考慮運(yùn)能匹配度約束的運(yùn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型

李興華

(樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，四川 樂山　614000)

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考慮運(yùn)能匹配度約束的運(yùn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型

李興華

(樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，四川 樂山614000)

摘要：針對(duì)樞紐內(nèi)交通方式運(yùn)能協(xié)調(diào)問題，分析運(yùn)能協(xié)調(diào)的影響因素，以及運(yùn)能匹配度分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，建立考慮運(yùn)能匹配度約束的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，并通過Lingo軟件進(jìn)行求解，為樞紐交通方式運(yùn)能匹配、協(xié)調(diào)調(diào)度提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：綜合客運(yùn)樞紐；運(yùn)能匹配度；運(yùn)能協(xié)調(diào)；優(yōu)化模型

1運(yùn)能協(xié)調(diào)影響因素分析

1.1時(shí)間距離的影響

換乘乘客選擇某種方式換乘應(yīng)當(dāng)滿足其時(shí)間的要求。這里所提及的時(shí)間距離是指乘客選擇某種交通方式從樞紐站點(diǎn)到目的地所耗費(fèi)的平均時(shí)間，可結(jié)合居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)間接獲得，不同交通方式的時(shí)間距離有明顯差異，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以得出，常規(guī)公交時(shí)間距離最大，出租車則最小。

1.2換乘乘客屬性的影響

從微觀層面來(lái)考慮，換乘乘客的屬性直接影響其交通方式選擇行為，進(jìn)而影響著不同交通方式運(yùn)輸能力的需求，例如一般收入較高的換乘群體更傾向于選擇服務(wù)水平較高的交通方式，而收入較低的換乘乘客對(duì)于交通方式的服務(wù)水平?jīng)]有太高的要求，更多考慮的是出行成本的高低，更偏向于選擇較為便宜的交通方式?？偟膩?lái)說(shuō)，換乘乘客屬性主要包括：換乘乘客的個(gè)人基本特征(年齡、性別、職業(yè)、收入水平)、換乘乘客的出行屬性(是否攜帶行李、出行目的、隨行人員情況)、換乘乘客的心理偏好(偏向于舒適、方便、快捷、可達(dá)性)三個(gè)方面。

1.3各交通方式運(yùn)輸能力的影響

不同交通方式因使用的交通工具、運(yùn)營(yíng)方式的不同，導(dǎo)致其運(yùn)輸能力有所區(qū)別。對(duì)于以城市對(duì)外交通方式為主導(dǎo)交通方式、城市對(duì)內(nèi)交通為輔助交通方式的綜合客運(yùn)樞紐中，主導(dǎo)交通方式的運(yùn)輸能力較大，輔助交通方式的運(yùn)輸能力相比較小，在城市對(duì)內(nèi)交通方式中以軌道交通方式的運(yùn)輸能力最大，其次是BRT與常規(guī)公交，出租車運(yùn)能最小。在綜合客運(yùn)樞紐交通方式間運(yùn)能的協(xié)調(diào)過程中，要充分考慮各交通方式運(yùn)能的差異性。

1.4運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的影響

各交通方式運(yùn)營(yíng)支出費(fèi)用包含油耗、電耗、管理費(fèi)用、維修費(fèi)用等。綜合客運(yùn)樞紐內(nèi)部各交通方式運(yùn)行過程中能量消耗、維修方式及安全性能存在差異性，在運(yùn)能協(xié)調(diào)過程中一般應(yīng)從系統(tǒng)總費(fèi)用最小的角度出發(fā)來(lái)建立協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。

2考慮匹配度約束運(yùn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型

2.1運(yùn)能匹配度計(jì)算

運(yùn)能匹配度是指交通方式集散能力之間供需的比例，與各方式的集散能力、各方式間的換乘比例有關(guān)系。可由式3.8計(jì)算得到。

(1)

式中：zi為第i種交通方式的運(yùn)能匹配度；A為高峰小時(shí)內(nèi)，主導(dǎo)交通方式換乘客流/(人/h)；yi為第i種交通方式承擔(dān)主導(dǎo)交通方式換乘客流比例；Ci為第i種交通方式的集散能力/(人/h)；τi為主導(dǎo)交通方式換乘第i種方式的客流占第i種方式總客流的比例。

運(yùn)能匹配度可以直觀的反應(yīng)出兩種交通方式供需之間的協(xié)調(diào)程度。根據(jù)目前運(yùn)能匹配度研究結(jié)果進(jìn)行分析，將運(yùn)能匹配度劃分為以下幾個(gè)等級(jí)，如表1所示。

表1　運(yùn)能匹配度等級(jí)劃分

當(dāng)0.8≤zi≤1時(shí)，運(yùn)能匹配度較為理想，此時(shí)說(shuō)明兩種交通方式的銜接性良好，到達(dá)客流可以較快的時(shí)間內(nèi)完成集散；當(dāng)zi時(shí)，說(shuō)明主導(dǎo)交通方式換乘客流大于某輔助交通方式的接運(yùn)能力，兩種交通方式之間的協(xié)調(diào)性被破壞，此時(shí)需要通過增加輔助交通方式的車輛配置來(lái)增加其運(yùn)力，以及時(shí)疏散樞紐到達(dá)乘客。

2.2優(yōu)化模型的建立

對(duì)于以城市對(duì)外交通為主導(dǎo)交通方式，城市對(duì)內(nèi)交通為輔助交通方式的綜合客運(yùn)樞紐而言，主導(dǎo)交通方式與輔助交通方式之間的運(yùn)能協(xié)調(diào)主要是指：高峰時(shí)段內(nèi)，各輔助交通方式的接運(yùn)能力是否滿足到達(dá)客流換乘的需求。當(dāng)某一輔助交通方式的集散能力大于主導(dǎo)交通方式換入客流時(shí)，輔助交通方式可及時(shí)疏散換乘乘客。

本文從樞紐系統(tǒng)費(fèi)用最小的角度出發(fā)，以運(yùn)能匹配度為約束條件，建立運(yùn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，模型假設(shè)主導(dǎo)交通方式間無(wú)換乘量，模型具體表述如公式(2)所示。

目標(biāo)函數(shù)：

(2)

約束條件：

上述模型求解，可利用Lingo軟件結(jié)合實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

2.3實(shí)例分析

本文以遼陽(yáng)市綜合客運(yùn)樞紐為例進(jìn)行分析，該樞紐以鐵路客運(yùn)和公路客運(yùn)為主導(dǎo)方式，城市常規(guī)公交、出租車、社會(huì)車輛等為輔助交通方式。在運(yùn)能結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，考慮A級(jí)匹配水平，計(jì)算輔助交通方式的運(yùn)能分配比例，根據(jù)實(shí)際客流調(diào)查結(jié)果，遼陽(yáng)市綜合客運(yùn)樞紐鐵路客運(yùn)方式在高峰小時(shí)內(nèi)到達(dá)客流量為2743人/h，公路客運(yùn)方式在高峰小時(shí)內(nèi)到達(dá)客流量為973人/h，到達(dá)客流換乘不同交通方式的比例如表2和表3所示。

表2　鐵路客運(yùn)到達(dá)客流換乘比例

利用運(yùn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型計(jì)算輔助交通方式的運(yùn)能分擔(dān)比例如下。

=5 833.6×r1+30 383×r2+40 835.2×r3

(3)

運(yùn)能優(yōu)化模型中其它參數(shù)的取值如表4所示。

表4　參數(shù)取值

將主導(dǎo)交通方式換乘比例數(shù)據(jù)和模型參數(shù)取值運(yùn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型(公式2)中，可將約束條件簡(jiǎn)化為：

式中：r1為主導(dǎo)交通方式到達(dá)客流中，常規(guī)公交的客流分擔(dān)比例；r2為主導(dǎo)交通方式到達(dá)客流中，出租車的客流分擔(dān)比例；r3為主導(dǎo)交通方式到達(dá)客流中，社會(huì)車輛的客流分擔(dān)比例。

用Lingo軟件對(duì)上述模型求解，為求解方便用、、代替、、進(jìn)行計(jì)算。Lingo中建模過程如圖1所示。

圖1　Lingo中模型建立

Lingo中模型運(yùn)行過程和計(jì)算結(jié)果分別如圖2所示。

圖2　模型運(yùn)行過程和計(jì)算結(jié)果

由圖2可以看出a=0.49、b=0.49、c=0.27。即常規(guī)公交的客流分擔(dān)比例為0.49，出租車的客流分擔(dān)比例為0.24，社會(huì)車輛的客流分擔(dān)比例為0.27，根據(jù)上述交通方式客流分擔(dān)比例以及主導(dǎo)交通方式高峰小時(shí)內(nèi)到達(dá)樞紐的換乘客流量，可以得到樞紐輔助交通方式運(yùn)能匹配優(yōu)化結(jié)果，如表5所示。

表5　運(yùn)能匹配優(yōu)化結(jié)果

表6　優(yōu)化結(jié)果分析

通過表6可以看出，通過模型優(yōu)化后，常規(guī)公交和社會(huì)車輛分擔(dān)率分別降低了5.35%和3.30%，出租車分擔(dān)率提高8.66%，由于分擔(dān)率降低，常規(guī)公交和社會(huì)車輛的運(yùn)輸能力有所降低，這部分換乘量由出租車輛運(yùn)能承擔(dān)，這樣可以在系統(tǒng)費(fèi)用最小的前提下使輔助交通方式的運(yùn)能匹配程度達(dá)到最優(yōu)，有效的緩解公交站臺(tái)旅客滯留、交通擁堵等情況，為常規(guī)公交運(yùn)營(yíng)調(diào)度度表的設(shè)計(jì)，樞紐外部社會(huì)車輛停車場(chǎng)設(shè)計(jì)以及出租車輛的交通組織提供理論依據(jù)。

3總結(jié)

本文以運(yùn)能匹配度為約束條件，從系統(tǒng)費(fèi)用最小的角度出發(fā)，建立運(yùn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，并且根據(jù)實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)求解得到樞紐內(nèi)各種交通方式的運(yùn)能分配比例優(yōu)化結(jié)果，結(jié)合樞紐換乘客流總量，得到第種集散方式的運(yùn)能需求，從而進(jìn)行運(yùn)能配置，為樞紐內(nèi)交通方式協(xié)調(diào)調(diào)度、運(yùn)能合理配置提供理論參考。

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收稿日期：2016-03-11

作者簡(jiǎn)介：李興華(1998-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，助理工程師，研究方向：交通運(yùn)輸工程。

基金項(xiàng)目：樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題(項(xiàng)目編號(hào)：KY2015011)。

中圖分類號(hào)：U492

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)04-0136-03