路径的费用为${\Σ}_{k=1}^u\[r_p\left(T_k\right)\·\left|T_k(i_k,j_k)\right|\]+{\Σ}_{k=1}^{u-1}\mathrm{\ρ}\left(v_{j_k}^{T_k}\right)+w(a_{j_u}^{T_u}-d_{i_1}^{T_1});$其中是路径上全部弧上的时间价值之和；当旅客选择第一次上车时间为时，最小费用换乘方案对应换乘网络中上车节点至终点s_∞、第一条弧为上车弧的最短路径，将这个最小费用换乘方案记为记最小换乘费用为采用最短路搜索法即可得出和借助于单位时间价值w，确定提前出行单位费用θ^‑和推迟出行单位费用θ⁺为w的0.8倍，即θ^‑＝θ⁺＝0.8w；当O‑D对(r，s)之间旅客的计划出行时间为x时，需要选择若提前出发，则选择出行方案费用最小的若推迟出发，则选择出行方案费用最小的所以旅客最小费用出行方案选择的最优上车时间为$d_{i^{*}}^{T^{*}}=\arg \min \left\{\begin{array}{c}\{{\mathrm{\θ}}^{-}(x-d_i^T)+|{\hat{P}}_{rs}^{Tran}\left(d_i^T\right)\left|\right|d_i^T\≤x,r=v_i^T,T\∈\mathrm{\Ω}\}\\ \{{\mathrm{\θ}}^{+}(d_i^T+x)+|{\hat{P}}_{rs}^{Tran}\left(d_i^T\right)\left|\right|d_i^T\≥x,r=v_i^T,T\∈\mathrm{\Ω}\}\end{array}\right\}---\left(1\right);$在换乘网络的到达节点集上，定义节点能力为列车T的定员；其它节点和弧段的能力都没有限制；步骤4：客流动态分配；客流分配按照阶段k＝1，2，…，γ依次进行；在阶段k，需要分配的客流包括阶段1，2，…，k‑1还未分配的客流和阶段k需要分配的客流；在阶段k＜γ，完成需要分配客流量的α(0.5＜α＜1)倍时，停止本阶段客流分配，开始新一个阶段的客流分配；在阶段k＝γ，将所有能够分配的客流全部分配完毕为止；对于任一个分配阶段，客流分配方法与γ＝1的情形相同，分配过程中，要求参与分配的全部O‑D客流，按照等比例法则竞争剩余能力，得到客流分配结果；步骤5：评价列车开行方案；先确定高铁列车开行方案的评价指标包括列车客座率、旅客出行时间偏差中的至少一个或多个；列车客座率是指列车平均每一个席位关于里程的利用率；旅客出行时间偏差是指旅客计划出行时间与实际上车时间之间的平均偏差，可以分为单个O‑D对和全部O‑D对进行统计；具体的计算公式如下：列车客座率：单个O‑D对的旅客出行时间偏差：$TD={\Σ}_{n=0}^{N-1}\left(\mathrm{\Δ}\right(n\left){\Σ}_{m=0}^{M_r-1}{\∫}_{x_{rsnm}}^{x_{r,s,n,m+1}}\right|{\hat{x}}_{rsnm}-x\left|f_{rs}\right(x\left)dx\right)/q_{rs}---\left(3\right);$全部O‑D对的旅客出行时间偏差：$ATD={\Σ}_{n=0}^{N-1}\left(\mathrm{\Δ}\right(n\left){\Σ}_{(r,s)\∈RS}\right({\Σ}_{m=0}^{M_r-1}{\∫}_{x_{rsnm}}^{x_{r,s,n,m+1}}|{\hat{x}}_{rsnm}-x|f_{rs}\left(x\right)dx)/{\Σ}_{(r,s)\∈RS}{q}_{rs}---\left(4\right);$根据上述步骤4中获得的客流分配结果，再利用上述公式确定上述相应的评价指标；通过列车客座率LF评价列车开行方案的运行效益，客座率较低的列车开行方案运行效益较差，客座率较高的列车开行方案运行效益高；通过每个O‑D对旅客的计划出行时间与实际上车时间之间的平均出行时间偏差ATD来评价列车开行方案对旅客时变需求的满足程度，若平均出行时间偏差较小，则表示列车开行方案的时间设置和旅客出行需求的时变性吻合较好，否则说明较差，则重新调整高铁列车开行方案。