基于客流动态分配的高铁网络能力适用性评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及高速铁路领域，具体设及一种基于客流动态分配的高铁网络能力适用 性评价方法。
【背景技术】
[0002] 在20世纪50年代，一些发达国家关于高速铁路的研发和工程应用获得重大技术突 破，于60年代开始投入商业运营。高速铁路提供高质量的服务，开始与公路、航空等其它运 输方式进行竞争。高铁发展被认为是促进社会经济发展的战略手段之一。最近十几年高铁 开始进入发展黄金期，特别在中国，已经建成了 "四纵四横"的高铁网络。
[0003] 为了对高铁网络能力适用性进行评价，需将时变客流分配到高铁网络上，获取高 铁网络各区间的客流时变分布W及饱和情况。高铁网络的客流动态分配是由于大部分国家 和地区的高铁网络结构简单，甚至是线状网络，所W高铁运营组织的研究主要针对单条线 路（参见化ang,Y.H.,Yeh,C.H.,&Shen,C.C.(2000).A multiobjective model for passenger train services pi曰nning:曰pplic曰tion to Taiwan's high-speed rail line.Transportation Research Part B:Methodological,:34(2),91-106)，对于复杂网络 结构的高铁网络时变客流分配的研究相对较少。
[0004] 基于频率的均衡配流方法中仅能描述每一条线路上的运营信息（即通常只给出该 线路上车辆的平均运行时间及载客能力，并假定线路车辆等间隔均匀发车）。运一类配流方 法通常对应某一研究时段内的静态出行需求(如全天客流），并假定客流需求均匀地到达起 点车站。在城市轨道交通网络上，吴祥云、刘灿齐、四兵锋等提出了轨道交通下的用户均衡 和随机用户均衡模型。徐瑞华等也提出了依照概率将流量分配到多条轨道交通线上的分配 方法。史峰等还研究了国家铁路网络中的旅客出行选择行为和Logit交通分配模型。换乘网 络能将旅客出行选择行为过程W图形方式简要表示出来，历来是客流分配的重要研究基 础，史峰等系统地总结了已有换乘网络设计方法，设计了多种形式的换乘网络，同时比较分 析它们的规模与应用效果(参见吴祥云，刘灿齐.轨道交通客流量均衡分配模型与算法[J]. 同济大学学报（自然科学版），2004,32(9) :1158-1162;四兵锋，毛保华，刘智丽.无缝换乘条 件下城市轨道交通网络客流分配模型及算法[J].铁道学报，2007，29(6): 93-98;徐瑞华，罗 钦，高鹏.基于多路径的城市轨道交通网络客流分布模型及算法研究[J].铁道学报，2009， 31(2) :111-114;史峰，邓连波，霍亮.铁路旅客乘车选择行为及其效用[J].中国铁道科学， 2007,28(6) :117-121;史峰，邓连波.旅客换乘网络优化设计[J].铁道科学与工程学报， 2004,1(1):78-80.)〇
[0005] 基于时刻表的均衡配流方法可W描述每一趟运行线（或者说车辆)上的运营信息 (时刻表、票价和载客能力），相应地客流需求也可W表现为随时间而变化的客流波动形式。 基于时刻表的配流模型能较好地反映旅客出行的时空特性，即配流结果能清晰地描述出在 任意时段和车辆上的旅客实时出行和换乘流量。Tong等 [843首先提出了香港地铁网络中将 出行客流分配到不断时变的最短路径上的方法。Hamdouch和Law地on即anich [92]在出行时 空网络上构造旅客行进至任意车站时的出行备选集，进而提出了综合考虑到发时间要求、 严格能力约束及时空优先原则下的基于时刻表的公交策略均衡分配模型。Lo等分析多 种交通方式组成的交通网络上旅客换乘次数和换乘模式约束，设计基于状态变化的多式交 通网络，并提出多式交通分配的随机用户均衡分配模型（参见Tong，C.O.，Wong，S.C.A stochastic transit assignment model using a dynamic schedule-based network [J] . Transportation Research Part B, 1999,33: I 07-1 2 I；Hamdouch,Y., Lawphongpanich,S. Schedule-based transit assignment model with travel strategies and capacity constraints!!J].Transportation Research Part 6,2008, 42:663-684;Lo,H.,Yip,C.W.,Wan,K.H.Modeling transfers and non-linear fare structure in multi-modal network[J].Transportation Research Part 6,2003,37: 149-170.)O
[0006] 对于高铁客流分配来说，也有人针对日客流进行静态分配，然而运些分配方法没 有考虑旅客需求真实的出行选择，不能提出公平合理地高铁网络能力适用性评价方法，所 W现实中还没有专家学者提出切实可行的高铁网络能力适用性评价方法W可资借鉴和利 用。
[0007] 记高铁网络G=(V，A)，其中V为车站集，A为区间集，曰=(化，叫）居4，化，叫￡￥表示 一个区间，da，a e A为区间里程，且Ta，a e A为区间旅行时间。
[0008] 客流动态分配是高铁网络能力适用性评价方法的重点和难点。高铁网络的客流动 态分配需要考虑高速铁路的时变需求和高铁旅客出行选择行为特征，即高铁旅客的出行选 择过程就是购票过程，购票完毕就已经确定其出行时间和出行路径。同时对于客流动态分 配还需要考虑不受到现有运行图的影响，让客流动态分配独立于运行图。另一方面是需要 面对高铁实际大网络对于计算能力的考虑。前述=个方面都是高铁网络客流分配的难点。 故如何研发一种高铁网络能力适用性评价方法，不仅显得尤为重要，而且具有相当大的难 度。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是，克服W上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一 种步骤简化、实用性强、可标准化实施、评价结果合理科学、可通过软件程序简易实现的基 于客流动态分配的高铁网络(特别是高铁大网络)能力适用性评价方法。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种基于客流动态分配的高铁网 络能力适用性评价方法，包括W下步骤：
[0011] 步骤1:获取高速铁路时变需求、区间运输能力和区间服务时间范围；
[0012] 通过铁路售票系统获取每个O-D对（出行路径起点r到终点S)(r，S) e RS的时变需 求函I胃 ...... ，其中RS为O-D对集，黎^为客流总量，frs(t)为需求关于
计划出行时间t的概率密度函数，豁,巧）对需求关于购票时间i的概率密度分布；
[001引巧憶高铁网络中各区间OEA的单位时间的列车通过能力为藏列，其中A为区间集 合;据此得出单位时间内区间a的旅客运输密度不超过单位时间区间运输能力黎。?，其中 为列车平均定员；
[0014] 将进入区间a的车站发车时间范围称之为区间a的服务时间范围，测定区间a的服 务时间范围并记为[Ti(Q)，T2(a)];
[0015] 步骤2:将出行时间、区间运输能力、购票时间、区间服务时间范围W及网络进行离 散化；
[0016] (2.1)选择时间间隔T < min {Ta I a e A}，Ta表示区间旅行时间，将计划出行时间[Tl， T2]划分为N个时段，记各时段为k=l，2,…，N;利用时间间隔T划分和四舍五入取整，对所述 区间旅行时间Ta和上述区间服务时间范围[Ti(Q)，T2(a)]进行离散化后，分别记为Ka和化1 (a)，Ki(a)+l，…，K2(a)};
[0017] (2.2)构造离散时空网络象，包括车站时空节点〇化）、区间出行弧(化化），u^k+Ka)) 车站等待弧(U化），〇化=1))和出发时间调整弧(〇化），〇化/))，节点〇化)对应于车站〇￡￥和 时段k= 1，2,…，N;区间出行弧(Ui化），Uj化+Ka))对应于区间出行弧a(k)，也记a(k) = (Ui 化），Uj化+Ka));车站等待弧(Wk)，u化+1))对应于车站ueV和时段k=Ki(a)，Ki(a)+l，-.，K2 (曰）；出发时间调整弧(〇化），〇化/ ))对应于在车站的十划出行时间K调整为实际出行时间k/ ; 在出行时间离散化基础上，离散的区间出行弧运输能,
[0018] (2.3)选择时段长度为f，将购票时间錢yfy均等地划分为Il个时段，记各购票时段 为I二;至、瓜"，葱，其中爱的取值需满足：
[0019]
[0020] e < 0.1为饱和参数，Ua化)表示区间出行弧a化)的能力，T康示计划出行起始时间；
[0021] 步骤3:采用基于E-饱和的客流加载方法进行客流动态分配；
[0022] 定义区间出行弧a化)的E-饱和W及区间出行弧流入量的E-可行;利用平均时段增 量法，按照购票时段，捜索最小费用可行时空路径，采用基于终点的客流加载方法，按照时 间增序累计加载，将各O-D需求动态分配各时段对应的弧段，如果O-D对(r，s)的流量分配至 相应的购票时段l^:，〇-D对(r，s)之间没有可行的时空路径，则对于|>1^的O-D对(r，s)的 需求无法加载，记录该O-D对(r，s)，W及相应的购票时段餐&:拟及该O-D对(r，s)无法加载的 需求和；
[0023] 步骤4:由客流分配结果进行高铁网络能力适用性评价；
[0024] 根据上述各O-D对无法加载的需求，如果各O-D对均没有出现无法加载的需求