CN113361984B - 基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法和***,将实时客流数据与运力配置数据传入本发明所述的互馈模型中,得到客流分配方案与运力配置方案,若得到的客流分配方案与实时客流的差异度在规定范围内,则实施目前的运力资源配置方案;若不在规定范围内,则将此时客流数据输入到互馈模型中重新计算,如此往复,达到客流与运力资源的动态耦合。本发明在交通方式的效用函数中加入了影响运力资源配置的变量,同时,在空港枢纽陆侧交通***的利润函数加入影响旅客选择交通方式行为的变量,以此达到互馈模型中两个子模型互相影响的目的,最终使客流与运力流达到动态平衡,多交通方式间达到运力资源配置平衡。
Description
技术领域
本发明属于空港枢纽交通调度领域,涉及一种空港客流与陆侧多交通方式动态耦合的方法和***,尤其是能够在客流突发大规模变化下对陆侧交通运力配置方案进行调整。
背景技术
超大型空港枢纽是连接空中交通和地面交通的中心环节,承担着疏散呈脉冲式出现的航空旅客流的责任。空港枢纽陆侧交通方式众多,集公交大巴、出租车、轨道交通和私人交通等多种交通方式于一体,旅客可选择任意一种交通方式离开机场。通常来说,枢纽机场陆侧公共交通的调度方案不会随着客流变化进行调整,这就会导致一种或多种交通方式运力无法与实时客流耦合,旅客在换乘时会出现某种交通方式排队人数过多,旅客排队时间过长,或者出现某种交通方式无人问津,运力资源过剩。以专利《基于双层规划的客运枢纽多交通方式的运力匹配方法》(申请号:202010350462 .1)为代表,提出了空港枢纽陆侧多交通方式运力匹配的模型,但却未对客流与运力流间的动态耦合进行深入研究。
发明内容
为了考虑空港枢纽集散动作频繁的客流变化与陆侧交通运力资源配置的相互影响,本发明提供一种基于互馈模型的客流与运力流动态耦合方法和***,该方法不仅能基于动态变化的航空客流对陆侧交通方式进行动态调整,而且能够达到陆侧各交通方式之间运力资源匹配的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明提供了一种基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法,其包括如下步骤:
1)根据实时客流数据和运力配置数据,基于互馈模型得到客流分配方案与运力配置方案,其中,互馈模型的主模型为运力资源配置模型,反馈模型为客流分配模型;运力资源配置模型得到当前客流分配情况下最优运力资源配置方案,并输出运力资源配置方案的决策变量,将决策变量传入客流分配模型中得到客流分配方案;所述客流分配模型中旅客选择各交通方式的性价比函数配置为与所述决策变量相关,所述运力资源配置模型中交通***的利润函数配置为与旅客选择交通方式的行为相关;
2)反馈模型得到平衡后的客流分配方案以及运力资源配置方案之后,与实时脉冲客流相比较,若客流分配方案与实时客流的差异度在规定范围内,则实施目前的运力资源配置方案;若不在规定范围内,则将此时客流数据输入到互馈模型中重新计算,直至客流分配方案与实时客流的差异度在规定范围内,输出最终运力资源配置方案。
进一步的,所述反馈模型中的性价比函数与所述决策变量相关,反馈模型得到的客流分配方案随着主模型的运力资源配置方案的变化而变化。
进一步的,所述步骤1)中的客流分配模型为随机效用模型;旅客可选择i种出行方式离开机场,各交通方式的性价比函数即为效用函数,各交通方式性价比大小即为路径阻抗。
进一步的,本发明选择三个指标作为衡量选择某种交通方式的“性能”。其一,旅客搭乘该种交通方式能够离开机场的距离数;其二,旅客在搭乘该种交通方式时感到“舒适度”的距离数,对于旅客感知到的“舒适度”是以交通方式的拥挤程度作为衡量参数;其三,旅客利用等候该种交通方式的时间去乘坐私家车而离开机场的距离数,这是指标作为“负性能”指标,与前面两个指标对性能的影响成反比。
进一步的,本发明中,所述的离开机场的出行方式包括大巴公交、轨道交通、出租车和私人交通,其中大巴公交包括巴士车型和公交车型。
进一步的,空港枢纽陆侧行人交通***由陆侧四种交通运输主体和到港旅客构成。对于陆侧交通运输主体来说,目的是将到港旅客协同有序地送出机场,同时达到运营利润最大;对于到港旅客来说,舒适便捷地快速离开机场便是目的。因此,本方法构建空港枢纽行人交通***的利润函数,以***利润为目标函数,以机场巴士公交的发车间隔、轨道交通的票价、出租车的单位服务数量为决策变量,当***利润达到最大时,输出多交通资源配置方案。
本发明还公开了一种基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合***,该***包括存储单元和处理单元,所述存储单元中存储可在所述处理单元上运行的计算机程序;所述处理单元执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法。
与现有技术相比,本发明基于空港枢纽旅客交通方式选择行为机理,构建旅客乘坐陆侧各交通方式的效用函数,得到客流分配方案。将客流分配方案输入,通过多目标优化方法构建空港枢纽陆侧行人交通***的***利润,输出各交通方式的调度方案。反过来,将陆侧交通方式的调度方案作为输入,通过旅客交通方式选择行为研究得到当前调度方案下的最佳客流分配方案。随之与实时采集的客流情况进行对比,当客流分配方案差异度超出规定范围时,进行新一轮的运力资源配置方案。如此往复,形成客流与运力流互相反馈的模型,实现空港枢纽客流与运力流的动态耦合。
本发明不仅能基于动态变化的航空客流对陆侧交通方式进行动态调整,而且能够达到陆侧各交通方式之间运力资源匹配的效果。
附图说明
图1为本发明基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法的流程图;
图2为本发明互馈模型的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
为了考虑空港枢纽集散动作频繁的客流变化与陆侧交通运力资源配置的相互影响,本发明提供一种基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法,如图1所示,该方法包括如下步骤:
1)根据实时客流数据和运力配置数据,基于互馈模型得到客流分配方案与运力配置方案,其中,互馈模型的主模型为运力资源配置模型,反馈模型为客流分配模型;运力资源配置模型得到当前客流分配情况下最优运力资源配置方案,并输出运力资源配置方案的决策变量,将决策变量传入客流分配模型中得到客流分配方案;所述客流分配模型中旅客选择各交通方式的性价比函数配置为与所述决策变量相关,所述运力资源配置模型中交通***的利润函数配置为与旅客选择交通方式的行为相关;
2)反馈模型得到平衡后的客流分配方案以及运力资源配置方案之后,与实时脉冲客流相比较,若客流分配方案与实时客流的差异度在规定范围内,则实施目前的运力资源配置方案;若不在规定范围内,则将此时客流数据输入到互馈模型中重新计算,如此往复,直至客流分配方案与实时客流的差异度在规定范围内,输出最终运力资源配置方案,达到客流与运力资源的动态耦合。
本发明所述的互馈模型流程如图2所示,基于空港枢纽旅客的特征设计枢纽机场陆侧四种交通方式的效用函数,通过基于Logit-SUE的客流分配模型得到旅客对陆侧各交通方式的选择概率,根据选择概率可计算出选择每种交通方式的客流量。另外,设计交通主体的利润函数与旅客离开机场的获益函数,通过基于多目标规划的运力资源配置模型得到空港枢纽陆侧多交通方式的运力配置方案。本发明在效用函数中加入了影响运力资源配置的变量,同时,在设计空港枢纽陆侧交通***的利润函数中加入影响旅客选择交通方式行为的变量,以此达到两个子模型互相影响的目的,最终使客流与运力流达到动态平衡,多交通方式间达到运力资源配置平衡。
在本发明的一个具体实施例中,采用随机用户均衡( Stochastic UserEquilibrium, SUE )模型计算多交通方式选择概率,该模型中出行者在路径选择时会选择效用最大的选项,在空港枢纽到港旅客陆侧交通方式选择行为中,旅客选择各交通方式的性价比函数设计为效用函数。一般来说,具有不同出行目的的旅客会对不同的因素具有较敏感的感知。例如,商务出行的旅客更愿意选择时间成本低的交通方式,旅游出行的旅客更愿意选择货币成本低的交通方式,因此,本发明提出以性价比为效用函数,可以更广泛地考虑到出行旅客对离开空港枢纽选择交通方式的需求。
将随机效用模型对应到空港枢纽进港旅客陆侧交通方式选择行为模型中,i个选
项即为旅客选择i种出行方式离开机场,各交通方式的性价比函数即为效用函数,各交通方
式性价比大小即为路径阻抗。根据随机效用理论,可将效用分为两个部分:
出行者选择交通方式i的概率是:
表示一个正的兑换参数,用它来衡量出行者的感知阻抗与实际阻抗之间的误
差,当它趋于无穷大时,表示出行者的感知阻抗与实际阻抗相差很小,此时第i种交通方式
的选择概率趋于1;当它趋于零时,表示出行者的选择几乎不受实际阻抗的影响,各种交通
方式会以均等的概率被选中。
本发明选择三个指标作为衡量选择某种交通方式的“性能”。其一,旅客搭乘该种交通方式能够离开机场的距离数;其二,旅客在搭乘该种交通方式时感到“舒适度”的距离数,对于旅客感知到的“舒适度”是以交通方式的拥挤程度作为衡量参数;其三,旅客利用等候该种交通方式的时间去乘坐私家车而离开机场的距离数,这是指标作为“负性能”指标,与前面两个指标对性能的影响成反比。
(1)大巴公交的性价比函数
机场一般有机场巴士与空港公交两种大巴,机场巴士是单人单座,而空港巴士是公交车模式,旅客在乘坐过程中可以选择站立。由于这个特点,两种巴士需要分别设计其性价比函数。
旅客乘坐巴士车型的性价比函数为:
其中,为旅客乘坐l号巴士离开机场的距离(千米);为l号巴士与现状相
比的发车间隔变化率,平均发车间隔增加时为正,减小时为负;为等待l号巴士的平均
时间(min);为私家车的平均速度(km/h);为乘坐l号巴士所花费的票价(元)。
旅客乘坐公交车型的性价比函数为:
其中,为旅客乘坐l号公交离开机场的距离(千米);为l号公交与现状相比
的发车间隔变化率,平均发车间隔增加时为正,减小时为负;为选择乘坐l号公交的旅客
数量(人);为公交的坐席数量(人);为等待l号公交的平均时间(min);为私家
车的平均速度(km/h);为乘坐l号公交所花费的票价(元)。
(2)轨道交通的性价比函数
其中,为旅客乘坐轨道交通离开机场的距离(千米);为轨道交通与现状
相比的票价变化率,票价增加时为正,减小时为负;为选择乘坐轨道交通的旅客数量
(人);为轨道交通列车的坐席数量(人);为等待轨道交通的平均时间(min);为私
家车的平均速度(km/h);为乘坐l号公交所花费的票价(元)。
(3)出租车的性价比函数
其中,为旅客乘坐出租车离开机场的距离(千米);为出租车服务数量与现
状相比的变化率,数量增加时为正,减小时为负;为等待出租车的平均时间(min);为
私家车的平均速度(km/h);为乘坐出租车所花费的票价(元)。
(4)私人交通的性价比函数
私人交通与前三种交通方式相比没有第四项性能,因此,
在本发明的一个可选实施例中,空港枢纽陆侧行人交通***由陆侧四种交通运输主体和到港旅客构成。对于陆侧交通运输主体来说,目的是将到港旅客协同有序地送出机场,同时达到运营利润最大;对于到港旅客来说,舒适便捷地快速离开机场便是目的。因此,本方法构建空港枢纽行人交通***的利润函数,以***利润为目标函数,以机场巴士公交的发车间隔、轨道交通的票价、出租车的单位服务数量为决策变量,当***利润达到最大时,输出调度方案。
(1)交通主体的运营函数
其中,为单位时间一辆巴士公交的平均利润(元/辆),为机场巴士公交的发
车间隔,T为研究时长(min),为轨道交通的票价,为轨道交通的发车间隔,为单位
时间一辆出租车的平均利润(元/辆),X为单位时间的出租车服务数量。
(2)旅客的“获益”函数
对于到港旅客来说,以排队时长和拥挤度作为衡量旅客是否“获益”。当排队时长未超出接受范围之内,视为“获益”,否则视为“亏损”;当拥挤度未超出可接受范围之内,视为“获益”,否则视为“亏损”。因此,本方法设计如下旅客“获益”函数:
对于整个运力资源配置模型来说,有三个约束条件。
其一,机场巴士公交的发车间隔必须在允许的范围之内:
其二,公共交通(机场巴士公交、轨道交通)的满载率不得超过1:
其三,出租车在空港枢纽的运力不得小于客流需求:
综上所述,空港枢纽陆侧交通的运力资源配置模型为:
在本发明中,互馈模型的主模型为基于多目标优化的运力资源配置模型,反馈模型为客流分配模型。主模型的表达式如式(17)所示,反馈模型的表达式如下:
主模型中得到当前客流分配情况下最优的机场大巴公交发车间隔、轨道交通票价以及出租车单位时间服务数量。将这些结果传入反馈模型中以后,由于反馈模型中的性价比函数与这些变量相关,所以客流分配方案会随着运力资源调整的方案变化而变化。
反馈模型在得到平衡后的客流分配方案以及运力资源配置方案之后,与实时脉冲客流相比较,如果差异度在一定范围内,则输出此时的方案;否则,将实时客流传入模型中重新计算,待达到平衡时反复进行,达到运力流与客流动态耦合的目的。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成,所述程序可以存储于计算机可读存储介质中,如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地,上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现,相应地,上述实施例中的各模型可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)根据实时客流数据和运力配置数据,基于互馈模型得到客流分配方案与运力配置方案,其中,互馈模型的主模型为运力资源配置模型,互馈模型的反馈模型为客流分配模型;运力资源配置模型得到当前客流分配情况下最优运力资源配置方案,并输出运力资源配置方案的决策变量,将决策变量传入客流分配模型中得到客流分配方案;所述客流分配模型中旅客选择各交通方式的性价比函数配置为与所述决策变量相关,所述运力资源配置模型中交通***的利润函数配置为与旅客选择交通方式的行为相关;
所述步骤1)中的客流分配模型为随机效用模型;旅客可选择i种出行方式离开机场,各交通方式的性价比函数即为效用函数,各交通方式性价比大小即为路径阻抗;
所述的离开机场的出行方式包括:大巴公交、轨道交通、出租车和私人交通,其中大巴公交包括巴士车型和公交车型;
旅客乘坐巴士车型的性价比函数为:
旅客乘坐公交车型的性价比函数为:
其中,为旅客乘坐l号公交离开机场的距离;为l号公交与现状相比的发车间隔
变化率,平均发车间隔增加时为正,减小时为负;为选择乘坐l号公交的旅客数量;
为公交的坐席数量;为等待l号公交的平均时间;为私家车的平均速度;为乘坐l
号公交所花费的票价;
轨道交通的性价比函数为:
其中,为旅客乘坐轨道交通离开机场的距离;为轨道交通与现状相比的票价变
化率,票价增加时为正,减小时为负;为选择乘坐轨道交通的旅客数量;为轨道交通
列车的坐席数量;为等待轨道交通的平均时间;为私家车的平均速度;为乘坐l号
公交所花费的票价;
出租车的性价比函数为:
私人交通的性价比函数为:
私人交通与前三种交通方式相比没有第四项性能,因此,
所述运力资源配置模型为基于多目标优化的多交通资源配置模型,以空港枢纽行人交通***的利润为目标函数,以机场巴士公交的发车间隔、轨道交通的票价、出租车的单位服务数量为决策变量,当***利润达到最大时,输出运力资源配置方案;
2)互馈模型得到平衡后的客流分配方案以及运力资源配置方案之后,与实时脉冲客流相比较,若客流分配方案与实时客流的差异度在规定范围内,则实施目前的运力资源配置方案;若不在规定范围内,则将此时客流数据输入到互馈模型中重新计算,直至客流分配方案与实时客流的差异度在规定范围内,输出最终运力资源配置方案。
4.根据权利要求3所述的基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法,其特征在于,
5.根据权利要求1所述的基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法,其特征在于,所述运力资源配置模型为:
其中,为空港枢纽交通运营注意运营利润的权重系数,为旅客选择各交通方式出
行利润的权重系数;为单位时间一辆巴士公交的平均利润,为机场巴士公交的发车
间隔,为研究时长,为轨道交通的票价,为轨道交通的发车间隔,为单位时间
一辆出租车的平均利润,为单位时间的出租车服务数量;
6.根据权利要求1所述的基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法,其特征在于,
所述步骤1)中,通过主模型得到当前客流分配情况下最优的机场大巴公交发车间隔、轨道交通票价以及出租车单位时间服务数量,并将其作为决策变量,将决策变量传入反馈模型中,由于反馈模型中的性价比函数与这些决策变量相关,反馈模型得到的客流分配方案会随着决策变量的调整而变化。
7.一种基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合***,其特征在于,该***包括存储单元和处理单元,所述存储单元中存储可在所述处理单元上运行的计算机程序;所述处理单元执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的基于互馈模型的空港客流与运力流动态耦合方法。
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