交通運輸系統工程 課件 第11章 運輸系統工程應用案例

交通運輸系統工程交通運輸與教育平臺第1章系統概述1.1

系統的概念、特性及分類1.2

系統思想的形成與發展1.3

系統科學的學科體系第2章系統工程理論2.1

系統工程的概念、研究內容及特點2.2

系統工程發展概況2.3

系統工程方法論2.4

系統工程的理論基礎第3章交通運輸系統3.1

交通運輸的概念及分類3.2

交通運輸系統的組成與特點3.3

交通運輸系統工程的研究內容3.4

我國交通運輸的現狀及發展前景第4章運輸系統分析4.1系統分析的基礎理論4.2系統的特性分析4.3系統結構模型化技術第5章系統模型與仿真5.1系統建模及仿真概述5.2系統動力學的建模5.3系統動力學仿真計算5.4延遲第6章運輸系統預測6.1系統預測基本概念6.2定性預測方法6.3定量預測方法交通運輸與教育平臺第7章運輸系統網絡優化7.1運輸網絡的最短路和最大流7.2網絡圖的組成及繪制7.3網絡圖時間參數7.4網絡圖優化分析第8章運輸系統綜合評價8.1運輸系統綜合評價概述8.2運輸系統的經濟評價8.3常用的系統綜合評價方法第9章運輸系統決策9.1運輸系統決策分析概述9.2不確定型運輸系統決策分析9.3風險型運輸系統決策分析9.4信息的價值9.5效用理論及其應用第10章神經網絡與遺傳算法10.1神經網絡概述10.2遺傳算法第11章運輸系統工程應用案例11.1地鐵換乘樞紐的擁擠評價11.2道路交通檢測數據的聯合卡爾曼濾波11.3城市軌道交通定價模型交通運輸與教育平臺交通運輸與教育平臺11.1地鐵換乘樞紐的擁擠評價11.2道路交通檢測數據的聯合卡爾曼濾波

第11章運輸系統工程應用案例

11.3城市軌道交通定價模型交通運輸與教育平臺11.1.1地鐵換乘樞紐擁擠評價方法11.1.1.1K-means聚類分析

具體步驟為:(１)選定K個中心的初值；(２)將各評價指標歸到最近中心點所在的類中；(３)計算出每個類的新的聚類中心；(４)重復步驟(２)，直到最大步數迭代完成或前后J值之間的差小于閾值。交通運輸與教育平臺11.1.1.2排隊模型

（1）Ｍ/Ｍ/Ｃ模型。

平均隊長和平均等待時間分別為交通運輸與教育平臺11.1.1.3TOPSIS法具體思路:（1）方案以矩陣的形式表示。（2）確定正負理想解。（3）比較方案與正理想解的相似度。通過使用TOPSIS法，可以得到每個集散位置和各擁擠等級與正理想解之間的接近度，最后通過排序獲得每個集散位置的擁擠程度。交通運輸與教育平臺11.1.2擁擠評價的指標體系

在地鐵換乘樞紐特定建筑空間環境和設施設備布局的約束下，乘客個體之間頻繁發生局部接觸、擠壓導致個人行走行為減弱、行為空間的壓縮。地鐵換乘樞紐屬于乘客服務設施，根據乘客的移動服務方式不同，地鐵換乘樞紐內乘客服務設施分通過類、集聚類和排隊類3種。乘客服務設施分類如圖11-1所示。交通運輸與教育平臺11.1.2.1排隊區域擁擠評價指標具體思路:（1）排隊長度。該指標從狀態上反映了各設施處由于客流量巨大或者通行設施通行能力有限導致的排隊現象。（2）等待時間。該指標可以從乘客行走時間上反映在各設施處由于客流量巨大或者設施通行能力有限而導致客流行走時間延誤。交通運輸與教育平臺11.1.2.2集散區域擁擠評價指標具體思路:（1）客流量。指某一段時間內通過某點或某一截面的乘客數量。（2）客流密度。指單位面積或研究設施內的平均乘客數量。交通運輸與教育平臺（3）乘客步行速度。指乘客在指定方向上運動的速率。交通運輸與教育平臺11.1.2.3擁擠等級（1）排隊區域等級劃分.交通運輸與教育平臺(2)集散區域等級劃分.交通運輸與教育平臺11.1.3地鐵換乘樞紐擁擠評價模型構建11.1.3.1排隊區域擁擠評價模型構建

(1)安檢機擁擠評價.

用排隊長度與等待時間來衡量安檢機擁擠程度，因此，安檢機的擁擠等級應該由排隊長度等級和等待時間等級兩個指標加權平均確定。(2)閘機擁擠評價.用排隊長度與等待時間來衡量閘機擁擠程度，因此，閘機的擁擠等級應該由閘機的排隊長度等級和等待時間等級兩個指標加權平均確定。(3)樓扶梯擁擠評價.

在衡量樓扶梯擁擠程度時同樣使用排隊長度與等待時間，因此樓扶梯的擁擠等級應該由樓扶梯的排隊長度等級和等待時間等級兩個指標加權平均確定。交通運輸與教育平臺

(4)站臺乘降區擁擠評價.

用排隊長度與等待時間來衡量站臺乘降區擁擠程度，因此，站臺乘降區的擁擠等級應該由站臺乘降區的排隊長度等級和等待時間等級兩個指標加權平均確定。

(5)排隊區域擁擠評價.對排隊區域及該區域服務設施的擁擠等級A~D分別賦值0.2、0.4、0.6、0.8。該模型可以明確對樞紐擁擠等級產生影響最大的單個設施擁擠因素，權重系數能夠體現各設施擁擠對樞紐擁擠的影響程度。由于樞紐擁擠等級是單個設施處擁擠等級的加權，因此，得到地鐵換乘樞紐擁擠等級的同時，也可以得出具體的設施擁擠等級。11.1.3.2集散區域擁擠評價模型交通運輸與教育平臺11.1.4排隊區域擁擠評價

11.1.4.1排隊區域服務設施擁擠評價(1)安檢機擁擠評價.(2)樓扶梯擁擠評價.(3)排隊區域各服務設施擁擠評價.11.1.4.2排隊區域擁擠評價交通運輸與教育平臺11.1.5綜合評價

根據調查問卷，對各服務設施擁擠程度的排序結果統計分析，得出各選項的平均綜合得分，權重系數為各設施得分與總分的比值。各選項平均綜合得分見表11-12。交通運輸與教育平臺11.1地鐵換乘樞紐的擁擠評價11.2道路交通檢測數據的聯合卡爾曼濾波

第11章運輸系統工程應用案例

11.3城市軌道交通定價模型交通運輸與教育平臺11.2.1道路交通數據融合系統設計

聯合卡爾曼濾波結構圖如圖11-3所示.交通運輸與教育平臺11.2.2雷達數據和卡口數據準備

為了對道路交通數據系統進行效果驗證，選擇大連市東快路某路段以每隔2min為一個采集間隔的187組數據。早高峰7:00-8:00和晚高峰17:00-18:30兩個高峰時段得到的雷達數據見表11-14。交通運輸與教育平臺早高峰7.00-8.00和晚高峰17:00-18.30兩個高峰時段得到的卡口數據結果見表11-15。交通運輸與教育平臺11.2.3聯合卡爾曼濾波的

數據融合過程

聯合卡爾曼濾波的數據融合流程圖如圖11-4所示.交通運輸與教育平臺11.2.4數據融合計算結果

標準卡爾曼濾波結果如圖11-5圖11-6所示.交通運輸與教育平臺

標準卡爾曼濾波結果交通運輸與教育平臺

聯合卡爾曼濾波融合結果如圖11-7所示.交通運輸與教育平臺11.2.5誤差對比分析及有效性判斷雷達檢測器的偏差在5附近波動，而卡口檢測器的偏差大多數處于-10到-5之間，聯合卡爾曼濾波融合值的偏差穩定于-5到0之間，說明聯合卡爾曼濾波的融合值明顯優于單個檢測器的檢測值。交通運輸與教育平臺11.1地鐵換乘樞紐的擁擠評價11.2道路交通檢測數據的聯合卡爾曼濾波

第11章運輸系統工程應用案例

11.3城市軌道交通定價模型交通運輸與教育平臺11.3.1定價模型方法比較

城市軌道交通票價制訂較為常用的方法為：平均成本定價法、盈虧平衡定價法、邊際成本定價法、充分發揮運能定價法、拉姆塞定價法、博弈定價法。交通運輸與教育平臺11.3.2基于模糊積分的城市軌道交通票制方案評價

目前，我國采用的計程票制絕大多數是在起步價基礎上按照乘坐的距離進行加價，起步價一般設置在票價的30%左右。我國城市軌道交通的起步距離一般為4~10公里，采用“遞遠遞減”的票價制訂原則。交通運輸與教育平臺11.3.3基于拉姆塞模型的城市軌道交通票價制訂

(1)拉姆塞定價的原理。拉姆塞定價法是一種非線性的定價模型，常廣泛應用于公共事業，如交通、電信、電力等自然壟斷行業，對其進行定價受到政府機構的管制，城市軌道交通的票價制訂和政府補貼機制是其良性發展的核心。拉姆塞模型在運用于城市軌道交通票價制訂的時候，需設定在保障收支平衡的前提下公共效益最大為目標函數，尋求一個次優定價策略。(2)考慮盈虧平衡的票價制訂。

在進行票價制訂時，當企業的收益和成本相等的時候就是盈虧平衡，此時的票價即為盈虧平衡票價。交通運輸與教育平臺11.3.4實例分析

(1)票制方案選擇.

我國目前城市軌道交通都均采用計程票制，除沈陽、哈爾濱、天津等城市采用分段計程票制外，其他城市都采用里程計程票制，可采用模糊積分模型對兩種票制方案進行選擇。對比分析某市已開通地鐵線計價方式，“遞遠遞減”幅度符合該城市發展情況，故地鐵新建線延用地鐵1、2號線票價計價方式即可。實例中，模糊語意評價及模糊權重語意分為五個等級，對應的規范化三角模糊數見表11-17。交通運輸與教育平臺

對地鐵項目的專家小組分發調查問卷，統計專家打分值，通過計算得到對每個評估準則和次評估準則的權重語意評價值和語意評價值的結果，見表11-18。交通運輸與教育平臺

(2)平均票價.首先求出地鐵的盈虧平衡票價，再求出拉姆塞模型下的票價。需求價格彈性r可根據表11-19得到，該城市為中大城市(100萬人口以上)，ｒ可取所有時段價格彈性值r=-0.36。其中α則需要根據客流量Ｑ和票價Ｐ之間的數據關系，運用最小二乘法進行擬合回歸分析得出。對應的參數估計和擬合方程見表11-19。交通運輸與教育平臺

因此，可求得盈虧平衡方程。當運營成本等于運營收入時，求得盈虧平衡票價。由于邊際成本與不同的交通運輸方式有關，而與同種交通運輸方式的不同運輸時段無關，故MC1=MC2。將求出的盈虧平衡票價P2=7.59當做高峰時段的票價，將MC1、MC2代入。可得到地鐵所有時段的平均票價為交通運輸與教育平臺(3)票價制訂