[发明专利]一种规避拥堵路段的弹性公交线路设计方法

摘要

本发明公开了一种规避拥堵路段的弹性公交线路设计方法，该设计方法中考虑了路网拓扑、交通控制、道路交通流、择路行为等关乎道路交通系统组成元素(路、车、人)的整体作用，针对相同编号公交线路，在不变更起讫点和大部分行驶路径的前提下，在途中就某些拥堵路段增设车辆变迁站点，得到有效替代公交线路网络，并在有效替代公交线路网络中选择一条最优有效替代公交线作为弹性公交线路来取代原始公交线路，使公交车辆在运营过程中可以自主的避开拥堵路段，减小乘客在公交车内的出行时长并保证乘客最少地面走行增加值；优点是提高了公交运营系统的运行效率和服务水平。

主权项

一种规避拥堵路段的弹性公交线路设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：通过OpenStreetMap开源网站下载城市拓扑路网的Shapefile矢量文件；通过视频检测器获取城市各个路段的当前交通流量，路段的当前交通流量指该路段从当前时间开始过去15分钟内的交通流量；从城市规划局获取城市的动态交通需求；将Shapefile矢量文件、各路段的当前交通流量和动态交通需求输入VISTA软件中，运行VISTA软件得到各个路段的未来动态交通分配流量，如公式(1)所示：$y_{a,t}=\left\{\begin{array}{cc}{x}_a,& t=1\\ \underset{\mathrm{\ω}=\mathrm{1,2},\·\·\·,W;\mathrm{\τ}=\mathrm{1,2},\·\·\·,t}{\mathrm{\Σ}}{q}_{\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}}\·f_{\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}}^{a,t},& t>1\end{array}\right.---\left(1\right)$公式(1)中，∑为求和运算符号，“·”为乘运算符号，将当前时间开始未来每15分钟作为一个时段，y_a,t为路段a从当前时间开始未来第1个时段至第t个时段内的动态交通分配流量，x_a为路段a的当前交通流量，q_ω,τ表示未来第τ个时段从起讫点对ω产生的动态交通需求；是组成交通分配矩阵的元素，表示未来第τ个时段从起讫点对ω出发的需求中在未来第t个时段到达路段a的数量，交通分配矩阵表示某个时段路段交通流量来自特定时段起讫点对交通流量的对应矩阵，由VISTA软件运行得到；W表示起讫点对集合，W从城市的动态交通需求中获取；步骤2：从城市交通委获取各路段的自由流出行时间、理论通行能力和交叉口信号灯绿信比，计算未来各个时段车辆在各个路段上运行的单位长度出行时间，计算公式如公式(2)所示：公式(2)中，“·”为乘运算符号，“/”为除运算符号，T_a,t为未来第t个时段内路段a上车辆的单位长度出行时间，单位是秒/公里；u_a为路段a上的自由流出行时间，单位是秒/公里；J是延误参数，J＝p×k，p为延误致因元素的密集度，p在Shapefile矢量文件中获取，k表示车辆到达和服务过程的随机性水平，在非信号交叉口k取值为1，在信号交叉口k取值为0.5；δ为流量分析时间长度，为1小时；为第t个时段路段a上的车流服务水平，Q_a是路段a的理论通行能力，以车/小时为单位；λ_a是路段a的绿信比；y_a,t的单位为车/小时；步骤3：循环所有原始公交起讫点对，根据步骤2得到的未来各个时段车辆在各个路段上运行的单位长度出行时间，为所有原始公交线路构建替代公交线路，具体过程如下所述：步骤3.1：以原始公交线路为基线，选取该原始公交线路两侧垂直距离为v米的区域范围内囊括的道路网络作为备选公交线路的基础网络，将备选公交线路的基础网络称为备选路网，500≤v≤1000；步骤3.2：依照拥堵路段惩罚原则修正备选路网中各条备选公交线路含有的所有拥堵路段的单位长度出行时间，具体过程为：步骤3.2.1：将拥堵系数记为ρ，ρ为常数且100秒/公里≤ρ≤200秒/公里，如果某一路段的出行时间大于ρ，就判断该条路段为拥堵路段，否则为非拥堵路段；步骤3.2.2：将原始公交线路中含有的所有非拥堵路段的单位长度出行时间设为0；步骤3.2.3：修正备选路网中备选公交线路含有的所有拥堵路段的单位长度出行时间：将步骤2计算得到的对应拥堵路段的单位长度出行时间的计算值与M相加后的值作为该拥堵路段修正后的单位长度出行时间，M＝1000；步骤3.3：针对原始公交线路的起讫点，在备选路网上选取所有备选公交线路，计算原始公交线路的出行时间和每条备选公交线路的出行时间，原始公交线路的出行时间等于原始公交线路包含的所有路段的出行时间之和，每条备选公交线路的出行时间等于每条备选公交线路包含的所有路段的出行时间之和，每条路段的出行时间等于该条路段的单位长度出行时间乘以该条路段的长度；将备选路网中所有备选公交线路按照出行时间从小到大进行排序，依次记为第1条备选公交线路、第2条备选公交线路、第3条备选公交线路、……，第G条备选公交线路，其中G为备选公交线路的总数量；步骤3.4：将排序后的备选路网中的备选公交线路依次与原始公交线路进行比较，确定有效替代公交线路，具体过程为：步骤3.4.1：针对每个起讫点对，从第1条备选公交线路开始，依次将备选公交线路的出行时间与原始公交线路的出行时间进行比较，如果该条备选公交线路的出行时间小于原始公交线路的出行时间且当前备选公交线路排序数小于J，则进行后一条备选公交线路的出行时间与原始公交线路的出行时间的对比操作，依此类推；当第K条备选公交线路的出行时间大于原始公交线路的出行时间或者第K条备选公交线路的排序数等于J时停止，则停止比较，将第K条备选公交线路之前的K‑1条备选公交线路作为有效替代公交线路网络；其中1≤K≤G，J为大于等于3且小于等于7的常数；步骤3.5：将有效替代公交线路网络中每条有效替代公交线路与原始公交线路分别进行关联分析，择取具有最优关联度的有效替代公交线路作为弹性公交线路，具体步骤如下所述；步骤3.5.1：针对原始公交线路的原始站点s，s＝1,2,3,…,n，其中，n为原始公交线路的站点总数，原始公交线路的原始站点s在有效替代公交线路中都具有对应的变迁站点，通过比较以下三种变迁方案额外产生的乘客走行时间，将最小额外乘客走行时间对应的站点作为最优变迁站点：(1)有效替代公交线路上离原始公交线路相应站点走行时间最少的公交站点，(2)有效替代公交线路上离原始公交线路相应站点走行时间最少的交叉口，(3)即属于原始公交线路又属于绕行线路的走行时间最少的公交站点；步骤3.5.2：从Shapefile矢量文件中输出原始公交线路的原始站点s到第i条有效替代公交线路的变迁站点的最短走行时长，其中i＝1,2,…,K‑1，将其和该站点平均上下车乘客数相乘得到比较数列D_i,s，D_i,s＝{D_1,s,D_2,s,…,D_K,s}，该站点平均上下车乘客数从公交营运公司的数据库中获取，针对原始公交线路的原始站点s对应的D_i,s采用下式归一化：$d_{i,s}=(D_{i,s}-\mathrm{\Δ})/(\▿-\mathrm{\Δ})$其中，“/”为除运算符号，Δ为所有有效替代公交线路的比较数列中的最小值，为所有有效替代公交线路的比较数列中的最大值，得出第i条有效替代公交线路第s个站点对应关联系数ξ_i,s如下式：${\mathrm{\ξ}}_{i,s}=(\mathrm{\Δ}+m\·\▿)/(D_{i,s}+m\·\▿)$其中，m是分辨系数，为0～1之间的常数；步骤3.5.3：将第i条有效替代公交线路的关联度记为r_i，i＝1,2,…,K‑1，r_i求解公式如下：$r_i=\frac{1}{n}\underset{s=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ξ}}_{i,s}$步骤3.5.4：选取有效替代公交线路网络中r_i最大的那条有效替代公交线路作为要采用的弹性公交线路。