一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法

技术领域

本发明涉及城市轨道系统技术领域，特别是涉及一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法。

背景技术

交通脆弱性是指交通系统对内部或外部风险场景的异常敏感性，在出现风险场景时可能导致系统容量大幅减少，交通系统的服务质量明显下降(包括可达性降低和出行成本增加)。

城市轨道交通系统是居民生活出行和城市正常运转的重要保障。但该系统也容易受到异常事件(如火灾、洪涝、施工、信号故障等)的干扰。及时准确地评估城市轨道交通系统的脆弱性，对于生产运营者日常维护管理以及进行资源调配具有重要作用。

目前，度量城市轨道系统脆弱性的评价指标有很多，主要分为基于拓扑结构的脆弱性指标和考虑客流特性的脆弱性指标。但是，以往这些指标都是静态的，无法真正的体现动态的出行需求对系统性能的影响。此外，不同异常事件对系统的干扰程度并不相同，但很少有研究考虑了不同的干扰效应。因此，本发明在传统的基于拓扑结构的脆弱性指标基础上，从不同程度运营延误的角度出发，建立了考虑动态出行需求的脆弱性指标模型，实现了城市轨道系统脆弱性的动态评估。

发明内容

针对现有城市轨道系统脆弱性评价指标非动态、未考虑事件干扰程度的问题，本发明提供了一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法。在传统的基于拓扑结构的脆弱性指标基础上，从不同程度运营延误的角度出发，建立了考虑动态出行需求的脆弱性指标模型，实现了城市轨道系统脆弱性的动态评估。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法，从不同程度运营延误的角度出发，建立了考虑动态出行需求的脆弱性指标模型，实现了城市轨道系统脆弱性的动态评估，有助于为城市轨道系统的日常维护、管理，以及灾后资源分配提供支持。为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

步骤1：采集数据，包括城市轨道系统站点和线路数据，以及AFC系统刷卡数据，包括乘客的进站点、出站点、进站和出站时间；

步骤2：利用复杂网络理论对城市轨道系统建模；

步骤3：根据行程时间和乘客容忍度确定乘客对城市轨道系统运营延误的敏感时间分界点

步骤4：根据运营延误时间T及敏感时间分界点

进一步的，所述步骤2中，利用复杂网络理论对城市轨道系统建模的具体规则为：用无向加权图G＝{N，E，W}表示城市轨道系统。图G中，节点集N＝{1，2，3，...，N}由城市轨道系统的换乘站和非换乘站组成；边集E＝{e

进一步的，所述步骤3中敏感时间分界点

进一步的，所述步骤4中，当

其中，f

τ

其中，τ

进一步的，所述步骤4中，当

其中，τ′

进一步的，所述合理路径是指在全联通的城市轨道网络，即建模获得的无向加权图中的任意OD节点的所有最短路径中，出行时间最小的、换乘次数最少的路径，至少有一条。获取方法如下：以站点间的列车运行时间作为边权重。在此基础上，根据城市轨道线路图构建具有虚拟换乘弧的网络拓扑图。以换乘弧的条数和边权重代表换乘站点的换乘次数和换乘时间，采用dijkstra算法求解任意节点间的最短路径。在出行时间最小的基础上，考虑换乘时间最小、换乘次数最少的一条或几条路径作为合理路径。

本发明提供一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法，包括以下优点：

实用性强、计算简单。本发明从不同程度运营延误的角度出发，建立了考虑动态出行需求的脆弱性指标模型，实现了城市轨道系统脆弱性的动态评估。既能够区分不同程度干扰事件对系统脆弱性的影响，又能够捕获不同动态出行需求下的脆弱性变化。有助于为城市轨道系统的日常维护、管理，以及灾后资源分配提供支持。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法的流程图。

图2为本申请实施例提供的由北京轨道交通系统建模而得的无向加权图。

图3为本申请实施例提供的不同延误时间下的系统脆弱性指标变化图。图中各条线对应的时间从上至下依次减少。

图4为本申请实施例提供的延误时间超过敏感时间分界点时的系统脆弱性指标变化图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法的流程图。

如图1所示，本申请实施例提供的一种考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法，包括以下步骤：

步骤1：采集数据，包括城市轨道系统站点和线路数据，以及AFC系统刷卡数据，包括乘客的进站点、出站点、进站和出站时间；

步骤2：利用复杂网络理论对城市轨道系统建模；

步骤3：根据行程时间和乘客容忍度确定乘客对城市轨道系统运营延误的敏感时间分界点

步骤4：根据运营延误时间T及敏感时间分界点

作为一种可能的实施方式，本申请实施例利用复杂网络理论对城市轨道系统建模的具体规则为：用无向加权图G＝{N，E，W}表示城市轨道系统。图G中，节点集N＝{1，2，3，...，N}由城市轨道系统的换乘站和非换乘站组成；边集E＝{e

作为一种可能的实施方式，本申请实施例中敏感时间分界点

作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，当

其中，f

τ

其中，τ

作为一种可能的实施方式，本申请实施例中，当

其中，τ′

作为一种可能的实施方式，本申请实施例中合理路径是指在全联通的城市轨道网络，即建模获得的无向加权图中的任意OD节点的所有最短路径中，出行时间最小的、换乘次数最少的路径，至少有一条。获取方法如下：以站点间的列车运行时间作为边权重。在此基础上，根据城市轨道线路图构建具有虚拟换乘弧的网络拓扑图。以换乘弧的条数和边权重代表换乘站点的换乘次数和换乘时间，采用dijkstra算法求解任意节点间的最短路径。在出行时间最小的基础上，考虑换乘时间最小、换乘次数最少的一条或几条路径作为合理路径。

为了更好的理解本申请实施例提供的考虑时变需求的城市轨道系统脆弱性评估方法，下面结合附图通过几个具体的实施例来对该方法进行介绍。

参见表1，表1为采集的AFC系统数据。

参见图2，该图为本申请实施例提供的由北京轨道交通系统建模而得的无向加权图。如图2所示，无向加权图由站点和边组成。

参见图3，该图为本申请实施例提供的不同延误时间下的系统脆弱性指标变化图。其中，延误时间分别为5，10，20，40和60分钟，脆弱性度量指标为：

参见图4，该图为本申请实施例提供的延误时间超过敏感时间分界点时的系统脆弱性指标变化图。脆弱性度量指标为：

综上所述，本申请实施例从不同程度运营延误的角度出发，建立了考虑动态出行需求的脆弱性指标模型，实现了城市轨道系统脆弱性的动态评估。既能够区分不同程度干扰事件对系统脆弱性的影响，又能够捕获不同动态出行需求下的脆弱性变化。有助于为城市轨道系统的日常维护、管理，以及灾后资源分配提供支持。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

表1部分AFC系统数据