[发明专利]基于元胞自动机的城市轨道交通拥堵状态传播的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通运营管理技术领域，尤其涉及一种基于元胞自动机的城市轨道交通拥堵状态传播的仿真方法。

背景技术

城市轨道交通运营逐步进入网络时代，网络规模效应使城市轨道交通对客流的吸引能力急剧增加，产生了大客流现象。目前，由通勤出行导致的城市轨道交通大客流拥堵已逐渐成为一种普遍化、常态化的现象，由于缺少对大客流危机产生和发展机理的科学认识，针对大客流危机问题仍缺乏有效的控制和处理手段。

有关客流拥堵传播问题的研究最先出现在道路交通网络中。Chris Wright等提出理想栅格网络上由单一所瓶颈引起的交通拥挤传播模型，Y Moreno等发现存在一个与网络拓扑结构相关的负荷临界值，Lubos发现网络上结点的自修复时间、拥堵延迟时间、内部噪声强度同样存在临界值，朱明皓、张毅媚等从经济学的角度出发，剖析城市道路交通拥堵的产生机理。吴建军等采用SIR(Susceptible-Infective-Removal Model)模型、SEIR(Susceptible-Exposed-Infective-Removal Model)模型研究小世界网络上交通拥堵传播问题；高自友等人在以上研究结论的基础上，详细对交通网络的复杂性进行了分析，将城市交通网络抽象为复杂网络并基于此建立城市交通复杂网络的动态交通拥堵模型；郑建风等通过引入拥堵效用建立了复杂交通网络上的级联故障模型，分析了网络拓扑结构对网络拥挤程度及网络效率的影响。

道路交通网络中的拥堵传播机理与城市轨道交通中拥堵状态传播机理不同，众多学者从不同角度提出对大客流生成、传播与演化原因的理论设想。周艳芳等针对客流高峰小时传播，认为其表现为拥挤状态的扩散，车站高峰小时的客流吸引率与列车高峰时段的运输能力是影响拥挤扩散的主要原因，而乘客群体的心理变化是传播发生的主观原因。洪玲等针对列车运营中断，认为其导致网络中形成绕行客流、延误客流和损失客流，三类客流在受影响车站叠加而形成超过正常水平的客流拥挤状态。段力伟等针对大客流在不同类型车站的传播特点，认为乘客乘降的交叉干扰与列车运行延误是城市轨道交通网络运营受大客流传播影响的主要原因。朱炜提出区分大型活动大客流、事故/故障大客流、高峰小时大客流3类大客流事件,将大客流事件发生与否归结为车站容量、输送能力及乘客到达流量之间的数量关系，定义"涟漪反应"刻画其影响在轨道交通网络中的传播。

目前主要采用复杂网络传播动力学研究城市轨道网络客流分布与传播的规律，SIS与SIR这两类经典的传染病模型被学者较多地应用与改善。牛龙飞利用复杂网络理论分析网络本身的基本统计及结构特征，解释大客流的网络特性，并通过改进传染病的经典传播模型，描述了大客流拥挤状态在网络各个站点间的传播过程及影响范围。

骆晨等提出引用疾病传播理论，建立了基于网络拥挤模型的超大客流拥堵网络疾病传播模型，并运用Adams微分方程数值进行模型求解，并对不同的初始拥堵站点数量进行仿真。

周艳芳对城市轨道交通网络中的高峰客流传播特征进行了分析，并构建了局部中断评价模型及突发客流在网络中的SIR传播模型，总结了大客流在网络中的传播特征和疏散规律。

曹志超借鉴复杂网络传播动力学理论在城市轨道交通中的研究方法，提出了无约束条件下的突发大客流演化模型，分析了突发大客流动态演化机理，对客流传播速率和消散速率进行了相对性讨论。在此基础上，提出综合约束条件下的突发大客流的演化机理。

李朴提出引入复杂网络理论对网络客流拥堵的动力学传播特性进行研究，借鉴图论理论知识，以车站为节点，构建了城市轨道交通运营网络拓扑模型，并建立了城市轨道交通运营网络客流拥堵传播SIR模型，并对模型参数进行了分析。并且得出结论：拥堵传播与发生拥堵车站结构特性有关，即与发生拥堵车站节点度值有关，节点度值越大，其传播范围越大；拥堵传播同时具有收敛性及时效性，即单车站客流拥堵和多车站客流拥堵在相同初始传播条件下，网络最终传播影响范围收敛于相同值，但多车站客流拥堵达到最后波及影响范围所需时间更短。

刘晓霞提出突发客流在路网的点、线、网中的相互影响过程、传播路径、范围强度与轨道交通网络拓扑结构相关，从复杂网络传播动力学角度考虑，建立了基于SIR理论的城市轨道交通网络突发客流高峰传播模型，并模拟分析了突发客流拥挤发生在不同的轨道交通车站，对城市轨道交通网络所造成影响。