专利名称：多路径大概率优先综合清分模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机应用技术领域。具体地说是一种城市轨道交通票务清算和收益
分配模型。
背景技术：
随着城市轨道交通网络化运营的发展，对票务收益的清分日益成为运营主体的关 注焦点，城市轨道交通网络中心所在地都建立清分中心。清分中心的重要职责之一就是依 据轨道交通网络中各运营主体的运营贡献度进行运营收益分配。 客流量是衡量运营贡献大小的主要依据，影响客流量的因素有很多，包括车站数 量、线路里程、站间行车时间、服务质量、换乘站个数、票价政策、便捷程度等。按照不同的计 算方式和原则，所得出的各运营主体的贡献大小也不尽相同，因此，轨道交通运营收益清分 的关键在于制定相对合理的清分规则，并以此为基础，建立清分模型，再转换为清分算法， 进而计算各运营主体的收益分配比例。 本发明的目的是建立一个用于各运营主体收益分配的清分模型。
清分模型由三大要素构成清分主体、清分原则、清分比例。 (1)清分主体为收益分配的主体，常见的清分主体有3类运营商、线路和车站， 目前国内主流是按线路进行清分，然后按线路所属运营商进行清算，本发明主要讨论如何 按线路清分。 (2)清分原则为路径选择原则，即如何确定乘客选择的乘车路径，常见的清分原 则有路径最短原则、时间最少原则、换乘最少原则等。 (3)清分比例为各清分主体的收益分配比例，当按清分原则确定乘车路径后，就 需量化路径中各清分主体所提供运营服务量，然后根据"多劳多得"原则进行收益分配。
传统清分模型通常在起止(0D)站点间的多条路径中，依据清分原则确定唯一的 某条乘车路径，然后根据线路在路径中的长短来决定各条线路票务收益的分配比例，这种 方法不太符合实际情况。当站点间存在多条可达路径时，所有乘客不会都选择同一条路径， 而会在多条可达路径间选择，并服从一定的概率分布，因此只将其中一条路径作为各线路 分配收益的依据不尽合理，而应将所有可能路径列入考虑范围。 对于某条确定的路径，传统清分模型通常只考虑站间输送服务，实际上诸如换乘、 进站、出站等多种服务都共同为旅客输送做出了贡献，也应参与利益分配。
依上述思想，本发明提出了"多路径大概率优先综合清分模型"，该清分模型的基 本步骤如下 (1)首先，对于任意一对0D站点，确定各有效乘车路径以及各路径被选择概率；
(2)其次，对于某条确定的乘车路径，量化各条线路所提供的运营服务；
(3)最后，计算OD站点间各条线路收益分配比例，并生成清分比例表。
发明内容
传统的清分模型通常只选取0D站点间最短的一条路径作为计算的依据，并根据 各线路在路径中长短不同计算收益分配比例。但在实际运营中，所有可能路径都将以一定 的概率被乘客选择，此外，在网络化运营条件下，还应考虑换乘、进出站等服务所应取得的 收益。 本发明在传统清分模型基础上，提出一种新的清分模型——多路径大概率优先综 合清分模型。在该模型中，OD间所有可能路径都列入考虑范围，然后建立概率选择模型对 每条路径的被选择概率进行估算，并优先考虑高概率路径对收益分配的影响，同时综合考 虑路径中输送、换乘、进出站等多种因素对运营服务的贡献，从而使得各线路收益分配更趋 合理(参见图1)。
1.路径选择
(1)路径代价 影响乘客路径选择的主要因素有不同路径的乘车时间、旅行距离、换乘次数、列车 的舒适程度等，最主要的因素就是乘车时间，为了统一度量这些因素，我们将其它因素统一 折算为乘车时间，称为路径代价。路径代价计算公式如下i p =zc,. ; +￡，7^.公式(i) 公式(1)式中，假设在路径中有m个站间区段，n个换乘站
&表示路径中第i段站间运行时间；
TXj表示路径中第j个换乘站的换乘时间； EXj为路径中第j个换乘站的换乘因子，取值区间为[1， +①)， 其物理含义为乘客换乘时每花Tx时间，与随列车运行(ExXTx)时间的感受相
同； Ci为路径中第i个区段的吸引度修正因子，取值区间为[1， + )，其值由区段所 属线路决定，所谓吸引度即列车舒适度、设备新旧、服务态度等综合因素而产生的对乘客吸 引力； Rp为该路径的路径代价。
(2)有效路径 当在OD站间存在多条可达路径时，乘客们并不是只选择一条代价最小的路径，而 是会以较高概率选择代价最小的路径，以较低概率选择代价稍大的路径，对于代价特别大 的路径则基本不予考虑。举例说明在站点0、 D间存在1、2、3、4条路径，分别需要花费10 分钟、13分钟、15分钟和50分钟，在实际生活中，可能会发现每100个人里，有70人选择第 1条路径，25人选择第2条路径，5人选择第3条路径，而几乎无一人选择第4条路径，因为 第4条路径相对最短路径乘车时间太长而无人选择。由此，可以引伸出两个结论
第一，乘客不会选择路径代价超出最短路径太多的路径；
第二，路径被选择的概率随着路径代价的增加而急剧减少。 对于上述第一条结论，我们可以出一个概念"有效路径"，即可能被乘客选择的路 径。而选择概率为零的路径称之为"无效路径"，由于无效路径对计算结果的最终贡献为零， 为了提高计算效率，应将其滤除。该结论可用公式描述如下。
时间；
i (-M/A^^x"^CW公式(2)
其中，
&=为0D车站间最小路径代价；
a为相对延长度，其物理意义为乘客可接受多少倍于最小路径代价的相对延长
b为绝对延长度，其物理意义为乘客可接受超出最小路径代价的绝对延长时间； MIN()为取最小值函数；
^^的物理意义为0D车站间乘客可接受的最大路径代价阈值，超出这个值的路 径其选择概率为零。所有路径代价不大于阈值&=的路径，则称为有效路径。
(3)选择概率 由于乘客对路径的选择倾向，会随着路径代价的增加而加速减小，而正态函数右 半曲线可以很好地描述该关系特性，只要选择合适的参数因子，就可以准确地拟合路径被 选择概率随路径代价增加而加速下降的关系曲线，公式描述如下。 %郎= z^f。^;^公式(3) 其中， 路径代价S⑤，由于正态函数右半曲线值空间为[1，+①)，为了满足值域要求，因此
将路径代价先变形为与最小路径代价的比值，然后将比值输入函数，修正《 正态参数o ，影响正态曲线的陡峭程度，取值区间为(0， +①)，称之为"路径选择
敏感度"，其物理意义为随着路径代价增大，乘客的对该路径排斥程度随之增加的速度，该
参数值的大小与速度成反比； ，以路径代价《⑧为值计算的概率，其物理意义为乘客在0D间选择乘坐有效路
径i的概率。 2运营服务 对于一条确定的乘车路径，可能涉及多条线路，如何确定各线路在路径中的收益 分配比例，首先需要计算各线路所提供的运营服务量，然后根据各线路所提供的服务多少 来确定分配比例，运营服务种类很多，主要有进站服务、出站服务、换乘服务、旅客运输服 由于运营服务的主要功能是将乘客从0站运送到D站，因此应将运输里程多少作 为衡量运营服务多少的一个主要依据，而进站、出站和换乘站提供的服务同样为列车输送 旅客做出必不可少的贡献，因此也可以折算成等效的运输服务权值参与利益分配，其服务 权值计算公式描述如下。<formula>formula see original document page 5</formula> 公式(4) 公式(4)中，设某条路径中属于线路A有m个区段、n个换乘站丄f表示属于线路A的第i段站间运输里程； "/表示第j个换乘站经折算为运输里程的换乘服务； cij为分配因子，cijG [O，l]区间，为换乘服务分配给线路A的比例；
《表示经折算为运输里程的进站服务，如进站不属于线路A，则为0 ; 《,表示经折算为运输里程的出站服务，如出站不属于线路A，则为0 ;
SpA为线路A在该路径中的总服务量权值。 3.清分比例
根据全概率公式原理，线路i在0D站点间总的运营服务权值可用公式描述如下, 鄉M(O")公式(5)
片l
公式(5)上式中，假设OD间有n条有效路径其中 ^T为OD间第j条有效路径的被选择概率； *"为第J条有效路径中线路i的运营服务权值； Mpr为OD间线路i的总运营服务权值。
将Mir进行归一化处理，便得到OD站点间各线路的收益分配比，公式描述如下。
DifD = ， x,o八
厶、式(6)
乂=1 公式(6)上式中，假设路网中共有n条线路^⑨为OD站点间线路i的收益分配 百分比。同理，求出路网内任意一对OD站点间各线路收益分配百分比，便构成了收益清分 比例表(参见图3)，根据该清分比例表，对于任意一笔出入站交易数据，只要包含出、入站 信息和交易值三个数据，便可将票务收益清分到各条线路。
本发明特点 1.在起止(0D)站点间存在多条可达路径时，所有乘客不会都选择同一条路径，而 会在多条可达路径间选择，并服从一定的概率分布，本发明将所有可能路径列入考虑范围， 并参与利益分配。 2.对于某条确定的路径，本发明对站间输送服务，诸如换乘、进站、出站等多种贡 献进行了全面评估，并量化为利益分配比率。
图1、本发明中整个算法的流程图
图2、路径选择流程图
图3、收益清分比例表
具体实施例方式
清分模型算法应用重点在于各公式中参数的设定方法。 步骤1 :路径选择(参见图2) (1)路径代价计算 路径代价大小影响乘客对该路径的选择概率，通过公式(1)计算取得。 下面详细介绍各参数在工程应用阶段的取值及使用方法。 l)Ti，该参数表示的是某相邻站间平均运行时间，应用时直接从列车运行时刻表 取值。 2)Tx，.，该参数表示的是换乘站j的平均换乘时间。该换乘时间，可通过实地考察分析或者抽样统计得出数据，不同换乘站、不同线路间换乘时间因换乘通道、列车密度等的 不同而不同，需要分别给出。 3)Ci，该参数体现的是不同线路对乘客的不同吸引程度。对于相同乘坐时间的路 径，乘客会优先选择乘坐环境宽松、设施美观、服务态度好等更有吸引力的线路。该参数体 现的是乘客对不同线路的主观选择意向，可依据实际调查问巻统计分析给出，也可依据经 验给出。 4)EXj，该参数是将换乘时间与列车运行时间做一个等效折算。由于换乘会给乘客 带来不便，因此大部分乘客宁可选择换乘时间少而乘坐时间稍长的路径。这也是涉及乘客 的主观偏好因素，可通过调查问巻也可依经验设定。
(2)有效路径确定 有效路径是通过公式(2)计算出路径代价阈值来取得，这里存在两个参数a表示 相对最短路径而言，乘客最大能接受多少倍的相对延长程度，显然，如存在10分钟可达的 路径，正常情形下，不会有人去选择3倍时间即半小时才可到达的路径；b则表示相对最短 路径而言，乘客最大所能接受的绝对延长程度，如乘客不会选择超过最短乘坐时间30分钟 的路径。建议选择(a = 3， b = 30)，用户根据实际路网形态调整该值。
(3)选择概率计算 乘客对路径的选择，会随着乘车代价增加而呈急剧减少的趋势，而正态函数可以 很好地描述该特性，在公式(3)中，o参数称为路径选择敏感度，该值大小决定了乘客路径 选择概率受路径代价大小影响的敏感程度，可通过调查问巻统计分析来逆向计算该参数， 我们建议o初始值取0. 238，其物理意义为假设0D间只有2条路径可选择，第二条的路 径代价为第一条的1. 5倍，则有90%的乘客选择乘坐第一条路径。
步骤2 :运营服务量计算 对于确定的一条路径，如何计算各线路的运营服务量，这通过公式(4)来实现。其 中，"为路径中各站间输送里程，代表相应的输送服务，由于换乘服务、进出站服务所付出的 劳动显然和输送服务是不同质的，为了实现统一度量，需要将换乘服务、进站服务、出站服 务转换为等效的输送服务，其中"-是折算为等效输送里程的换乘服务，《和《,为折算后的 进站、出站服务。换乘服务、进出站服务量的确定，需要利益各方协商确定，并无标准取值， 我们建议以一个站间输送服务量左右为宜。
a j代表换乘服务分配因子，如其取值为0. 3，则表示该站换乘服务的30%要分配 给该线路，另70%的换乘服务分配给另一换乘线路，由利益相关方商务协商确定比例。
步骤3:清分比例表 对于确定的一对OD站点，其间各线路的总运营服务量计算通过公式(5)实现，其 中Mif。为0D间线路i参与收益分配的总运营服务量权值。然后按公式(6)将各线路的服 务量权值进行归一化处理后，便得到各线路的收益分配比，对所有站点均进行类似处理，由 这些元素最终构成收益清分比例表。以**城市轨道交通工程部分路线图为例，其清分比例 表形式如图3所示。
权利要求
本发明提出的一种多路径大概率优先综合清分模型，其特征是模型综合了乘客多路径选择和无障碍换乘等多种因素，使收益分配更趋合理。
2. 如权利要求l所述，在起止(0D)站点间存在多条可达路径时，乘客会以较高概率选 择代价最小的路径，以较低概率选择代价稍大的路径，对于代价特别大的路径则基本不予 考虑。所有乘客不会都选择同一条路径，而会在多条可达路径间选择，并服从一定的概率分 布。
3. 如权利要求1所述，对于一条确定的乘车路径，可能涉及多条线路，首先计算各线路 所提供的运营服务量，然后根据各线路所提供的服务多少来确定分配比例，运营服务种类 很多，主要有进站服务、出站服务、换乘服务、旅客运输服务等，这些服务以折算成等效的 运输服务权值参与利益分配。
全文摘要
本发明提出的一种“多路径大概率优先综合清分模型”，属于计算机应用技术领域。具体地说是一种城市轨道交通票务清算和收益分配模型。建立合理的清分模型是轨道交通收益清分的关键，本发明在分析传统清分模型的基础上，提出的综合清分模型兼顾了乘客多路径选择和无障碍换乘等多种因素，使收益分配更趋合理。这种模型首先对于任意一对OD站点，确定各有效乘车路径以及各路径被选择概率，其次，对于某条确定的乘车路径，量化各条线路所提供的运营服务；最后，计算OD站点间各条线路收益分配比例，并生成清分比例表。
文档编号G06Q50/00GK101770607SQ20081018848
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月28日 优先权日2008年12月28日
发明者周后盘, 诸仕荣, 谢宗毅, 韦强 申请人:浙江浙大网新众合轨道交通工程有限公司