組合出行模式下動態(tài)交通路徑選擇模型研究

林潔 裴廷福 王夏秋

摘要：通過對于城市交通網(wǎng)絡(luò)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，電動車作為常見的出行方式，短距離內(nèi)具備靈活特點，但是長距離出行受到限制，同時電動車對于交通管理及疏導帶來困難。利用超級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建組合出行網(wǎng)絡(luò)，并利用logit模型進行動態(tài)交通分配進行研究，建立電動車與公共交通組合出行模式，提高城市公共交通利用率，同時為電動車停放點規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：組合出行;超級網(wǎng)絡(luò);動態(tài)交通路徑選擇

隨著城市與交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不斷完善，新增交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對于城市布局產(chǎn)生影響，出行逐漸需要采取一種或多種交通方式。在軌道交通網(wǎng)絡(luò)逐漸完善的過程中，出現(xiàn)接駁不順暢問題，公交與城市軌道交通，電動車與城市軌道交通之間的換乘受多方面因素擾動。確定組合預測下動態(tài)交通分配模型有助于決策者掌握換乘的不利因素，為出行者提供出行選擇，為城市ITS系統(tǒng)提供建設(shè)基礎(chǔ)。南寧市由于城市特征及出行者習慣，電動車在15公里范圍之內(nèi)為主要的出行模式。

在考慮出發(fā)時間的組合出行動態(tài)路徑選擇模型文中考慮出行者出發(fā)時間，建立了動態(tài)交通分配模型，在考慮路段狀態(tài)、路段出行時間等約束條件下的交通分配結(jié)果;組合出行模式下的隨機交通平衡分配模型及算法中建立超級網(wǎng)路，并在彈性需求下分析分析了出行者行為。上海軌道交通客流出行方式鏈模型研究中以上海軌道交通為研究對象，通過組合網(wǎng)絡(luò)揭示軌道站點周邊的用地、配套交通設(shè)施與軌道客流之間的內(nèi)在關(guān)系。

1.組合出行模式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

根據(jù)圖論的方法，在組合交通方式網(wǎng)絡(luò)根據(jù)出行方式劃分，主要考慮幾種出行模式：（1）步行網(wǎng)絡(luò)。步行機動性較強，體力消耗較大，因此步行網(wǎng)絡(luò)范圍較小，在上網(wǎng)、下網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換過程中予以使用。（2）電動車網(wǎng)絡(luò)。不考慮共享電動車模式，電動車歸屬于出行者個人，因此會在首層網(wǎng)絡(luò)或上網(wǎng)過程中產(chǎn)生，且電動車出行對于路段狀態(tài)、路段出行時間等約束較少;（3）地鐵網(wǎng)絡(luò)，具備地鐵的交通網(wǎng)絡(luò)作為出行的主要方式，能夠與其他公共交通方式共同承擔出行過程，軌道交通網(wǎng)絡(luò)具備準時、快速等特點，阻抗小，出行成本低的特點;（4）公共交通網(wǎng)絡(luò)，作為傳統(tǒng)的交通模式，具備環(huán)保，出行成本低等特點，但是受到路面阻抗、天氣等因素擾動突出。

在組合出行構(gòu)成的超級網(wǎng)絡(luò)當中，出行者單次出行主要經(jīng)歷一下過程：確定起訖點后，選擇步行或電動車方式上網(wǎng)，到達第一種交通方式與第二種交通的方式的交叉點或者臨近節(jié)點，換乘至第二種交通網(wǎng)絡(luò)上，到達目的地點附近，通過步行或其他方式下網(wǎng)。利用超級網(wǎng)絡(luò)理論，將原有的交通網(wǎng)絡(luò)進行斷面劃分，構(gòu)成交通出行網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示：

通過對城市公共交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖、城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖及電動車停放點的調(diào)研，得到層級網(wǎng)絡(luò)圖，其中電動車網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)點為近起點處電動車停放點、近換乘電動車停放點，若沒有提供電動車停放點，上網(wǎng)路徑直接選擇到達地鐵網(wǎng)絡(luò)層，達到地鐵網(wǎng)絡(luò)層某節(jié)點后，選擇下網(wǎng)或換乘公交網(wǎng)絡(luò)層后到達終點。該超級網(wǎng)絡(luò)中每一種交通方式都構(gòu)建在同一個子網(wǎng)上，網(wǎng)絡(luò)間通過換乘路徑接駁，形成一個有向網(wǎng)絡(luò)圖，可描述為：

其中

W為出行方式子網(wǎng)層集，利用b、t、m分別表示公交出行、地鐵出行、電動車出行，則;

V為子網(wǎng)中的節(jié)點集，其中為起點集、為終點集，節(jié)點可以為電動車停車點、公交車站、地鐵站、路網(wǎng)節(jié)點等地;

E為子網(wǎng)中的走行弧集，與出行方式子網(wǎng)層級保持一致，即

L為上網(wǎng)及下網(wǎng)弧集，為上網(wǎng)弧集，為下網(wǎng)弧集;

A為換乘弧集，其中為同網(wǎng)絡(luò)換乘弧集，為異網(wǎng)絡(luò)換乘弧集;

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建需要考慮實際出行情況，因此在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中并不是所有路均連通，主要考慮以下幾個約束：（1）換乘交通方式不會多于所設(shè)置的最大限制條件;（2）不存在回路;（3）不存在連續(xù)換乘弧;（4）某種出行設(shè)計距離限制，如上網(wǎng)路段及下網(wǎng)路段不超出上限，電動車行駛距離不超過。

通過網(wǎng)絡(luò)建模后，將圖一中的起訖點出行可以描述為三條路徑：

1. O→→→→→→→d
2. O→→→→→d
3. O→→→→→d

2.費用函數(shù)及交通分配模型

交通配流過程中，界定幾個假設(shè)條件，網(wǎng)絡(luò)之間不存在交叉與重疊，只在換乘部分相互連接，考慮電動車具備所屬性，因此電動車出行模式只能為第一種出行模式，并有距離先限制。為了便于描述將電動車、地鐵及公交車三種出行模式標定為1、2、3。

2.1費用函數(shù)

在超級網(wǎng)絡(luò)中，每次出行由上網(wǎng)弧、出行模式弧、換乘弧、下網(wǎng)弧費用組成

根據(jù)經(jīng)典的費用構(gòu)成，每一段弧的費用由該種交通方式的費用成本、時間—費用成本及舒適度三部分構(gòu)成，其中時間—費用包含旅行時間及等待時間，即：

其中為第w種出行模式下第e條弧的出行總費用，為第w種出行模式下第e條弧的時間—費用成本，為第w種出行模式下第e條弧的費用成本，為第w種出行模式下第e條弧的舒適度成本，其中，。

對于各條弧具體費用的表達：

1. 電動車出行費用：

1. 地鐵出行費用：

、、

1. 公交出行費用：

、、

其中為當前交通方式下自由流時間，當前交通方式下舒適度損耗，為路段長度，為電動車出行費用成本。

2.2交通配流模型

交通配流問題是交通規(guī)劃核心，針對于交通配流問題主要分為靜態(tài)交通分配及動態(tài)交通分配。根據(jù)Wradrop用戶平衡準則，出行車會選擇最短路出行。而在動態(tài)交通配流過程當中，道路的阻抗隨時間的變化發(fā)生改變，也就是隨機平衡配流問題。對于基于組合出行的超級網(wǎng)絡(luò)，考慮彈性需求建立logit模型，并通過建立模型及求解建立，分析出行者對于路線的選擇。

引入logit模型解釋出行者選擇，并建立變分不等式，即可建立模型，并進行求解。

3.結(jié)束語

根據(jù)城市公共交通網(wǎng)絡(luò)及調(diào)研結(jié)果，通過模型研究及求解可獲得交通配流結(jié)果，為電動車停放點設(shè)置參考，交通引導方向及智能交通引導奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]孟夢，考慮出發(fā)時間的組合出行動態(tài)路徑選擇模型[J]，中南大學學報，2014（10）：3676-3680.

[2]周豪，考慮距離因素的多方式交通超級網(wǎng)絡(luò)均衡配流模型及算法[J]，山東科技，2018（3）：66-72.

基金項目：2017年廣西交通職業(yè)技術(shù)學院重點科研項目《組合出行方式的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及優(yōu)化問題研究》（項目編號JZY2017KAR01）