本發(fā)明涉及一種基于熵權(quán)重的軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，屬于公共交通數(shù)據(jù)應(yīng)用和服務(wù)評(píng)價(jià)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前，我國大中城市普遍存在著道路擁擠、車輛堵塞、交通秩序混亂的現(xiàn)象，已成為城市發(fā)展的“瓶頸”問題。隨著我國城市規(guī)模和經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速的發(fā)展，城市化進(jìn)程在逐步加快，城市人口在急劇增加，大量流動(dòng)人口涌進(jìn)城市，人員出行和物資交流頻繁，交通需求急劇增長，城市交通供需矛盾日趨緊張。發(fā)展以軌道交通為骨干，以常規(guī)公交為主體的公共交通體系，為城市居民提供安全、快速、舒適的交通環(huán)境，引導(dǎo)城市居民使用公共交通系統(tǒng)是國外大城市解決城市交通問題的成功經(jīng)驗(yàn)，也是我國大城市解決交通問題的惟一途徑。盡管城市軌道服務(wù)能力不斷增強(qiáng)，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)公眾出行需求總量大幅增長，出行需求層次不斷提升，在現(xiàn)有的城市系統(tǒng)環(huán)境下，城市軌道安全形勢日趨嚴(yán)峻，安全事故不斷。主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：(1)由于城市軌道交通具有客流集中、空間有限、封閉運(yùn)行、通道狹窄等特點(diǎn)，使得軌道交通的火災(zāi)、信號(hào)失靈、脫軌、停電、乘客墜落等突發(fā)事故以及由于重大節(jié)假日與社會(huì)活動(dòng)所帶來的突發(fā)性、高強(qiáng)度客流都極易造成重大安全事故，帶來較大的負(fù)面社會(huì)影響。(2)隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，我國軌道交通具有客流量大、密集，出行特征復(fù)雜，易受重大節(jié)假日、重大社會(huì)活動(dòng)、突發(fā)自然災(zāi)害等造成城市大范圍客流失穩(wěn)情況所帶來的城市軌道高客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)隱患，并且發(fā)生頻率越來越高。以北京為例：2012年4月28日，北京城市軌道交通中4條線路客流量均突破百萬，其中1號(hào)線突破了160萬人次，其承受能力已達(dá)到極限；2013年3月8日，北京城市軌道交通全網(wǎng)客運(yùn)量再創(chuàng)歷史新高,首次突破1000萬人次。由于城市軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生具有隨機(jī)性、傳遞性和擴(kuò)散性等特征，其預(yù)防和處置工作難度極大，必須從軌道客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)出發(fā)，通過分析導(dǎo)致客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)形成的影響因素，針對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)因子，構(gòu)建科學(xué)合理的城市軌道網(wǎng)絡(luò)客流擁塞評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)像北京這樣的特大城市的軌道客流擁塞評(píng)價(jià)及分級(jí)，以適應(yīng)國家對(duì)城市軌道系統(tǒng)安全應(yīng)急新形勢的要求，對(duì)提高城市軌道系統(tǒng)的安全服務(wù)水平，優(yōu)化軌道線網(wǎng)及運(yùn)營調(diào)度具有重要意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明目的在于提出一種網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營條件下的軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，通過分析導(dǎo)致客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)形成的影響因素，針對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)因子，構(gòu)建科學(xué)合理的城市軌道網(wǎng)絡(luò)客流擁塞評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)像北京這樣的特大城市的軌道客流擁塞評(píng)價(jià)及分級(jí)。為今后開展軌道網(wǎng)絡(luò)客流擁塞評(píng)價(jià)，軌道客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)識(shí)別及分級(jí)，以及軌道線網(wǎng)優(yōu)化提供了支撐。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為基于熵權(quán)重的軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，其特征在于：該評(píng)價(jià)方法的指標(biāo)計(jì)算與模型構(gòu)建分為五個(gè)步驟，首先分析軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的原因，結(jié)合數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，選取客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)；然后，通過收集各指標(biāo)的指標(biāo)值數(shù)據(jù)，將各指標(biāo)的指標(biāo)值數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，并根據(jù)無量綱化的數(shù)據(jù)值，按分析的最小時(shí)間單元統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)的指標(biāo)值數(shù)據(jù)最大值；最后，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)與軌道客流擁風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，并基于熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)模型中各指標(biāo)的參數(shù)權(quán)重；評(píng)價(jià)指標(biāo)為軌道進(jìn)出站客流量、滿載率；其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟1，評(píng)價(jià)指標(biāo)選??；在對(duì)城市客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要考慮模型的復(fù)雜度及數(shù)據(jù)獲取的難易程度，因此對(duì)需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選；選取軌道進(jìn)出站客流量、滿載率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)的維度包括站點(diǎn)區(qū)間及線路，因此，基于兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，兩個(gè)維度構(gòu)建評(píng)價(jià)模型；步驟2，指標(biāo)無量綱化；軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)是指軌道客運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)由于客流擁塞導(dǎo)致某種損失發(fā)生的可能性；在客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)即多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中，涉及到兩個(gè)基本變量：一是各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值，另一個(gè)是各指標(biāo)的評(píng)價(jià)值；由于各指標(biāo)所代表的物理涵義不同，因此存在著量綱上的差異；這種異量綱性是影響對(duì)事物整體評(píng)價(jià)的因素，所以在評(píng)價(jià)之前要將各指標(biāo)的評(píng)價(jià)值統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為[0，1]范圍內(nèi)的量化數(shù)值；由于網(wǎng)絡(luò)化客流擁塞評(píng)價(jià)指標(biāo)有評(píng)價(jià)值隨指標(biāo)值增大而增大的正指標(biāo)，又有評(píng)價(jià)值隨指標(biāo)值增大而減小的逆指標(biāo)，因此，分解為以下兩個(gè)子集：式中，U代表n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的總集合；Ui中，i＝1，2，分別代表兩種類型即正向評(píng)價(jià)指標(biāo)和逆向評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)集；對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui∈U，根據(jù)指標(biāo)值的不同類型，給出兩種評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)：(1)正向指標(biāo)Ui∈U1，采用半升梯形模糊隸屬度函數(shù)進(jìn)行量化，即：(2)逆向指標(biāo)Ui∈U2，采用半降梯形模糊隸屬度函數(shù)進(jìn)行量化，即：式中，xi代表評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)值；mi代表評(píng)價(jià)指標(biāo)的最小值；Mi代表評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值；ri代表評(píng)價(jià)指標(biāo)xi對(duì)應(yīng)的無量綱化值；步驟3，確定評(píng)價(jià)值；對(duì)于客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)來說，風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生往往是因?yàn)槌霈F(xiàn)了極端情況，因此指標(biāo)的評(píng)價(jià)值也會(huì)出現(xiàn)極值；從統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，極值就是指某個(gè)時(shí)期的隨機(jī)過程的最大值和最小值，通常位于分布數(shù)據(jù)的尾部；因此，在對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化后，以統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的所有正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)的極大值為模型的輸入值進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；步驟4，建立評(píng)價(jià)模型；交通流或客流擁塞產(chǎn)生的本質(zhì)為供需的不平衡，即需求大于交通系統(tǒng)的供給能力，結(jié)合軌道客運(yùn)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，將客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)定為五級(jí)：一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)：低度風(fēng)險(xiǎn)，客流容納能力遠(yuǎn)大于需求；二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)：較低風(fēng)險(xiǎn)，客流容納能力較好滿足需求；三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)：中度風(fēng)險(xiǎn)，客流容納能力滿足需求，在短時(shí)出現(xiàn)擁擠；四級(jí)風(fēng)險(xiǎn)：較高風(fēng)險(xiǎn)，客流容納能力基本滿足需求，擁塞情況較為明顯；五級(jí)風(fēng)險(xiǎn)：高度風(fēng)險(xiǎn)，客流容納需求接近飽和，能力難以滿足，擁塞嚴(yán)重；從各指標(biāo)的定義來看，客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)與各指標(biāo)的評(píng)價(jià)值呈線性關(guān)系，假設(shè)所分析的對(duì)象受多個(gè)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)xi的影響，假定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)與客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)y的關(guān)系是線性的，則建立多元風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型：式中，f(y)代表風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)函數(shù)；α代表標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，取10；wi代表指標(biāo)i的熵權(quán)重系數(shù)；ri代表評(píng)價(jià)指標(biāo)xi對(duì)應(yīng)的無量綱化值；n代表評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；對(duì)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的分級(jí)，本方法采用均值聚類算法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分；步驟5，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重；利用熵權(quán)法，根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來確定客觀權(quán)重；若某個(gè)指標(biāo)的信息熵越小，表明指標(biāo)值得變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評(píng)價(jià)中所能起到的作用也越大，其權(quán)重也就越大；相反，某個(gè)指標(biāo)的信息熵越大，表明指標(biāo)值得變異程度越小，提供的信息量也越少，在綜合評(píng)價(jià)中所起到的作用也越小，其權(quán)重也就越??；熵權(quán)法更加客觀的反應(yīng)各項(xiàng)指標(biāo)，不需要涉及到任何主觀信息，是一種完全意義上的客觀賦值法；設(shè)在選定的評(píng)價(jià)空間維度和時(shí)間維度評(píng)價(jià)指標(biāo)為n個(gè)，評(píng)價(jià)空間維度為站點(diǎn)、線路、全網(wǎng)等，時(shí)間維度為1小時(shí)、1天、1個(gè)月，影響綜合評(píng)價(jià)值的分目標(biāo)為m個(gè)，用xij表示評(píng)價(jià)指標(biāo)j的第i個(gè)分目標(biāo)的數(shù)據(jù)值，則n個(gè)指標(biāo)m個(gè)分目標(biāo)值構(gòu)成矩陣R＝(xij)m×n則其熵權(quán)為：式中，gj代表第j項(xiàng)指標(biāo)的差異系數(shù)；ej代表第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值；pij代表第i個(gè)分目標(biāo)第j項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)值比重，ej∈[0，1]；wj≥0，j＝1，2，3，...m，且評(píng)價(jià)指標(biāo)選取時(shí)，應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)情況，選取影響軌道客流擁塞的指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；權(quán)重的確定以一個(gè)月以上時(shí)間的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，為保證指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值真實(shí)可靠，評(píng)價(jià)值應(yīng)在軌道上級(jí)管理部門采集后再進(jìn)行誤差處理。對(duì)于整個(gè)軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，將各指標(biāo)值代入式(2)和式(3)確定評(píng)價(jià)值，同時(shí)代入式(6)中確定各指標(biāo)權(quán)重，最后將評(píng)價(jià)值及權(quán)重代入式(4)中確定該時(shí)段該區(qū)域的客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。差異系數(shù)gj越大，指標(biāo)越重要；標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)α取10，使風(fēng)險(xiǎn)值域在0-10范圍內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果：本方法較傳統(tǒng)的軌道客流評(píng)價(jià)著重考慮軌道客流擁塞造成的風(fēng)險(xiǎn)程度及特征；本方法利用軌道進(jìn)出站客流量、滿載率兩個(gè)核心指標(biāo)對(duì)軌道客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，考慮了內(nèi)外因素的影響，較傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型估算更易操作，具有更強(qiáng)的適用性；利用熵權(quán)法對(duì)模型中各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行標(biāo)定，區(qū)分不同指標(biāo)對(duì)軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，定量評(píng)估不同時(shí)間維度和空間維度的軌道客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明的評(píng)價(jià)結(jié)果更加實(shí)用。附圖說明圖1為本方法的實(shí)施流程圖；圖2為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)八通線案例圖。具體實(shí)施方式本實(shí)施例經(jīng)過對(duì)北京市260多個(gè)軌道站點(diǎn)區(qū)間的進(jìn)出站客流量、滿載率的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，然后運(yùn)用熵權(quán)法分析各指標(biāo)對(duì)軌道客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)客流擁塞的影響，對(duì)模型中各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行標(biāo)定，最后，建立軌道客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)模型，并對(duì)北京市的軌道客運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)，并分析其合理性。本實(shí)施例包括以下步驟：步驟1，評(píng)價(jià)指標(biāo)選取及計(jì)算；軌道網(wǎng)絡(luò)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)由自身運(yùn)送速度和外界客流的影響，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有：進(jìn)出站客流量(正向指標(biāo))、滿載率(正向指標(biāo))，分別計(jì)算這兩個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)值。(1)軌道進(jìn)出站量在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，以站點(diǎn)的進(jìn)站量和出站量之和作為站點(diǎn)的進(jìn)出站量，軌道線路則以各站的進(jìn)出站量之和作為該線路的進(jìn)出站量。表1軌道站點(diǎn)區(qū)間運(yùn)送速度計(jì)算結(jié)果(部分)(2)滿載率首先計(jì)算在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)，沿同一方向通過任意兩站之間斷面的所有軌道能運(yùn)送的最大乘客數(shù)即所有車輛的額定載客量數(shù)值，然后統(tǒng)計(jì)車內(nèi)的人數(shù)，計(jì)算在監(jiān)測周期內(nèi)，斷面客流量與該斷面運(yùn)輸能力的比值。表2軌道站點(diǎn)區(qū)間滿載率計(jì)算結(jié)果(部分)線路站點(diǎn)區(qū)間滿載率時(shí)間八通線八里橋-管莊0.671369048201605010600八通線八里橋-通州北苑0.215502959201605010630八通線傳媒大學(xué)-高碑店0.937857143201605010545八通線傳媒大學(xué)-雙橋0.289107143201605010615八通線高碑店-傳媒大學(xué)0.315297619201605010600八通線高碑店-四惠東0.928333333201605010630八通線管莊-八里橋0.221547619201605010545八通線管莊-雙橋0.76702381201605010545步驟2，各指標(biāo)值無量綱化；根據(jù)需要評(píng)價(jià)的時(shí)間和維度，利用利用步驟1獲取的軌道站點(diǎn)進(jìn)出站量和滿載率的指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化，即將其轉(zhuǎn)換為[0，1]區(qū)間的數(shù)值。步驟3，確定評(píng)價(jià)值；以各評(píng)價(jià)指標(biāo)的無量綱化值為基礎(chǔ)，以15分鐘為基本時(shí)間單元，分析軌道站點(diǎn)進(jìn)出站量和滿載率在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的最大值MAX[r(x)]，統(tǒng)計(jì)周期可以是天、周、月、季、年等。步驟4，構(gòu)建評(píng)價(jià)模型；在評(píng)價(jià)模型中，首先對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重wi進(jìn)行標(biāo)定，以每15分鐘的站點(diǎn)區(qū)間軌道站點(diǎn)進(jìn)出站量和滿載率為評(píng)價(jià)值。為了反映各指標(biāo)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響情況，以天為評(píng)價(jià)周期。其中，n＝3。然后，利用熵權(quán)法計(jì)算模型中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。表3熵權(quán)重計(jì)算結(jié)果軌道指標(biāo)差異系數(shù)權(quán)重滿載率140.940.52進(jìn)出站客流量131.140.48總和272.091.00從計(jì)算結(jié)果可以看出，各指標(biāo)對(duì)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的影響均很大，滿載率對(duì)客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)的影響最大，權(quán)重最高。為了使風(fēng)險(xiǎn)值域在0-10范圍內(nèi)，取α為10，因此軌道客流網(wǎng)絡(luò)擁塞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型為：f(y)＝10×{0.52×MAX[r(x1)]+0.48×MAX[r(x2)]}其中，r為標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)，x1為軌道站點(diǎn)滿載率，x2為軌道站點(diǎn)進(jìn)出站客流量。表4等級(jí)劃分結(jié)果風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)四級(jí)風(fēng)險(xiǎn)五級(jí)風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)臨界值2以下2-33-55-8.58.5以上當(dāng)前第1頁1 2 3