基于灾害蔓延理论的轨道交通网络拥堵传播仿真分析.pdf

基金项目河南省高等学校重点科研项目()作者简介冯彦彦()女助教主要研究方向:交通运输基于灾害蔓延理论的轨道交通网络拥堵传播仿真分析冯彦彦(河南工业贸易职业学院 郑州)摘 要:当拥堵强度比列车拥堵阈值大时将会引起车站拥堵此外列车也会在原先拥堵状态下继续传播到临近站并引起拥堵状态不断往外蔓延的情况 基于此本文设计了一种基于灾害蔓延理论的轨道交通网络拥堵传播仿真方法 结果表明:仿真测试期间所有车站都发生了拥堵传播区域不断扩大的现象并逐渐进入稳定阶段 从交通网络系统的整体层面考虑换乘站最易造成大范围的拥堵且传播速度最快 在更长初始拥堵强度时间下拥堵传播数增加迅速并在 初始拥堵时间后进入稳定阶段关键词:轨道交通网络拥堵传播灾害蔓延仿真 ():.:引言随着当前城市轨道交通基础设施建设的不断发展逐渐形成了网络化运营的趋势通勤条件的限制与大规模活动对交通道路产生的干扰容易引起轨道交通发生严重拥堵的情况因此无法有效保障城市的安全管理状况同时也对交通网络危机管理模式提出更严格的标准 为充分克服城市轨道交通运营过程中面临的拥堵问题已有很多研究人员青海交通科技 第 期从不同层面探讨了导致拥堵的因素及其传播形式并制定了相应的运输管理措施 其中李欣等设计了一种呈方格形结构的路网可以为乘客提供不同的路径同时建立了双层混合模型来计算地铁和公交发车之间的时距并在此基础上确定常规公交站点与不同线路之间的距离可以根据上述优化模型来合理设计方格路网公共交通线网 汪瑞琪等则综合考虑城市轨道交通物理拓扑层、客流分布层和设施能力层建立多属性网络为网络拥堵易发点构建新的评价指标确定了网络拓扑、网络客流、运输效率等多项评价指标同时利用 熵权法建立组合权重来评判拥堵易发点的风险程度陈跃刚等提出确保城市轨道交通实现优异客流吸引力是实现路网拥堵减缓效果的一项关键因素并根据轨道交通的已有研究成果深入探讨了轨道交通出现拥堵的作用机制从平台层面出发建立了轨道交通网络平台以及路网平台的仿真模型并选取前期数据开展仿真测试本文在前人研究的基础上为了提高轨道交通网络拥堵传播效率设计了一种基于灾害蔓延理论的轨道交通网络拥堵传播仿真方法并开展仿真分析 交通网络拥堵模型建立图 拥堵传播流程示意图.拥堵传播特征车站的拥堵状态是根据两站间列车来实现传播的过程 当拥堵强度比列车拥堵阈值大时将会引起车站拥堵此外列车也会在原先拥堵状态下继续传播到邻近车站因此会引起交通网络发生拥堵状态不断往外蔓延的情况由此形成图 所示的传播路径 也可结合拥堵情况和拥堵阈值两者间的相互关系来分析列车的拥堵程度当前者比后者更大时将会造成车站拥堵反之则不会引起拥堵.交通网络拥堵模型先建立轨道交通网络 ()其中 表示所有车站的集合 表示各车站之间的连接边 表示车站的总数 利用灾害蔓延动模型开展分析时()表示节点的属性根据()耦合获得拥堵强度()主要由满载率()决定此时可利用表达式()计算:()()/()时车站 开始出现一定的波动现象这时内外部因素都开始发挥作用当列车满载率比拥堵阈值更大时说明车站 出现了拥堵的情况拥堵状态将被传播到邻近的车站 此时可通过灾害蔓延理论建立如式()的城市轨道交通拥堵传播模型以右边第一项判断车站的自我修复能力第二项表示车站灾害的蔓延作用机理第三项表示城市轨道交通的变化特征代表系统中存在随机噪声本文以 作为自修复因子其取值越大时说明车站的拥堵概率越低 当车站处于不同客流或乘客下车数量发生变化时都会对此项因子造成影响 第 期青海交通科技()()()()()(/)()().仿真设计本次选择上海城市轨道交通网络中规模数 开展研究具体包括起始站、换乘站、中间站三种基本类型对应的车站数量占比为 此外为提升仿真效果本次通过随机模式设置网络线路拥堵传播方向 设计的具体仿真参数见表 表 参数选取参数取值.完成仿真网络的建立并对各项仿真参数进行设置后再通过随机模式计算拥堵源相对初始状态的拥堵强度根据仿真结果获得网络系统中拥堵节点数与对应的拥堵强度 计算流程见图 图 流程图 结果分析针对建立的仿真网络通过仿真方法分析了初始拥堵强度、发生站类型、传播阈值指标与车站修复效率等引起的轨道交通拥堵传播情况 结合拥堵传播模型可以发现当拥堵发生站变化时车站出度也存在一定的差异各车站分别包含了相应关联车站的数量换乘站中存在数量较多的关联车站初始站点则只包含少量关联车站 将每种车站拥堵阈值都设置为.再设置自修复因子为 以随机模式从各类车站中选择单个车站组成拥堵传播源其中初始拥堵强度为.剩余车站最初拥堵值都为 经过 次仿真获得拥堵传播数对比不同拥堵发生站下拥堵传播数的差异性结果如图 图 拥堵传播数结果 由图 可知持续开展仿真测试期间所有车站都发生了拥堵传播区域不断扩大的情况并逐渐进入稳定阶段同时还可以看到不同车站具有不同的拥堵范围和传播速度 换乘站可在城市轨道交通网络中实现多个车站之间的连接当换乘站发生拥堵时会引起网络拥堵状态的快速传播这会对网络中其他关联站造成明显影响 中间站则跟部分站保持连接不会造成大范围的拥堵经测试发现该类站的拥堵传播速度比换乘站显著降低只对很小范围产生影响初始站只与 个车站连接当初始站发生拥堵时只对小范围网络产生影响 上述分析结果显示从交通网络系统的整体层面考虑换乘站最易造成最大范围的拥堵且传播最快这就要求开展道路交通运营管理期间主要关注与换乘站相关的交通青海交通科技 第 期设施、土地与人流状况本文针对各类车站拥堵传播源开展分析并利用仿真方法比较了不同初始拥堵强度下形成拥堵传播范围的差异性(如图)可以看到在更长的初始拥堵强度时间下拥堵传播数会迅速增加并在 初始拥堵时间下进入稳定阶段 因此进一步增加初始拥堵强度时间后无法继续通过车站自身修复能力来调控拥堵传播过程 处于同样的初始拥堵强度时间下换乘站获得了最大的拥堵传播数初始站最小图 初始拥堵强度下拥堵传播数结果 结论()开展持续仿真测试期间所有车站都发生了拥堵传播区域不断扩大的情况并逐渐进入稳定阶段 从交通网络系统的整体层面考虑换乘站最易造成最大范围的拥堵且传播速度最快()在更长初始拥堵强度时间下拥堵传播数增加迅速并在 初始拥堵时间下进入稳定阶段参 考 文 献 .():.冯国强 李菁 武卓尔 等.道路交通拥堵与城市雾霾污染的关系研究.中国人口资源与环境 ():.董哲伟 徐永能.轨道交通十字换乘车站缓冲区域的优化设计.江苏大学学报(自然科学版)():.杜翠丽 李晓璐 孙然然 等.面向拥堵传播阻断的城轨站点分类.北京交通大学学报 ():.:().():.李欣 戴章 李怀悦 等.基于连续近似模型的轨道交通与常规公交耦合优化设计.交通运输系统工程与信息 ():.汪瑞琪 张缨.城市轨道交通网络拥堵易发点的识别及评价.城市轨道交通研究():.陈跃刚 杜兴龙.基于平台视角轨道交通对路网交通拥堵的影响研究.铁道运输与经济 ():.陈伟 李宗平 刘灿 等.考虑拥堵传播的轨道交通车站站台承载人数研究.系统仿真学报 ():.肖文锦 张琦.基于灾害蔓延理论的拥堵传播建模与仿真.铁道科学与工程学报():.黄建华 孙梦歌.考虑出行者行为的多重网络拥堵风险传播模型.交通运输系统工程与信息 ():.第 期青海交通科技