综合运输网络模型的构建方法研究

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1、http:/ - 1 -综合运输网络模型的构建方法研究综合运输网络模型的构建方法研究1 金雷1，杨忠振2 1大连市道路客运管理处，辽宁大连（116000） 2大连海事大学交通运输管理学院，辽宁大连（116026） E-mail: 摘摘 要要： 在分析同一地区内各种运输网络的特征、 结构以及用户在起终点间的路径选择行为 的基础上， 提出综合运输网络模型的概念， 针对网络模型中虚拟链接的涵义及其建立方法进 行研究，提出了三种虚拟链接的构建方法，它们分别是基于属性的虚链接、基于城市道路子 网络模型的虚链接以及基于多尺度表达的虚链接。 关键词关键词：综合运输，网络模型，虚拟链接 1. 简介简介 综合

2、运输网络指的是由多种运输方式构成的运输网络， 依据综合运输网络组织客货运输可以充分发挥各种运输方式的优势，获得最佳的运输方案1。在综合运输网络上制定货物的多式联运方案时，需要分析不同的运输方式组合的费用、时间以及可靠性。因此，需要在综合运输网络上分析两点间的最短路径、 最短路径的方式构成、 货物在不同运输方式间转换时发生的费用和时间等。 可以说在优化组织货物的多式联运时在运输网络上实施数学分析是必不可少的。但是，目前对于综合运输网络的研究多集中在网络的最短路的算法上，而对于网络模型的建立、转运输枢纽与转运链接在网络模型表现形式研究得较少。 针对上述情况， 本文在分析同一地区内各种运输网络的特征

3、、 结构以及用户在起终点间的路径选择行为的基础上， 提出综合运输网络模型的概念， 针对网络模型中虚拟链接的涵义及其建立方法进行研究，提出了三种虚拟链接的构建方法。 2. 综合运输网络模型的建立综合运输网络模型的建立 2.1 综合运输网络模型综合运输网络模型 综合运输网络包含公路网、铁路网、内河远洋航运网、空运网等多个运输子网络，它把不同的运输方式有机地结合起来，使原有局限于一种运输方式的网络得以延伸2。那么综合运输网络模型中就应该有代表铁路、 公路或水路通道的实链接； 还应该有代表两种运输方式间衔接(Transfer)关系的虚链接。网络模型中的节点(Node)要代表城市、码头、车站、高等级公路

4、的交叉点、货运枢纽。其中实链接要具有通行时间、通行费用、通行能力等属性。而虚链接要具有表示转运的费用、时间等属性3-4。实链接要与现实世界中的运输通道相对应，公路或铁路建设表现为实链接通行费用或时间的减少， 或者是数量的增加， 以及运输网络运输能力的提升等5。虚链接的运输阻抗可以体现一体化运输的政策和技术，例如，港口建设表现为与该港口相关的实链接和虚链接的运输费用、 运输能力的改善。 不同运输方式间的优化组织表现为虚链接的费用和时间的减少。 因此， 虚链接的制作方法对网络模型的复杂程度影响大， 过分复杂的虚链接结构会增加网络模型的复杂度， 过分简单的虚链接结构难以准确反映两种运输方式间的转运关

5、系。图1显示了一个简单的综合运输网络模型，它包含公路子网络、铁路子网络、虚联接弧段以及转运枢纽。建立综合交通网络模型的主要工作就是研究虚联接的表现和制作方法6。下面以公路子网络和铁路子网络为例来予以研究。 1 本课题得到教育部高等学校博士学科点专向科研基金项目（20070151013）的资助。 http:/ - 2 -2.2 基于属性的虚链接制作方法基于属性的虚链接制作方法 由于公路子网络和铁路子网络处于不同的网络中， 因此在综合运输运网络模型需要利用虚联接将它们连接起来。 图 2 显示的是基于属性的虚联接的制作方法， 该方法把货物在两个子网络间转运时发生的事件（耗时、费用、可靠性等）记录为虚

6、联接的属性。 在宏观的铁路和公路网络上相互衔接的节点不一定是同一个地点， 而是同一个城市的两个枢纽，因此需要利用城市道路在公路和铁路枢纽间来转运货物。例如，如果集装箱经由高速公路运抵城市 A 后再利用铁路进行下一程的运输时，要先利用 A 市的道路将集装箱运送到铁路货站， 然后再货站内编组后才能装上火车。 因此计算这种虚链接的属性就是在城市道路网上分析两点间的通行路径， 将可能的路径的属性综合为虚链接的属。 由于很难结合城市的交通实际状况实施动态分析， 因此一般来说在这种方法中两个枢纽间最短路径的属性将成为虚链接的属性的主要部分。 而货物在转运枢纽装卸费用和时间、 存贮费用和时间是虚链接属性的另

7、一部分。实际上这种方法中虚链接的属性代表的是一种转运过程。 在这种方法中某个节点可以有多个虚链接， 其原因是在转运过程中不同货物的目的地不同，选择的路径也可能不同，结果导致其在城市道路上的走行时间、距离、费用不同。另外，由于火车的运行时间不同，货物在转运枢纽的等待时间、费用也不同，因此对应在该节点发生转运的不同路径都要制作虚链接。例如，大连长春、大连哈尔滨的集装箱，首先由沈大高速公路运抵沈阳， 然后在沈阳转由铁路运输。 由于沈阳长春与沈阳哈尔滨列车的运行时刻不同，货物在转运枢纽的等待时间、存贮费用将不同，因此对于以沈阳为起点而终点分别在长春和哈尔滨的货物要制作不同的虚链接。 利用上述方法建立综

8、合运输网络模型具有结构简单、 易于计算的优点。 其缺点是利用虚链接表现整个转运过程的方法过于简单， 无法准确描述货物转在运过程中在城市道路网上的动态特征。 2.3 基于城市道路网的虚链接制作方法基于城市道路网的虚链接制作方法 在逻辑结构上，利用基于城市道路网的虚链接制作的综合运输网络模型由铁路子网络、公路子网络、城市道路子网络、转运枢纽和虚链接组成。在该网络中，铁路子网络与公路子网络处于平等地位，其对交通信息表示的详细程度大致相当，属于宏观层次网络。而城市道路子网络表达的是城市内部的道路信息，属于微观层次网络。图 3 中的实线是虚链接，这个虚线虚线表示的是两条道路直接相连， 中间不存在阻碍，

9、这是因为城市道路往往与城际间的公路直接相连，即卡车可由高速公路直接进入城市，然后经由城市道路到达铁路货运站。 同上节中的虚链接相比， 这里的虚链只代表货物在转运枢纽的转运过程， 货物在城市道图 1 多式联运网络结构 图 2 基于属性的虚链接结构方法 http:/ - 3 -路上走行状态可以在城市道路网络清晰的表现出来。 而城市道路网络可以对应交通小区， 从而将城市内部的交通流与运输货物的卡车同时分配到城市道路网中。 这样既可以研究运输货物的卡车在综合运输网络中的走行状态、 路径选择， 又可以研究其在城市道路网中的走行状态、路径选择以及阻抗等。 利用基于城市道路网的虚链接建立的综合运输网络模型能

10、够准确地反映货物转运过程以及运输货物的卡车在城市内部的走行状态、对城市交通的影响等。但是，当网络模型对应的区域较很大，网络模型随转换枢纽的增加而庞大。因此在建立网络模型时，要对城市道路网进行简化，以达到简化整个网络的目的。 3.4 基于多尺度表达的虚链接表示方法基于多尺度表达的虚链接表示方法 尺度指的是数据表达的空间范围的相对大小和时间的相对长短， 不同尺度所表达的信息密度不同7。空间数据在不同的尺度下可以表现为不同的几何外形，这是因为尺度不同对几何外形的抽象和简化程度不同。这里拟用两种尺度表现综合运输网络模型，如图4其中宏观尺度在小比例的情况下用虚链接的属性表示城市道路子网络和转运枢纽的属性

11、信息， 而微观尺度在大比例尺的情况下用虚链接的属性和城市道路子网络共同表达城市内部的道路和转运枢纽信息。 即在宏观层次上， 货物的转运过程在综合运输网络中被抽象为虚链接； 而在微观层次上，该虚链接被还原成城市道路网和表示转运枢纽的虚链接。基于多尺度的虚链接分两层存储，第一层包括铁路子网络、公路子网络以及虚链接，即宏观层次的存储结构。第二层包括城市道路子网络和表示转运枢纽信息的虚链接， 即微观层次的存储结构。 两层间通过索引进行联接。 利用基于多尺度表达的虚链接构建的综合运输网络模型把前两种虚联接的表达方式结合起来，把不同详细程度的城市道路网、公路网与铁路网有机地衔接起来。这种网络模型可以在不同

12、尺度的子网络间建立相关和互动机制， 一方面它避免了在大的区域范围内建立节点过多的综合运输网络模型，另一方面它又反映出货物在转运城市内部的走行状态。 5、结论、结论 本文研究了综合运输网络建模方法,网络模型中虚拟链接的概念以及网络构建方法。在综合运输网络模型中，为了便于计算，转运枢纽被抽象为虚拟链接。本文对构建虚拟链接的三种方法的效果进行了分析比较， 得出采用多尺度表达的虚拟链接的综合运输网络具有更好效果，并能准确反映运输网络用户的选择变动。 图4 基于多尺度表达的虚链接图 3 基于城市道路网络的虚链接结构 http:/ - 4 -参考文献参考文献 【1】 靳志宏,朴惠淑,杨华龙,(2005)集

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15、Network Modeling Jin Lei1, Yang Zhongzheng2 1Road and Passenger Transport Management Department of Dalian City, Liaoning, Dalian (116000) 2Dalian Maritime University, Transportation Management College, Liaoning, Dalian (116000) Abstract On the basis of the analysis of the character、structure of all

16、kinds of transport network and transfer behavior of users on links between origin and destination in the same region, the concept integrated transport network model is proposed, which aims at studying on the meaning of dummy link and its building method. Three modeling methods are applied, which are on the basis of attribute, sub-network model of roads of city and multi-s