淺析數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略

梁國(guó)政

摘要：本文針對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略做出了進(jìn)一步探究，詳細(xì)分析了OD概率矩陣、單一線路乘客線路模型、模型求解，有益于制定相應(yīng)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng);城市軌道交通;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

當(dāng)前，因?yàn)檐壍澜煌ǖ陌l(fā)展速度越來越快，優(yōu)勢(shì)非常突出，所以居民選擇軌道交通作為出行方式已經(jīng)非常普遍，并對(duì)其產(chǎn)生了非常大的依賴。因此客流量較大，很多城市都對(duì)限流政策進(jìn)行了編制，可以在將列車超載現(xiàn)象減小的前提下，盡量將乘客出行時(shí)間縮短。例如：乘客的滯留時(shí)間等。但由于經(jīng)營(yíng)的擴(kuò)大，客流量的增加，存在的隱患問題也越發(fā)突出，如擁擠存在的安全問題、出行率不高等等。所以，對(duì)于客流控制策略的有效編制，還需要進(jìn)一步強(qiáng)化和提升。本文，針對(duì)乘客總出行等待時(shí)間指標(biāo)、出行延誤時(shí)間、懲罰系數(shù)以及總載車旅行時(shí)間指標(biāo)，對(duì)限流模型目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了構(gòu)建，從而對(duì)最佳的單向協(xié)同限流方案進(jìn)行編制。

1、構(gòu)建OD概率矩陣

對(duì)于一個(gè)OD矩陣的有效構(gòu)建，需對(duì)一個(gè)起點(diǎn)到終點(diǎn)之間的出行過程給予對(duì)應(yīng)，該矩陣屬于路網(wǎng)交通流量分配當(dāng)中的有效計(jì)算形式，是在交通小區(qū)之間的出行OD以及相應(yīng)的路段流量基礎(chǔ)之上進(jìn)行的[1]。

例如：在北京區(qū)域，對(duì)于地鐵的構(gòu)建，只有一個(gè)OD區(qū)間站，為四惠東站一直到四惠站。其中換乘站為四惠東站，可以與1號(hào)線進(jìn)行連接，所以，四惠東站當(dāng)中的乘客進(jìn)站超過了對(duì)1號(hào)線或者八通線上行方向需要乘車的旅客，而八通線下行方向乘坐的旅客非常少，幾乎為零，可以不進(jìn)行考慮。早高峰時(shí)段，八通線的客流量非常大，很多車站15分鐘內(nèi)有超過500乘客量進(jìn)站，最大值為雙橋站，時(shí)刻為7：30，人數(shù)為4489人，這時(shí)的擁擠度為最高。此外，列車具備的運(yùn)輸能力，對(duì)后續(xù)車站的擁擠情況有著直接的影響。同時(shí)，其他一些車站的客流量，人數(shù)也非常大，例如：傳媒大學(xué)站等等，需要將客流擁擠的問題加以改善。

為了對(duì)乘客進(jìn)站之后所去方向的客流比例進(jìn)行有效表示，需要對(duì)OD概率矩陣進(jìn)行構(gòu)建，以便將進(jìn)站流量的實(shí)際流向結(jié)構(gòu)加以反映[2]。其中，本次探究當(dāng)中，借助八通線早高峰當(dāng)中的客流量數(shù)據(jù)作為OD客流數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)合各車站進(jìn)站人數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù)，可對(duì)下行方向當(dāng)中的向上乘客出行OD概率矩陣進(jìn)行獲取。由于在中間車站，沒有較多的乘客下車，加之運(yùn)輸能力產(chǎn)生的限制作用，以至于后續(xù)車站當(dāng)中的乘客上車存在很多的困難，滯留乘客比較多，由此便產(chǎn)生了運(yùn)營(yíng)癱瘓問題，甚至引發(fā)安全事故。所以需要對(duì)更加科學(xué)的單線協(xié)同限流策略進(jìn)行編制，以便對(duì)線路的正常運(yùn)行給予保障。

在對(duì)該列車線詳細(xì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查之后，獲知了八通線列車車輛的一系列數(shù)據(jù)：其一，載客能力標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際為256，最大滿載能力數(shù)值為1428;其二，在早高峰階段下行方向的固定發(fā)車間隔為每三分鐘發(fā)出一趟列車，所以車間隔為f=3;其三，由于早高峰階段列車的停站時(shí)間非常短，所以停站時(shí)間對(duì)模型最終的求解結(jié)果并沒有影響。本次探究當(dāng)中，對(duì)停車時(shí)間忽略。借助首趟列車的到達(dá)時(shí)刻，對(duì)后續(xù)列車的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算;其四，最高聚集人數(shù)的計(jì)算，可通過車站實(shí)際面積和乘客最小人均占用面積之間的比獲取;其五，在八通線當(dāng)中，排除四惠東站以及四惠站，其他都設(shè)置了側(cè)式站臺(tái)，所以在下行方向并沒有上下行方向站臺(tái)共同應(yīng)用的問題，所以不對(duì)上下方向客流針對(duì)車站能力產(chǎn)生的占用情況進(jìn)行考慮。

2、單一線路乘客線路模型

2.1出行等待時(shí)間指標(biāo)計(jì)算

總出行等待時(shí)間，具體來說便是乘客在抵達(dá)站口之后，由于限流問題，不能及時(shí)進(jìn)入到車站當(dāng)中，在付費(fèi)區(qū)域所發(fā)生的等待延誤時(shí)間[3]。還包括在到達(dá)車站之后等待車輛的時(shí)間，或者由于車輛滿載，不能繼續(xù)承載乘客發(fā)生的滯留延誤時(shí)間，具體的公式為：

Twaiting=Tqw+Tqt+TqT

由于限流導(dǎo)致乘客對(duì)時(shí)間發(fā)生的延誤非常普遍，因?yàn)楦叻鍟r(shí)段車站會(huì)發(fā)生擁擠情況，有較高的聚集人數(shù)。從車站能力以及安全方面進(jìn)行考量，需要對(duì)進(jìn)站口開展限流，以便有效對(duì)乘客的進(jìn)入有所阻止，乘客由于限流而耽誤的時(shí)間計(jì)算公式為：

Tql+ 1·Twaiting

乘客在抵達(dá)車站之后，會(huì)由于車輛載客能力有限，不能及時(shí)上車，以至于在站臺(tái)發(fā)生滯留，需要等待下一列地鐵，產(chǎn)生的滯留延誤時(shí)間計(jì)算公式為：

Tqw= b·Teaiting

2.2乘客總在車旅行時(shí)間指標(biāo)

在高峰時(shí)期，為了使更多的旅客能夠第一時(shí)間快速離開車站，將運(yùn)輸目標(biāo)完成，避免過多人數(shù)滯留。在探究當(dāng)中通過O站進(jìn)站上車，終點(diǎn)到達(dá)D站的乘客，以及相應(yīng)的車時(shí)間成績(jī)，對(duì)乘客旅行時(shí)間加以表示，具體的公式為：

Ttravel= ·（td-to）

車旅行時(shí)間將其在單線多站服務(wù)體系當(dāng)中有所延伸，在主線當(dāng)中，車旅行時(shí)間可將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，成為所有見載客人數(shù)和相應(yīng)的列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)間乘積求和，具體的公式為：

Ttravel=

通過相應(yīng)的分析可知，車旅時(shí)間與車乘客人數(shù)之間的比為正向關(guān)系，與乘客在車時(shí)間也為正向關(guān)系，這便說明車旅時(shí)間如果越長(zhǎng)，那么車載客人人數(shù)便會(huì)越大。

2.3乘客出行延誤時(shí)間懲罰系數(shù)，

3、模型求解分析

根據(jù)客流數(shù)據(jù)，八通線列車相關(guān)數(shù)據(jù)等，針對(duì)其中7站開展限流，從而對(duì)單線協(xié)同限流方案進(jìn)行計(jì)算，具體如表一所示

針對(duì)限流效果最突出的前5站開展分析，獲取限流前以及之后的數(shù)據(jù)，如表二所示。

4、結(jié)語：

總之，對(duì)于出行等待時(shí)間指標(biāo)、車旅行時(shí)間指標(biāo)以及出行延誤時(shí)間懲罰系數(shù)三項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)定，對(duì)單一線路乘客限流模型目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了構(gòu)建。通過該地鐵線路的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析，結(jié)合相應(yīng)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)限流之后乘客出行時(shí)間平均減少了9.60%。說明該項(xiàng)方法非常有效，可通過進(jìn)一步優(yōu)化，產(chǎn)生更加理想的效果和作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝淋東， 王晨晨， 劉乾坤，等. 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略[J]. 應(yīng)用數(shù)學(xué)進(jìn)展， 2020， 9（6）.

[2]翟光洲， 劉曉強(qiáng)， 趙時(shí)旻， et al. 城市軌道交通乘客信息系統(tǒng)服務(wù)框架優(yōu)化策略[J]. 城市軌道交通研究， 2008， 011（010）：50-53.

[3]胡雪霏. 2017大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理創(chuàng)新與發(fā)展研討會(huì)在京圓滿召開[J]. 城市軌道交通， 2017， 000（006）：42-43.