一种基于CPT的城市公共交通网络设计方法与流程

本发明涉及城市公共交通领域，具体涉及一种基于cpt的城市公共交通网络设计方法。

背景技术：

随着我国城市化的发展，人口向城市进一步集聚。在城市道路资源有限的条件下，为了缓解城市的交通压力，各大城市开始修建地铁。地铁具有速度快，准点率高，安全舒适等优点因而成为城市发展的交通骨干线，地面公交则因其灵活、线路调整的特点，成为有效接驳地铁的交通方式，最典型的就是常规公交的微循环，通过集散功能提高了地铁的服务范围，提高公共交通网络的可达性。

目前对公共交通线网方面的研究主要分为两大类，一类是从城市交通网络的物理形态，即拓扑结构入手，例如以公交线路的非直线系数，布设方式，线路长度等为约束条件，对常规公交的走向进行调整；另一类则主要以数理方面的模型或算法优化为研究重点，从不同的角度来刻画现实生活中的线路调整模式，并在算法比较及系统优化上有不少成果。但现有研究多以网络本身为研究对象，忽略了出行者作为网络中最重要的行为决策主体，或在考虑了出行者行为的研究中，多以一日内的用户平衡为目标，但交通系统是变化的，每日的平衡状态会发生变化。因此有必要考虑逐日变化条件下的平衡态对交通网络的影响。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于cpt的城市公共交通网络设计方法。

本发明以cpt理论为基础，提出了出行路线流量交换模型，通过流量在天数维度的模拟得到平衡态，从备选路线集中选出所需的公交线路，克服了路线设置时没有考虑出行者行为特性的缺陷。

本发明采用如下技术方案：

一种基于cpt的城市公共交通网络设计方法，包括如下步骤：

s1采集不同起讫点间的用户出行信息，所述用户出行信息包括出发时刻为ts，准点到达时刻tr、允许早到时刻te及允许晚到时刻tl；

s2更新每日的路线参数及流量加载，令d＝d+1，d的初始值为0；

μkⁱ(d)＝(μkⁱ(d-1)·(d-1)+tkⁱ(d))/d

(σkⁱ(d))²＝((σkⁱ(d-1))²·(d-1)+(tkⁱ(d)-μkⁱ(d))²)/d

其中，i表示出行者，k表示路径，μkⁱ、σkⁱ表示出行者i在路线k行程时间分布函数的均值和方差，tkⁱ(d)表示第d天的实际走行时间；

ta＝ta0[1+0.15(xa/ca)⁴]

采用bpr函数计算各路段走行时间：

ta＝ta0[1+0.15(xa/ca)⁴]

ta0表示路段a的自由流走行时间，xa，ca分别表示路段a的流量及通行能力；

由于路段走行时间的可加性，得出路线k走行时间tk，采用logit模型进行流量加载：

p(k)表示出行者选择路线k的概率，ω表示出行者对路网的熟悉程度，且大于0，需根据实际路网情况进行标定。

s3路线前景值计算；

s4路线流量交换模型；

s5通过模拟作图判断路线流量是否处于day-to-day平衡状态，若是则结束，选择公交路线，若否则转至s2。

所述s3中路线前景值计算，所述路线前景值计算包括编辑和评价两部分，所述编辑包括价值函数和概率权重，所述评价包括前景值计算，具体为：

路径走行时间价值函数计算根据到达时间的损益值将路径可能的出行情况分为4类：

①到达时间(ts，te)，有则

②到达时间(te，tr)，有则

③到达时间(tr，tl)，有则

④到达时间(tl，∞)，有则

出行费用价值函数计算根据出行费用预算分为2类：

①路线费用高于出行费用预算，有则

②路线费用不低于出行费用预算，有则

式中gkⁱ表示路线k的出行费用；

换乘次数价值函数根据换乘参考次数ykⁱ(d)分为2类：

①换乘次数大于参考次数，有则

②换乘次数不大于参考次数，有则

式中mk表示路线k的换成次数。

将到达时间、出行费用与换乘次数组合，得到总的价值函数：

若或或q函数令

概率权重函数：

w(pj)＝exp{-(-lnpj)^θ}；

设在出行前每条路线的换成次数及出行费用是已知的，因此pj共有四种，对应于走行时间的4种情况:

路径前景值pv计算如下：

式中，表示λ1-λ8表示损益系数，表示出行者的损益观念，需根据实际情况确定；γ1-γ8表示风险系数，表示出行者的风险态度，需根据实际情况确定；θ为参数，根据经验取值一般为0.88。

所述s4中路线流量交换模型：

表示根据第d天的前景值大小，流量在d+1天路径k^*上的流入值，表示根据第d天的前景值大小，流量在路径k^*上的流出值，fk(d)表示第d天路径k的流量，δ表示流量转移系数，η表示出行者的路线流量改变阈值。

本发明的有益效果：

1、将cpt引入公共交通网络的设计中，用以刻画出行者在天数维度上的路线选择变化过程；

2、依据前景值建立了路线流量交换模型，当不同路线间的前景差值达到一定阈值则发生流量交换，可以描述现实中出行者的路线选择及风险抵抗行为。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于cpt的城市公交网络设计方法，包含如下步骤：

(1)采集不同起讫点间的用户出行信息，包括出发时刻为ts，准点到达时刻tr、允许早到时刻te，允许晚到时刻tl等基本信息要素，令d＝0；

(2)更新每日的路线参数及流量加载，d＝d+1：

μkⁱ(d)＝(μkⁱ(d-1)·(d-1)+tkⁱ(d))/d

(σkⁱ(d))²＝((σkⁱ(d-1))²·(d-1)+(tkⁱ(d)-μkⁱ(d))²)/d

所有公式中的i表示出行者i，k表示路径k，d表示出行日为第d天，下文中出现不再一一说明。式中μk、σk分别表示路线k行程时间分布函数的均值和方差。tk(d)表示第d天的实际走行时间，每天的出行过程可以看成是参数值对路阻值的一次采样，ta0表示路段a的自由流走行时间，xa，ca分别表示路段a的流量及通行能力，采用bpr函数计算各路段走行时间：

ta＝ta0[1+0.15(xa/ca)⁴]

由于路段走行时间的可加性，得出路线k走行时间tk，采用logit模型进行流量加载：

p(k)表示出行者选择路线k的概率，ω为参数。

(3)路线前景值计算

前景值计算包括编辑和评价两个部分，第一部分包括价值函数与概率权重，第二部分是前景值计算。

路径走行时间价值函数计算根据到达时间的损益值将路径可能的出行情况分为4类：

①到达时间(ts，te)，有则

②到达时间(te，tr)，有则

③到达时间(tr，tl)，有则

④到达时间(tl，∞)，有则

出行费用价值函数计算根据出行费用预算ckⁱ(d)分为2类：

①路线费用高于出行费用预算，有则

②路线费用不低于出行费用预算，有则

式中gk表示路线k的出行费用。

换乘次数价值函数根据换乘参考次数ykⁱ(d)分为2类：

①换乘次数大于参考次数，有则

②换乘次数不大于参考次数，有则

式中mk表示路线k的换成次数。

将到达时间、出行费用与换乘次数组合，得到总的价值函数：

若或或q函数令

概率权重函数：

w(pj)＝exp{-(-lnpj)^θ}；

在出行前每条路线的换成次数及出行费用是已知的，因此pj共有四种，对应于走行时间的4种情况:

路径前景值pv计算如下：

式中表示λ1-λ8表示损益系数，γ1-γ8表示风险系数，θ为参数

(4)路线流量交换模型

表示根据第d天的前景值大小，流量在d+1天路径k^*上的流入值，表示根据第d天的前景值大小，流量在路径k^*上的流出值，fk(d)表示第d天路径k的流量。δ表示流量转移系数，η表示出行者的路线流量改变阈值。

(5)通过模拟作图判断路线流量是否处于day-to-day平衡状态，若没有则转至第2步，否则结束，选择公交路线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。