[发明专利]一种融合进站和换乘控制的路网协同限流建模及评估方法

权利要求书

1.一种融合进站和换乘控制的路网协同限流建模及评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对地铁车站的进站限流和换乘限流分别进行抽象建模；

S2：基于所述进站限流和换乘限流的抽象模型构建具有限流控制车站乘客的时空演化数学模型；

S3：设定不同限流方案下乘客路径效用的动态计算方法，基于所述时空演化数学模型建立路网下乘客的动态时空转移模型，得到面向单个乘客及有限流控制的中观路网推演系统；

S4：在所述中观路网推演系统中，基于所述动态时空转移模型采用增量迭代算法(MSA)实现有限流控制下路网短时均衡配流；

S5：基于计算得到的单个乘客在车站的消耗时间和在列车上的消耗时间，进而评估设定限流方案的效果；

所述S1包括多个车站的进站客流控制(IPFC)和换乘客流控制(TPFC)的抽象建模，具体为：

以进站限流、车站进出口、站台、换乘限流和列车作为五类节点，以进站排队、进出站、上下车走行、换乘排队、换乘走行和列车运行作为六类弧，基于所述五类节点和所述六类弧构建车站有向节点弧网络；其中，

进站排队弧连接车站进出口节点和进站限流节点，进出站弧连接进站限流节点和站台节点，上下车走行弧连接站台节点和列车节点，换乘排队弧连接站台节点和换乘限流节点，换乘走行弧连接换乘限流节点和站台节点，列车运行弧设置在列车节点之间；

所述S2包括：

(1)基于进站排队弧进行建模

将所需分析时段平均分成一系列的时间间隔的集合K＝{k＝1,2,...,K_t}，K_t表示最后一个时间间隔；

第k个时间间隔内车站i的进站客流量为：

其中，OD表示出发地-目的地集合，d表示任意OD对的目的地车站，i≠d，q_i,d(k)表示第k个时间间隔OD对(i,d)的乘客数量，f_i,d,r(k)表示从车站i出发，在第k个时间间隔进入路径r，到达目的地车站d的乘客数，R_id表示从车站i出发到目的地车站d的所有可行路径集合，N表示车站集合；

第k个时间间隔内OD对(i,d)累积进入相应进站排队弧m的人数为：

其中，表示车站i的进站排队弧集合，q_i,d(k')表示第k'个时间间隔OD对(i,d)的乘客数量，k'＝1,2...,k；

第k个时间间隔内累积离开相应进站排队弧m的人数D_m(k)为：

其中，X_m(k')表示第k’个时间间隔内进站排队弧m允许通过的乘客数量；

第k个时间间隔内，进站排队弧m的乘客排队数量Q_m(k)为：

其中，当Q_m(k)＞0，则表示第k个时间间隔内、进站排队弧m上采取了进站限流策略，A_m(k)表示第k个时间间隔内所有OD对累积进入相应进站排队弧m的乘客数量；

当计算得到的进站乘客数量大于站台容纳能力时，以相同的概率设置进入站台的乘客数，即：

其中，表示第k个时间间隔，由i前往d路径r上进站排队弧m的实际离开乘客数量，和分别表示第k个时间间隔，由i前往d路径r上进站排队弧m的累计进入和离开乘客数量，和分别表示第k和k-1时间间隔，由i前往d路径r上进站排队弧m的排队乘客数，X_i(k)表示第k个时间间隔内车站i被允许进入进站节点的乘客数量，表示路段-路径特征矩阵中的0-1变量，如果弧m在路径r上，则反之为0；

第k个时间间隔内，车站i被允许进入进站节点的乘客数量为：

其中，Q_m(k-1)表示时间间隔k-1结束时，在i车站进站排队弧m排队的乘客数；

(2)基于上车走行弧m的乘客数量进行建模

第k个时间间隔末需求(o,d)的某条路径r上累计进入上车走行弧m的乘客数为：

其中，WK_m表示任意上车走行弧m的乘客走行时间；a_m”,r表示在路径r上紧随上车走行弧m”后的弧，a_m',r表示在路径r上紧随换乘排队弧m'后的弧，表示在路径r上紧随弧a_m',r后的弧，NT表示换乘站集合；

计算第k时间间隔末各OD需求从各线路方向上进入上车走行弧的需求人数，用表示：

其中，表示线路方向m^σ的终点站，表示线路方向m^σ上的车站集合，表示第k-1个时间间隔，由出发地车站o前往车站d的路径r上弧m的累计离开乘客数量；

第k时间间隔末车站i拟进入换乘走行弧弧m内并准备乘坐前往其相连线路方向ψ＝m^σ列车的乘客数量Γ_i,ψ(k)为：

其中，N_ψ表示线路方向ψ＝m^σ上的车站集合，LS_ψ表示线路方向ψ＝m^σ上的终点站，B_i,ψ(h)表示线路方向ψ的第h个列车在车站i的实际上车人数，g_i,ψ(h)表示线路方向ψ的第h列车在车站i下车的乘客数量，CT表示单个列车的最大容纳人数；i'表示线路方向ψ上车站i的上一站，记为i'＝pre(i,ψ)；表示第h个列车在有效上车时间内在车站i的最大上车人数，ν_b表示乘客的上车速率；

当不考虑各方向乘客的优先级时，所有乘客设定相同的概率上车，即：

其中，表示车站i内搭乘线路方向ψ第h个列车且属于路径r上的实际乘客数，Ψ_i表示车站i关联的全部线路方向的集合；R_od表示od间的路径集合；

计算该上车走行弧的离开人数：

其中，ω(i,m^σ,k)表示第k个时间间隔内，线路方向m^σ上车站i的通过列车序列号；

第k时间间隔内，该上车走行弧内的排队乘客数量为：

(3)基于车站的出站弧进行建模：

其中，表示第k时间间隔内方向ψ上在车站i下车的乘客数；则表示第k时间间隔内方向ψ上在车站i下车并需要换乘前往其他方向的乘客数；

所述S3包括：

(1)线路方向ψ的第h个列车在离开车站i时车上乘客数量M_i,ψ(h)为：

其中，g_i,ψ(h)表示方向ψ上的第h列车在i车站的下车乘客数量，按如下公式计算：

其中，表示路段-路径特征矩阵中的0-1变量，如果弧m'在路径r上，则反之为0，a_m,r表示在路径r上紧随弧m后的弧，表示在路径r上紧随弧a_m,r后的弧，表示g_i,ψ(h)中换乘前往其他方向ψ'，并进入另一个上车弧m’的乘客数；Φ_i,ψ表示线路方向ψ上车站i的上游车站集合，如果i＝FS_ψ，则Φ_i,ψ为空集，第k时间间隔内，从线路方向ψ的列车上下车到车站i的乘客数为：

其中，ω(i,ψ,k)表示第k个时间间隔内，线路方向ψ＝m^σ上车站i的通过列车序列号；

(2)基于换乘排队弧的乘客数量进行建模

第k时间间隔内，换乘车站i的某一线路方向ψ上的下车乘客中需要在换乘排队弧m上换乘的乘客总数量为：

第k时间间隔内某个线路方向换乘排队的乘客数量为：

乘客有相同的可能性离开换乘排队弧，即：

其中，表示第k时间间隔内从某个换乘排队弧m换乘到路径r上的后续弧m’的乘客数量；

第k时间间隔内，换乘排队弧允许通过的乘客数量Y_i,m(k)为：

(3)基于路径选择行为进行建模

第k时间间隔内，需求(o，d)上的任一路径r的效用为：

其中，表示第k时间间隔内由o前往d且选择路径r的乘客的车上旅行时间，表示第k时间间隔内由o前往d且选择路径r的乘客在始发站和中间换乘站点的累计等待时间，表示乘客在路径r的总走行时间，随机项表示服从独立同分布的耿贝尔分布，θ₁,θ₂,θ₃表示每个因素对应的权重系数；

第k时间间隔内从始发站点出发，通过某一条路径的乘客总出行时间T_r(k)为：

其中，分别表示由o前往d乘客在路径r上弧m₁、m₂、m_I-1、m_I的消耗时间。