基于部分客流比例评价指标的线网撤销、截短及拆分方法

摘要

本发明属于公共交通技术领域，具体涉及一种基于部分客流比例评价指标的线网的撤销、截短及拆分方法。该方法针对地面交通情况分别给出了线路撤销、截短及拆分的判断标准，并给出了3种衡量撤销、截短、拆分线路后的影响的衡量公式，便于根据不同情况选择合适的线路处理方法；而且该方法充分考虑了客流、线路长度以及到场站的距离、换乘次数等因素以及线路撤销、截短及拆分后对乘客的影响，更贴合实际情况，便于实施、准确性高。

权利要求

1.一种基于部分客流比例评价指标的线网撤销、截短及拆分方法，其特征在于：包括对地面公交线网的问题进行识别以及对不同问题的线网进行处理，其中地面公共交通线路的问题包括：线网撤销、线网截短和线网拆分；

a、线网撤销满足以下条件：

(1)地面公交线路与其他公交线路或地铁线路的重复率Ri≥50％，式中：Li表示公交线路i的长度，Lij表示公交线路i和公交线路或地铁线路j的公共长，max(Lij)表示在所有与之重复的线路中最长的，Ri表示i线路与公交线路或地铁线路的重复率；

(2)地面公共交通线路的乘坐率较低、客流量很小；

(3)线路撤销后原有线路OD的平均换乘次数小于最大换乘次数限制，即式中： 表示平均换乘次数；N为线路总站点数；Ti为撤销后原线路的OD现在通过其他公交线路的最小换乘次数；Tmax为指定的最大换乘次数限制；Pi为在第i站上下车乘客人数之和；

b、线网截短需要满足以下条件：

(1)公交线路的两端存在前K站的客流量较小；

(2)截短K站后的线路长度符合国标线路长度规定，即：Lmin≤Length≤Lmax

式中：Length表示线路计划截短K站后的长度；Lmin为国标要求的最短长度，Lmax为国标要求的最大长度；

(3)线路截短K站后的新终点站与所有场站的最近距离不大于国标要求的终点站到场站的最长距离，即：Distmin≤Dlimit

式中：Distmin表示线路截短后的新终点站与所有场站的最近距离；Dlimit表示国标要求的终点站到场站的最长距离限制；

(4)截短的K站的客流总量与全线客流量的比值不大于K站与全线站点N的相对比值，即：式中：Pi为每站客流的上下车人数之和；N为该线路的站数；K为该线路计算出合适截短的K站；α为一个阈值系数；

(5)线路截短后原有线路OD的最小换乘次数、平均换乘次数或加权平均换乘次数小于最大换乘次数，即：Ti

式中：Ti表示撤销后原线路的OD现在通过其他公交线路的最小换乘次数；表示平均换乘次数； 表示换乘次数的加权平均值；Tmax为指定的最大换乘次数限制；Pi为在第i站上下车乘客人数之和；N表示线路总站点数；

当公交线路满足以上条件时可截短前K站；

c、线网拆分需要满足以下条件：

(1)公交线路存在中间部分的站点的利用率较低；

(2)该公交线路存在双峰分布；

(3)在公交线路全线站点中存在距离中间站序左右两侧距离最近的一个极值点M；

其中M的计算方法包括以下步骤：

Ⅰ、获取公交线路的全线站点数量N，计算全线路中间站点的站序X0,Ⅱ、以X0为起点，在X0的左侧和右侧遍历寻找第一个导数为0的站点M；

Ⅲ、计算X0与M的差值衡量切分比例

1)当α大于0.25，说明该条线路不存在双峰分布不适合拆分；

2)当α小于0.25，

①计算站点M的客流量Y，以M为起点，在M的左侧和右侧分别寻找离得最近的一个极值点X1、X2，然后分别计算极值点X1和X2处的客流量Y1和Y2，计算客流分布的差异性，式中：β1,β2表示客流分布的差异性；

②计算上行的穿过客流比值

P1＝n(start

式中：n(start

③计算下行的穿过客流比值

P2＝n(start

④计算分别上、下行的客流与全线客流总量的比值式中：P表示利用到站点k的客流OD条数，Total表示该线路全部OD条数，γ为一个阈值限制，为0.25；

(4)从站点M处拆分后的线路长度符合国标线路长度规定，即：Lmin≤Length≤Lmax

式中：Length表示线路从K站拆分后的长度；Lmin为国标要求的最短长度，Lmax为国标要求的最大长度。

2.根据权利要求1所述的基于部分客流比例评价指标的线网撤销、截短及拆分方法，其特征在于：线网截短中，当Ti

当 时可以推荐线路截短。

说明书

基于部分客流比例评价指标的线网撤销、截短及拆分方法

技术领域

[0001] 本发明属于公共交通技术领域，具体涉及一种基于部分客流比例评价指标的线网的撤销、截短及拆分方法。

背景技术

[0002] 随着我国城市化的逐步发展，我国现有城市居民的数量也在逐渐上升。城市公交企业为了满足现有居民的生活出行往往根据新建小区进行公交线路的新开以及延长等操作以便于方便居民的出行。但是随着城市规模的逐渐加大，城市公交线路也会显得逐渐臃肿起来，部分线路存在重复度较高、线路长度较长等各种问题，如何针对性的处理这些线路优化问题也成为了学者目前主要研究的方向。

[0003] 韩印等在1999年提出的《城市公交线网调整优化PSO算法》,依据城市公交发展的特点，构造了公交线网优化的数学模型，提出逐条预选与搜索、优化成网算法，并利用该优化系统对几座城市进行了公交线网的优化与评价。蒋冰蕾等在1998年的城市快速轨道交通接运公交路线网规划给出了接运路线以接运效率最大为目标搜索优化算法。陈洪仁等在《分层限制的公交线网优化模型》一文中给出了分析城市公交线网的组成以及线网优化的约束及目标,从节点、线路和线网三方面对约束条件和目标函数进行研究探讨,以居民乘车出行时间最短和公交部门投入最少为目标建立公交线网优化的模型。曹玫等在2005年的《基于遗传算法的城市轨道交通接运公交线网规划》中分析了城市轨道交通接运公交线网的功能,初步界定了车站影响区,并将其离散化编码表示定义参数,以运营者消耗和使用者消耗之和最小为公交线网优化目标函数,建立模型,最后介绍了使用遗传算法搜索最优路线。

[0004] 但是上述学者在进行线网优化时通常侧重公交线路与地铁接驳规划，同时业户要涉及到用户出行时间的考虑进行公交线网的优化，虽然对线路的撤销、截短和拆分给出了如何进行识别判断方法，但并未给出撤销、截短和拆分具体实施方法。

发明内容

[0005] 针对目前的公交线网规划停留在识别判断阶段，却未进行深入研究，不利于实际操作的缺陷和问题，本发明提供一种基于比分客流比例评价指标的线网的撤销、截短及拆分方法。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于部分客流比例评价指标的线网撤销、截短及拆分方法，包括对地面公交线网的问题进行识别以及对不同问题的线网进行处理，其中地面公共交通线路的问题包括：线网撤销、线网截短和线网拆分；

[0007] a、线网撤销满足以下条件：

[0008] (1)地面公交线路与其他公交线路或地铁线路的重复率Ri≥50％，

[0009]

[0010] 式中：Li表示公交线路i的长度，Lij表示公交线路i和公交线路或地铁线路j的公共长，max(Lij)表示在所有与之重复的线路中最长的，Ri表示i线路与公交线路或地铁线路的重复率；

[0011] (2)地面公共交通线路的乘坐率较低、客流量很小；

[0012] (3)线路撤销后原有线路OD的平均换乘次数小于最大换乘次数限制，即：

[0013]

[0014] 式中： 表示平均换乘次数；N为线路总站点数；Ti为撤销后原线路的OD现在通过其他公交线路的最小换乘次数；Tmax为指定的最大换乘次数限制；Pi为在第i站上下车乘客人数之和。

[0015] b、线网截短需要满足以下条件：

[0016] (1)公交线路的两端存在前K站的客流量较小；

[0017] (2)截短K站后的线路长度符合国标线路长度规定，即：

[0018] Lmin≤Length≤Lmax

[0019] 式中：Length表示线路计划截短K站后的长度；Lmin为国标要求的最短长度，Lmax为国标要求的最大长度；

[0020] (3)线路截短K站后的新终点站与所有场站的最近距离不大于国标要求的终点站到场站的最长距离，即：

[0021] Distmin≤Dlimit

[0022] 式中：Distmin表示线路截短后的新终点站与所有场站的最近距离；Dlimit表示国标要求的终点站到场站的最长距离限制；

[0023] (4)截短的K站的客流总量与全线客流量的比值不大于K站与全线站点N的相对比值，即：

[0024]

[0025] 式中：Pi为每站客流的上下车人数之和；N为该线路的站数；K为该线路计算出合适截短的K站；α为一个阈值系数；

[0026] (5)线路截短后原有线路OD的最小换乘次数、平均换乘次数或加权平均换乘次数小于最大换乘次数限制可进行线路截短，即：

[0027] Ti＜Tmax

[0028]

[0029]

[0030] 式中，Ti表示撤销后原线路的OD现在通过其他公交线路的最小换乘次数； 表示平均换乘次数； 表示换乘次数的加权平均值；Tmax为指定的最大换乘次数限制；Pi为在第i站上下车乘客人数之和；N表示线路总站点数。

[0031] c、线网拆分需要满足以下条件：

[0032] (1)公交线路存在中间部分的站点的利用率较低；

[0033] (2)该公交线路存在双峰分布；

[0034] (3)在公交线路全线站点中存在距离中间站序左右两侧距离最近的一个极值点M；

[0035] (4)从站点M处拆分后的线路长度符合国标线路长度规定，即：

[0036] Lmin≤Length≤Lmax

[0037] 式中：Length表示线路从K站拆分后的长度；Lmin为国标要求的最短长度，Lmax为国标要求的最大长度。

[0038] 上述的基于部分客流比例评价指标的线网撤销、截短及拆分方法，线网拆分中站点M的计算方法包括以下步骤：

[0039] Ⅰ、获取公交线路的全线站点数量N，计算全线路中间站点的站序X0,

[0040] Ⅱ、以X0为起点，在X0的左侧和右侧遍历寻找第一个导数为0的站点M；

[0041] Ⅲ、计算X0与M的差值衡量切分比例

[0042] 1)当α大于0.25，说明该条线路不存在双峰分布不适合拆分；

[0043] 2)当α小于0.25时，

[0044] ①计算站点M的客流量Y，以M为起点，在M的左侧和右侧分别寻找离得最近的一个极值点X1、X2，然后分别计算极值点X1和X2处的客流量Y1和Y2，计算客流分布的差异性，[0045]

[0046] 式中：β1,β2表示客流分布的差异性；

[0047] ②计算上行的穿过客流：

[0048] P1＝n(start＜M＜end)

[0049] 式中：n(start＜M＜end)表示O点站序小于M、D点站序大于M的客流OD条数；

[0050] ③计算下行的穿过客流：

[0051] P2＝n(start＜n‑M+1＜end)

[0052] 式中：n(start＜n‑M+1＜end)表示O点站序小于n‑M+1、D点站序大于n‑M+1的客流OD条数；

[0053] (3)然后分别计算上、下行的客流与全线路客流总量的比值

[0054]

[0055] 式中：P表示利用到站点k的客流OD条数，Total表示该线路全部OD条数，γ为一个阈值限制，通常为0.25。

[0056] 当满足以上这些条件时，说明在站点M的使用率很低，可以从M处拆分。

[0057] 上述的基于部分客流比例评价指标的线网撤销、截短及拆分方法，线网截短中，当Ti＜Tmax时非常推荐线路截短；当 时比较推荐线路截短；当 时可以推荐线路截短。

[0058] 本发明的有益效果：本发明针对撤销、截短、拆分的情况给出三种路线处理方式的判别标准，并给出了3种衡量撤销、截短、拆分线路后的影响的衡量公式，便于根据不同情况选择合适的线路处理方法；其中计算线路截短算法中，充分考虑到客流、截短后的线路长度以及截短后到场站的距离、换乘次数等因素的影响，而且截短的都是客流少的站点，具有计算速度快、截短站点选择最优的优点；线路拆分算法中，该方法选择很少有乘客乘坐该线路经过这个拆分点作为拆分站点，采用多项式拟合插值计算的方法能够快速而准确的找出拆分站点的位置，具有计算速度快、拆分处选择最优的优点。

附图说明

[0059] 图1为本发明线路优化整体流程示意图。

[0060] 图2为本发明拆分线路拟合示意图。

具体实施方式

[0061] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0062] 实施例1：本实施例提供一种基于部分客流比例评价指标的线网的撤销、截短及拆分方法，该方法基于IC卡刷卡数据以及换乘影响公共交通线路进行优化，对地面公交线网的问题进行识别以及对不同问题的线网进行处理，其中地面公共交通线路的问题包括线网撤销、线网截短和线网拆分三种类型，以下针对撤销线路、截短线路以及拆分线路分别进行详细说明，如图1所示。

[0063] 第一种：线路撤销

[0064] a、线网撤销满足以下条件中的一个或多个，可将整条线网撤销。

[0065] (1)地面公交线路与其他公交线路或地铁线路的重复率R≥50％，其中：线路i与公交线路的重复率:

[0066]

[0067] 其中Li表示公交线路i的长度，Lij表示公交线路i和公交线路j的公共长，max(Lij)表示在所有与之重复的线路中最长的，Ri表示i线路与公交线路的重复率。

[0068] 线路i与地铁线路的重复率，

[0069]

[0070] 其中Li表示公交线路i的长度，Lik表示公交线路i和地铁线路k的公共长，max(Lik)表示在所有与之重复的线路中最长的，Ri’表示i线路与地铁线路的重复率。

[0071] (2)地面公交线路的乘坐率较低、客流量很小。

[0072] (3)为了满足撤销后之前的乘客出行，对撤销的N站的查询这N站的IC卡数据。根据现有的线网进行计算，计算每条客流的换乘次数接下来进行条件判断。这里采用最大阈值限定，平均值限定，加权平均值限定都可以很好的衡量截短后的影响，具体的公式如下：

[0073]

[0074] 式中：表示平均换乘次数；N为线路总站点数；Ti为撤销后原线路的OD现在通过其他公交线路的最小换乘次数；Tmax为指定的最大换乘次数限制；Pi为在第i站上下车乘客人数之和。

[0075] 当满足这些条件时可以进行撤销线路操作。

[0076] 第二种、线路截短

[0077] 假设在公交IC卡数据中发现有些线路在某些前端连续站点很少乘客乘坐，以及其行驶的路段和公交或地铁重复高时，可以考虑截短线路。

[0078] 从空间形态而言：1)线路的空间形态上要满足长度在一定范围内,2)截短后的一段距离场站要小于某一距离限制。

[0079] 从乘客的角度而言：1)截短部分的客流量要小，2)截短后乘客要有其他选择，即为乘客可以通过其他出行方式很方便的换乘来达到目的地。

[0080] 国标中对不同类型的线路长度进行区分，有普通，‘S’、‘B’、‘Y’、‘K’等线路，对不同的线路要求的长度不一样。

[0081] 需要截短的线路满足以下条件：

[0082] (1)公交线路的两端存在前K站的客流量较小；

[0083] (2)截短K站后线路长度符合国标线路长度规定；获取国标中不同类型的线路的最大长度Lmax和最短长度Lmin，计算现有线路的长度，按照国标中不同类型的线路长度对现有线路进行区分，对现有线路中长度超过Lmax的线路进行计算该从那个站点截短，

[0084] Lmin≤Length≤Lmax

[0085] 式中：Length表示线路计划截短后的长度，Lmin为国标要求的最短长度，Lmax为国标要求的最大长度；

[0086] 计算出适合截短的位置后，计算下一站距离所有场站的最短路径长度Distmin，使线路截短后的新终点站与所有场站的最近距离不大于国标要求的终点站到场站最长距离限制，

[0087] Distmin≤Dlimit；

[0088] 式中：Distmin表示线路截短后的新终点站与所有场站的最近距离，Dmax表示国标要求的终点站到场站最长距离限制。

[0089] 分别计算前K站的客流总量与全线客流，计算前K站客流与全线客流的相对比值，[0090]

[0091] 式中，Pi为每站客流的上下车人数之和，N为该线路的站数，K为该线路计算出合适截短的K站，α为一个阈值系数，表示前K站客流与全线客流的相对比值，直观体现了前K站的利用率。

[0092] 然后查询需要截短的K站的IC卡数据，根据现有线网计算截短后每条客流的最小换乘次数(比如用户从A到B使用了1和2两条线路到达B那么认为换乘次数＝1)，采用最大阈值、平均值以及加权平均值进行判断，

[0093] 截短后的影响，具体的公式如下：

[0094] Ti

[0095]

[0096]

[0097] 式中：Ti表示截短后，原线路的OD现在通过其他公交线路的最小换乘次数；表示平均换乘次数； 表示换乘次数的加权平均值；Pi为在第i站上下车乘客人数之和；Tmax为指定的最大换乘次数限制。

[0098] 第三种、线路拆分

[0099] 采用客流调查的方式计算客流，以线路站序X为自变量，以该站的客流数Y为因变量建立客流量的函数Y＝f(X)；对没有数据的站点，用多项式拟合的方式去插值，参见图2，具体如下。

[0100] 1.设拟合多项式为：

[0101] y＝a0+a0x+…+akxk

[0102] 2.各点到这条曲线的距离之和，即偏差平方和如下：

[0103]

[0104] 3.为了求得符合条件的a值，对等式右边求ai偏导数，因而我们得到了：

[0105]

[0106]

[0107] ……

[0108]

[0109] 4.将等式左边进行一下化简，然后应该可以得到下面的等式：

[0110]

[0111]

[0112] .......

[0113]

[0114] 5.把这些等式表示成矩阵的形式，就可以得到下面的矩阵：

[0115]

[0116] 6.将这个范德蒙得矩阵化简后可得到：

[0117]

[0118] 7.X*A＝Y，那么A＝(X'*X)‑1*X'*Y，便得到了系数矩阵A，同时，我们也就得到了拟合曲线。

[0119] 经过试验计算，七次函数的拟合在准确度和精度上最好。

[0120] 然后获取公交线路的全线站点数量N，计算全线路中间站点的站序X0,以X0为起点，在X0的左侧和右侧寻找距离最近的一个极值点M，即向左或右侧遍历第一个导数为0的点，然后以X0与M的差值衡量切分比例，

[0121]

[0122] 当α大于0.25时，说明这条线路的客流不存在双峰分布，不适合拆分。

[0123] 当α小于0.25时，

[0124] (1)计算站点M的客流量Y，以M为起点，在M的左侧和右侧分别寻找离得最近的一个极值点X1、X2，然后计算X1和X2处的客流量Y1和Y2，采用下式计算客流分布的差异性：

[0125]

[0126] 式中：β1,β2衡量了客流分布的差异性，β1,β2的值越大表示拆分处的站点客流越小。

[0127] (2)然后计算上行的穿过客流比值和下行的穿过客流比值，

[0128] ①上行的穿过客流：

[0129] P1＝n(start＜M＜end)

[0130] 式中：n(start＜M＜end)表示O点站序小于M、D点站序大于M的客流OD条数；

[0131] ②下行的穿过客流：

[0132] P2＝n(start＜n‑M+1＜end)

[0133] 式中：n(start＜n‑M+1＜end)表示O点站序小于n‑M+1、D点站序大于n‑M+1的客流OD条数，如下表，

[0134]   1 2 3 4 5 6 7  LINE_NO IS_UP_DOWN LABEL_NO_O STATION_ID_O LABEL_NO_D STATION_ID_D PASSENGER
2 1 0 2 138605 3 138395 24
3 1 0 2 138605 6 131240 10
4 1 0 2 138605 7 131279 10
5 1 0 2 138605 8 130976 2
6 1 0 2 138605 9 130987 2
7 1 0 3 138395 4 136814 10
8 1 0 3 138395 5 138400 18
9 1 0 3 138395 6 131240 18
10 1 0 3 138395 7 131279 12
11 1 0 3 138395 8 130976 30
12 1 0 3 138395 9 130987 20
13 1 0 3 138395 10 131000 8
14 1 0 3 138395 12 136540 2
15 1 0 3 138395 13 136548 2

[0135] 例如计算出站点应该在5号站点截取，那么从表中找上车站序列小于5、下车站序大于5的行，把他们的乘客数值相加即为穿过客流。

[0136] ③然后分别计算上、下行的客流与全线路客流总量的比值；

[0137]

[0138] 式中：P表示利用到站点k的客流OD条数，Total表示该线路全部OD条数，γ为一个阈值限制，通常为0.25。

[0139] 当满足以上这些条件时，说明在站点M的使用率很低，可以从M处拆分。

[0140] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。