考慮跨站越行和同步協(xié)調(diào)的城市軌道交通列車開行方案建模研究.pdf

1、城市交通擁擠問題突出表現(xiàn)在影響人們?nèi)粘３鲂匈|(zhì)量和延誤剛性出行效率方面，同時它還會誘發(fā)交通安全和環(huán)境污染等社會問題。城市軌道交通以其大運量、快捷、安全、高效、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)勢，已成為緩解城市交通壓力的主要途徑，并一直發(fā)揮著城市交通的骨架作用。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的不斷發(fā)展，運營管理的策略、措施和方法也已從獨立線路運營進入了網(wǎng)絡(luò)化運營階段，傳統(tǒng)、單一的列車開行方案已越來越難以滿足規(guī)模大、復雜性強的網(wǎng)絡(luò)化客運需求。在當今城市軌道交通列車

2、開行方案單一化和客流條件復雜化的趨勢下，準確、高效和可量化評價的列車開行方案模型亟需建立。建模研究將有望成為運營管理部門預(yù)測、計劃和編制列車開行方案的理論方法，為既有的列車運行圖調(diào)整和優(yōu)化提供技術(shù)指導和評價手段，以提高城市軌道交通的乘客服務(wù)水平，旨在實現(xiàn)城市交通和乘客出行的和諧發(fā)展。
　　本論文基于城市軌道交通開行方案和列車運行圖的編制原則、理論和方法，分析了“線網(wǎng)-列車-客流”的交互影響機理，研究了列車運行過程中的停站選擇問題、

3、到發(fā)接駁約束、冗余時間計劃和安全追蹤間隔等，總結(jié)了包括停站時間、換乘客流的走行行為和到達規(guī)律、冗余時間等關(guān)鍵指標在內(nèi)的列車開行方案建模方法;從滿足客流需求和保障運營效率的角度出發(fā)，構(gòu)建了多場景的考慮乘客出行成本和企業(yè)運營成本的模型，為停站選擇設(shè)計、無縫銜接的換乘和魯棒性優(yōu)化提供了量化評價指標和調(diào)整方法的支持。
　　論文首先就運營管理階段的開行方案、列車運行圖和魯棒性研究及應(yīng)用評價進行了詳細評述，分析了以列車發(fā)車頻率、交路計劃、停站

4、方案、乘客滿意度、等車時間、換乘效率和魯棒性為目標的既有研究成果的建模思想和求解算法，較全面地總結(jié)了城市軌道交通列車開行方案研究的基本內(nèi)容和方法論。本論文以跨站越行模式、換乘的同步協(xié)調(diào)問題和列車運行圖魯棒性為研究核心，據(jù)此提出構(gòu)建列車開行方案模型的主要目標和研究方向，展開了較深入的分析。
　　其次研究了獨立線路條件下，跨站越行模式的城市軌道交通列車開行方案的優(yōu)化問題，準確的計算了乘客的等車時間、在途時間、列車的周期運行時間等指標，

5、以行車組織的到發(fā)約束條件為基礎(chǔ)，將乘客出行成本和企業(yè)運營成本考慮到模型中，并以兩者最小化為目標，提出了帶有0/1決策變量的雙目標非線性混合整數(shù)規(guī)劃模型。采用理想點法，將雙目標函數(shù)轉(zhuǎn)化為約束條件不變的單目標函數(shù)，通過禁忌算法實現(xiàn)了大規(guī)模求解問題的計算?；?種典型的客流分布場景驗證了模型的可用性。
　　對比分析了彈性跨站越行模式和固定跨站越行模式的列車開行方案運營效果。根據(jù)國外城市軌道交通某運營線的實際運營場景，選取了多種列車產(chǎn)品組

6、合的開行方案，基于給定的客流需求，對比了站站停列車、快車和大站列車三種列車產(chǎn)品運營效益;比較了由上述三種列車產(chǎn)品組合的五種跨站方案方案的優(yōu)劣;基于5種典型的客流分布的案例，分析了不同客流需求對方案的適用條件。
　　提出了簡明地通過確定首班列車出發(fā)時刻，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)條件下列車同步協(xié)調(diào)成功次數(shù)最大化為目標的模型。并設(shè)計了該模型的遺傳算法，通過優(yōu)化前后的比較和基于CPLEX軟件求解的對比分析，證明了改進的遺傳算法具有較好的求解質(zhì)量和較高的

7、求解效率。
　　再次提出了一種基于對換乘客流準確劃分的城市軌道交通同步協(xié)調(diào)的優(yōu)化模型，從客流需求角度以滿足客流無縫換乘的目標。針對不同的換乘站，基于正態(tài)分布的換乘客流的到達規(guī)律，以總換乘等車時間最少為目標，將列車行車約束、客流劃分和等車時間計算方法等作為主要輸入條件，構(gòu)建了帶有0-1決策變量的非線性規(guī)劃模型。運用改進的遺傳算法與計算機模擬結(jié)合的方法有效解決了模型求解的問題。
　　最后建立了一種考慮客流需求擾動的城市軌道交通列