一种城市轨道交通运输能力与客流需求匹配度计算方法与流程

1.本发明涉及运能匹配度分析技术领域，尤其是涉及一种城市轨道交通运输能力与客流需求匹配度计算方法。


背景技术：

2.随着城市化进程的不断加快，城市人口的剧增带来大量出行需求，以大运量、高效率、安全、环保为显要特征的城市轨道交通成为众多大中型城市建设公共交通基础设施的首要选择。在城市轨道交通网络拓扑结构和基础设施设备已定的情况下，城市轨道交通系统的运输能力与效率能否充分发挥，很大程度上取决于列车运行计划编制质量的高低。为了衡量列车运行组织方案的实施效果，需要对其决定的运输能力与客流需求的匹配程度进行评价。
3.在轨道交通网络化运营条件下，由于客流需求分布呈现出时空维度的差异性，仅仅靠宏观总量比较需求与运能关系的方法难以得到理想的准确的评价结果。现有的技术中主要存在以下几点不足之处：
4.其一，部分研究只针对城市轨道交通系统某一方面的性能，如客流变化特征、客运服务质量、运输供给水平等，对匹配性的多影响因素结合不足，缺乏完备性和整体性。
5.其二，现有研究大多评价指标采用静态值或平均值，忽略了客流负荷的多维度性和时空不均衡特征，故分析结果对日常运营的决策支持有限。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种城市轨道交通运输能力与客流需求匹配度计算方法。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.一种城市轨道交通运输能力与客流需求匹配度计算方法，该方法包括如下步骤：
9.s1：构建城市轨道交通系统供需匹配性的评价框架，框架中涉及线路、换乘站、网络三个层次，每个层次中均包含数量匹配性、结构匹配性、质量匹配性三个要素的评价指标。
10.s2：获取所有线路所有列车的区间载客量，所有线路的区间的长度，所有线路列车编组数，各线路的车辆定员数，所有换乘站分方向的换乘客流量以及全网络各线路的列车运行计划。
11.s3：分别计算上述评价指标体系中各层次的定量指标值，即数量匹配度、结构匹配度和质量匹配度，并对计算结果进行归一化处理。
12.s4：对归一化处理后的结果运用乘法合成法来计算综合匹配度，以此对城市轨道交通系统供需匹配性进行整体评价。
13.进一步地，s1中，城市轨道交通系统供需匹配性的评价框架里数量匹配性、结构匹配性、质量匹配性的定义以及线路、换乘站、网络三个层次的评价对象如下：
14.(1)数量匹配性是指城市轨道交通系统的运能供给量与客流需求量在数值总量上的适应程度，是从宏观角度反映系统供给与需求匹配状态的优劣，是衡量运能供需匹配性的首要条件。
15.线路层面的数量匹配性用线路客流需求与运输能力的比值，即线路整体的运输能力利用程度来表示，由于各列车在各区间的载客量不同，以区间运行距离作为权重，用加权平均值来表示线路整体运输能力的平均利用率；
16.换乘站层面的数量匹配性用换乘站客流需求与运输能力的比值，即换乘站整体的运输能力利用程度来表示，经过换乘站线路各方向的客流需求量为该方向的进站客流量与换入客流量之和，经过换乘站线路各方向的实际运输能力供给量取决于各方向到站列车所能提供的服务能力，即为列车到达换乘站乘客下车后的剩余载客能力；
17.网络层面的数量匹配性用网络客流需求与运输能力的比值，即网络整体的运输能力利用程度来表示，客流需求表现为每个区间的断面客流量，即研究时段内通过每个区间的列车载客量之和；运输能力反映为断面的输送能力，为研究时段内区间通过的列车数量与列车额定载客能力的乘积，同样以区间运行距离作为权重，用加权平均值来表示网络整体运输能力的平均利用率。
18.(2)结构匹配性是指轨道交通运输能力配置的时空布局与客流需求的时空分布的吻合程度，是从微观角度来反映城市轨道交通系统中各组成单元的供需匹配状态。
19.线路层面的结构匹配性表现为每趟列车在每个区间的运能运量的匹配关系，可以通过列车满载率的分布均衡度来描述，采用满载率的分布熵来表示；
20.换乘站层面的结构匹配性采用各方向能力利用的均衡程度来衡量，可以直接采用标准差率来表示换乘站各方向之间的能力利用均衡性；
21.网络层面的结构匹配性表现为网络各区间客流负荷的均衡程度，可通过各断面平均满载率的分布熵计算。
22.(3)质量匹配性是指轨道交通系统提供的服务质量与乘客期望得到的服务水平之间的接近程度。
23.线路层面的质量匹配性采用列车拥挤度描述，可用研究时段内的高负荷列车单元所占比例来表示，列车负荷通过列车满载率来判断，负荷越大，车内越拥挤；
24.换乘站层面的质量匹配性采用站台拥挤度来描述，可用站台聚集客流人数占站台设计能力的比值作为站台负荷的量化指标，反映站台空间的拥挤度；
25.网络层面的质量匹配性可采用断面客流拥挤度描述，即高负荷断面所占比例来表示，断面负荷是通过断面的连续多次列车负荷的宏观表现，通过断面平均满载率进行评价。
26.进一步地，步骤s3中，线路层面的各指标值计算方法为：
27.(1)数量匹配度的计算：
28.i.线路m的平均能力利用率的计算公式：
29.30.式中：i为车站索引，i∈{1,2,...,n}，n为车站数量；k为列车索引，k∈{1,2,...,k}，k为列车数量；m为线路索引，m∈{1,2,...,v}，v为线路数量；um表示线路m的平均能力利用率；为线路m的列车k在区间(i,i 1)的载客量；为线路m的区间(i,i 1)的长度；bm为线路m的列车编组；cm为线路m的车辆定员；为二进制变量，表示线路m的列车k是否经过区间(i,i 1)，经过为1，否则为0。
31.ii.线路m的数量匹配度msm计算公式：
32.msm＝|u
m-1|
33.(2)结构匹配度的计算：
34.i.列车满载率的计算公式：
[0035][0036]
式中，表示线路m的列车k在区间(i,i 1)的满载率。
[0037]
ii.区间满载率分布均衡度的计算步骤及公式：
[0038]
步骤1：根据列车满载率的取值范围将其划分为r个等级，1,2,...r,...,r。
[0039]
步骤2：统计属于等级r的列车满载率单元个数nr，r＝1,2,...,r。
[0040]
步骤3：计算列车满载率为等级r的出现概率pr，其计算公式为：
[0041][0042]
式中，表示所有列车经过的区间单元的总和。
[0043]
步骤4：计算线路m的满载率分布熵，即线路m的结构匹配度mjm，其计算公式为：
[0044][0045]
(3)质量匹配度的计算：
[0046]
i.列车拥挤度的计算公式：
[0047][0048]
式中，mzm表示研究时段内的高负荷单元所占比例，即线路m的拥挤度，作为质量匹配度；为列车拥挤状态的判断函数，当线路m的列车k在区间(i,i 1)的满载率大于1时，则认为列车拥挤，取1，否则取0。其表达式为：
[0049]
[0050]
进一步地，步骤s3中，换乘站层面的各指标值计算方法为：
[0051]
(1)数量匹配度的计算：
[0052]
i.客流需求量的计算公式：
[0053][0054]
式中，j为经过换乘站的线路方向索引，j∈{1,2,...,j}，j为经过换乘站的线路方向数量；dj为线路方向j的客流需求量；ij为方向j的进站客流量；tj′→j为从方向j
′
至方向j的换乘客流量。
[0055]
ii.实际运输能力供给量的计算公式:
[0056][0057]
式中，sj为线路方向j的客流供给量；nj为研究时段内方向j通过的列车总数；α
max
为列车最大载客率；qj为方向j在换乘站前一区间的断面客流量；oj为方向j的出站客流人数，为方向j的换出客流人数。
[0058]
iii.换乘站整体运输能力利用率的计算公式：
[0059][0060]
iv.换乘站数量匹配度ms的计算公式：
[0061]
ms＝|u-1|
[0062]
(2)结构匹配度的计算：
[0063]
i.方向j的能力利用率的计算公式：
[0064]
uj＝dj/sj[0065]
ii.换乘站各方向之间的能力利用均衡性，即换乘站的结构匹配度mj，计算公式为：
[0066][0067]
式中，表示换乘站各方向的平均能力利用率，其表达式为：
[0068][0069]
(3)质量匹配度的计算：
[0070]
i.站台平均负荷的计算公式：
[0071][0072]
式中，为时间t内换乘站方向j的站台客流负荷；时间t内方向j通过的列车总数；为方向j站台的设计集散能力；z
j,t
为时间t内方向j站台的客流集散量，站台集散客流量为时段t内该方向的聚集客流人数与疏散客流人数之和，包括该方向的进站客流量、出站客流量、换入客流量与换出客流量，其表达式为：
[0073][0074]
式中，i
j,t
为时间t内换乘站方向j的进站客流量，o
j,t
为时间t内换乘站方向j的出站客流量。为时间t内换乘站从方向j
′
到方向j的换入客流量，为时间t内换乘站从方向j到方向j
′
的换出客流量。
[0075]
ii.换乘站质量匹配度mz的计算公式：
[0076][0077]
式中，为站台拥挤情况的判断函数，当时间t内换乘站方向j的站台平均负荷值大于0.53则认为站台拥挤，此时取1，否则取0。其表达式为：
[0078][0079]
进一步地，步骤s3中，网络层面的各评价指标值的计算方法为：
[0080]
(1)数量匹配度的计算：
[0081]
i.网络运输能力平均利用率的计算公式：
[0082][0083]
式中，u表示城市轨道交通网络运输能力的平均能力利用率。
[0084]
ii.网络数量匹配度ms的计算公式：
[0085]
ms＝|u-1|
[0086]
(2)结构匹配度的计算：
[0087]
i.区间满载率的计算公式：
[0088][0089]
式中，线路m的区间(i,i 1)的平均满载率，表示研究时段内经过线路m的区间(i,i 1)的列车总数。
[0090]
ii.网络断面满载率分布均衡度的计算步骤及公式：
[0091]
步骤1：根据断面满载率的取值范围将其划分为r个等级，1,2,...r,...,r。
[0092]
步骤2：统计属于等级r的断面满载率单元个数nr，r＝1,2,...,r。
[0093]
步骤3：计算断面满载率为等级r的出现概率pr，其计算公式为：
[0094][0095]
式中，表示所有线路的所有列车进过的断面单元的总和。
[0096]
步骤4：计算网络各断面满载率的分布熵，即网络的结构匹配度mj，其计算公式为：
[0097][0098]
(3)质量匹配度的计算：
[0099]
i.网络质量匹配度mz的计算公式：
[0100][0101]
式中，n
section
表示城市轨道交通网络包含的断面总数；为断面拥挤情况的判断函数，当线路m的区间(i,i 1)的断面负荷值大于0.8则认为断面拥挤，此时取1，否则取0，其表达式为：
[0102][0103]
进一步地，步骤s3中对各项指标值进行归一化处理及步骤s4中综合匹配度的计算方法为：
[0104]
归一化处理：
[0105]
各层次的数量匹配度、结构匹配度、质量匹配度均为逆向指标，对其进行归一化及正向化处理，使其呈现取值越大所对应性能越好的效果，所采用的无量纲化表达式为：
[0106][0107]
综合匹配度的计算公式：
[0108][0109]
式中，γ1、γ2、γ3为各指标的权重系数，γ1 γ2 γ3＝1。
[0110]
获取各层面的综合匹配度后，可根据实际想要进行的线路、换乘站或网络中的某个层面的轨道交通运输能力与客流需求匹配性选择相应的综合匹配度进行评价。
[0111]
本发明提供的城市轨道交通运输能力与客流需求匹配度计算方法，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
[0112]
本发明考虑了客流需求和运能配置的时空分布特征，从线路、换乘站、网络三个层面，不仅考虑数量上的匹配，还提出了结构匹配与质量匹配两个角度，共同构建了运输能力与客流需求匹配性的定量评价框架。本发明在技术上给出了线路、换乘站、网络三个层次对应的各要素指标计算方法。其中，数量匹配度分别用线路、换乘站、网络的平均能力利用率来表示；结构匹配度分别用列车满载率分布均衡度、换乘站各方向能力利用均衡度、区间满载率分布均衡度来表示；质量匹配度分别用列车、换乘站站台、断面的拥挤度来表示。最终，经归一化处理后运用乘法合成法计算得到综合供需匹配度。
[0113]
本发明实现了对城市轨道交通供需能力的准确、定量评价，可为城市轨道交通运营管理部门进行运能配置方案的效果评估与调整优化提供数据支撑，并能够为编制城市轨道交通列车运行计划提供精准数据参考，明确运能配置优化方向，有助于提高城市轨道交通系统的客运服务水平和运能利用效率。
附图说明
[0114]
图1为本发明提供的城市轨道交通运输能力与客流需求匹配度计算方法的总体流程示意图；
[0115]
图2为城市轨道交通运输能力与客流需求匹配性评价指标体系；
[0116]
图3为满载率分布熵的计算流程示意图。
具体实施方式
[0117]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0118]
参见附图1，本发明提供的城市轨道交通运输能力与客流需求匹配度计算方法总体流程如图1所示，包括以下步骤：
[0119]
步骤一、构建城市轨道交通系统供需匹配性的评价框架，框架中涉及线路、换乘站、网络三个层次，每个层次中均包含数量匹配性、结构匹配性、质量匹配性三个要素的评价指标。评价指标体系参见附图2所示。
[0120]
步骤二、输入所有线路所有列车的区间载客量，所有线路的区间的长度，所有线路列车编组数，各线路的车辆定员数，所有换乘站分方向的换乘客流量，全网络各线路的列车运行计划。
[0121]
步骤三、分别计算上述评价指标体系中各层次的定量指标值，即数量匹配度、结构匹配度和质量匹配度，并对计算结果进行归一化处理。
[0122]
步骤四、对归一化处理后的结果运用乘法合成法来计算综合匹配度，进而以此对
城市轨道交通系统供需匹配性进行评价。
[0123]
获取各层面的综合匹配度后，可根据实际想要进行的线路、换乘站或网络中的某个层面的轨道交通运输能力与客流需求匹配性选择相应的综合匹配度进行评价。
[0124]
实施例1
[0125]
本实施例以上海轨道交通6号线为例，对其供需匹配性评价方法进行具体描述：
[0126]
上海轨道交通6号线线路全长36.1公里，共设28座车站，采用4节c型车编组，车辆定员为210人/辆，最大列车满载率为130％，6号线工作日运行图在7:20～21:00采用大小交路的列车运行组织方式，大交路为东方体育中心～港城路，小交路为巨峰路～高青路；其他时段为单一交路在此基础上，以07:00-10:00时段为例，计算上海轨道交通6号线上行方向的匹配度评价指标，并进行归一化处理。
[0127]
(1)计算数量匹配度：
[0128]
i.计算线路m的平均能力利用率um，公式如下：
[0129][0130]
本实施例中，输入车站索引i∈{1,2,...,28}，线路索引m＝6，6号线的列车编组b6＝4，车辆定员c6＝210，列车的区间载客量6号线各区间的长度其中，列车索引k∈{1,2,...,k}、二进制变量的值均从列车运行计划中获取。
[0131]
ii.计算线路m的数量匹配度msm，公式如下：
[0132]
msm＝|u
m-1|
[0133]
分别计算6号线07:00-10:00内每小时上行方向能力利用率和数量匹配度，具体计算结果参见下表。
[0134]
表1 07:00-10:00内每小时上行方向能力利用率和数量匹配度
[0135]
时间能力利用率数量匹配度07:00-08:000.33360.666408:00-09:000.47490.525109:00-10:000.33590.6641
[0136]
(2)计算结构匹配度：
[0137]
i.计算各列车区间满载率，公式如下：
[0138][0139]
式中，表示线路m的列车k在区间(i,i 1)的满载率。
[0140]
ii.计算满载率分布均衡度，参见附图3，其步骤及公式为：
[0141]
步骤1：根据列车区间满载率的取值范围将其划分为r个等级，1,2,...r,...,r。
[0142]
步骤2：统计属于等级r的列车满载率单元个数nr，r＝1,2,...,r。
[0143]
步骤3：计算列车满载率为等级r的出现概率pr，其计算公式为：
[0144][0145]
式中，表示所有列车经过的区间单元的总和。
[0146]
步骤4：计算线路m的满载率分布熵，即线路m的结构匹配度mjm，其计算公式为：
[0147][0148]
分别计算6号线07:00-10:00内每小时上行方向满载率、满载率分布熵以及结构匹配度，结构匹配度计算结果参见下表。
[0149]
表2 07:00-10:00内每小时上行方向结构匹配度
[0150]
时间结构匹配度07:00-08:002.162708:00-09:002.384509:00-10:002.2180
[0151]
(3)计算质量匹配度：
[0152]
i.计算列车拥挤度，公式如下：
[0153][0154]
式中，mzm表示研究时段内的高负荷单元所占比例，即线路m的拥挤度，作为质量匹配度；为列车拥挤状态的判断函数，当线路m的列车k在区间(i,i 1)的满载率大于1时，则认为列车拥挤，取1，否则取0。其表达式为：
[0155][0156]
分别计算6号线07:00-10:00内每小时上行方向满载率分布单元数量与拥挤度，以及质量匹配度，部分计算结果参见下表。
[0157]
表3 07:00-10:00内每小时上行方向满载率分布单元数量及质量匹配度
[0158]
[0159]
(4)归一化处理及计算综合匹配度：
[0160]
i.归一化处理，公式如下：
[0161][0162]
由于实际数据量较大未能全部展示，经统计本实施例数量匹配度取值范围为[0.5000，0.9500]，结构匹配度取值范围为[0.5000，2.5000]，质量匹配度取值范围为[0，0.6000]。以此范围进行归一化处理。
[0163]
ii.计算综合匹配度，公式如下：
[0164][0165]
式中，γ1、γ2、γ3为各指标的权重系数，γ1 γ2 γ3＝1。本实施例取结合上述计算结果，上行综合匹配度的计算结果参见表4。
[0166]
表4归一化处理结果及综合匹配度
[0167][0168]
由实施例1的计算结果可知，在线路层面上，运输能力与客流需求在分布结构的不匹配体现在不同列车之间的满载率不均衡以及列车在不同断面的满载率不均衡，部分列车在局部断面的载客能力不足，导致车厢内拥挤严重，这也是造成高峰时段运能供需在服务质量方面不匹配的原因。因此，线路层面需要重点解决高峰时段内部列车能力利用的时空不均衡问题。
[0169]
实施例2
[0170]
以换乘站耀华路为例，对其供需匹配性评价方法进行具体描述：
[0171]
耀华路站为上海轨道交通7号线和上海轨道交通8号线的换乘站，7号线采用6节编组a型车，车辆定员为310人/辆，8号线采用7节编组c型车，车辆定员为210人/辆，以某工作日的客流数据和列车运行计划为基础数据，计算换乘站内各线路方向的能力利用情况。在此基础上，以08:00-09:00时段为例，计算换乘站匹配度评价指标，并进行归一化处理。
[0172]
(1)计算数量匹配度：
[0173]
i.计算客流需求量，公式如下：
[0174][0175]
本实施例中，j∈{1,2,3,4}，分别代表七号线上行、七号线下行、八号线上行、八号线下行。
[0176]
输入各方向进站客流量、各方向的换入客流量，数值参见下表：
[0177]
表5各方向进站客流量及换入客流量
[0178][0179][0180]
经过计算，得各方向的客流需求量结果参见下表：
[0181]
表6各方向的客流需求量
[0182][0183]
ii.计算实际运输能力供给量，公式如下：
[0184][0185]
输入α
max
＝120％，08:00-09:00各方向通过的列车数、在换乘站前一区间的断面客流量、出站客流量、换出客流量参见下表：
[0186]
表7 08:00-09:00各方向通过的列车数、在换乘站前一区间的断面客流量、出站客流量、换出客流量
[0187][0188]
经过计算，得各方向的实际运输能力供给量结果参见下表：
[0189]
表8各方向的实际运输能力供给量
[0190]
[0191]
iii.计算换乘站整体运输能力利用率，公式如下：
[0192][0193]
代入ii与iii中的计算结果，计算08:00-09:00换乘站整体运输能力利用率为：
[0194][0195]
iv.计算换乘站数量匹配度ms，公式如下：
[0196]
ms＝|u-1|
[0197]
故，耀华路站08:00-09:00的数量匹配度为：
[0198]
ms＝|u-1|＝|0.1988-1|＝0.8012
[0199]
(2)计算结构匹配度：
[0200]
i.计算方向j的能力利用率，公式如下：
[0201]
uj＝dj/sj[0202]
耀华路站08:00-09:00各方向的能力利用率计算结果参见下表：
[0203]
表9耀华路站08:00-09:00各方向的能力利用率
[0204][0205]
ii.计算换乘站各方向之间的能力利用均衡度，即换乘站的结构匹配度mj，公式如下：
[0206][0207]
式中，表示换乘站各方向的平均能力利用率，其表达式为：
[0208][0209]
本实施例中，耀华路站08:00-09:00各方向平均利用率及能力利用均衡度计算结果如下：
[0210]
[0211][0212]
(3)计算质量匹配度：
[0213]
i.计算站台平均负荷，公式如下：
[0214][0215]
式中，为时间t内换乘站方向j的站台客流负荷；时间t内方向j通过的列车总数；为方向j站台的设计集散能力；z
j,t
为时间t内方向j站台的客流集散量，站台集散客流量为时段t内该方向的聚集客流人数与疏散客流人数之和，包括该方向的进站客流量、出站客流量、换入客流量与换出客流量，其表达式为：
[0216][0217]
式中，i
j,t
为时间t内换乘站方向j的进站客流量，o
j,t
为时间t内换乘站方向j的出站客流量。为时间t内换乘站从方向j
′
到方向j的换入客流量，为时间t内换乘站从方向j到方向j
′
的换出客流量。
[0218]
输入08:00-09:00内各方向通过内的列车数、站台设计集散能力均为770人、进站客流量、出站客流量、换入客流量与换出客流量。故08:00-09:00内站台集散客流量及站台平均负荷计算结果参见下表：
[0219]
表10 08:00-09:00内站台集散客流量及站台平均负荷
[0220][0221]
ii.计算换乘站质量匹配度mz，其公式如下：
[0222][0223]
式中，为站台拥挤情况的判断函数，当时间t内换乘站方向j的站台平均负荷值大于0.53则认为站台拥挤，此时取1，否则取0。其表达式为：
[0224]
[0225]
本实施例中，08:00-09:00质量匹配度的计算结果如下：
[0226][0227]
(4)归一化处理及计算综合匹配度：
[0228]
i.归一化处理计算公式：
[0229][0230]
ii.综合匹配度计算公式：
[0231][0232]
式中，γ1、γ2、γ3为各指标的权重系数，γ1 γ2 γ3＝1。本实施例取
[0233]
类比时段08:00-09:00，耀华路站其他时段匹配度均可按此计算方法计算，并对各时段计算的结果进行归一化处理。由于实际数据量较大未能全部展示，经统计本实施例数量匹配度取值范围为[0.8000,0.9700]，结构匹配度取值范围为[0.1600,0.8000]，质量匹配度取值范围为[0,0.8000]。以此范围进行归一化处理。
[0234]
07:00-10:00的归一化处理结果以及综合匹配度计算结果参见下表：
[0235]
表11归一化处理结果以及综合匹配度
[0236][0237]
由实施例2中的计算结果可知，在换乘站层面上，经过换乘站的各条线路的运输能力与换乘客流在分布结构的不匹配反映在各线路上下行方向能力利用的不均衡，需求大的换乘方向对应的接续线路运力不足，影响乘客疏散效率，这也造成了大客流方向的聚集客流过大，站台承载能力难以满足，导致车站服务质量恶化，容易引发安全隐患。因此，换乘站层面需要重点解决线间运力不协调、站台客流负荷大的问题。
[0238]
实施例3
[0239]
以上海轨道交通网络为例，共包含线路15条(不考虑磁浮线和浦江线)，计算网络供需匹配度。
[0240]
(1)计算数量匹配度：
[0241]
i.计算网络运输能力平均利用率，公式如下：
[0242]
[0243]
式中，u表示城市轨道交通网络运输能力的平均能力利用率。本实施例中，线路索引m∈{1,2,...,15}。
[0244]
ii.计算网络数量匹配度ms，公式如下：
[0245]
ms＝|u-1|
[0246]
(2)计算结构匹配度：
[0247]
i.计算区间满载率，公式如下：
[0248][0249]
式中，线路m的区间(i,i 1)的平均满载率，表示研究时段内经过线路m的区间(i,i 1)的列车总数。
[0250]
ii.计算网络断面满载率分布均衡度，计算步骤与线路区间满载率类似，参见附图3，其步骤如下：
[0251]
步骤1：根据断面满载率的取值范围将其划分为r个等级，1,2,...r,...,r。
[0252]
步骤2：统计属于等级r的断面满载率单元个数nr，r＝1,2,...,r。
[0253]
步骤3：计算断面满载率为等级r的出现概率pr，其计算公式为：
[0254][0255]
式中，表示所有线路的所有列车进过的断面单元的总和。
[0256]
步骤4：计算网络各断面满载率的分布熵，即网络的结构匹配度mj，其计算公式为：
[0257][0258]
(3)计算质量匹配度：
[0259]
i.计算网络质量匹配度mz，公式如下：
[0260][0261]
式中，n
section
表示城市轨道交通网络包含的断面总数；为断面拥挤情况的判断函数，当线路m的区间(i,i 1)的断面负荷值大于0.8则认为断面拥挤，此时取1，否则取0，其表达式为：
[0262][0263]
(4)归一化处理及计算综合匹配度：
[0264]
i.归一化处理计算公式：
[0265][0266]
由于实际数据量较大未能全部展示，经统计本实施例数量匹配度取值范围为[0.5000，1.0000]，结构匹配度取值范围为[1.0000，2.4000]，质量匹配度取值范围为[0，0.1500]。以此范围进行归一化处理。
[0267]
ii.综合匹配度计算公式：
[0268][0269]
式中，γ1、γ2、γ3为各指标的权重系数，γ1 γ2 γ3＝1。本实施例取
[0270]
运用上述计算公式，上海轨道交通全网络07:00-10:00的供需匹配度经过归一化处理后结果以及综合匹配度计算结果参见下表12：
[0271]
表12归一化处理后结果及综合匹配度
[0272][0273]
由实施例3中的计算结果可知，在网络层面上，网络综合运输能力与客流需求的结构不匹配体现在网络各线路以及各断面能力利用的不均衡，同时存在运力紧张的区间和运力过剩的区间，并且高峰时段网络整体的运能供需质量匹配度最差，说明高负荷断面的比例高，这会制约网络综合运输能力的发挥。因此，网络层面需要重点解决高峰时段断面客流负载不均衡的问题。
[0274]
本发明考虑了客流需求和运能配置的时空分布特征，从线路、换乘站、网络三个层面，考虑数量匹配、结构匹配、质量匹配三个方面，构建了运输能力与客流需求匹配性的定量评价框架。数量匹配性从宏观角度描述了客流需求总量与运输能力总量的适应程度，结构匹配性从微观角度描述了运输能力利用的均衡程度，质量匹配性从系统负荷水平的角度描述了运输服务质量对客流需求的满足程度。基于客流负荷数据，提出了线路、换乘站、网络三个层次对应的各要素指标计算方法，归一化处理后运用乘法合成法计算得到综合供需匹配度。本发明提出的供需匹配评价方法为编制城市轨道交通列车运行计划提供精准数据参考，明确运能配置优化方向，有助于提高城市轨道交通系统的客运服务水平和运能利用效率。
[0275]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。