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2023年, 第23卷, 第5期
刊出日期：2023-10-25 上一期    下一期
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综合交通运输体系论坛
智能交通系统与信息技术
系统工程理论与方法
工程应用与案例分析
运输组织优化理论与方法


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综合交通运输体系论坛

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基于碳回收期理论的城市轨道交通碳减排效应测算 杨洋, 王雪纯, 袁振洲, 陈进杰, 那艳玲 2023, 23(5): 1-11.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.001 摘要 ( )   PDF(2003KB) ( )   PDF(English version)(1142KB) ( 33 )   合理量化城市轨道交通的碳减排效应，对于测算城市轨道交通外部成本、丰富交通运输领域碳交易理论体系乃至制定城市轨道交通补贴政策都具有重要的理论和现实意义。本文考虑了城市轨道交通建成后乘客出行行为的差异性，建立生命周期视角下的城市轨道交通基准线碳排放模型与项目活动碳排放模型；进而，构建碳回收期理论模型，作为城市轨道交通碳减排效应量化指标，碳回收期指通过运营期碳减排回收建设期碳排放的周期，即累计碳足迹首次由正值转向负值的时间；而后，实现城市轨道交通在基准线、项目建设及活动期的数据收集，同时，标定模型；最后，以石家庄3号线为例进行情景分析，测算其基准线碳排放量、项目建设期及项目活动期的碳排放量，并在未来发展的两大模式下测算碳回收期。结果显示，在客流量常态化增长情景、快速增长情景以及缓慢增长情景下，其碳回收期分别为27，22，29年；在能源结构和能效水平常态发展、迅速发展以及缓步发展的情景下，其碳回收期分别为25，24，29年。结论表明，大规模客运量和高效的客运强度是城市轨道交通碳减排正效应的重要支撑；能源结构调整和能效水平提升带来的系统性变革，可以对城市轨道交通碳减排带来显著正效应。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑减排的公交线网分时差异化票价动态优化 李雪岩, 李海洋, 张汉坤 2023, 23(5): 12-23.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.002 摘要 ( )   PDF(2158KB) ( )   为在降低公交线网系统社会成本的同时实现低碳绿色出行，本文考虑OD间出行需求在工作日与周末的动态变化、出发时间差异以及出行者的有限理性行为，分别以降低碳排放与降低社会成本为目标函数，以分时差异化票价为优化变量，构建动态多目标优化模型。进一步，为使价格政策的实施对需求环境的变化具有预判性，将基于BP神经网络的种群分布预测算子、OD矩阵均衡算法以及具有优秀性能遗传算子的静态多目标粒子群算法进行有机结合，构建新的集群智能动态多目标优化算法，求解分时差异化票价。算例及实例研究发现：在线网整体出行需求水平较低时，下调公交票价有助于降低碳排放水平；相对于固定票制，分时差异化票价可有效降低社会成本与碳排量，使不同线路上的客流更加均衡。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

智能交通系统与信息技术

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基于面部倒立摆模型与信息熵的驾驶员疲劳检测 李泰国, 张天策, 李超, 周星宏 2023, 23(5): 24-32.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.003 摘要 ( )   PDF(2035KB) ( )   驾驶员疲劳检测的研究有助于降低交通事故的发生。本文提出一种基于面部倒立摆模型与信息熵的疲劳检测方法，首先，采用PFLD(Practical Facial Landmark Detector)模型检测驾驶员面部关键点坐标，并估计用于表示头部姿态信息的Pitch、Yaw以及Roll角度值；然后，以关键点坐标为输入建立面部倒立摆模型，计算模型中连杆系统在驾驶员驾驶过程中的动能和势能；之后，以倒立摆模型的动能、势能以及头部姿态数据作为衡量驾驶员疲劳状态变化的指示特征，基于滑动窗口计算各疲劳特征的信息熵值；通过CNN(Convolutional Neural Networks)处理疲劳特征信息熵值，建立信息熵与驾驶员疲劳状态之间的联系；最后，将 CNN 在各个时间点上的输出作为LSTM(Long Hort-term Memory)网络的输入特征，通过CNN-LSTM模型实现疲劳特征信息熵的分类预测。实验结果表明，所提模型的预测结果达到95.04%，验证了本文方法的有效性。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于自然驾驶数据的驾驶人跟驰行为内在异质性预测与建模 张铎, 饶红玉, 刘佳琦, 王俊骅, 孙剑 2023, 23(5): 33-44.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.004 摘要 ( )   PDF(2856KB) ( )   为了对交通流建模研究和高级辅助驾驶开发等提供可靠跟驰行为支持，本文针对同一位驾驶人个体内部发生的从正常到异常的跟驰行为模式的转变，提出一种以Transformer深度学习模型为基础的驾驶人跟驰行为内在异质性预测和建模方法。本文基于超过20万km的大规模自然驾驶实验，首先，利用对驾驶人的全要素长期行为观测，为 41 位驾驶人建立基线模型，完成3194次驾驶人内在异质性事件识别与提取；其次，设计基于Transformer多头自注意力机制的深度学习预测器，实现对驾驶人内在异质性事件的准确预测。结果表明，预测器在跟驰内在异质性三分类时间点预测的F1分数(F1-Score)相较于长短时记忆网络表现更优，达到了87.13%，基于预测结果的动态跟驰参数切换可以降低21.08%的驾驶行为建模误差。研究结果有助于更加准确地重现驾驶人跟驰行为，进一步提高交通流仿真精度和高级辅助驾驶控制策略拟人化水平。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于手机GPS数据的个体出行链提取方法研究 周洋, 杨超, 郭唐仪 2023, 23(5): 45-54.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.005 摘要 ( )   PDF(2569KB) ( )   针对现状出行数据存在的人工获取成本高、时空信息不准确及出行链接不完整等问题，开发智能手机居民出行调查系统，研究基于手机GPS数据的全时段、多交通方式且完整链接的个体出行链提取方法。首先，应用时空密度聚类方法，识别个体轨迹中的停驻点，构建随机森林模型，从停驻点中区分出行端点；其次，以空间邻近匹配方法识别居家与工作活动，利用家庭和个人属性、活动时空与活动链等特征，以XGBoost模型推断非家非工作类型的出行目的；最后，采用轨迹微分方法，提取运动特征、出行特征与GIS特征，运用XGBoost模型推断出行方式。利用出行调查系统采集的实验数据，验证出行链提取方法。结果表明：停驻点识别查准率和查全率分别为96.7%和96.4%，出行端点查准率为97.6%，公交换乘点查准率为91.8%；出行目的推断上，“居家/回家”准确率为100%，“上班/上学”准确率为89.8%，非家非工作出行目的综合准确率为87.6%；出行方式推断上，各交通方式准确率均达到 90%以上，综合准确率为 95.0%。本文提供一种手机GPS轨迹数据的出行链挖掘方法，能够为智能手机居民出行调查现实应用提供支撑。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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网联交通环境下交叉口进口车道动态配置方法 蒋贤才, 程国柱 2023, 23(5): 55-66.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.006 摘要 ( )   PDF(3358KB) ( )   现有网联交通环境下的优化控制方法未能实现CAV(Connected and Automated Vehicle)专用车道的动态复合利用，鉴于此，本文考虑交通需求及CAV渗透率的实时变化，以车道组内不同功能车道流率比均衡为约束，交叉口全部车道组流率比之和最小为优化目标，构建基于转换指数的CAV共享车道动态配置方法，提出左转CAVs与直行CAVs复合利用CAV共享车道的控制方法，并设计优化求解流程。基于 VISSIM 中 COM 组件开发算法，更新车辆轨迹并在 CAV/CHV(Connected Human-driven Vehicle)与信号控制器之间交换信息。仿真结果表明，提出的配置策略增强了交叉口适应实时交通需求的动态调节能力，能在一定程度上改善车均延误。进一步分析表明：CAV渗透率对是否设置CAV共享车道及设置几条车道密切相关；在交叉口进口车道条数为4的情况下，当CAV渗透率小于0.35时，不设置CAV共享车道效果最好；当CAV渗透率介于0.35~0.70时，设置1条CAV共享车道效果最佳；当CAV渗透率超过0.70时，宜设置2条及以上CAV共享车道。本文提出的优化方法适用于网联交通环境下中高CAV渗透率的多车道交叉口。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于时间图注意力的交叉口交通状态识别及关联度研究 李鹏程, 董宝田, 李思贤 2023, 23(5): 67-74.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.007 摘要 ( )   PDF(2192KB) ( )   为实时获取交叉口交通状态及其邻居交叉口关联度，本文利用实际交通调查数据建立VISSIM仿真环境，基于仿真数据提出包含交叉口交通流特征和物理特征的交叉口交通特征矩阵，并根据车流量、流向比和有效绿灯时间得到交叉口的交互时间矩阵。提出基于时间图注意力(Temporal Graph Attention, TGAT)网络的交叉口交通状态识别模型，将上述矩阵和交通数据的初始标签输入模型中，得到目标交叉口在畅行、平稳、拥挤、阻塞这4种状态下的分类准确率，并得到邻居权重矩阵作为交叉口之间的关联度。选取本文方法和多层感知机、长短期记忆网络、支持向量机分别进行交叉口交通状态识别，准确率分别为93.38%、90.00%、92.03%、82.84%，本文方法的精确率、召回率、F1度量指标均优于其他方法。最后，提出基于关联度和车流量的权重评判系数，定量描述关联度的可靠性，选取主干路上11个交叉口的数据进行验证。结果表明，对于流量分布相对均匀的非孤立交叉口，本文获得的关联度与对应流量正相关，具有有效性和可解释性。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于极限学习机的短期交通流预测混合优化模型 蔡浩, 李林峰, 李涵, 李新, 周腾 2023, 23(5): 75-82.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.008 摘要 ( )   PDF(2010KB) ( )   交通流的动态性、不确定性和非线性等特性导致交通流难以精确预测，本文在极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)的基础上，通过嵌入原子搜索算法(Atom Search Optimization,ASO)，构建ASO-ELM短期交通流预测混合优化模型，对比现有短期交通流预测模型，分析混合优化模型在短期交通流预测领域的表现。实验选取荷兰阿姆斯特丹市A10环形公路为路网原型，使用ASO-ELM混合模型与常见交通流预测模型进行对比实验。实验结果表明：ASO-ELM混合模型在 4 个数据集下的平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error, MAPE)相较于ELM模型分别下降了4.3%、3.5%、6.9%和5.4%，均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)分别下降了4.8%、4.0%、2.0%和5.2%；其次，与人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)相比，MAPE分别下降了9.6%、8.6%、9.8%和5.0%，RMSE也分别下降了4.5%、5.9%、2.6%和1.7%。研究成果揭示了混合优化模型在短期交通流预测领域的潜力。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

系统工程理论与方法

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异质需求下响应型接驳公交车速引导与路径规划协同研究 常玉林, 蔡宇航, 孙超, 王建 2023, 23(5): 83-95.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.009 摘要 ( )   PDF(2211KB) ( )   为加强“轨道+公交”网络融合，进一步提升公交出行的乘客满意度和运营效率，本文设计了响应型接驳公交车速引导与路径规划协同优化模型。首先，基于乘客接驳出行需求的异质性请求信息，通过规范化处理统一纳入模型；以区间车速表征实际情况下的道路弹性行驶时间，通过车速引导策略协同规划公交运行线路，扩大模型优质解空间。其次，根据响应型接驳公交大规模和高动态的特性，采取滚动时域优化思想，通过周期驱动将服务时间划分时域，在每个时域开始时调用静态规划模型，并设计文化基因算法求解；通过事件驱动将动态请求分类，对即时请求采用最邻近算法插入已规划路径。最后，运用Sioux Falls网络算例对比验证模型和算法的有效性，并应用于以许昌东站为背景的实例进行分析。结果表明：所构建的协同优化模型能依据接驳出行需求异质性，利用车速引导策略优化响应型接驳公交路径规划；协同优化后，满载率提高10.8%，运营成本和人均时间成本分别降低12.85%、10.79%。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于改进自适应大邻域算法的公交线网规划方法 李光春, 聂磊 2023, 23(5): 96-103.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.010 摘要 ( )   PDF(2671KB) ( )   面向城市中大规模线网规划问题，本文提出一种基于改进自适应大邻域算法的公交线网规划方法。该方法首先缩减问题规模，将大量乘客出行OD(Origin-Destination)合并获得城市公交备选站点；综合考虑线网服务客流量、公交站点覆盖率和线路服务效率等优化目标，线网长度、非直线系数、线路换乘等限制条件，分别建立以服务需求/延展换乘为主要功能的主线/支线公交线网规划模型；在OD合并结果基础上设计改进自适应大邻域算法进行问题求解，该方法含改进的8种邻域算子和自适应规则等。案例分析结果表明：本文两阶段算法整体优化效果明显，改进自适应大邻域算法领先现有其他元启发算法；邢台市实际案例计算结果表现良好，该方法能有效解决较大规模线网规划问题。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于熵权法的枢纽内公交站场布局评价研究 徐士伟, 苏业辉, 李慧文, 王帅, 江欣国, 马剑 2023, 23(5): 104-112.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.011 摘要 ( )   PDF(2303KB) ( )   铁路交通枢纽内的公交站场普遍面临运行压力较大的问题，公交站场的布局形式影响整个铁路交通枢纽的运行效率和服务品质。在规划初期，应快速准确判断效率最快的公交站场布局方式。本文通过构建布局评价体系来准确有效地筛选效率更快的布局方式。针对铁路交通枢纽内的公交站场承担着快速疏导大量乘客的作用，建立公交站场布局评价体系，选取4个评价指标：换乘完成时间、单位时间换乘量、乘客平均换乘时间及车辆平均蓄车时间。通过模拟仿真方法获取不同公交站场布局方式的相应参数，计算评价指标值。在熵权法的基础上，通过引入修正系数克服公交站场中服务设施密度不同导致的运行效率差异问题，对通过模拟所得到的指标数据进行赋权计算，得到布局方式综合评价值。最后，以3种常见的布局方式(环绕式、指廊式及通道式)为例进行评价。通过布局体系评价，得到在不同乘客数量和发车频次下运行效率最快的布局方式。当乘客数量较少，发车频率较低时，环绕式效率最高。当乘客数量较大且发车频率较高时，通道式效率最高。其余情况为指廊式效率最高。公交站场布局方式评价体系为铁路交通枢纽中公交站场布局方式的选择提供了评价方法，可以为规划者在规划初期提供一定的参考。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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联合重复性与周期性的公交乘客个体出行规律分类 姚志刚, 卢致远 2023, 23(5): 113-119.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.012 摘要 ( )   PDF(2395KB) ( )   针对分别度量个体出行短期规律(重复性)与长期规律(周期性)信息表征不完全问题，本文提出联合重复性与周期性度量公交乘客出行规律，按个体日出行链划分乘客出行模式，分别改进重复性信息熵模型与周期性评分函数，基于K-Means++算法对公交乘客出行规律进行分类。应用2019年10月~12月浙江省海宁市的数据，从时间、空间两个维度分别度量重复性与周期性，得到4个规律程度的信息熵指标；用仅重复性以及联合重复性与周期性两种方法，分别将71080名公交乘客分为重复性强且周期性强、重复性强但周期性弱、重复性弱且周期性弱这3类。比较两种方法下 3 类乘客出行时间的频数分布与个体数量变化发现，联合重复性与周期性可以使30.52%，即21692名乘客的类别划分更加合理；比较乘客个体出行模式热力图，证明了方法的有效性。结果表明：联合重复性与周期性度量乘客个体出行规律，可以提升公交个性化需求的识别精准度。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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地铁-公交加权复合网络关键站点识别及鲁棒性研究 郑乐, 高良鹏, 陈学武, 宋波, 丁磊 2023, 23(5): 120-129.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.013 摘要 ( )   PDF(3532KB) ( )   为识别地铁-公交复合网络中的关键站点，提高网络鲁棒性，本文综合考虑地铁与公交的运行特性及换乘特性，以出行时间作为边权，构建地铁-公交加权复合网络。针对加权复合网络，提出可达重要度、中心重要度和路径重要度这3类站点重要度评估指标，以及更贴合实际的鲁棒性评估模型，评估不同攻击模式和攻击策略下的网络性能。以南京市地铁-公交加权复合网络为例，分析其网络特性、关键站点及鲁棒性。研究结果表明：地铁网络在复合网络中起到快速通道的作用，能够从整体上极大地提升复合网络的运行效率，减小约13%最优路径的平均耗时，当关键地铁站点遭受攻击时，会造成复合网络绕行率的迅速提升和网络效率的快速下降；在复合网络遭受第1类攻击方式时，基于路径重要度的攻击策略对网络的绕行比例影响最大，基于可达重要度的攻击策略对网络的最大连通度影响最大；相较于第1类攻击，复合网络在第2类攻击下表现出更强的鲁棒性，基于可达重要度的攻击策略对网络性能影响最大。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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重载线路低负荷方向运力利用率提升策略与效益评估 曾玮, 贾晋中 2023, 23(5): 130-135.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.014 摘要 ( )   PDF(1991KB) ( )   我国铁路、公路、航运等运输方式在客货运输通道中普遍存在双向负荷不平衡现象。为提升运输线路低负荷方向能力利用率并合理评估双向运输效益，从运输通道角度建立了运输线路能力利用率与效益评估模型，并设置算例研究运价优惠策略对低负荷方向线路能力利用率以及企业运输效益的影响。研究表明：在通道上存在公路和铁路两种方式的情景中，考虑中短运距(600~650 km)条件下，当铁路运价优惠程度由0增加至60%，线路能力利用率增长28.63%，且增幅逐渐提升。铁路运价优惠程度由0增至15%，铁路双向运输效益上涨0.92%，随后略有下降；运价优惠程度超过30%，双向运输效益下降速度逐渐增加。运输企业通过合理制定运价优惠策略，有望实现在保障运输效益的同时，提高低负荷方向线路能力利用率。随着运输距离增加至约1500 km时，可将最大运价优惠程度提升至35%。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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建成环境和出租车需求对网约车出行需求影响的时空间分异模式 马健霄, 赵飞燕, 尹超英, 汤文蕴 2023, 23(5): 136-145.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.015 摘要 ( )   PDF(1950KB) ( )   为探究考虑出租车出行需求影响下，建成环境与网约车出行需求之间的互动关系，本文基于南京市网约车和出租车订单数据，围绕密度、设计、多样性及公交临近度这4个维度构建城市建成环境指标，分别针对早高峰、晚高峰和平峰这3个时段建立考虑局部变化项和全局固定项的半参数地理加权回归模型(SGWR)，探究建成环境对网约车出行需求的时空异质性影响。结果表明：对比普通最小二乘回归(OLS)和传统地理加权回归模型(GWR)，SGWR模型的AICc值在3个时段分别下降了 2.44%与 0.15%，4.01%与 0.30%，1.89%与 0.27%；Adjusted R2 值分别提高了6.52%与0.11%，8.02%与0.55%，2.75%与0.11%，表明SGWR模型具有更好的拟合效果。局部变量的回归结果表明，不同的建成环境变量对网约车出行需求影响不同，具有时空异质性；全局变量的回归结果表明，土地利用混合度在早晚高峰时段对网约车出行需求影响显著，为负向影响。出租车和网约车之间呈现为合作关系，高密度的公司企业和公交站点数量会促进网约车出行需求的产生。本文研究结果可为合理配置网约车资源提供理论依据。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑共享汽车和区域换乘的多模式双动态演化模型 周成栋, 宋菲, 赵小梅 2023, 23(5): 146-154.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.016 摘要 ( )   PDF(1741KB) ( )   构建多模式交通系统的双动态演化模型，模型包括逐日动态演化和日内动态演化，逐日动态演化在1 d的维度上不断更新用户的多模式感知出行成本；日内动态演化依据多模式感知出行成本，采用Logit模型划分模式，并通过宏观基本图(Macroscopic Fundamental Diagram, MFD)理论计算区域内各模式的平均行驶车速和出行时长。探究共享汽车新型交通模式和区域换乘对出行者选择行为和交通系统演化均衡的影响。算例结果表明：相比长途出行，出行者在短途出行中更愿意使用共享汽车；稳态系统中，共享汽车出行将代替28.09%的私家车出行和8.52%的公共汽车出行；共享汽车出行增加了交通系统的总出行成本(1.07%)和总旅行时间(16.53%)；区域换乘是重要的出行模式，降低了交通系统的总出行成本、总旅行时间和小汽车的拥有量。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于等待策略的同时送取货车辆路径问题干扰管理研究 辛禹辰, 李润超, 杨华龙 2023, 23(5): 155-161.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.017 摘要 ( )   PDF(1608KB) ( )   针对客户请求频繁变动下的同时送取货车辆路径问题(Vehicle Routing Problem with Simultaneous Delivery and Pickup, VRPSDP)，分析客户送/取货量或时间窗变动请求对原车辆配送方案产生的影响，辨识出其中的干扰事件。在将决策期分成若干个相等时段的基础上，通过设置各时段末干扰事件数量累积阈值或客户等待时段数极限值参数，确定干扰管理决策时刻，建立基于等待策略的VRPSDP干扰管理模型，并设计一种改进遗传算法和禁忌搜索算法相结合的两阶段启发式算法。选用Solomon标准测试算例中多组数据进行算例分析。算例结果显示，相比于实时干扰管理方法，基于等待策略的干扰管理方法节约广义总成本14%以上，节约时间偏离成本7.8%以上，敏感性分析表明，干扰事件数量累积阈值和客户等待时段数极限值均存在最优取值。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于气象因素与特征选择的进港航班延误可解释预测研究 王维莉, 王逸文 2023, 23(5): 162-171.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.018 摘要 ( )   PDF(2209KB) ( )   航班延误预测对于提高旅客满意度和优化资源配置具有重要意义，然而，预测模型的不可见性限制了其进一步发展。为提高航班延误预测问题的准确性与可解释性，以某机场航线到港航班为例，在考虑机场不同气象因素的基础上，基于mRMR(max-Relevance and min-Redundancy)算法剔除冗余特征，筛选最优特征子集作为预测模型的输入，在比较多种机器学习算法后，选择Catboost算法，利用SHAP(Shapley Additive Explanation)归因分析方法，从局部解释和全局解释深入挖掘各因素对航班延误时间的不同影响程度，并采用偏依赖分析提取关键因素的最佳阈值。结果表明：经过特征选择后的Catboost预测模型能够更好地捕捉非线性特征，相比于未经过特征选择的模型，MAE(Mean Absolute Error)、RMSE(Root Mean Square Error)及MAPE(Mean Absolute Percentage Error)分别降低了3.84%，3.35%，4.22%，并利用DM(Diebold-Mariano)检验从统计学上检验模型的差异性；同时，航班延误时间受到多种气象特征以及前序延误等因素共同影响，其中，机场风速和降水量对延误时间有显著正向影响，而机场有效风力和能见度则对延误时间有显著负向影响。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

工程应用与案例分析

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大数据驱动下的山地城市道路条件对车辆碳排放影响研究 周涛, 李毅军, 孙琴梅, 任瀚堃, 刘怡, 张振豪 2023, 23(5): 172-183.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.019 摘要 ( )   PDF(3529KB) ( )   PDF(English version)(1653KB) ( 28 )   厘清城市道路与车辆碳排放的关系对于城市交通碳排放测算、城市交通建设及城市交通规划设计具有重要意义。本文基于车载自动诊断(On Board Diagnostics, OBD)大数据，以重庆市为例分析道路类型和道路坡度对车辆碳排放量的影响，探索重庆本土化的道路碳排放因子。首先，介绍OBD数据和处理方法，结合汽油燃料碳排放因子将车辆油耗换算为车辆碳排放量；然后，通过设定道路缓冲区、轨迹匹配及轨迹切割等方法建立车路匹配模型，根据车辆运行特征将车辆划分为非营运、营运及货运这 3 类；最后，采用莱文贝格－马夸尔特(Levenberg-Marquardt, LM)方法迭代拟合车辆平均速度和碳排放因子的关系。研究表明：提高城市道路平均速度至 25 km·h-1 以上，对减少车辆碳排放量有显著效果；道路碳排放因子排序为次干路大于主干路大于 快速路，与立交化严重和开口少等本土化特征相关；车辆碳排放因子对陡坡道路最敏感，影响排序为道路坡度大于车辆类型大于道路类型。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于复杂网络的长三角和粤港澳航运网络韧性评估 王直欢, 胡炜琴, 王逸文 2023, 23(5): 184-193.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.020 摘要 ( )   PDF(3370KB) ( )   新冠疫情等全球重大突发事件凸显了航运网络韧性的重要性。本文基于复杂网络和韧性三角理论构建一种定量评估港口群航运网络韧性的方法。该方法将航运网络韧性评估过程分为初始、破坏、恢复和稳定这4个阶段，采用节点度值、中间性、强度和随机排序这4种不同的攻击和恢复模式，并以网络独立路径数、网络效率和网络连通度这3个特征作为衡量港口群航运网络韧 性的关键指标。本文以长三角和粤港澳港口群为例，利用2023年上半年的船舶靠港数据构建两个港口群内部航运网络，并对比分析两个航运网络在4种不同攻击和恢复模式下韧性指标的变化情况。结果显示，长三角航运网络规模远高于粤港澳航运网络但较均衡，而粤港澳航运网络枢纽作用更加明显。长三角航运网络的网络独立路径韧性和网络效率韧性优于粤港澳内部航运网络，前者为8.4和11.8，后者为7.9和10.2，而长三角航运网络的连通度韧性为8.3劣于粤港澳航运网络的9.5，并且两个网络在度攻击模式下韧性最差。长三角航运网络应重点加强港口之间的连通性，以及如皋港等中间性较高港口的中转能力，粤港澳港口群需强化维多利亚港等强度较大港口的枢纽能力和通道冗余性，以提升港口群航运网络韧性水平。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

运输组织优化理论与方法

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城市道路应急车辆借道通行与信号协同优化模型 龙科军, 张仲根, 刘洋, 高志波 2023, 23(5): 194-201.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.021 摘要 ( )   PDF(2413KB) ( )   考虑单一的信号优先策略无法保证应急车辆不停车通过交叉口，因此，本文提出应急车辆借用逆向左转车道与交叉口信号协同优化模型。首先，在路段上通过应急车辆速度引导与逆向左转车道预信号配时的协同控制，优化应急车辆路段行驶速度，实现借用逆向左转车道通行；其次，增设应急相位保证应急车辆优先通过交叉口，以社会车辆出行总时间最小为目标，相位开启 时间和绿灯持续时间为决策变量，考虑交叉口相位间的冲突、预信号开启和持续时间等约束条件，建立混合整数线性规划模型；并通过AMPL(A Mathematical Programming Language)编译并调用求解器求解，最后，以主干道和次干道相交的交叉口为例，对所提模型进行验证。结果表明：与绿灯延长模型相比，协同优化模型能显著降低应急车辆在交叉口区域的出行时间，减少社会车辆出行总时间。通过对流量和车道长度等参数的敏感性分析发现，随着流量和车道长度的增加，协同优化模型具有更好的优化效果。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑候选站点和全服务过程的需求响应接驳公交调度 任婧璇, 常孝亭, 巫威眺, 靳文舟 2023, 23(5): 202-214.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.022 摘要 ( )   PDF(1913KB) ( )   考虑乘客对接驳服务从出发至到达全过程的要求，以及人的可移动性与城市道路特性，基于乘客对出发时间的下界要求(最早出发时间)和到达接驳终点须不晚于后段服务时刻表的到达时间上界要求(最晚到达时间)，且在选择出行端点时有多个步行可达站点，提出考虑候选站点和全服务时间窗的需求响应接驳公交调度问题。首先，建立需求和站点集合间的映射，构建考虑节点关系和空间距离的阻抗矩阵，以车辆启用成本和里程成本最小化为目标，将问题转化为带有全服务过程时间窗和容量约束的车队规模配置和车辆路径联合优化问题，建立商业求解器可解的混合整数线性规划模型。其次，引入车辆编号对称性消除约束和同站需求序列唯一性约束，加速模型求解。为求解较大规模问题，设计多种基于问题特性的邻域结构和自适应邻域模拟退火算 法。最后，以广州大学城公交子网络为例，设计不同影响因素下的数值实验，实验表明：相较于需求仅指定唯一上车站点的情况，引入候选站点减少所需车辆及行驶距离，使固定成本和可变成本分别降低25%和22.19%，总成本下降23.32%。全服务时间窗约束相较于单点一端时间窗和行程时间约束较为严格，候选站点的引入可弥补其较紧的时间要求对路径成本和乘客行程时 间的增长效应。结果表明，全服务时间窗可保证乘客的服务质量，候选站点的引入可有效减少运营成本。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于候车时间和效益损失的城轨列车运行计划优化 张正坤, 朱昌锋, 景云, 邢进 2023, 23(5): 215-226.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.023 摘要 ( )   PDF(2995KB) ( )   兼顾乘客和企业的双方利益是编制城轨列车运行计划关注的重点。以两端配有车场的城轨线路为背景，通过考虑列车载客状态及其时间持续对运营效益的影响，提出效益损失概念。针对断面客流不同需求导致效益损失的个体差异，引入体现其差异性的调控因子，以候车时间和效益损失上确界为优化目标，通过考虑列车数量、折返线能力、列车接续及进出场环节等关键约束条件，构建城轨列车运行计划优化模型。因模型求解需要，对模型进行线性化等价重构，并据此设计基于GA(Genetic Algorithm)-Gurobi的混合求解策略。最后，通过算例分析验证了模型及求解策略的合理性，结果分析表明：本文优化得到的列车运行计划节省候车时间约30.1%，减少效益损失约17.9%，节省列车数7.4%，列车运行计划质量得到明显提升。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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运营突发事件下城市轨道交通诱导信息发布策略研究 于丁原, 姚恩建, 刘莎莎, 李思慧, 郭东博, 刘唯伊 2023, 23(5): 227-237.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.024 摘要 ( )   PDF(2471KB) ( )   运营突发事件下，向城市轨道交通(城轨)乘客有针对性地发布诱导信息，是实现高效疏导、确保城轨运营安全的重要举措。本文考虑乘客异质性，开展突发事件下城轨诱导信息发布策略研究。首先，基于潜在分类模型(Latent Class Model, LCM)构建城轨乘客在突发事件和诱导信息双重作用下的路径选择行为模型，分析乘客对诱导信息接受程度及路径选择偏好的差异。其次， 以线网乘客总出行时间和线网客流分布均衡性基尼系数为优化目标，构建基于路径选择行为分析的信息诱导优化模型，并应用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ, NSGA-Ⅱ)求解，以获得突发事件下受影响起讫点(Origin and Destination, OD)间各有效路径的最优推荐指数。最后，以北京市工作日早高峰城轨区域线网进行案例分析。结果表明：城轨乘客在突发事件下对诱导信息存在“诱导服从型”“诱导中立型”“诱导无视型”这3类不同接受程度的群体。提供诱导信息后，线网乘客总出行时间减少3.906%，线网客流分布均衡性基尼系数下降 4.063%，同时减少了高满载率区间数量。事件结束后，诱导信息的继续发布可降低突发事件受影响区间7.08%的满载率，并避免乘客在刚恢复正常运营区间上的再次聚集。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于列车开行方案的城市轨道交通多交路客流分配方法 许得杰, 潘星, 巩亮, 胡晨皓, 王雪鑫 2023, 23(5): 238-246.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.025 摘要 ( )   PDF(1763KB) ( )   研究基于多交路共线运营列车开行方案的客流分配问题，有利于分析评价列车开行方案编制质量，评估列车运输资源的负荷均衡性。本文选取典型城市轨道交通多交路共线运营列车开行方案，构建基于列车开行方案的共线运营服务网络。考虑乘客在共线区段的路径选择行为， 提出轨道交通共线问题的数学模型。通过将客流加载的有效路径求解问题转化为求解共线运营服务网络的最短超路径问题，提出基于发车频率的超路径客流分配方法，构建多交路共线运营服务网络客流分配模型，并提出求解配流模型的混合连续平均算法。算例研究表明，由配流结果计算所得的断面满载率相对偏差最大为4.54%，可以实现运量与列车运力的较好匹配；相同服务频率下，多编组模式下的列车最大断面满载率较单一编组模式下的最大断面满载率低15.64%，多编组开行方案的客流适应性更强。本文方法可为复杂交路设计、列车开行方案编制及优化调整提供依据。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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高峰时段郊区线考虑列车容量约束的停站方案优化方法研究 张惠茹, 豆飞, 魏运, 刘洁, 宁尧 2023, 23(5): 247-257.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.026 摘要 ( )   PDF(2869KB) ( )   大城市郊区线路的客流往往具有明显的长距离出行和时空分布不均衡特征，尤其在高峰时段存在因列车容量约束导致乘客滞留站台的现象，而开行不同站停方式的列车是解决上述问题的有效手段。在计算上下车、进站/换乘及留乘等客流数量基础上，本文建立以包括候车时间和 旅行时间在内的乘客总出行成本最小为目标的优化模型；以是否停站的0-1变量对所有列车进行统一编码，通过设置最大触发灾变次数，设计基于灾变思想的改进遗传算法；定义研究时段相邻列车在各车站发车间隔的偏差均值和偏差离差为评价运行图发车间隔均衡性的指标，实现考虑列车容量约束的停站方案优化。以北京地铁15号线为案例，结果表明：改进遗传算法通过灾变操作可有效跳出局部最优；算法可得到设计的3种场景条件下的最优停站方案，相较于场景1，场 景2和场景3目标值分别提升12.20%和4.28%；采用跳停策略，可以有效减少列车运行时间，相较于场景1，场景2和场景3的下行方向在到达终点站时分别节省17.49 s和17.97 s。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑司机偏好的城市轨道交通混合乘务轮转模型 潘寒川, 戚博洋, 胡华, 康磊, 沙悦, 刘志钢 2023, 23(5): 258-267.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.027 摘要 ( )   PDF(2174KB) ( )   基于非循环轮转方案，本文提出混合乘务轮转模式下的建模方法，并将司机对乘务计划的需求总结归纳为司机偏好，给出偏好的量化计算方法，加入乘务轮班计划求解目标，构建考虑司机偏好的城市轨道交通混合乘务轮转优化模型。设计基于大规模领域搜索的模拟退火算法，以上海地铁某线路的实际运营数据为背景进行案例分析。研究结果表明，计算结果与传统模型对比下，本模型所得的轮转计划实际出勤点偏好满足率约为90%，满足任务类型偏好分配率超过65%，优于传统轮转方案，且平均工作时长方差也有明显下降，计算结果验证了本模型的有效性和实用性。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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城轨控流方案与列车开行频率及票价一体化优化方法 徐光明, 卢春宇, 钟林环, 邓连波 2023, 23(5): 268-278.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.028 摘要 ( )   PDF(1915KB) ( )   为缓解城市轨道交通线路客流时空分布不均衡问题，提高乘客服务水平和企业运营效益， 本文提出多时段城轨控流方案与列车开行频率及票价一体化优化方法。构建双层规划模型，上层模型以社会福利最大化为优化目标，以多时段列车开行频率、票价率及控流方案为决策变量；下层模型描述一体化优化方案下乘客的出行选择行为，构建基于弹性需求的多时段随机客流分 配模型。设计嵌套Logit随机用户客流分配方法的遗传算法求解模型，基于实际线路进行算例分析，验证模型与算法的有效性。算例结果表明：通过对各运营时段列车开行频率、票价率及控流方案进行一体化优化，能够降低高峰时段客流量，均衡不同运营时段内的出行需求，缓解线路客流时空分布不均衡现象；优化城轨票价能够吸引更多潜在客流需求，使企业票价收入提升 11.81%，消费者剩余提高5.94%；优化列车开行频率可以提高列车运输能力利用水平，使企业运营成本降低8.11%；同时，实施控流方案可以进一步提升乘客服务水平和企业效益。因此，本文所提方法可为城轨列车开行方案与票价及控流方案的协同制定提供理论基础。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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基于强化学习的干扰条件下高速铁路时刻表调整研究 庞子帅, 王丽雯, 彭其渊 2023, 23(5): 279-289.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.029 摘要 ( )   PDF(2368KB) ( )   研究干扰条件下列车时刻表调整对提高高速铁路实时调度指挥决策水平和行车组织效率具有重要意义。本文基于数据驱动的优化方法研究干扰条件下列车时刻表调整，旨在提升时刻表调整模型实时应用效果。考虑列车运行约束，以列车晚点时间最小为目标，基于强化学习近端策略优化(Proximal Policy Optimization, PPO)模型提出列车时刻表实时调整方法。建立列车运行仿真环境，PPO智能体与环境不断交互贪婪搜索使目标函数最优的策略。分别使用随机干扰案例和我国武广高速铁路实际数据中干扰案例测试PPO模型的性能及效率。结果表明：PPO模型优于其他常见的强化学习模型，以及调度员现场决策方案(由历史数据获得)，PPO模型至少可减少13%的 列车晚点时间；PPO模型收敛速度明显优于其他常用强化学习模型；PPO得到解的质量与最优解仅相差约2%，且相比于得到最优解的速度具有明显提升，使其能更好地应用于实时决策。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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网络条件下供需未匹配的公路港多车型甩挂调度优化 郭红霞, 倪少权, 贺裕雁 2023, 23(5): 290-297.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.030 摘要 ( )   PDF(1413KB) ( )   多车型甩挂伴随公路港网络化产生，对解决公路港间供需未匹配问题以及降低网络运营成本具有重要作用。为分析多车型甩挂的优势，本文从多车场、多需求、需求不均衡和供需未匹配的视角出发，以网络运营成本最小为优化目标，建立网络条件下公路港多车型甩挂调度优化模型，并设计了基于动态规划法、节约里程法和改进模拟退火算法的两阶段启发式算法对模型进行 求解，同时将其与改进粒子群算法和改进蚁群算法进行对比，验证算法的有效性。结果表明：与传统运输方式相比，多车型甩挂牵引车数量减少率为7.30%，成本节约率为2.32%，同时确定了甩挂比合理值为1.00∶1.08，体现了多车型甩挂的优越性。在不同的牵引车工作时长下，牵引车数量减少率从7.30%增加到53.68%，成本节约率从2.32%增加到15.86%，甩挂比合理值从1.00∶1.08增大到1.00∶2.16，多车型甩挂的优势凸显。不同工作时长下甩挂比的合理值和牵引车调度方案为企业运营提供了一定的决策支持。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑旅客跨楼中转的航空公司所属航站楼分配优化研究 李艳华, 阳杰, 刘志硕, 邓杰 2023, 23(5): 298-311.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.031 摘要 ( )   PDF(3460KB) ( )   针对多航站楼枢纽机场跨楼中转效率低下的问题，以提升枢纽机场中转水平为目标，本文提出航站楼分配优化模型，优化航空公司在各航站楼归属分配布局。为兼顾航空公司的便利需求，提升中转旅客的出行体验和降低机场运营成本，以年跨楼中转旅客数量、同航系航空公司间跨楼中转组合数量、年旅客跨楼中转总时间和年跨楼国际/港澳台中转旅客数量最小为目标，考虑 航站楼容量限制和航空公司旅客处理能力限制等因素，建立多航站楼航空公司分配优化多目标整数规划模型，并设计模拟退火和自适应粒子群(SA-APSO)的混合优化算法求解模型。选取西南地区某枢纽机场进行实例分析，首先，使用SA-APSO算法求解小规模算例，结果显示，优化后的各目标分别降低了14.51%~50.00%，且各目标函数值在算法整体运行多次后变化幅度较小，验证了模型和算法的有效性及算法的稳定性。随后，使用SA-APSO求解大规模算例，得出不同目标权重组合对应的最优方案，结果显示，优化后的各目标分别降低了 26.86%，28.33%，89.91%和 28.84%。研究结果表明：所提出的模型和算法可以充分兼顾航空公司、中转旅客和机场这三方利益，满足各航站楼容量和航空公司旅客处理能力限制的同时，提高旅客跨楼中转效率，降低机场运营成本，满足航司便利需求，进而增强枢纽机场中转吸引力，为多航站楼枢纽机场的航空公司航站楼分配优化提供理论和方法指导。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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考虑潜在冲突的进离场航班协同排序 王建忠, 丁小芹, 王树伟 2023, 23(5): 312-320.  DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.05.032 摘要 ( )   PDF(1447KB) ( )   考虑进离场排序中潜在冲突引起的管制员工作负荷增加以及排序结果的可执行性等问题，本文提出基于多目标时间索引模型的进离场航班排序方法。用潜在冲突时间长度来表征管制员解决冲突的负荷大小。以延误时间和解决冲突负荷最小为目标函数，引入时间索引模型，将时间段离散化为一定步长的时隙，为每架航班分配着陆、起飞时隙，而非固定的时间点，从而提高排序结果的可执行性。根据模型的具体特征，设计遗传算法，利用天津滨海国际机场数据，求解验证模型的有效性。实验结果表明：模型在各种权重组合下，对减少航班总延误时间和管制员解决潜在冲突的负荷均有良好的优化效果；在权重组合为0.2-0.8的条件下，相比于实际运行情况和先到先服务策略，航班延误的优化率为 11.25%和 11.87%，管制员解决冲突负荷的优化率为 28.70%和37.90%；权重组合为0.1-0.9时，航班延误的优化率为9.70%和10.34%，管制员解决冲突负荷的优化率达45.37%和52.42%。因此，模型在减少航班延误的同时也极大程度上减少了潜在冲突时间，降低了管制员的工作负荷，提高了终端区的运行效率和安全。 参考文献 | 相关文章 | 计量指标