考慮運能匹配度約束的運能協調優化模型

李興華

(樂山職業技術學院機電工程系，四川 樂山　614000)

?

考慮運能匹配度約束的運能協調優化模型

李興華

(樂山職業技術學院機電工程系，四川 樂山614000)

摘要：針對樞紐內交通方式運能協調問題，分析運能協調的影響因素，以及運能匹配度分級的標準，建立考慮運能匹配度約束的協調優化模型，并通過Lingo軟件進行求解，為樞紐交通方式運能匹配、協調調度提供理論依據。

關鍵詞：綜合客運樞紐；運能匹配度；運能協調；優化模型

1運能協調影響因素分析

1.1時間距離的影響

換乘乘客選擇某種方式換乘應當滿足其時間的要求。這里所提及的時間距離是指乘客選擇某種交通方式從樞紐站點到目的地所耗費的平均時間，可結合居民出行調查數據間接獲得，不同交通方式的時間距離有明顯差異，根據實際經驗可以得出，常規公交時間距離最大，出租車則最小。

1.2換乘乘客屬性的影響

從微觀層面來考慮，換乘乘客的屬性直接影響其交通方式選擇行為，進而影響著不同交通方式運輸能力的需求，例如一般收入較高的換乘群體更傾向于選擇服務水平較高的交通方式，而收入較低的換乘乘客對于交通方式的服務水平沒有太高的要求，更多考慮的是出行成本的高低，更偏向于選擇較為便宜的交通方式。總的來說，換乘乘客屬性主要包括：換乘乘客的個人基本特征(年齡、性別、職業、收入水平)、換乘乘客的出行屬性(是否攜帶行李、出行目的、隨行人員情況)、換乘乘客的心理偏好(偏向于舒適、方便、快捷、可達性)三個方面。

1.3各交通方式運輸能力的影響

不同交通方式因使用的交通工具、運營方式的不同，導致其運輸能力有所區別。對于以城市對外交通方式為主導交通方式、城市對內交通為輔助交通方式的綜合客運樞紐中，主導交通方式的運輸能力較大，輔助交通方式的運輸能力相比較小，在城市對內交通方式中以軌道交通方式的運輸能力最大，其次是BRT與常規公交，出租車運能最小。在綜合客運樞紐交通方式間運能的協調過程中，要充分考慮各交通方式運能的差異性。

1.4運營費用的影響

各交通方式運營支出費用包含油耗、電耗、管理費用、維修費用等。綜合客運樞紐內部各交通方式運行過程中能量消耗、維修方式及安全性能存在差異性，在運能協調過程中一般應從系統總費用最小的角度出發來建立協調優化模型。

2考慮匹配度約束運能協調優化模型

2.1運能匹配度計算

運能匹配度是指交通方式集散能力之間供需的比例，與各方式的集散能力、各方式間的換乘比例有關系。可由式3.8計算得到。

(1)

式中：zi為第i種交通方式的運能匹配度；A為高峰小時內，主導交通方式換乘客流/(人/h)；yi為第i種交通方式承擔主導交通方式換乘客流比例；Ci為第i種交通方式的集散能力/(人/h)；τi為主導交通方式換乘第i種方式的客流占第i種方式總客流的比例。

運能匹配度可以直觀的反應出兩種交通方式供需之間的協調程度。根據目前運能匹配度研究結果進行分析，將運能匹配度劃分為以下幾個等級，如表1所示。

表1　運能匹配度等級劃分

當0.8≤zi≤1時，運能匹配度較為理想，此時說明兩種交通方式的銜接性良好，到達客流可以較快的時間內完成集散；當zi時，說明主導交通方式換乘客流大于某輔助交通方式的接運能力，兩種交通方式之間的協調性被破壞，此時需要通過增加輔助交通方式的車輛配置來增加其運力，以及時疏散樞紐到達乘客。

2.2優化模型的建立

對于以城市對外交通為主導交通方式，城市對內交通為輔助交通方式的綜合客運樞紐而言，主導交通方式與輔助交通方式之間的運能協調主要是指：高峰時段內，各輔助交通方式的接運能力是否滿足到達客流換乘的需求。當某一輔助交通方式的集散能力大于主導交通方式換入客流時，輔助交通方式可及時疏散換乘乘客。

本文從樞紐系統費用最小的角度出發，以運能匹配度為約束條件，建立運能協調優化模型，模型假設主導交通方式間無換乘量，模型具體表述如公式(2)所示。

目標函數：

(2)

約束條件：

上述模型求解，可利用Lingo軟件結合實際調研數據進行計算。

2.3實例分析

本文以遼陽市綜合客運樞紐為例進行分析，該樞紐以鐵路客運和公路客運為主導方式，城市常規公交、出租車、社會車輛等為輔助交通方式。在運能結構優化時，考慮A級匹配水平，計算輔助交通方式的運能分配比例，根據實際客流調查結果，遼陽市綜合客運樞紐鐵路客運方式在高峰小時內到達客流量為2743人/h，公路客運方式在高峰小時內到達客流量為973人/h，到達客流換乘不同交通方式的比例如表2和表3所示。

表2　鐵路客運到達客流換乘比例

利用運能協調優化模型計算輔助交通方式的運能分擔比例如下。

=5 833.6×r1+30 383×r2+40 835.2×r3

(3)

運能優化模型中其它參數的取值如表4所示。

表4　參數取值

將主導交通方式換乘比例數據和模型參數取值運能協調優化模型(公式2)中，可將約束條件簡化為：

式中：r1為主導交通方式到達客流中，常規公交的客流分擔比例；r2為主導交通方式到達客流中，出租車的客流分擔比例；r3為主導交通方式到達客流中，社會車輛的客流分擔比例。

用Lingo軟件對上述模型求解，為求解方便用、、代替、、進行計算。Lingo中建模過程如圖1所示。

圖1　Lingo中模型建立

Lingo中模型運行過程和計算結果分別如圖2所示。

圖2　模型運行過程和計算結果

由圖2可以看出a=0.49、b=0.49、c=0.27。即常規公交的客流分擔比例為0.49，出租車的客流分擔比例為0.24，社會車輛的客流分擔比例為0.27，根據上述交通方式客流分擔比例以及主導交通方式高峰小時內到達樞紐的換乘客流量，可以得到樞紐輔助交通方式運能匹配優化結果，如表5所示。

表5　運能匹配優化結果

表6　優化結果分析

通過表6可以看出，通過模型優化后，常規公交和社會車輛分擔率分別降低了5.35%和3.30%，出租車分擔率提高8.66%，由于分擔率降低，常規公交和社會車輛的運輸能力有所降低，這部分換乘量由出租車輛運能承擔，這樣可以在系統費用最小的前提下使輔助交通方式的運能匹配程度達到最優，有效的緩解公交站臺旅客滯留、交通擁堵等情況，為常規公交運營調度度表的設計，樞紐外部社會車輛停車場設計以及出租車輛的交通組織提供理論依據。

3總結

本文以運能匹配度為約束條件，從系統費用最小的角度出發，建立運能協調優化模型，并且根據實際調研數據求解得到樞紐內各種交通方式的運能分配比例優化結果，結合樞紐換乘客流總量，得到第種集散方式的運能需求，從而進行運能配置，為樞紐內交通方式協調調度、運能合理配置提供理論參考。

參考文獻：

[1]姚新虎. 城市快速軌道交通與常規公交的線網協調研究[D]. 西安: 長安大學, 2005.

[2]林柏梁, 胡安洲. 大規模鐵路網上點、線運輸能力協調利用的模糊整數規劃方法[J]. 鐵道學報, 1997，(4): 10-16.

[3]李艷紅, 謝海紅, 周浪雅. 鐵路客運專線中心站與城市交通集散能力匹配關系的研究[J]. 交通科技, 2006，(3): 76-79.

收稿日期：2016-03-11

作者簡介：李興華(1998-)，女，內蒙古赤峰人，助理工程師，研究方向：交通運輸工程。

基金項目：樂山職業技術學院院級課題(項目編號：KY2015011)。

中圖分類號：U492

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)04-0136-03