基于轨道交通历史运营数据的轨道交通网络容量确定方法与流程

本发明涉及轨道交通网络容量计算方法，具体涉及一种基于大城市轨道交通历史运营数据来确定轨道交通网络容量的方法。
背景技术：
：随着城市化进程的加快，城市发展规模不断扩大，城市的交通运输网络也要承载越来越多的客流量。为了应对体量不断增大的客运要求，交通管理部门加强了多种交通方式的协同，根据各种交通方式的容量进行客流分配，使得流量的分配符合配置的资源，以提高资源利用率。在交通规划中的地铁、公交、私人交通等多种交通方式协同的过程中，城市地铁规划的过程中，以及居民出行方式划分的过程中，都需要以各个交通方式的客运承载容量为基础，对城市客流量进行相应的交通分配。在轨道交通网络容量未知或者不准确的情况下：城市的轨道交通规划无法合理判断需要建设的线网规模，区域客运供给与需求无法匹配，造成资源的浪费(供给>需求)或客运过饱和(需求>供给)；城市多模式客运方式的协同机制也无法有效实施，客运分配与实际承载力无法匹配；居民出行方式划分低效且出行环境恶化等。所以，轨道交通网络容量的计算对于城市交通规划是非常重要的阶段。但是目前的方法中没有这个容量的具体计算方法，仅针对单条轨道交通线路有公认的承载能力范围界定，且范围为单一数值区间(5～8万人次/小时)，对不同轨道线路的建设情况无法区分，当单线上升到网络的多条线路层面，仅存在大致的推算依据，得到大致的网络容量量级，一般用特定系数与运营里程的乘积表示网络容量，且所使用的特定系数标准不一，无本领域公认的合理系数，无法得到可用于计算或者具有实际参考价值的精度的结果。因此，亟需一种面向轨道交通网络的准确计算容量的新方法。技术实现要素：发明目的：针对现有方法的不足，本发明提出一种基于轨道交通历史运营数据的轨道交通网络容量确定方法。技术方案：为了实现上述目的，本发明的基于轨道交通历史运营数据的轨道交通网络容量确定方法，包括以下步骤：(1)获取大城市轨道交通网络历史数据及现况运营信息，并剔除无效数据；(2)基于运营数据构建轨道交通网路容量的计算模型；(3)根据各城市运营现状修正拟合数据，获得有效拟合数据；(4)基于自变量拟合轨道交通线网容量计算方式，对比选择最优拟合形式，由最优拟合形式得到任意条数轨道线路所构成的线网的客运容量。优选地，所述步骤(1)中大城市轨道交通网络历史数据包含：城市、年份、轨道交通运营条数、运营车辆数、线路总里程及客运量，所述现况运营信息指城市轨道交通各线路使用车辆型号状况。优选地，所述步骤(1)中通过网络数据爬取软件对各城市统计局历年年鉴网页源码中的数据进行爬取，截取网页页面源码内特定段首尾具有区分性的代码为标记，从而在爬取过程中获得不同页面所需的相同特定数据：城市、年份、轨道交通运营条数、运营车辆数、线路总里程及客运量。优选地，所述步骤(2)中轨道交通网路容量的计算模型以轨道交通线路条数x与运营里程y为自变量，线网内投放车辆数z为因变量。优选地，所述步骤(3)包括：以车辆定员为规格化依据，将不同车辆型号规格化，使得不同型号车辆具有相同的衡量标准；根据规格化数据对各城市轨道交通历史数据进行修正，获得有效拟合数据。优选地，所述步骤(4)包括：对历史数据采用曲面回归，在matlab中调试curvefitting系列函数，选取和方差sse、均方差mse、均方根rmse最小，r-square最接近1的拟合方式，得到拟合曲面，曲面上各点所对应的(x,y,z)组合为轨道交通建设模式，得到任意条数轨道线路所构成的线网的客运容量。有益效果：1、本发明提供了一种能够精确地计算轨道交通网络容量的方法，该方法利用轨道交通较发达的城市轨交历史运营数据，挖掘出车辆数与地铁线路、里程之间客观存在的关系和规律，由于所有参考数据均来自各城市历史中实际存在的运行情况，所以不存在组合方式的不可行性，组合情况可适于在其他城市的轨道交通规划与调整中应用。2、本发明给出了各条线路及不同长度运营里程状态下的轨道交通网络的线网容量确定方法，克服了现有方法中仅单线计算的缺点，计算结果具有较高精度和较强适应性，为城市规划及调整轨道交通线路建设及车辆投放提供强有力的理论依据，同时为城市多模式客运方式协同机制的研究提供可用于计算的轨道交通客运承担量，对客流预测提供合理的预测方法，使得进一步的工作更加合理高效。附图说明图1为本发明的轨道交通网络容量确定方法的流程图；图2为根据本发明实施例的对历史数据拟合曲面图。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。本发明的方法利用大城市轨道交通历史运营数据，对轨道交通网络容量进行回归分析，并不断提高回归方法的拟合精度，得到合理的轨道交通网络容量计算方法。参照图1，该方法包括以下步骤：(1)获取大城市轨道交通网络历史数据及现况运营信息，并剔除无效数据。其中，大城市轨道交通网络历史数据包含：城市、年份、轨道交通运营条数、运营车辆数、线路总里程及客运量，现况运营信息指城市轨道交通各线路使用车辆型号；所述无效数据是指明显处于非正常运营状态下的轨道交通运营数据。步骤1-1、数据获取通过火车采集器(网络数据爬取软件)对国内各城市统计局历年年鉴网页源码中的数据进行爬取，截取网页页面源码内特定段首尾具有区分性的代码为标记，从而在爬取过程中获得不同页面所需的相同特定数据：城市、年份、轨道交通运营条数、运营车辆数、线路总里程及客运量。步骤1-2、剔除无效数据观察爬取结果发现，数据在线路发生改变的初期，往往存在投放车辆数并未达到网络承载峰值的状况。例如下表中所示，重庆2006年与2008年轨道交通运营数据对比可发现轨道交通线路条数与运营里程不变的情况下，2006年仅有52辆车辆投放，2008年投放60量，可以判断，二者相比2008年的车辆数较2006年更接近线路饱和状态，视2006年数据无效，将其剔除。(2)基于运营数据构建轨道交通网路容量的计算模型。轨道交通线网容量表示整个网络同时刻能够运输的最大人数，即同时能够进入轨道交通车辆内部并达到位置转移目的的人数最大值。轨道交通发展过程中，属于自控制并且能够代表轨道交通发展阶段的变量为可调控的基础设施方面的变化，包括轨道交通站点数量、线路条数、轨道交通运营里程、运营车辆数、线网布局。通过对轨道交通线网容量的微观分析，轨道交通运输旅客能力本质上取决于线网中同时运营的车辆最大值，因为车辆定员为定值，仅与车辆型号有关，所以轨道交通线网容量本质上为网络内同时运行的最大车辆数满载时所能承担的客运量。因此，确定轨道交通网路容量等同于计算不同阶段线网内投放的车辆数及车辆定员信息。在可调控的基础设施方面，直接影响轨道交通线网投放车辆数的因素为轨道交通线路条数与轨道交通运营里程，所以选取轨道交通线路条数(x)与运营里程(y)为自变量，线网内投放车辆数为因变量(z)，构建计算模型z＝f1(x,y)。而如上所述，在确定车辆型号的情况下，车辆的定员就已知，轨道交通网路容量就与车辆数强相关，则有轨道交通网路容量c＝f2(z)＝f3(x,y)。(3)根据各城市运营现状修正拟合数据，获得有效拟合数据。规格化各城市数据，目的是将不同车辆型号规范化，使得不同型号车辆具有相同的衡量标准，拟合数据量更丰富，拟合结果更加精确。例如，我国国内已投入使用的轨道交通车辆型号分为三类：车辆类型a型车b型车c型车最大轴重(t)161411车辆宽度(m)3.0-3.22.82.6车辆定员(站6人/m2)310240220可选取使用最多的b型车辆为标准车型对其他车型进行规格化，以车辆定员为规格化依据，各车型规格化标准：该车型定员数量/标准车辆定员数量。规格化结果如下：车辆类型a型车b型车c型车规格化系数1.291.00.92根据规格化数据对各城市轨道交通历史数据进行修正：各车型对应车辆数×规格化系数，以获得有效拟合数据。(4)基于自变量拟合轨道交通线网容量计算方式，对比选择最优拟合形式。对历史数据采用曲面回归，可通过matlab软件调试curvefitting系列函数，选取和方差sse(sumofsquarederror)、均方差mse(meansquarederror)、均方根rmse(rootmeansquareerror)最小，r-square最接近1的拟合方式，得到如图2所示的拟合曲面，曲面上各点(其中x、z为整数)所对应的(x,y,z)组合为理论的一种轨道交通建设模式。在标准运营车辆车型确定且统一的前提下，每一车辆定员是确定的，因此，以此类推可以得到任意条数轨道线路所构成的线网的客运容量。在轨道交通规划和管理实践中可以根据上周客运量来预测本周客运量，由于每个城市的线路条数和里程在当周是确定的，就可以通过上述方法确定投放多少车辆，然后用预测的客运量来检测投放这么多车辆能不能满足客运需求，这个方法可以对地铁运营控制中心提出投放车辆的方法，可以比较准确地匹配到客流量需求，而不是靠经验摸索。(5)将拟合后的轨道交通线网容量计算方式应用于不同城市新建或调整轨道交通过程中。定义以地铁最小发车间隔(30-45s)为频率发车的车辆投放情况为饱和，超过饱和状态则轨道交通网络系统控制难以达到安全状态，低于饱和状态存在相对饱和度。应用于城市新建或调整轨道交通时，网络饱和度均采用全国平均水平，即通过历史数据回归得到的平均状态，符合我国国内环境的同时具有一般性。根据上面得到的轨道交通网络容量的计算方式，在进行城市规划或调整轨道交通建设时，可以有以下实施方法：(51)若根据客流量对轨道交通规模进行规划及调整，先确定承担客流所需的标准车辆数z，根据城市所形成的主要客流走廊数量确定需要的轨道交通线路条数x，从而在曲面上找到对应的轨道交通运营里程y的值，进行地铁网络的建设；(52)若根据客流量对轨道交通规模进行规划及调整，先确定承担客流所需的标准车辆数z，根据该城市对轨道交通建设投资量确定轨道交通建设规模，即运营里程y，从而在曲面上找到对应的轨道交通线路条数x，进行地铁网络的建设；(53)若根据现有轨道交通线网状态进行运营管理，按照现状的线路条数x以及运营里程y，在曲面上查找达到网络容量所对应的车辆数，对比实际客运量以及线网容量选择车辆投放数量z。当前第1页12