[发明专利]考虑新增线路的城市轨道交通枢纽换乘设施优化配置方法

权利要求书

1.一种考虑新增线路的城市轨道交通枢纽换乘设施优化配置方法，其特征在于，包括：

获取包括新增规划线路的城市轨道交通网络相关属性，构建城市轨道交通网络；

建立城市轨道交通枢纽换乘设施的服务效率计算模型，利用所述服务效率计算模型计算乘客在换乘设施的平均延误时间以及排队乘客数量；

假设乘客根据行程时间选择出行路径，以最小化乘客实际平均出行成本及与关键换乘设施周边乘客拥挤度相关惩罚值的加权和为目标，建立换乘设施配置双层规划模型，基于所述换乘设施配置双层规划模型对城市轨道交通网络换乘设施的配置进行优化；

所述的获取包括新增规划线路的城市轨道交通网络相关属性，构建城市轨道交通网络，包括：

获取待优化城市轨道交通网络、新增规划线路及网络相关属性，所述网络相关属性包括：线路发车间隔、线路各区间列车行驶时间、列车在各站点的停靠时间、枢纽站点换乘设施种类及个数，各换乘站换乘步行时间，所述换乘设施包括扶梯和楼梯；根据城市轨道交通网络刷卡数据获取在工作日与休息日全天不同时段的乘客出行起点到终点OD矩阵数据，以及新增线路各站点的预测客流量；

构建城市轨道交通网络G(N,L)，将城市轨道交通网络表示为由节点(N)和连边(L)组成的有向网络G(N,L)，节点表示站点，具有站点列车停靠时间属性；连边表示线路区间，具有列车在区间的行驶时间属性，同一换乘枢纽站点在不同线路上由不同的节点表示，两个节点之间增加虚拟连边表示乘客在换乘枢纽站点从一条线路到达另一条线路需要经过换乘，虚拟连边的属性为乘客换乘所需的时间；

所述的建立城市轨道交通枢纽换乘设施的服务效率计算模型，利用所述服务效率计算模型计算乘客在换乘设施的平均延误时间以及排队乘客数量，包括：

建立城市轨道交通枢纽换乘设施的服务效率计算模型，利用排队论建模乘客在换乘设施处的服务情况，对不同种类的换乘设施分别建模，根据乘客到达率服从泊松分布、服务时间为常数、单服务台的排队模型，计算乘客在扶梯处的平均延误时间及排队长度；根据乘客到达率服从泊松分布、服务时间服从任意分布、单服务台的排队模型，计算乘客在楼梯处的平均延误时间及排队长度；假设同一站点同一种类换乘设施的乘客到达率服从相同分布；

对于城市轨道交通网络，一些线路的出站乘客在出站时需要和换乘乘客共用换乘设施，将这部分出站乘客的数量加入换乘乘客总数中，乘客在一个换乘枢纽站点i换乘设施处的平均等待时间w_qi表示为：

Q_i为站点i的换乘乘客数量；α_ei为站点i选择扶梯换乘的乘客比例，α_ei∈[0,1]；α_si为站点i选择楼梯换乘的乘客比例，α_si∈[0,1]；α_ei+α_si＝1，当换乘站只有扶梯换乘时，α_ei＝1，当换乘站只有楼梯换乘时，α_si＝1；μ_ei为站点i一台扶梯每小时能够输送的乘客数量，μ_si为站点i一个楼梯每小时能够输送的乘客数量，n_ei为站点i设置的换乘扶梯的数量，n_si为站点i设置的换乘楼梯的数量，σ²(v_si)为站点i楼梯服务时间的方差；

在一个换乘枢纽站点i换乘设施处发生排队的乘客总数L_qi表示为：

所述的假设乘客根据行程时间选择出行路径，包括：

设乘客倾向于选择感知到的行程时间最短的路径作为出行路径或根据出行偏好选择出行路径，乘客感知的一条轨道交通路径的行程时间T包括乘客在站台的等车时间T_w、乘车时间T_r和换乘时间T_t，则行程时间T表示为：

T＝T_w+T_r+T_t+ε

其中，ε表示乘客感知路径行程时间的误差，为随机项；T_Ik为线路k的发车间隔；δ_k为二进制变量，当出行路径包含线路k，δ_k取值为1，反之为0；T_l为线路区间l的列车行驶时间；T_ls为列车在线路区间l的区间起点的停靠时间；δ_l为二进制变量，当出行路径包含区间l，δ_l取值为1，反之为0；T_fi为乘客在i站换乘的步行时间；W_qi为乘客在站点i换乘设施处的平均等待时间；δ_i为二进制变量，当乘客在站点i换乘时，δ_i取值为1，反之取值为0；E为换乘枢纽站点集合；

假设乘客感知路径行程时间的随机项相互独立且服从Gumbel分布，利用logit模型表示乘客选择路径的概率，logit模型表示为：

其中，P_R为乘客选择路径R的概率，P_R∈[0,1]；T_R为路径R的行程时间，根据行程时间T的公式计算；θ是度量乘客总体对城市轨道交通网络熟悉程度的指标，R_e为有效路径集，有效路径集根据路径行程时间筛选，对于某一起终点对，存在行程时间最短路径R_sh，当一条路径R的行程时间T_R(1+β)T_sh时，将路径R纳入有效路径集，β0；

所述的以最小化乘客实际平均出行成本及与关键换乘设施周边乘客拥挤度相关惩罚值的加权和为目标，建立换乘设施配置双层规划模型，基于所述换乘设施配置双层规划模型对城市轨道交通网络换乘设施的配置进行优化，包括：

以最小化乘客实际平均出行成本及与关键换乘设施周边乘客拥挤度相关惩罚值的加权和为目标，建立换乘设施配置双层规划模型，决策是否在换乘枢纽站点增设扶梯或楼梯，建模如下：

上层模型：

下层模型：

其中，M_u为选择城市轨道交通方式出行的乘客集合，包括城市轨道交通网络当前乘客及规划线路的新增乘客；n_u为选择城市轨道交通方式出行的乘客数量；T_u(y)为在优化决策y下乘客u的行程时间；E为换乘枢纽站点集合；L_qi为换乘枢纽站点i换乘设施处发生排队的乘客总数；c_i为换乘枢纽站点i的容量；γ为惩罚系数；y_i为二进制决策变量，y_i取值为1时，表示在站点i增设一台电梯或一个楼梯，反之不增设；Z_i为在站点i增设一台电梯或一个楼梯的成本；B为总预算金额；θ为度量乘客总体对城市轨道交通网络熟悉程度的指标；是起点为r，终点为s的OD对的有效路径集合；为OD对r,s选择路径R的客流量；L为网络连边集合，包括线路区间和换乘站点的虚拟连边；f_l′为连边l′上的客流量；T_l′为连边l′上的行程时间；T_Ik为线路k的发车间隔；δ_k,u为二进制变量，当乘客u的出行路径经过线路k时，δ_k,u取值为1，反之为0；f_l为区间l上的客流量；T_ls为列车在区间l的区间起点的停靠时间；q^r,s为OD对r,s之间的总客流量；为二进制变量，当OD对r,s之间的客流选择的路径R经过连边l′时，取值为1，反之取值为0；

利用遗传算法对所述换乘设施配置双层规划模型进行求解，获得使目标函数值最小的优化结果作为换乘设施优化配置的决策方案，该决策方案的内容包括在哪个站点增设哪种换乘设施。