一种基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方法
专利汇可以提供一种基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了属于多种交通方式组合运能优化的配置技术领域的一种基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方法。该方法是通过对综合运输需求及其特征进行分析和预测，给出运输需求产生的一般规律；根据运输需求特征构建广义综合效用函数，通过多路径概率分配法在联合路网上的交通分配，分析综合运输需求的能 力 缺口，构造多种交通方式组合方案集，判断各组合方案在运输效率、运输 质量 和运输 水 平方面的综合效果，最后提出运输能力组合优化配置。本发明能够真实反映客观实际的运输需求，将多种交通方式一体化组合考虑，进行运输资源的规划和设计，从而克服只考虑单一交通方式、而带来的资源和资金的浪费，有效缓解运输能力对国民经济的 瓶颈 制约。，下面是一种基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方法专利的具体信息内容。
1.一种基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方法，其特征在于，该方法在进行运输能力配置时，进行步骤如下： 步骤一.建立基于投入产出法的运输需求预测模型，进行综合运输需求分析及预测； 步骤二.分析各种交通方式的供给者成本、需求者成本和社会成本，构建广义综合运输效用函数，提出运输方式配置的选择模型； 步骤三.利用运输方式配置的选择模型进行交通分配，根据交通分配结果计算运输网络的需求运输能力和设计运输能力，分析运输网络的运能缺口状况； 步骤四.根据运能缺口状况，构建多种交通方式组合方案集，优化运能配置，提出多种交通方式组合运能优化配置推荐方案。
2. 根据权利要求1所述的基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方 法，其特征在于：所述步骤一中的建立基于投入产出法的运输需求预测模型步骤 如下，根据区域间投入产出表可以计算出区域间产业流动量2>， + 及产业流动系数
3. 根据权利要求1所述的基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方 法，其特征在于：所述步骤二中，在分析供给者成本、需求者成本和社会成本基础上，广义综合运输效用函数为
4. 根据权利要求1所述的基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方 法，其特征在于：所述步骤三中运输能力缺口分析，首先统计得到运输网络中第 k种方式在路径a上的需求运输能力q^222yj《其中：We五,V^F,Vc^A表示公式中下标变量定义域；式中，/J为运输需求流量对n间在路径a上对第k种方式的运输需求量， 《:为0、 1变量，如果路径a在第k种方式运输需求流量对n间的配流路径上， 其值为l,否则为0。 E为产生运输需求的起点的集合，F为吸引运输需求的终点 的集合，A为运输网络中路径的集合；然后计算运输网络中第k种方式在路径cx上的设计运输能力 G =M"{ctl,C^..,cJ= M/"{C^. }, C化为路径cx中第k种方式在区段y的设计运输能力，m为路径a中区段的数量。
5. 根据权利要求1所述的基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方 法，其特征在于：所述步骤四中，根据运能缺口状况，构建多种交通方式组合方 案的过程如下：(1) 进行能力缺口状况判断，能力缺口通过c-c:-c?222yj《-C:计算 得到；(2) 提出多种交通方式组合运能优化配置推荐方案根据如下：首先计算每种 交通方式所承担运输需求的熵值P, A为运输网络内某区段的运输需求，为每种方式所承担的换算需求量；该运输网络的系统熵可为：£ = 4ZZ/y0g&;进行路径的方式选择时，使运输网络系统的熵达到最大的运输方式组合就是最优的配置路径；即，对于集合Q中所有的元素的熵，有A A为最优组合方案s的系统熵；^为集合Q中除元素s外的系统熵。
一种基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方法
技术领域
背景技术
分析和描述；从理论研究角度讲，基于需求特征的多种交通方式组合运能优化的 实质是：综合运输系统在运输效率、运输质量和服务水平等方面均达到理想要求 下的运输供给；从工程实践角度来讲，运能优化的实质就是多种交通方式运力合 理结构的配置。
在国外，该项技术研究不是重点，很少有相关的现有技术。大部分发达国家 其运输系统的发展往往是超前于社会经济发展水平，在交通建设高潮中形成了许 多重要的交通干线，并经过竟争与淘汰，保留下来一些重要干线，成为综合运输 体系。因此，综合运输系统运输能力优化配置技术的研究并不是问题的核心，而 他们的研究重点是基于已经基本形成的交通运输系统如何组织高效的综合运输 的问题，即侧重在运输组织过程的优化。因此国外在该领域现有技术的研究不如 国内活跃。
在国内，研究运能优化的现有技术较多，但是从多种交通方式一体化角度研究的很少。现有技术，都是针对铁路、公路、水运、航空、管道等单一交通方式 运能优化的，并且，多是侧重运输组织过程，没有恻重运输配置方面，同时，采 取的方法是基于某种交通方式技术经济特征的分析，而忽略了对运输需求特征的 分析。没有从综合交通体系即铁路、公路、水运、航空多种交通方式组合优化的 角度进行运输资源的配置。
存在的主要缺陷：从各自单一交通方式出发，只关注了本系统即一种交通方 式运能的优化利用，却无法保证整个综合运输系统运能的优化配置，从而也导致 实践中交通运输能力的紧张。例如，对于京沪综合运输通道，根据现有技术，分 别从铁路、公路、水运、航空等角度提出了各自的运能优化方案，从单一系统角 度而言都是优化的，但是从综合运输即各种交通方式组合起来一体化优化的角度 根本无法保证整个通道综合运输系统运能的优化，依据现有技术不能给出多种交 通方式组合优化的配置方案。因此，有必要在分析运输需求特征和产生规律的基 础上，提出综合运输系统中多种交通方式组合的运能资源优化配置的方法，基于 需求特征的多种交通方式组合运能优化配置方法能够很好地满足该方面的要求。
发明内容
一种基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化方法，其特征在于，所
述多种交通方式组合运能优化方法是：利用投入产出理论和空间价格均衡方法， 预测得到区域间运输需求的价值量和实物量，解决当前实践中用运输量代替需求 量而不能反映实际需求的问题；利用交通工程理论和运输经济学的成本分析方 法，从运输供给者成本、运输需求者成本和社会运输成本的角度构建广义综合运
6输效用函数，利用多路径概率分配方法在多种交通方式叠加构成的联合路网上进 行交通分配，根据需求运输能力和设计运输能力的比较，得到能力缺口数据，利 用多目标滚动优化方法，得到多种交通方式组合运能优化配置的方案；具体包括
步骤一.建立基于投入产出法的运输需求预测模型，进行综合运输需求分析
及预测；
步骤二.分析各种交通方式的供给者成本、需求者成本和社会成本，构建广
义综合运输效用函数，提出运输方式配置的选择模型；
步骤三.利用运输方式配置的选择模型进行交通分配，根据交通分配结果计 算运输网络的需求运输能力和设计运输能力，分析运输网络的运能缺口状况；
步骤四.根据运能缺口状况，构建多种交通方式组合方案，优化运能配置， 提出多种交通方式组合运能优化配置推荐方案。
所述步骤一中的建立基于投入产出法的运输需求预测模型步骤如下，根据区 域间投入产出表可以计算出区域间产业流动量2>， + 及产业流动系数
(sw)/i;》W
其中^为区域R部门i对区域S部门j的投入；乂
是区域R部门i的产品所提供的区域S的最终需求，根据上述模型即可得到区域 间运输需求量。
所述步骤二中，在分析供给者成本、需求者成本和社会成本基础上广义综合
箭效用函数为：q(x)=fi'rar.x, +/A.^
其中，q(x)为第k种方式的广义综合运输效用，"为第k种方式的长度；^为
第k种方式所承担的运输需求量；、为第k种方式的设计速度；「GT为单位货物
的时间价值，包括预计的在途时间内可能的损失与资金占用的机会成本；^为单 位货物周转量的运输费用；,为第k种方式的单位里程的工程造价，即该路段建 设全过程中所投入的全部费用；Ph为能源消耗的经济转化系数；Yk是第k种方式完成单位货运周转量所需要的能源消耗量；h为每吨公里货运应负担的环境
污染成本；
运输方式配置的选择模型为《=^XP(—/《L，《为r-s之间第k种运输方式
被选择的概率；《为r-s之间第k种方式的广义综合运输效用；
所述步骤三中运输能力缺口分析，首先统计得到运输网络中第k种方式在路 径cc上的需求运输能力C^222yj《其中:Vre五,V^F，V"",表示公式中下标
变量定义域。
式中，/J为运输需求流量对n间在路径cc上对第k种方式的运输需求量， ^为0、 l变量，如果路径cc在第k种方式运输需求流量对r-5间的配流路径上， 其值为l,否则为0。 E为产生运输需求的起点的集合，F为吸引运输需求的终点 的集合，A为运输网络中路径的集合。
然后计算运输网络中第k种方式在路径a上的设计运输能力 C:^M"h,，C;2…,CV.h M/"{C" }， C&为路径a中第k种方式在区段y的设计运
输能力，m为路径a中区段的数量。
所述步骤四中，根据运能缺口状况，构建多种交通方式组合方案通过如下过
程：
1. 进行能力缺口状况判断，能力缺口通过C=Cl-C:=J22>^《—G计算得 到。
2. 提出多种交通方式组合运能优化配置推荐方案根据如下：首先计算每种交 通方式所承担运输需求的熵值^ ^为运输网络内某区段的运输需求，&
为每种方式所承担的换算需求量；该运输网络的系统熵为：£ = -*i;i:iV0g^。
进行路径的方式选择时，使运输网络系统的熵达到最大的运输方式组合就是最优
的配置路径；即，对于集合Q中所有的元素的熵，有£、>&，五,为最优组合方案 s的系统熵；^为集合Q中除元素s外的系统熵。至此，就完成了基于运输需求特征的多种交通方式组合运能优化的规划和设计。
本发明的有益效果：能够真实反映客观实际的运输需求，从运输供给者（运 输行业）、运输需求者（旅客或货主）和社会运输（囯家政府）角度，综合考虑 运输时间和费用、运输设施建设费用以及运输方式的资源、能源消耗费用等因素， 将铁路、公路、水运、航空等多种交通方式一体化组合考虑，来进行运输资源的 规划和设计，从而克服只考虑单一交通方式、只侧重供给者角度进行运输资源规 划和设计而带来的资源和资金的浪费，有效缓解运输能力对国民经济的瓶颈制 约。
附图说明
图1多种交通方式组合运能优化方法流程图。
图2运输需求时间波动曲线，用来分析运输需求的时间波动特征。
图3运输需求空间分布期望线，用来分析运输需求的空间分布特征。 图4多种交通方式组合运能优化配置图。
具体实施方式
以北京至上海的京沪运输通道为例，按照如下步骤给出京沪运输通道2020 年远期各种运输方式能力优化配置的建议方案，流程图见图1:
步骤一.建立基于投入产出法的运输需求预测模型，进行综合运输需求分析 及预测；
步骤二.分析各种交通方式的供给者成本、需求者成本和社会成本，构建广 义综合运输效用函数，提出运输方式配置的选择模型，进行交通分配；
步骤三.利用运输方式配置的选择模型进行交通分配，根据交通分配结果计 算运输网络的需求运输能力和设计运输能力，分析运输网络的运能缺口状况；如 果需求运输能力^设计运输能力，则执行步骤四，否则提出多种交通方式组合运 能优化配置推荐方案。
步骤四.根据运能缺口状况，构建多种交通方式组合方案，优化运能配置，如果组合运能优化方案是最优，则提出多种交通方式组合运能优化配置推荐方 案，否则返回步骤二；
以北京至上海的京沪运输通道为例，
首先按照步骤一、建立基于投入产出法的运输需求预测模型，进行综合运输
需求分析及预测；具体步骤如下：
1) 根据基年区域间投入产出表（国家统计局每逢2、 7年度都发布该表）， 首先计算直接分配系数得到需求矩阵H，如表l所示；
2) 估算目标年的分行业增加值的数据；
3) 利用列向模型（分配平衡模型）建立总产出与增加值之间的关系，从而 计算总产出的变化量；
4) 根据目标年总产出进一步求得中间投入量，再利用中间产品+最终产品= 总产出的关系式，将基年投入产出表扩展为目标年的投入产出表（其中区域R提 供给区域S-1，…，J的最终产品通过分配系数来确定）；
5) 在得到目标年投入产出表的基础上，计算出区域间货运需求价值量OD矩 阵。计算结果如下面表l所示：北京，经天津、济南、徐州、蚌埠、南京、至上
海
表1 2020年京沪运输通道省市间运输需求量 单位（口屯）
0D 北京 天津 济南 徐州 蚌埠 南京 上海
北京 45941000 1395700 743480 359010 602100 650890 228190
天津 1652700 95990000 5190800 1415200 4649400 2663000 1441300
济南 537510 5698100 153020000 2813700 5140900 2044300 1727800
徐州 338060 1644600 5613600 108810000 3232800 1703800 2908000
蚌埠 855940 3875300 6893500 3123600 112840000 3453800 2905200
南京 418650 5008400 734490 249110 1083000 47122000 742390
上海 94833 378400 934850 4997200 1267700 1126300 55547000
运输需求的时间波动特征分析如图2所示1953 - 2006年全国货运量变化趋 势，运输需求的空间分布特征分析图如3。
步骤二、分析各种交通方式的供给者成本、需求者成本和社会成本，构建广
10义综合运输效用函数，提出运输方式配置的选择模型;
+4•_/;+(A• A + 〃s• ^)计算广义综
合运输效用，其中rar = -ra7^z。)/K。 ， A。,为运输项目所在地平均单位时间 内产生的国民生产总值；rar;是旅客时间价值；厶为本地区的劳动力总数。计算 中，根据北京、天津、济南、徐州、蚌埠、南京、上海等城巿社会和国民经济统 计资料，货物时间价值分别取值为17、 10、 13、 10、 10、 15、 18元/小时。
乂单位里程工程造价，铁路运输：当设计时速为200公里/小时，取值为 3000-4000万元/公里，当设计时速为公里/小时，取值为9100万元/公里。
不同运输方式环境污染成本取值参照下面表2:
表2货运的各种运输方式的环境污染成本参考值（元/吨公里）
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