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1、基于数据挖掘的城市轨道交通换乘客流路径选择的研究 浙江理工人学硕士学位论文大学学位论文版权使用授权书学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。年解密后使用本版权书。保密口 ,在本学位论文属于不保密口。指导学位论文作者签名:卢立能日期:年月日日期: 年月日浙江理工大学硕士学位论文摘要轨道交通无障碍换乘模式下客流路径选择的精确概率推算能够让各线路和车站了解到路网承受的真实的客流压力,对轨道交通的
2、资源配置和决策等方面极具指导意义;同时轨道交通线路上的途径客流是线路客流的重要组成部分,将无障碍换乘客流准确的分配到各途经线路和车站可以给后续各项客流分析提供数据支持。目前国内外相关研究多侧重于定义可选路径权重,加权各种影响因子后根据路径权重确定路径乘客路径选择的概率,没有利用到系统积累的大量乘客出行数据,而轨道交通业务系统积累的海量客流数据中蕴含着宝贵的知识;本文利用轨道交通业务系统产生的客流数据,运用数据挖掘技术从中挖掘客流规律,建立起轨道交通无障碍换乘模式下的一种客流分配模型,对无障碍换乘模式下客流分配相关的一些关键问题进行了研究。本文首先对轨道交通客流的特征进行了分析,根据轨道交通的特
3、点确定了以峰值区间的时段客流为分析的基础,以百,可选路径的基准通行时间为分类的依据,对实际通行时间进行聚类分析,辅以吸引权系数法处理边缘情况,最终实现对无障碍换乘客流的全路径分配。通过短路径法和线路路由法划分的可选路径集,拆分可选路径为原子路径,根据原子路径实际通勤时间加权换乘时间参数得到的基准通行时间;对于不适用与聚类分析的可行路径,即通行路径的基准通行时间无法区分的客流,参照公交线路反推技术,把吸引权系数法引入轨道交通无障碍换乘模式下的线路客流分配中,根据不同线路的进出站客流数据定义吸引权系数,加权客流换乘次数和途径站点数,建立轨道交通无障碍换乘模式下的一种客流分配模型。最后以轨道交通实际
4、运营线路的区间客流数据对模型进行了验证,结果表明在应用此模型时,考虑客流高峰区间,合并不同时段区间下的计算结果,可以得到更好的精度。关键词:无障碍换乘:;数据挖掘;吸引权系数法浙江理大学硕士学位论文, . ., .,. , . . . ,. .;. ,.,?.? . . ;: ;、.轨道交通乘客路径选择行为概述?.无障碍换乘客流分配影响到的客流指标. 数据挖掘技术概述。. 轨道交通无障碍换乘客流分析的主要步骤. 客流数据预处理?。. 路径基准时间. 初始化路由选择. 客流的聚类分析概述. 聚类的不适应性处理.本章小结?.第三章基于时段划分的客流路径选择模型. 可行路径集计算. 短路径算法。.线
5、路路由算法. 可行路径计算参数?:.可行路径输出需求?.高峰时段区间划分. 算法描述. 算法求解.应用步骤. 通勤时间聚类分析.样本类和路径基准通行时间处理?.聚类分析过程.客流处理步骤. 吸引权系数法模型.本章小结?第四章对北京轨道交通客流进行实例分析.无障碍换乘路径计算?. 轨道交通客流峰值区间划分?:.工作日峰值区间划分.节假日峰值区间划分. 通勤时间聚类分析.基准通行时间计算?.时段与全天基准通行时间?.时段聚类与全天聚类对比?. 本章小结第五章总结与展望. 主要工作总结?.后续研究展望?:参考文献致谢攻读学位期间的研究成果第一章绪论.研究背景近年来随着我国经济的发展和城市化进程的加快
6、,城市轨道交通的路网规模逐渐扩大,轨道交通网络逐步形成,呈现出线网结构和规模日趋复杂,列车运行方式更为多样化,乘客在轨道交通系统中的出行更加便利同时具有更多的选择性等特征;同时随着自动售检票 ,系统和一卡通的普及,客流数据以惊人的速度积累,客流进出站数据都可以轻易获得,这样轨道交通客流的,信息就可以基于进出站数据通过简单的分析得到;而在传统公交客流分析中,往往需要大量的人工调查工作,如居民出行信息调查、流动人信息调查、车辆出行信息调查等【】,这样的难题在轨道交通中不复存在;但是由于轨道交通自身的特点和城市化进程加快导致的路网的衍生和扩张,轨道交通路网越来越庞大和复杂,路网之间的节点即换乘站越来
7、越多,而在现代城市轨道交通的规划建设的过程中,出于方便乘客换乘的人性化考虑,大部分换乘站点都被设计成无障碍换剩,即乘客无需刷卡出站就可以直接换乘到另外一条线路,这使得乘客在进出站点之间的具体乘坐线路成为未知数,这是公交客流分析中没有遇到的新问题,这给途径车站和线路获取真实的客流数据以及后续的各种客流分析带来了困难,进而影响到轨道交通路网中各车站和各线路的运营决策、行车调度和线路优化等。以北京市轨道交通系统为例,截止到年,北京市共建成轨道交通线路条;到年,北京市将建轨道交通线路条;根据年的规划,北京轨道交通将包括条线路【。截止目前北京轨道交通路网中有换乘站座,其中除换乘到机场线外各换乘站都是无障
8、碍换乘方式即站内直接换乘,不用刷卡出站,这种无障碍换乘方式方便了乘客,乘客可以在复杂的路网中自由的流动,但对客流分析提出了新的挑战,如何将这些换乘客流准确的分配到各途径线路和站点成为本文要研究的问题。北京轨道交通示意图如图.所示,其中圆形节点为换乘站:. ,.?.浙江理工大学硕士学位论文?.为最大限度地提高网络系统的运行管理效率,方便乘客乘车,实现一票跨越多条线路到达目的站;年北京市建设了一个可以协调管理北京市轨道交通各线路票务清分结算的票务管理中心,即北京市轨道交通自动售检票系统清算管理中一。在票务系统的正常运行过程中,将产生大量的客流数据,形成一个全面的资料库,这些数据对分析客流动向提供运
9、营及决策提供至关重要,也是本文无障碍换乘客流分析所基于的数据来源。.国内外研究现状目前国内外类似的研究以公交领域居多,随着公交卡的广泛使用,通过人工调查来获取客流规律的方法已经被逐渐抛弃,只作为一种辅助手段和验证方法;而利用卡系统积累的海量数据运用相应的数学模型来推算公交的矩阵已经成为主流,通过运用如概率论模型【】、结构化模型【】、极大熵模型、重力分布模型。.吸引权系数法【.】等数学模型来推算公交的矩阵,国外有学者的平衡法】等。虽然轨道交通的无障碍换乘引出的这个新问题与公交的推算有所不同,但可以从公交推算的方法中得到启发,本文的研究中就.浙江理:大学硕士学位论文引入了公交分析中的吸引权系数法并
10、针对轨道交通的特点进行了改进,以作为数据挖掘方法的一个有效补充。对于轨道交通类似问题的研究比较典型的是同济大学的刘莹,她通过分析乘客行为特征来研究乘客的路径选择问题,并对轨道站内客流分配进行了分析研究;还有北京交通大学的曹守华通过从微观和宏观两个方面分析乘客行为来进行建模,微观方面以个体为研究对象,分析乘客行为如步频、步速等基本属性,宏观方面对客流为研究对象,分析客流的流量、密度等基本特征【】,并针对乘客在轨道站内的行为特征进行建模。但是他们的研究关注在轨道站一级,研究目的是针对站点的布局空间和路径优化,提高乘客在车站内的通行效率,未能关注到线路一级,同时未利用到系统积累的海量的乘客数据。在实
11、际运营的轨道交通系统中,如北京市轨道交通自动售检票系统清算管理系统,对乘客的路径选择分配主要考虑了区间上换乘线路里程数和换乘次数等,关注的是距离因素,并且其主要目的是为了给票务结算提供基础数据;这在客流分析中并不准确,乘客的换乘行为受外部因素影响较大,只考虑距离因素并不能准确的反应客流对线路和站点的压力。并且与上一节中的分析乘客行为特征的研究类似,他们都是事前分析,也就是分析结论并不是从乘客真实的通行数据中得到,乘客出行的海量客流数据没有被有效利用,而这正是数据挖掘技术所擅长的领域。交通系统行业的海量客流数据非常适合运用数据挖掘技术进行分析,这方面国内外的研究很多。国外的例如运用数据挖掘技术对
12、城市公运用数据挖掘技术对城市停车问题的研共交通数据的分析研究【】,究【】;对于乘客行为特征的研究也有不少,其中有用聚类方法对乘客日常行为模式进行的分析, ,; ;, 】; 】通过调查数据对乘客不同日期的出行特征进行相似性分析;.通过对同一批数据样本从不同角度时间和空间上对时空特性进行了研究; 四在他们的研究中探讨了乘客的日常习惯对出行特征的影响。国内的有,同济大学的张圆圆基于数据挖掘技术针对轨道站行人客流特征的研究【】,关注点在轨道站一级的客流。北京交通大学的徐薇运用时空数据挖掘技术对铁路客流预测:。?.一的研究,通过构建时空数据挖掘的体系结构,针对铁路系统的客流预测提出了基于数据融合的预测算
13、法【。这些研究虽然关注点或者研究方向与本文的问题不尽相同,但是对本文运用数据挖掘技术分析轨道交通客流路径选择提供了很多的启发。.研究目的与意义本文通过对轨道交通客流数据的分析,运用数据挖掘技术,在结合国内外相关研究的分析基础上,目的在于建立一种轨道交通无障碍换乘模式下客流分配的模型,为线路和轨道站的客流分析和后续处理提供数据支撑,并通过实例进行分析验证。客流作为轨道交通运营组织的基础,其大小和分布决定了整个路网的运营组织方案圈。轨道交通网络形成之后,路网的客流分布将会随着新线路的加入呈现出新的特点,导致路网的客流分布随之发生变化。特别是在无障碍换乘的模式下,乘客在轨道交通路网中的行走路径由于存
14、在更多不同的换乘路径选择而具有明显的多样性,同时在新线接入、运营异常区间、站点或列车故障,运营中断,突发客流等等情况下,整个路网客流分布也将随之发生相应的变化。对轨道交通客运需求、客流性质、时空分布特点及规律的全面、完整、准确的把握是轨道交通运营工作的基础,它不仅为路网日常调度和制订列车运行图等提供依据,也对进行合理的运输配置和运营成本控制、提高运营组织水平和运营服务水平具有相当重要的作用【。同时,对于非正常运营条件下的列车运营和乘客输送方案的制订,也具有极为重要的指导作用。轨道交通规划部门和运营者必须能够深入了解乘客的出行特征,准确全面地掌握轨道交通客流规律,才能指导城市轨道交通的规划、建设、运营管理,提高轨道交通的运营效率,充分发挥轨道交通的作用。.本课题的研究内容和方法本文将按照图的流程进行分析研究,建立基于时段划分的无障碍换乘客流分配模型,解决轨道交通无障碍换乘客流的路径选择问题:轨道交通。数据客流峰值区间划分对可选路径集计算算法短路径法路径基准通行时问运算了基于通行时间的聚 基于吸引权系数法的客流分配类分析首先确立客流的峰值区间和对可选路径,作为后续分析的基础输入。在轨道交通
