組合出行模式下動態交通路徑選擇模型研究

林潔 裴廷福 王夏秋

摘要：通過對于城市交通網絡的調研發現，電動車作為常見的出行方式，短距離內具備靈活特點，但是長距離出行受到限制，同時電動車對于交通管理及疏導帶來困難。利用超級網絡構建組合出行網絡，并利用logit模型進行動態交通分配進行研究，建立電動車與公共交通組合出行模式，提高城市公共交通利用率，同時為電動車停放點規劃提供參考。

關鍵詞：組合出行;超級網絡;動態交通路徑選擇

隨著城市與交通網絡發展不斷完善，新增交通網絡發展對于城市布局產生影響，出行逐漸需要采取一種或多種交通方式。在軌道交通網絡逐漸完善的過程中，出現接駁不順暢問題，公交與城市軌道交通，電動車與城市軌道交通之間的換乘受多方面因素擾動。確定組合預測下動態交通分配模型有助于決策者掌握換乘的不利因素，為出行者提供出行選擇，為城市ITS系統提供建設基礎。南寧市由于城市特征及出行者習慣，電動車在15公里范圍之內為主要的出行模式。

在考慮出發時間的組合出行動態路徑選擇模型文中考慮出行者出發時間，建立了動態交通分配模型，在考慮路段狀態、路段出行時間等約束條件下的交通分配結果;組合出行模式下的隨機交通平衡分配模型及算法中建立超級網路，并在彈性需求下分析分析了出行者行為。上海軌道交通客流出行方式鏈模型研究中以上海軌道交通為研究對象，通過組合網絡揭示軌道站點周邊的用地、配套交通設施與軌道客流之間的內在關系。

1.組合出行模式的網絡構建

根據圖論的方法，在組合交通方式網絡根據出行方式劃分，主要考慮幾種出行模式：（1）步行網絡。步行機動性較強，體力消耗較大，因此步行網絡范圍較小，在上網、下網及網絡轉換過程中予以使用。（2）電動車網絡。不考慮共享電動車模式，電動車歸屬于出行者個人，因此會在首層網絡或上網過程中產生，且電動車出行對于路段狀態、路段出行時間等約束較少;（3）地鐵網絡，具備地鐵的交通網絡作為出行的主要方式，能夠與其他公共交通方式共同承擔出行過程，軌道交通網絡具備準時、快速等特點，阻抗小，出行成本低的特點;（4）公共交通網絡，作為傳統的交通模式，具備環保，出行成本低等特點，但是受到路面阻抗、天氣等因素擾動突出。

在組合出行構成的超級網絡當中，出行者單次出行主要經歷一下過程：確定起訖點后，選擇步行或電動車方式上網，到達第一種交通方式與第二種交通的方式的交叉點或者臨近節點，換乘至第二種交通網絡上，到達目的地點附近，通過步行或其他方式下網。利用超級網絡理論，將原有的交通網絡進行斷面劃分，構成交通出行網絡，如圖1所示：

通過對城市公共交通網絡規劃圖、城市軌道交通網絡規劃圖及電動車停放點的調研，得到層級網絡圖，其中電動車網絡層的節點為近起點處電動車停放點、近換乘電動車停放點，若沒有提供電動車停放點，上網路徑直接選擇到達地鐵網絡層，達到地鐵網絡層某節點后，選擇下網或換乘公交網絡層后到達終點。該超級網絡中每一種交通方式都構建在同一個子網上，網絡間通過換乘路徑接駁，形成一個有向網絡圖，可描述為：

其中

W為出行方式子網層集，利用b、t、m分別表示公交出行、地鐵出行、電動車出行，則;

V為子網中的節點集，其中為起點集、為終點集，節點可以為電動車停車點、公交車站、地鐵站、路網節點等地;

E為子網中的走行弧集，與出行方式子網層級保持一致，即

L為上網及下網弧集，為上網弧集，為下網弧集;

A為換乘弧集，其中為同網絡換乘弧集，為異網絡換乘弧集;

網絡構建需要考慮實際出行情況，因此在網絡構建過程中并不是所有路均連通，主要考慮以下幾個約束：（1）換乘交通方式不會多于所設置的最大限制條件;（2）不存在回路;（3）不存在連續換乘弧;（4）某種出行設計距離限制，如上網路段及下網路段不超出上限，電動車行駛距離不超過。

通過網絡建模后，將圖一中的起訖點出行可以描述為三條路徑：

1. O→→→→→→→d
2. O→→→→→d
3. O→→→→→d

2.費用函數及交通分配模型

交通配流過程中，界定幾個假設條件，網絡之間不存在交叉與重疊，只在換乘部分相互連接，考慮電動車具備所屬性，因此電動車出行模式只能為第一種出行模式，并有距離先限制。為了便于描述將電動車、地鐵及公交車三種出行模式標定為1、2、3。

2.1費用函數

在超級網絡中，每次出行由上網弧、出行模式弧、換乘弧、下網弧費用組成

根據經典的費用構成，每一段弧的費用由該種交通方式的費用成本、時間—費用成本及舒適度三部分構成，其中時間—費用包含旅行時間及等待時間，即：

其中為第w種出行模式下第e條弧的出行總費用，為第w種出行模式下第e條弧的時間—費用成本，為第w種出行模式下第e條弧的費用成本，為第w種出行模式下第e條弧的舒適度成本，其中，。

對于各條弧具體費用的表達：

1. 電動車出行費用：

1. 地鐵出行費用：

、、

1. 公交出行費用：

、、

其中為當前交通方式下自由流時間，當前交通方式下舒適度損耗，為路段長度，為電動車出行費用成本。

2.2交通配流模型

交通配流問題是交通規劃核心，針對于交通配流問題主要分為靜態交通分配及動態交通分配。根據Wradrop用戶平衡準則，出行車會選擇最短路出行。而在動態交通配流過程當中，道路的阻抗隨時間的變化發生改變，也就是隨機平衡配流問題。對于基于組合出行的超級網絡，考慮彈性需求建立logit模型，并通過建立模型及求解建立，分析出行者對于路線的選擇。

引入logit模型解釋出行者選擇，并建立變分不等式，即可建立模型，并進行求解。

3.結束語

根據城市公共交通網絡及調研結果，通過模型研究及求解可獲得交通配流結果，為電動車停放點設置參考，交通引導方向及智能交通引導奠定基礎。

參考文獻：

[1]孟夢，考慮出發時間的組合出行動態路徑選擇模型[J]，中南大學學報，2014（10）：3676-3680.

[2]周豪，考慮距離因素的多方式交通超級網絡均衡配流模型及算法[J]，山東科技，2018（3）：66-72.

基金項目：2017年廣西交通職業技術學院重點科研項目《組合出行方式的城市軌道交通網絡設計及優化問題研究》（項目編號JZY2017KAR01）