[发明专利]一种基于城市多模式交通网络的网络运能确定方法

权利要求书

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：

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的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；

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：

I_a＝T_a+P_a+D_a

式中，I_a表示在路段a上的路段阻抗函数，T_a表示在路段a上的时间费用，P_a表示在路段a上的货币费用，D_a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：A^u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，cost^u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：A^d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:表示使用小汽车在路段a上的行驶时间；表示使用小汽车在路段a上的理想行驶时间；v_a表示在路段a上的出行者流量，人次/h；λ^c表示小汽车网络上出行者流量转化为车流量的折算系数，人次/pcu，即小汽车的平均载客人数；表示在小汽车路段a上的小汽车通行能力，pcu/h；A^c表示小汽车网络的路段集合；α和β为待定系数；x_a表示路段a的长度km；ρ为燃油费，元/km，η为量纲转换参数，即货币费用-时间折算系数；为在路段a上乘坐小汽车时单位时间的舒适度损耗，/h；ω为舒适度损耗-时间折算因子；

常规公交网络路段阻抗函数，行驶时间、货币费用和舒适度损耗的表达式具体为：

式中：表示使用常规公交在路段a上的行驶时间；表示常规公交在路段上a的运行时间；A^b表示常规公交网络的路段集合；为在路段a上乘坐公交车时单位时间的舒适度损耗，/h；B表示公交车的设计载客量，人次/辆；表示常规公交在路段a的通行能力，辆/h；

地铁网络路段阻抗函数，行驶时间、货币费用和舒适度损耗的表达式具体为：

式中：表示使用地铁在路段a上的行驶时间；表示地铁在路段a的运行行驶时间；A^m表示地铁网络的路段集合；为出行者乘坐地铁时单位时间的舒适度损耗，/h；E表示地铁车厢的设计载客量，人次/辆；表示地铁在路段a上的通行能力，辆/h；其余符号同前；

内部换乘路段阻抗函数包括时间费用换乘货币费用和换乘惩罚成本三部分，具体为：

式中：为出行者在换乘路段a上的步行时间；为出行者在换乘路段a上的平均等待时间；Aⁱ表示换乘路段集合；costⁱ为换乘地铁或常规公交的票价，假设小汽车网络不存在内部交通工具换乘行为，因此小汽车网络的costⁱ＝0；为在换乘路段a上的换乘惩罚等效的在车时间h；

将P+R、常规公交+地铁两类换乘枢纽假定为虚拟换乘路径，并构建虚拟换乘路径的阻抗函数，具体为：

式中：为出行者在常规公交+地铁换乘枢纽的虚拟换乘路段a上的步行时间；为出行者在常规公交+地铁换乘枢纽的虚拟换乘路段a上的平均等待时间；cost^g为公交换乘地铁的票价；A^g表示常规公交换乘地铁的虚拟换乘路段集合；为出行者在P+R换乘枢纽的虚拟换乘路段a上的步行时间；为出行者在P+R换乘枢纽的换乘路段a上的平均等待时间；cost^d为小汽车换乘地铁的票价；park^d为小汽车停车费用；A^d表示小汽车换乘地铁的虚拟换乘路段集合；

城市多模式交通网络中采用各单一交通方式在路径a上的路径阻抗函数，能表示为：

城市多模式交通网络中采用小汽车+地铁组合出行方式，该路径的途径网络依次为：上网网络a₁、小汽车网络a₂、枢纽换乘虚拟网络a₃、地铁网络a₄和下网网络a₅；将途经的各个交通子网络的路段阻抗函数进行叠加，得到采用该组合出行方式在路径a上的路径阻抗函数：

城市多模式交通网络中采用公交+地铁组合出行方式，该路径的途径网络依次为：上网网络b₁、常规公交网络b₂、枢纽换乘虚拟网络b₃、地铁网络b₄和下网网络b₅；将途经的各个交通子网络的路段阻抗函数进行叠加，得到采用该组合出行方式在路径b上的路径阻抗函数：