交通运输系统工程与信息

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交通拥挤负外部成本量化模型及应用研究

邵源，林培群，郑健，张小宁

2021, 21(2): 1-6.

摘要 ( )

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交通拥挤负外部成本游离于经济杠杆调控政策的价格体系之外，未能在市场价格中体现是导致交通资源配置失衡的关键。为科学量化交通拥挤负外部成本，支撑经济杠杆需求调控政策实现外部成本内部化，从交通拥挤造成的时间延误、交通事故、环境污染这3个维度解析交通拥挤负面经济成本，构建小汽车交通拥挤负外部成本量化数学模型。以深圳市为例，计算典型城市交通拥挤负外部成本。研究表明：深圳市每辆小汽车全年出行平均产生的交通拥挤负外部成本高达24460元，行驶约产生2.1元·km-1 的交通拥挤负外部成本，且当前交通需求调控政策未能实现小汽车外部成本内部化是导致小汽车竞争力强劲的关键因素。按照“用者自付”原则，经济杠杆调控政策收费费率应覆盖小汽车交通拥挤负外部成本，建议参照每辆小汽车2.1元·km-1 设定。

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政府主导下公铁联运系统三方演化博弈研究

徐新扬，杨扬

2021, 21(2): 7-15.

摘要 ( )

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公铁联运作为一种节能高效的运输模式亟需在我国发展。本文从系统角度出发，构建政府与公铁运输企业的三方博弈模型，通过博弈稳定性分析得到公铁联运系统满足稳定性条件的7 个均衡点。运用数值仿真研究公铁联运系统理想策略集演化路径，阐明公铁联运系统内各主体演化趋势内在机理。分析各主体初始策略意愿变化下系统的演化趋势，发现公铁运输企业向合作策略演化速率不受彼此初始意愿影响，而是随着政府积极推进策略意愿的提升而加快。最后，研究政府行为对系统博弈演化的影响，发现政府的补贴，督导考评，以及违规监管强度的增加将加快公铁运输企业向合作策略演化的速率，政府形象的下跌是促进其积极推进政策的重要因素。

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考虑政府补贴决策的中欧班列竞合关系研究

张蒙蒙, 许茂增

2021, 21(2): 16-21.

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针对中欧班列国内网络节点城市间的竞争问题，本文从竞合博弈角度出发，考虑地方政府与平台公司两个层面的竞争与合作决策，地方政府作为博弈参与者根据社会福利最大目标制定对平台公司的补贴策略，平台公司在政府补贴下根据利润最大目标进行需求竞争，据此建立竞合博弈模型，对政府之间及平台公司之间的竞合关系进行博弈分析。通过比较完全竞争、平台公司主动合作、政府牵头合作3种情形下平台公司的需求、利润及社会福利，分析节点城市竞争与合作的最优策略，并进行数值分析。研究表明：政府牵头带动合作有益于地方社会福利的增加，但对平台公司来说并不是最优的；当平台公司与竞争对手主动寻求合作关系时，平台公司可以获得更高的需求与利润。数值分析结果表明，当竞争越激烈时，与政府牵头合作相比，平台公司主动寻求合作对平台公司的需求、利润及社会福利的影响更大，平台公司主动寻求合作的动力越大。本研究对于重构中欧班列生态具有参考价值。

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考虑碳排放的港口全要素生产率及影响因素分析

戈艳艳，王姗姗

2021, 21(2): 22-29.

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基于我国沿海19个港口2009-2018年面板数据，结合DEA(Data Envelopment Analysis)方法和方向距离函数，同时考虑非期望产出构建港口全要素生产率模型，并采用面板数据模型厘清影响港口全要素生产率的内外因素。模型运行结果表明：中国主要沿海港口的全要素生产率都有不同程度的提高，且货物吞吐量大的港口GML(Global Malmquist-Luenberger)指数不一定高；中国主要沿海港口的技术效率有所降低，但技术进步都有所提高；五大港口群中东南沿海地区、长江三角洲地区和西南沿海地区GML均值较稳定，环渤海港口群和珠江三角洲地区不稳定，时高时低；中国主要沿海港口GML指数除受内部因素影响，还与货物进出口总额有关，货物进出口总额增长率每增长1个百分点，港口GML指数提高0.049242个百分点。

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基于个体出行链的区域城际铁路规划方法研究

李岸隽，王典，彭其渊

2021, 21(2): 30-36.

摘要 ( )

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基于“基础设施即服务”的理念研究区域城际铁路规划问题，精准考虑带时间窗的个体出行特征和运输服务供给，构建时空网络联系基础设施、服务供给和出行需求3个维度。在所有路段存在的前提下，考虑城际铁路、城市轨道交通和城市道路等基础设施及其运输服务供给，为每类出行者生成满足其出行时间窗的备选出行链集合，以所有出行者广义费用和总投资费用加权和最小为优化目标，构建整数线性规划模型。在含有物理路段相同、服务供给相同的条件下，采用相同规模，但具有不同特征的出行需求构建3种不同场景进行优化对比，验证所提出方法的价值和有效性。结果表明，本文提出的规划方法在有效满足精细化出行需求的同时，有助于实现投资效益最大，为区域城际铁路规划提供了新思路。

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基于自动车牌识别数据的混合交通流饱和流率实时估计

王殿海，郭佳林，蔡正义

2021, 21(2): 37-43.

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为解决混合交通流饱和流率测算的实时性和时变性问题，实时获得混合交通流的饱和流率用以信号配时，本文提出基于自动车牌识别数据(Automatic License Plate Recognition，ALPR)的混合交通流饱和流率实时自动估计方法。首先，分信号周期提取车头时距数据，在当前车和后车车辆类型确定时车头时距满足同一正态分布的假设基础上，构建车头时距的高斯混合模型并应用 EM(Expectation Maximization) 算法求解；其次，基于赤池信息准则 (Akaike Information Criterion，AIC)选取高斯混合模型的最优个数，拟合数据得到高斯混合模型参数；最后，根据车头时距的高斯混合模型推算出混合交通流饱和流率。以杭州城市道路3条路段的ALPR数据为例，分析基于 ALPR 数据获取车头时距的采样误差，对模型进行验证，并与传统的 HCM(Highway Capacity Manual)方法进行对比。结果表明：基于ALPR数据的车头时距采样误差满足精度要求；与HCM的实测法相比，模型所得的混合饱和交通流率相对误差小，结果准确；该方法与传统的标准车流饱和流率折算法效果相近，并考虑混合交通流时变特性，能自动部署实时计算，鲁棒性良好，有实际应用意义。

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基于卡尔曼滤波的交叉口排队长度实时估计模型

蒋阳升，高宽，刘梦，王思琛，姚志洪

2021, 21(2): 44-50.

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为解决现有排队长度估计方法不能对排队长度进行实时秒级估计的问题，本文采用车联网实时数据，构建基于卡尔曼滤波的实时排队长度估计模型。首先，以当前时刻加入和离开排队队列的车辆数为输入变量构建状态转移方程，以当前排队网联车的数量和渗透率构建观测方程；其次，采用回归模型估计状态转移方程和观测方程的噪声协方差矩阵；然后，提出基于卡尔曼滤波方法估计排队长度的流程算法和模型性能评价指标；最后，基于实际数据构建仿真环境验证模型的有效性。结果表明：当网联车渗透率为30％时，平均绝对误差(MAE)，平均绝对百分比误差 (MAPE)和均方根误差(RMSE)的平均值分别为1.6辆，20.9％和2.5辆；当渗透率大于20%时，与基准方法相比，本文模型估计效果更优。

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基于类锚虚拟线圈的多流向车流量检测算法

陈秀锋，吴阅晨，邴其春，聂蕊蕊

2021, 21(2): 51-57.

摘要 ( )

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针对城市道路车流量检测中车辆误分类问题，提出一种基于类锚虚拟线圈的多流向车流量检测算法。首先，采集车辆图像样本并随机裁剪以构建小客车、公交车和摩托车的均衡数据集，通过 DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法聚类获得 3 类车型的高度、宽度尺寸，以此校正场景车辆识别线圈尺寸，布设物体检测线圈与组合车辆识别线圈；其次，基于均衡数据集训练ResNet18卷积神经网络完成车辆类型判断；最后，采用改进的核相关滤波器追踪算法追踪车辆轨迹，通过计数线完成多流向车流量检测。验证分析表明：对单向车流，高峰、平峰正检率均值提升了5.09%、4.57%，误检率均值降低了5.31%、2.35%；多向车流中，直行车流的高峰、平峰正计率提升了 5.01%、5.99%，左转车流的高峰、平峰正计率提升了 4.29%、 4.56%。

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施工区混行车流跟驰及换道模型研究

陈玲娟，张思琦，马东方

2021, 21(2): 58-64.

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为研究施工区网联车与普通车混行状态下的车流跟驰及换道行为，分析网联车的区域内通讯及更小安全车距等特性，改进普通车元胞自动机模型的减速规则和随机慢化规则，构建网联车跟驰模型。建立普通车和网联车在施工区不同区段的换道意向规则，基于车距采集和空位排序算法建立网联车在通讯区域的预期换道和施工区域的强制换道模型，结合普通车换道模型模拟施工区混行车辆的换道规则及车流分布规律。采用算例验证模型，运用MATLAB仿真，多次实验消除随机因素影响，结果验证了网联车对扩大通行能力，提高平均车速及降低走行时间的有效性；不同比例下的换道点分布显示，网联车比例越高，预期换道区的换道点越靠近强制换道区，且强制换道点越靠前；而普通车换道点分布受混行车流比例的影响较小。

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基于手机信令数据的常规公交站间OD识别

于泳波，侯佳

2021, 21(2): 65-72.

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为识别手机用户乘坐常规公交的OD，结合公交车辆GPS轨迹，在考虑常规公交换乘行为的基础上，建立基于手机用户与车辆轨迹相似度的常规公交出行识别模型，以及站间OD概率模型。通过地铁出行识别，融合手机信令数据与IC卡数据，提取包含百万样本的公交与非公交出行数据，以此作为验证集。进一步分析各参数取值、出行距离、公交线路重复系数等因素对公交出行与站间OD识别的效果。结果表明：在验证集中，常规公交出行方式识别精确率可达0.807，召回率0.912，换乘识别精确率可达0.660，召回率0.756，公交线路识别准确率可达75.5%，站间OD 识别准确率可达71.9%，参数取值的不同对识别效果影响较大。此外，出行距离越长、公交线路重复系数越低，公交线路与站间OD识别准确率越高，出行距离6 km以上、平均公交路段重复系数4 以下的识别效果最佳。

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直左复线有轨电车干线可变带宽绿波模型

王昊，黎冬平，孙国鼎

2021, 21(2): 73-81.

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为降低有轨电车在交叉口的停车次数和交通延误，同时兼顾社会车辆通行效率，提出可容纳直行线路、左转线路有轨电车和社会车辆3类绿波系统的干线信号协调控制方法。设计直左轨道分叉交叉口的4种信号相位组合方案，构建社会车辆绿波系统、有轨电车直行线路和左转线路绿波系统的约束条件，以及3个绿波系统的交互性约束条件。基于可变绿波带宽优化模型，提出以社会车辆绿波带宽最大为优化目标的混合整数规划模型，并应用算例对所提模型进行有效性验证。研究结果表明：算例中有轨电车线路绿波带宽为10 s，社会车辆双向绿波带宽不低于34 s，最大绿波带宽为63.6 s。本文模型能够在满足直行与左转复线有轨电车绿波通行的条件下，为干线社会车辆提供最大带宽绿波，有效提升了直左复线有轨电车与干线社会车辆整体的通行效率。

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网联环境下信号交叉口车速控制策略及优化

刘显贵, 王晖年, 洪经纬, 郝雷

2021, 21(2): 82-90.

摘要 ( )

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为实现车辆在信号交叉口区域的节能减排及提高道路通行效率，本文构建基于目标车速关联的油耗排放模型，建立生态驾驶诱导车速控制策略。在加减速通过场景下以油耗、排放和通行时间为优化目标，以道路限速和不停车通过车速为约束，利用多目标遗传算法优化生态驾驶目标车速；基于MATLAB与交通仿真软件VISSIM进行不同算法渗透率及道路饱和度场景下的联合仿真，将仿真结果导入微观排放模型MOVES测算能耗排放。仿真结果表明：控制策略与无控制时相比，在高算法渗透率、低道路饱和度场景下，车辆平均速度提高13.8%，怠速工况比例下降 33%，中速巡航工况比例上升18%，能耗及N2O、NOX、HC、CH4排放分别减少6.6%及12.2%、4.0%、 6.3%、2.9%，CO排放增加2.5%。最后，依据仿真得到不同控制策略下的速度轨迹在底盘测功机上完成实车实验，实验结果表明，基于交通流优化的控制策略与无控制场景相比，能耗及 CO、 CO2、PN排放分别减少53.1%及47.6%、50.4%、39.8%，NOX排放增加13.6%。

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智能网联车环境下交叉口车流轨迹优化模型

高志波，吴志周，郝威，杨玥，龙科军，邹清全

2021, 21(2): 91-97.

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在智能网联环境下，车辆可通过相互穿插和协作通过交叉口，无需信号灯控制。为保证车辆安全高效运行，建立车辆到达时序和速度协同优化的交叉口车流轨迹优化模型。提出车辆到达时序优化模型和车辆速度优化模型，建立车辆到达时刻与速度的函数关系；在此基础上，模型以所有车辆在控制区域的行程时间与油耗加权最小为目标，车辆路径、到达时刻和速度等关键参数为决策变量，设计迭代式算法求解，实现同时优化车辆到达时刻和速度且交叉口运行效益最大的目的。实验结果表明，与车辆时序和轨迹分别优化的两阶段模型相比，本文模型降低车均延误 32.1%，减少车均油耗9.9%，说明该模型具有良好的主动性和适应性，在降低车辆延误的同时也节省了油耗。

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考虑均衡性的城市轨道交通线路负荷水平评估研究

王敏，毛保华，杨彦强，史芮嘉，王瑜琼

2021, 21(2): 98-104.

摘要 ( )

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线路负荷水平的评价工作是优化运输组织方案的重要前提。首先，本文分析了采用单一均值性指标表征负荷水平不能体现线路内负荷分布偏差的问题。为此，从城市轨道交通线路客流与运输能力匹配的角度出发，以列车负荷为评价单元，建立包括负荷均值和标准差率二维指标的线路负荷水平评估模型。负荷均值指标考虑了各评价单元加权计算，以反映每个评价单元对线路负荷水平的贡献程度，标准差率指标表征负荷均衡性。模型分析得出，线路所有区间的运力同等规模变化不影响标准差率指标，相对提高大客流区间或大客流方向上的输送能力能够改善线路负荷的均衡性。算例分析表明：客流方向不均衡系数超过 1.4 时，应考虑运力优化措施以提高运输能力利用的均衡；组织列车大小交路方案和不成对行车模式，能够提高线路负荷的均衡程度。

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轨道交通延误条件下列车跳站与客流控制协同优化模型

杨陶源，赵鹏，姚向明，张璞

2021, 21(2): 105-111.

摘要 ( )

PDF(1711KB) ( )

针对城市轨道交通突发列车延误问题，统筹考虑行车秩序的恢复和乘客出行体验，提出列车调整与客流控制协同优化方法。首先分析延误条件下城轨列车调整和客流控制的措施及效果，构建以跳站停车和多车站客流控制为手段的双层线性规划模型。上层模型以列车总延误最小为目标，以列车载客能力为约束；下层模型以上车客流量最大为目标，以列车载客能力和控流率均衡为约束。采用灵敏度分析算法求解模型，并以北京地铁亦庄线故障延误事件为例，验证模型和算法的有效性。结果表明：采用跳站停车与进站客流协同控制可使延误列车行程时间缩短5.2%，使各车站进站率方差降低97.8%，在保障乘客公平性的条件下提高列车运行和乘客集散效率。

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基于多速度调控的城轨列车区间运行策略优化

邓连波，钟敏，蔡莉

2021, 21(2): 111-118.

摘要 ( )

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针对城市轨道交通区间运行时分要求，将列车在区间的最高运行速度、最低惰行速度作为速度参数，提出多速度参数调控的城轨列车区间运行策略优化问题。考虑线路平纵断面、列车性能等的影响，以及区间限速、运行时分限制等约束，以区间运行能耗最小化为目标，建立均布质量模型下的给定运行时分下基于多速度参数调控的列车运行节能优化策略模型，优化确定各速度参数取值和对应的区间运行控制方案，设计针对多速度参数综合调控的模拟退火求解方法。以广州地铁8号线中大-晓港为例，测算不同时分下的运行控制方案。结果表明：最高运行速度参数可有效控制区间运行时分取值；最低惰行速度的合理取值可显著降低能耗，最多可降低4.68%；列车操纵模式的确定需综合考虑区间运行时分、节能效果和惰行次数，节能操纵模式在较长运行时分下节能作用更为显著。优化结果可为城轨节能化列车运行组织提供决策支持。

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城市轨道交通地下线车站选址与平面线形优化

汪茜, 柏赟, 李佳杰, 朱巧珍, 冯旭杰

2021, 21(2): 119-125.

摘要 ( )

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基于已知的线路起终点和研究区域内人口分布情况，研究城市轨道交通地下线平面设计方案。以轨道交通车站的布设数量、位置及线路平面线形为决策变量，考虑实际地理条件、站间距、换乘预留及线路平面设计等约束，建立城市轨道交通地下线平面优化模型，实现客流吸引量最大，以及包括建设投资、运营支出和环境影响在内的线路综合成本最小。设计基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)与A*算法的混合启发式算法求解模型。选取国内某城市地铁线路为研究对象，结果表明，算法可求得模型帕累托前沿，提供不同客流吸引量下线路综合成本最低的解决方案。此外，与实际平面设计方案相比，帕累托最优方案能够在不降低客流吸引量情况下减小约 4.4％的线路综合成本。

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基于地铁乘务资源共享的排班计划优化方法

金华，陈绍宽，王志美，张翕然，许凤志

2021, 21(2): 126-132.

摘要 ( )

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针对不同线路间列车不跨线情况下的乘务基地和乘务员共享问题开展研究,分析乘务资源共享，在传统排班模型基础上考虑乘务员跨线值乘，班次出退勤地点比例及其鲁棒性优化，建立乘务排班计划集合覆盖模型。针对乘务资源共享后多线协同优化引起的问题规模显著增大，以连续值乘区段为最小值乘任务单元构建网络图，引入分层结构，多级的汇点和源点，以及跨线就餐和间休弧等以满足班次的可行性约束。构建对应不同出退勤地点属性的网络图集合，将定价子问题转化为网络图集合的最短路问题以进行列生成法求解。案例结果表明：相比于分线单独优化，乘务资源共享可为乘务员提供更多的出退勤地点选择，显著降低其通勤时间；此外乘务资源共享可少量节省乘务班次数，提高排班计划效率。

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考虑多路径选择的定制电动公交线路优化

郭戎格，关伟，张文义，段梦媛

2021, 21(2): 133-138.

摘要 ( )

PDF(1666KB) ( )

为提高定制电动公交系统运营效率，本文探讨了考虑多路径选择的定制电动公交线路优化问题。首先，构建描述该问题的混合整数规划模型，以实现线路与路径的双重决策优化。模型以运营总收益最大化为目标，在约束中考虑定制电动公交特性，如车容量，乘客出行时间窗，续航里程，访问站点数等。其次，为求解模型，设计新的自适应大邻域搜索算法，提出相应的初始解生成规则和邻域搜索算子，并通过算例验证算法的有效性。最后，基于实际路网及乘客出行时空需求进行实证分析，验证多路径选择可进一步优化定制电动公交线路。结果表明，本文方法可根据优化目标为运营者提供多种线路运行方案，为定制电动公交线路规划提供依据。

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考虑运行能效的公交区域时刻表优化

胡金成

2021, 21(2): 139-144.

摘要 ( )

PDF(1356KB) ( )

为准确计量公交区域时刻表优化过程中，客流出行与企业运营博弈产生的社会效益，构建兼顾随机客流需求和时刻表运行能效的双层规划模型。从公交乘客出行量与质的角度，分析随机客流需求与时刻表之间的互动关系；依据出行性质将客流需求分层细化，作为下层弹性需求交通网络流模型的输入；考虑客流需求、乘客出行效率及企业运营成本间的波动关系，设计公交区域时刻表运行能效作为上层模型的优化目标；采用Dial-MSA与遗传算法求解双层规划模型。实例计算结果表明，优化后的公交区域时刻表运行能效提高了7.3%。可见，优化后的公交区域时刻表更能满足客流需求，有效地提高时刻表运行能效，更好地实现动态适应性。

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基于分级多目标决策的干线公交速度引导模型

尚春琳，刘小明，田玉林，董路熙，唐少虎

2021, 21(2): 145-150.

摘要 ( )

PDF(1781KB) ( )

为解决干线公交速度引导存在多要素关联约束强，全局效果差的问题，本文提出基于分级多目标决策的干线公交速度引导模型。基于公交线路运行特性的全局优化指标优势分析，设计以公交线路综合准点率为主，交叉口停车次数和分段引导速度均衡为辅的线路全局优化目标体系，并考虑多目标间的关联约束和优先控制差异，构建基于拉格朗日乘子法和遗传算法分层组合的干线公交速度引导分级多目标递阶决策模型；最后，通过实际场景测试，验证模型的有效性。测试结果表明：模型能够克服非全局指标优化的局部最优问题，将全线路各班次综合准点率和交叉口停车次数由非全局指标的69.67%和2.37次 ⋅ 班-1 提升到90.53%和1.23次 ⋅ 班-1；并且综合准点率比全局多目标加权方法提升8.65%，能够较好保障综合准点率目标的优先性，有效提升干线公交的通行效率和服务可靠性。

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多车型纯电动公交车使用下的混合车队替换优化

唐春艳，李小雨

2021, 21(2): 151-157.

摘要 ( )

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针对不同能源公交车辆的运营特性差异，考虑城市公交电动化率限制和不同能源车辆间的替换率，以降低公交车队运营管理成本为优化目标，研究多车型纯电动公交车可供选择使用下的混合车队替换决策问题，以确定最佳车队替换计划。考虑规划期为10年，以青岛市公交系统为实例进行数值分析。结果表明：车型选择对车队替换计划和运营成本有显著影响，与单一纯电动公交车型比较，多车型的使用能够极大地降低运营成本；燃油公交车和纯电动公交车组成的混合车队，比燃油和电能混合驱动的公交车，在运营管理中更具经济性；在任意公交电动化率目标下，小型纯电动公交车投入量应明显高于大型纯电动公交车投入量；当公交电动化率小于一定阀值时，不推荐投入大型纯电动公交车使用。本文研究成果将为城市公交车队运营管理决策提供依据。

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城市公共交通常乘客通勤出行提取方法

彭飞，宋国华，朱珊

2021, 21(2): 158-165.

摘要 ( )

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为挖掘公共交通通勤出行精准化特征，从追踪出行链的角度出发，利用公交与轨道多源数据研究常乘客通勤出行提取方法。通过选取潜在职住地设置高频职住地集合，提出公共交通常乘客职住地识别算法，结合出行链起讫站点与职住地空间信息匹配提取通勤出行链，并将常乘客出行分为home-work通勤、work-home通勤和非通勤出行。以北京市“回天地区”公交与轨道出行链数据为例，提取常乘客通勤出行。结果表明：常乘客职住地识别率达到85.9%，常乘客通勤出行和非通勤出行在出行时空分布和出行方式上存在明显差异，通勤出行提取可为北京市面向常乘客开展“预约出行”并分析其出行需求动态特征变化提供依据。

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基于风险矩阵的干线公路弯道路段交通冲突风险评估模型

房锐，张琪，胡澄宇，田毕江，覃文文

2021, 21(2): 166-172.

摘要 ( )

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为评估干线公路弯道路段(AHBS)交通冲突风险，基于交通冲突前5 min集计交通流数据、冲突路段道路线形特征和行车环境数据，分别建立交通冲突可能性及严重度评估指标体系。集成运用随机森林模型和多层次模糊综合评价法分别确定交通冲突可能性和严重度等级，进而采用风险矩阵法确定交通冲突风险等级。以云南省元双干线公路为例进行验证。结果表明：基于随机森林模型的交通冲突可能性预测准确率达到84.21%，所提模型能有效评估AHBS交通冲突风险，为干线公路交通事故治理提供理论依据。

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基于数据驱动的电动自行车换电需求预测

帅春燕，杨芳，欧阳鑫，许庚

2021, 21(2): 173-179.

摘要 ( )

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换电企业在城市内建立换电柜，满足不断增长的电动自行车换电需求，涉及到换电柜的选址，电池的投放和换电需求的预测。本文分析了国内某大型换电企业的换电订单数据，发现换电柜存在使用严重不均衡问题,为提高使用率，降低换电成本，提出按区域对换电需求量进行聚类并预测的方法。首先，对换电柜位置进行K-means聚类，据此优化换电柜的投放量，提高使用率；随后，采用整合移动平均自回归模型(Autoregressive Integrated Moving Average model, ARIMA)预测短时换电需求。实验发现，ARIMA模型在短时换电订单的需求预测上具有较高的预测精度，与其他基线模型相比，各指标均为最好，说明换电需求在时间上更趋于线性关系。本文提出的换电柜优化方法和短时需求预测结果为换电企业的换电柜选址和电池投放量提供数据支持。

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考虑空车调配协调的货物列车开行方案优化研究

刘晓伟，晏启鹏，倪少权，吕苗苗，吕红霞

2021, 21(2): 180-188.

摘要 ( )

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为实现空车调配与货物列车开行方案协调优化，结合基本运行图架构与车流径路，构建货运时空服务拓展网络。考虑配空与装卸取送、集编发等环节的时间接续要求，节点与区段不对流空车要求，以重车流全程运送与空车配送等广义总费用最少为目标，建立整数规划弧路模型。针对既有算法设计局限性，结合重车或空车配空的时间接续要求，提出将不同的 k 短路重车流方案与空车配空方案相关联的改进可行解构造方法，设计混合差分进化求解算法。实例研究表明，考虑空车调配进行重车、空车流组织协调优化，能够减少空车走行费用，及时满足装车需求，有效保证作业车流配合中转车流集结编组及时挂线，提高方案可实施性。

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基于设备画像的机车标签体系构建方法研究

李鑫，史天运，常宝，马小宁，刘军

2021, 21(2): 189-195.

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机车是铁路运输生产的重要牵引设备，通过整合利用机车各类数据，构建基于设备画像的机车标签体系，有利于客观、全面地掌握机车质量状态，实现机车的精准画像、差异化运维和精细化管理。本文通过总结机车设备画像的概念和标签技术的相关理论知识，提出满足机车质量分析、运维优化及安全决策等多个应用场景的机车设备画像3级标签体系技术架构，全面分析所包含的数据采集层、标签库层和标签应用层，详细阐释机车各级标签的内容及其生成、管理、优化和分析流程，形成机车设备画像研究方法。针对聚类这一标签的产生方式，通过改进K-means聚类算法的初始质心选取方法，提高标签获取的精度和稳定性。并在某铁路局开展机车设备画像实地应用研究，形成完整可行的机车标签体系。

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基于时空状态网络的电动物流车辆路径优化方法

杨森炎，宁连举，商攀

2021, 21(2): 196-204.

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针对电动物流车辆续航里程有限与充电基础设施不足的问题，综合考虑电池容量、车辆承载能力、充电站能力、客户服务时间窗、路网空间结构等约束条件，基于离散时空状态网络建立整数线性规划模型。扩展的状态维度可同时表征车辆剩余载重量和剩余电量的时空轨迹。通过对客户服务需求和充电站能力约束进行拉格朗日松弛，并增加二次惩罚项，构建增广拉格朗日模型。经过线性化处理二次目标函数，在块坐标下降框架下，原问题被分解为最短路径子问题，嵌入前向动态规划算法，循环依次求解。惩罚项的引入可以克服解的对称性问题，加快算法的收敛速率。通过计算最优上界与下界之间的间隙，评估可行解的质量。基于Sioux Falls网络构建测试算例，实验结果表明，该方法可以在时间、空间和状态维度上同步优化电动车辆路径和充电决策，可以有效避免车辆绕行充电，节省在途充电时间和配送成本，实现城市电动化物流资源的时空优化配置。

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感知乘客心理的出租车动态合乘优化方法

薛守强，宋瑞，安久煜，王攸妙

2021, 21(2): 205-210.

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为研究考虑乘客感知的动态合乘问题，本文提出一种改进的算法框架。基于可行出行对概念，构建乘客满意度最大、出行时间最少的多目标线性规划问题，将合乘问题转化为车辆和乘客间的线性分配问题，并采用基于精英策略的人工蜂群算法(Elitism based Multi-Objective Artificial Bee Colony，EMOABC)求解。根据海口市出租车订单数据建立算例，实验结果表明，该算法框架能够实时提供优质动态合乘方案。相比单纯优化出行效率，考虑乘客心理的合乘策略，相对提高12%的乘客满意度，服务率等方面也有较好表现。

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随机扰动项呈离散分布的库存路径和定价问题的模型与算法

杨华龙，辛禹辰，高浩然

2021, 21(2): 211-216.

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针对产品需求价格函数随机扰动项呈离散分布的库存路径和定价问题(Inventory Routing and Pricing Problem, IRPP)，利用随机扰动项的离散分布率和零售商库存服务水平要求，以供货商期望收益最大化为目标，构建IRPP优化模型，将禁忌搜索算法嵌入改进的粒子群算法中求解模型。3组不同规模的算例分析结果显示，在同样的零售商库存服务水平要求下，考虑需求价格函数随机扰动项与不考虑相比，供货商期望收益分别提高了3.1%、3.5%和3.8%。研究表明，产品需求价格函数随机扰动越剧烈，供货商的期望收益就会愈少，客户的产品价格弹性越高，供货商的期望收益就会愈大。研究结论可为供货商IRPP决策提供参考。

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基于船舶大数据的港口装卸效率值计算方法

廖诗管，杨冬，白茜文，翁金贤

2021, 21(2): 217-223.

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集装箱港口的装卸效率是衡量港口竞争力和吸引船公司前来挂靠的关键指标之一。为准确估计港口的装卸效率值，基于船舶自动识别系统(AIS)数据，利用 Greatmaps(GMap)可视化技术，提出一种计算港口装卸效率值的方法。利用该方法估算上海港、新加坡港、深圳港和宁波-舟山港的月度装卸效率值，4 个港口 2017 年上半年的装卸效率月度均值分别为 2.85、1.87、2.17 和 2.10。基于上半年估计的装卸效率值，对4个港口下半年的月度吞吐量进行估计，估算误差均值分别为2.77%、2.06%、2.93%和2.46%。结果表明，该方法能够较为准确地反映港口的装卸效率，可应用于推断和实时监控港口的吞吐量，为港口提高绩效和船公司选择港口策略提供理论参考，提升港口数字化管理水平。

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基于复杂网络的城市交通拥塞因子风险传播机理及其应用研究

胡立伟，范仔健，张苏航，郭治，殷秀芬

2021, 21(2): 224-230.

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为了解城市交通拥塞因子风险传播特性，提升拥塞风险控制能力，依据昆明市路网拥塞实际调查数据，利用Pearson相关系数分析风险影响因子间的相关性，构建交通拥塞因子风险复杂网络。通过软件gephi0.9.2计算复杂网络各指标，验证网络的可行性和适用性。计算网络节点的相关指标进而引入网络节点重要度 k 的概念，据此将网络节点划分为核心节点、一般节点和边缘节点，同时引入直接免疫率 ρ 共同构建风险传播模型。对筛选出的核心节点进行直接免疫控制，免疫概率 ρ 分别取0.028，0.056，0.112后计算分析可知，免疫概率 ρ 取值基本与感染节点峰值比例值成反比。结果显示，识别出网络中重要度较大的节点并进行免疫控制后，交通拥塞因子风险的传播规模和传播速率将得到较好控制，对现实生活中治理城市道路路网交通拥塞有较好的指导意义。

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高速公路收费广场车道合理化配置研究

钱超，李思言，王彦锋

2021, 21(2): 231-237.

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为评估ETC使用率提升后对收费广场通行效率的影响，并提出合理车道配置方案，依托深圳机荷高速福民收费站车道布设和收费数据，建立包含跟驰和换道行为的收费广场交通行为模型，开发收费广场交通运行微观仿真平台。分别针对平、高峰时段，以ETC车道数及使用率为变量设计80组仿真方案，综合评价不同方案下收费广场通行效率。与实测结果的对比表明：仿真平台对平、高峰时段交通量误差仅为3.46%和6.45%，为收费广场车道配置仿真分析提供了准确、可靠的实验平台；未来ETC使用率提升至90%时，福民收费站最优车道配置方案为“4条ETC车道加 5条ETC/MTC混合车道”，此时高峰时段单车平均延误可降至2.93 s·veh-1，较目前的60.23 s·veh-1 降低95%。结合交通量、交通组成及ETC使用率开展收费广场车道合理化配置研究，可为收费广场设计、运营提供关键技术支撑。

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公共自行车使用时空特性挖掘及租还需求预测

陈红，陈恒瑞，史转转，张敏，刘至真

2021, 21(2): 238-244.

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基于宁波市公共自行车刷卡数据、POI(Point of Interest)数据、气象和空气质量等数据，从数据驱动视角，深入挖掘公共自行车使用的时空特征及站点租还车需求预测。在时间上，采用KMeans算法，将站点聚为5类，探讨各类站点的时变需求规律及影响因素；在空间上，提出基于POI 数据的站点用地类型识别方法，将站点分为居住类、交通设施类、办公类和商业休闲类。构建以 15，30，60 min 为间隔，以租还车需求为目标变量的随机森林预测模型，并与常用的 BP (Back Propagation)神经网络、K最近邻方法进行比较。结果表明，随机森林模型的精度更高，适用性更强。以30 min为间隔的站点租还车需求预测精度最高，考虑站点土地利用类型后能有效提高模型的预测精度。本文结果可作为未来站点平衡调度的依据并推广应用于共享单车系统，为改善服务水平提供技术和理论支撑。

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影响老年人步行效能的关键性建成环境要素识别

李康康, 杨东峰

2021, 21(2): 245-250.

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针对当前建成环境与老年人步行活动关系研究中，考虑个体主观感知嵌套于建成环境空间层次的不足，本文通过构建主观感知、建成环境与老年人步行距离效能的多阶层线性模型，以揭示各层级变量交互作用的本质和程度。结果显示：安全性、通畅性是老年人步行效能的主观敏感性因素；客观建成环境要素对不同步行距离效能存在一致性或差异性影响，其中，交叉口密度、 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)植被系数、公共服务设施密度是一致性因素，容积率、路网密度分别对300 m与远距离出行作用明显；中介效应表明容积率是影响300 m步行活动空间内交通安全性的关键性因素，社区开放形式则会通过治安安全性影响老年人远距离出行， NDVI植被系数是老年人步行环境安全性重要影响因素。

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