[发明专利]一种城市轨道交通乘客出行路径建议方法及系统

权利要求书

1.一种城市轨道交通乘客出行路径建议方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：乘客进站并选择出站信息，并将乘客进出站信息统计入系统；

步骤2：计算城市轨道交通网络区间和站点的广义费用，并根据该广义费用作为路段权重，求解进出站之间的最短路径，作为乘客出行路径的选择之一；

包括如下步骤：

步骤21：城市轨道交通网络影响乘客进行路径选择的因素包括车载时间、等待时间和步行时间，通过分析三个广义费用影响因素对于乘客路径选择的影响建立广义费用函数；

步骤22：根据步骤21所述的广义费用影响因素计算出行时间，出行时间是一个关于车载时间，等待时间和步行时间的加权函数f(t)：

f(t)＝(t₁,t₂,t₃)，

其中，t₁为车载时间，t₂为等待时间，t₃为步行时间，t为出行时间总和；

步骤23：根据步骤21和步骤22所述的广义费用影响因素计算车载时间，车载时间t₁由车辆运行时间和车辆停站时间组成：

其中，t_a为车辆运行时间，p_a为车辆停站时间，车辆运行时间t_a在城市轨道交通运行的过程中是指车辆在站间的运行时间，车辆运行时间等于运行站间的长度l_a和车辆运行速度v_a之比；车辆在系统中运行的停站时间为常数c，即车辆停站时间p_a＝c；

步骤24：根据步骤21和步骤22所述的广义费用影响因素计算等待时间t₂，等待时间t₂由购票等待时间以及排队等待时间构成，排队等待时间又可分为进站排队时的消耗时间，以及进站后上车前排队候车时间；

购票等待时间以及进站排队时等候时间主要是由于进站闸机口的设置以及购票检票时的乘客滞留所产生的时间：

其中，w₁为购票等待时间及进站排队时间，其值为常数m，w₂为乘客进站后等待列车的时间，该时间取决于线路的发车时间间隔，乘客进站候车的平均等待时间取为发车时间间隔h的一半；

步骤25：根据步骤21和步骤22所述的广义费用影响因素计算步行时间，步行时间t₃由进出站步行时间以及换乘步行时间构成，进出站步行时间为乘客进站时由车站某入口经过一系列步行行走至站台所消耗的时间及乘客到达终点车站下车后经过一系列步行直至车站某一出口所消耗的时间之和，进出站时间和车站的布局设计有关，进出站时间为wt₁，进出站时间记为常量n；换乘步行时间是乘客换乘时在换乘通道上所花费的时间，换乘步行时间主要和换乘通道的距离相关，换乘步行时间可以由换乘通道距离比乘客平均步行速度得到，定义换乘步行时间为wt₂，换乘通道长度为s，v_人为1m/s，得到：

由此得到步行时间t₃：

t₃＝wt₁+wt₂＝n+s；

步骤26：根据步骤22、步骤23、步骤24和步骤25所述广义费用影响因素建立广义费用函数，进一步如下：

定义β₁、β₂、β₃为车载时间、等待时间、步行时间的加权因素，且β₁，β₂，β_3≥1，由此得到考虑加权因素的路径广义费用函数F为：

F＝β₁t₁+β₂t₂+β₃t₃，

展开得到路径广义费用函数F为：

式中：β₁，β₂，β₃分别为车载时间，等待时间和步行时间的加权因素，l_a为起止点运行区间长度，v_a为列车平均运行速度，h为列车发车时间间隔，c为停站时间总和，m为购票排队进站时间，n为进出站总时间，s为换乘通道长度；

步骤27：选择广义费用为权重的最短路径，使用Dijkstra最短路径算法搜索以广义费用作为路段及节点权重的最短路径，搜索出的最短路径即作为系统选择的路径之一；

所述步骤27进一步包括：

步骤271：将轨道交通网络所有的车站分为两部分：已知最短路径的车站集合P；未知最短路径的车站集合Q，在初始条件下，已知最短路径的车站集合P中只存在起始车站；定义book[i]数组用于记录哪些车站在集合P中，对于车站i，book[i]为1表示车站i在集合P中，book[i]为0则表示车站i在集合Q中；一维数组dis用于存储起始车站到其余各个车站的路程；

步骤272：令起始车站a到自身的最短路径为0，即dis＝0，若起始车站存在可直接到达的车站i，则把dis[i]设为e[a][i]，同时设置所有起始车站不可直接到达的其他车站的最短路径为∞；

步骤273：在集合Q的所有车站中选择一个离起始车站a最近的车站u加入到集合P中，即将dis[u]最小的车站u加入到集合P中；并检查所有以车站u为起点的路段，对每一条路段都进行松弛操作，如若存在一条从u到任一车站v的路段，则可以通过将路段uv添加到尾部来拓展一条从a到v的路径，且这条路径的长度为dis[u]+e[u][v]，若求出的值比目前已知的dis[v]的值要小，则可以用求解值替代当前dis[v]中的值；

步骤274：重复执行步骤273，直到集合Q中无车站元素，算法结束，最终dis[]数组中的值就是起始车站到其他所有车站的最短路径；

步骤3：利用Anylogic软件建立起城市轨道交通客流分配模型，反映轨道系统中所有乘客的出行信息，并以此模型判断步骤2中搜索的最短路径中车站拥挤度是否达到拥挤度的阈值，若未达到阈值，系统打印步骤2中搜索的最短路径出行小票，该乘客的路径分配结束；否则，转步骤4；

所述步骤3进一步为：

步骤31：使用Anylogic软件建立起城市轨道交通客流分配模型，以反映轨道系统中所有乘客的出行信息，该客流分配模型分为轨道系统线路模型和车门控制模型两个部分；

步骤32：轨道系统线路模型部分模型模拟静态轨道交通网络，其包括车站、列车及运行线路、线路换乘和选择支模型四个部分；

车站：乘客进站时经历售票排队及由售票处步行至站台两处延误，模型使用delay模块模拟两项延误，source控件EnterL1_1、EnterL1_2、EnterL1_3、EnterL1_4、EnterL2_1、EnterL2_2生成乘客，乘客到达车站后经由delay控件StninL1_1、StninL1_2、StninL1_3、StninL1_4、StninL2_1、StninL2_2产生购票时间延误，随后经过售票处步行至站台时间延误，PfL1_1、PfL1_2、PfL1_3、PfL1_4、PfL2_1、PfL2_2表示，hold控件cStninL1_1、cStninL1_2、cStninL1_3、cStninL1_4、cStninL2_1、cStninL2_2表示进站闸机形成第一处客流控制，另一处hold控件TctrlL1_1、TctrlL1_2、TctrlL1_3、TctrlL1_4、TctrlL2_1、TctrlL2_2表示乘客到达站台后等待列车到达的客流阻断；乘客出站时经历从站台步行至车站出口与离开系统两个事件，使用delay控件StnExitL1_1、StnExitL1_2、StnExitL1_3、StnExitL1_4、StnExitL2_1、StnExitL2_2表示乘客出站由站台步行至出站口的延误，最后通过sink模块ExitL1_2、ExitL1_3、ExitL1_4、ExitL1_5、ExitL2_2、ExitL2_3表示乘客离开系统；

结合乘客出行需求，由selectoutput模块L1_2、L1_3、L1_4、L2_2表示乘客到达车站后选择继续旅行或出站；

列车及运行线路：使用delay模块表示列车在线路上的时间延误，模型示例建立两条线路，线路1有5个站点4个站间区间，线路2有3个站点2个站间区间，两条线路通过一个交汇的车站换乘；

线路1使用4个delay模块TripL1_1、TripL1_2、TripL1_3、TripL1_4表示四个站间区间，每两个delay模块之间通过selectoutput选择支模块L1_2、L1_3、L1_4连接；线路2使用2个delay模块TripL2_1、TripL2_2表示两个站间区间，两个delay模块之间通过selectoutput选择支模块L2_2连接；selectoutput选择支作用为乘客在到达车站后可选择继续旅行，出站或是换乘；

线路换乘：模型中线路1车站3与线路2车站2实际上为同一车站，为了方便描述换乘行为，将换乘站分为两个部分进行分析；首先建立两个车站，由这两个车站共同组成换乘站；模型中通过selectoutput选择支模块InterCFromL1_L2、InterCFromL2_L1描述两条线路之间的换乘行为，建立完成换乘车站后，将两车站通过connector连接器联系起换乘站位于两条线路上的部分，即将一车站的换乘出口连接至转线车站的进站步行通道上，通过连接selectoutput选择支模块InterCFromL1_L2的false端至线路2的步行进站延误PfL2_2和连接selectoutput选择支模块InterCFromL2_L1的false端至线路1的步行进站延误PfL1_3实现；false端为selectoutput控件中未赋值的一端；

选择支：selectoutput模块表示乘客在存在选择的情况下做出选择的行为，选择支的选择概率通过对选择支赋值定义，如定义选择支概率为0.9，则表示selectoutput控件true端选择概率为0.9，false端选择概率为0.1；true端为selectoutput控件中赋值的一端；

模型中选择支使用在两处，一是通过车站的选择支模型，一个是换乘车站的选择支模型，通过车站的选择支模型L1_2、L1_3、L1_4供乘客在达到达车站后选择继续旅行或是出站，换乘车站的选择支控件设置两个，一个是通过选择支L1_3、L2_2选择是否继续沿本线旅行，对选择支控件赋值即为乘客继续沿本线旅行的概率；一个是通过选择支InterCFromL1_L2、InterCFromL2_L1选择换乘或出站，对选择支控件赋值即是出站乘客的概率；

步骤33：根据步骤31，步骤32所述建立城市轨道交通客流分配模型，轨道系统线路模型部分模拟静态轨道交通网络，综合步骤32所述四个部分，构建完整的轨道系统线路模型；

步骤34：根据步骤31所述建立城市轨道交通客流分配模型，车门控制系统模型部分建立车站的列车控制模型，通过控制车门的开关模拟列车的运行，通过控制车门的开关模拟列车的运行需要使用流程图的方式建立起一个关于时间的流程图，流程中包括状态初始化cPfL1_1、cPfL1_2、cPfL1_3、cPfL1_4、cPfL2_1、cPfL2_2，列车的发车时间，列车发车时间间隔以及车门开门时间；

将区间分为两种类型，一种是始发终到区间，一种是通过区间，在始发车站定义发车时间为时刻0，终点车站列车到达后无发车时间，故始发终到站区间车门控制模型不需要设置车辆的发车时间，始发终到区间应考虑列车发车时间间隔和车门开门时间以模拟列车的运行，模型中使用变迁定义状态的改变，设置两个变迁，一个变迁cWaitTrainL1_1、cWaitTrainL2_1、cWaitTrainL2_2用于设置车门两次开启的时间间隔即列车的发车时间间隔；另一个变迁cReleaseL1_1、cReleaseL2_1、cReleaseL2_2用于设置车门的开启时间即列车的停站时间；对于通过区间而言，应首先定义列车的发车时间，通过变迁InitL1_2、InitL1_3、InitL1_4实现；后面设置同始发终到区间类似设置两个变迁，一个变迁cWaitTrainL1_2、cWaitTrainL1_3、cWaitTrainL1_4用于设置车门两次开启的时间间隔即列车的发车时间间隔；另一个变迁cReleaseL1_2、cReleaseL1_3、cReleaseL1_4用于设置车门的开启时间即列车的停站时间，以上两种类型的车门控制模型组成系统车门控制模型；

步骤35：建立城市轨道交通客流分配模型，以此模型判断步骤2中搜索的最短路径中车站拥挤度是否达到拥挤度的阈值，该步骤具体如下：

拥挤度阈值设定为站房最高聚集人数的80％，当到达车站的人数未达到站房最高聚集人数的80％时，系统选择步骤2中搜索的最短路径作为乘客的出行路径并打印，当到达车站的人数达到80％时，为防止车站人数进一步聚集而影响乘客的出行效率，此时系统将选择新的路径以提供给乘客出行使用，并转向下一步骤；

步骤4：根据城市轨道交通网络区间和站点的广义费用，搜索进出站之间的次短路径，作为乘客出行路径的选择；

步骤5：系统打印包含所述进出站之间的次短路径信息的出行小票，该乘客的路径分配结束；

步骤6：乘客按照系统打印的出行路径建议小票出行，结束。