城市軌道交通大小交路列車開行方案優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的推進(jìn)，北京、上海和廣州等大城市的城市軌道交通已率先進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營時(shí)代，其他各城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)化格局正在逐步形成。與此同時(shí)，客流的持續(xù)增長，各方對服務(wù)水平、運(yùn)營安全和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)注，促使我國城市軌道交通運(yùn)營管理方式正在由單線運(yùn)營向網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的方向轉(zhuǎn)變。
　　多交路運(yùn)營組織是網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營組織的重要組成部分，而其中的大小交路運(yùn)營方式也是目前我國城市軌道交通使用最為廣泛的一種運(yùn)營組織方式。因此，研究城市軌道

2、交通大小交路列車開行方案的優(yōu)化編制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營背景下城市軌道交通列車的優(yōu)化組織，對提高城市軌道交通運(yùn)營效率和服務(wù)水平具有十分重要的意義。
　　本文在剖析現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了影響城市軌道交通大小交路列車開行方案編制的關(guān)鍵因素，分析了我國城市軌道交通開行大小交路的線路情況及其客流特征;并分別以城市軌道交通直徑線和放射線為研究對象，提出了城市軌道交通大小交路列車開行方案優(yōu)化方法和列車時(shí)刻表優(yōu)化方法。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:

3、>　　(1)結(jié)合既有文獻(xiàn)，從客流需求、行車條件和運(yùn)力資源三個(gè)方面出發(fā)，系統(tǒng)分析了影響城市軌道交通大小交路列車開行方案編制的因素;統(tǒng)計(jì)并分析了我國城市軌道交通實(shí)施大小交路運(yùn)營組織模式的線路情況及其客流特征。結(jié)果表明，大小交路運(yùn)營線路中長度超過35km的線路數(shù)占線路總數(shù)的91.3％，斷面客流不均衡系數(shù)介于1.80～2.99。
　　(2)以城市軌道交通直徑線為研究對象，在分析大小交路運(yùn)營特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，考慮線路通過能力、最小發(fā)車頻率、列車

4、滿載率和站臺長度等約束條件，以乘客等待時(shí)間、車輛走行公里和列車運(yùn)行時(shí)間最小為目標(biāo)，以小交路列車折返站位置、大小交路列車的發(fā)車頻率及編組輛數(shù)為決策變量，構(gòu)建了城市軌道交通大小交路列車開行方案優(yōu)化模型。根據(jù)模型特點(diǎn)，采用線性加權(quán)和法、懲罰函數(shù)法，將原多目標(biāo)約束問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)無約束優(yōu)化問題，并設(shè)計(jì)了求解模型的受控隨機(jī)搜索算法。通過算例驗(yàn)證了模型和算法的有效性，對小交路發(fā)車頻率、折返站位置等進(jìn)行了靈敏度分析。結(jié)果表明，開行大小交路不僅可以降低

5、企業(yè)運(yùn)營成本，減少車輛運(yùn)用數(shù);小交路長度越短對乘客越不利，且不能使企業(yè)成本節(jié)省越多。
　　(3)以城市軌道交通大小交路列車運(yùn)行圖為基礎(chǔ)，給出了均勻發(fā)車和非均勻發(fā)車兩種情形下小交路區(qū)段乘客的平均等待時(shí)間計(jì)算方法。通過客流分析，給出了大、小交路列車客流分擔(dān)比例的計(jì)算方法。在分析列車編組、發(fā)車間隔對列車滿載率影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了考慮列車滿載率均衡性的大小交路列車開行方案雙層規(guī)劃模型。上層模型為開行方案優(yōu)化模型，采用遺傳受控隨機(jī)搜索算法求

6、解，旨在確定最優(yōu)的小交路折返站和列車發(fā)車頻率。下層模型為滿載率均衡性優(yōu)化模型，采用枚舉法求解，旨在確定最優(yōu)的列車編組方案和發(fā)車間隔，使得列車滿載率均衡程度最大。以某城市軌道交通線路為例，驗(yàn)證了模型和算法的有效性。研究結(jié)果表明，采用“大交路大編組、小交路小編組”的編組方案可以提高大、小交路列車滿載率的均衡性，降低企業(yè)運(yùn)營成本。選擇合理的小交路長度，不僅可以保證大、小交路列車滿載率的均衡性，而且可以實(shí)現(xiàn)乘客和企業(yè)雙方利益最大化。
　　

7、(4)以城市軌道交通放射線為研究對象，考慮客流的時(shí)變特性，以乘客等待時(shí)間、列車運(yùn)行時(shí)間和車輛走行公里最小為目標(biāo)，以發(fā)車間隔、列車滿載率及其均衡性、最大可用車底數(shù)為約束，構(gòu)建了城市軌道交通大小交路列車時(shí)刻表優(yōu)化模型。根據(jù)模型特點(diǎn)，建立了計(jì)算機(jī)仿真模型，并將其與遺傳算法相結(jié)合，提出了基于計(jì)算機(jī)仿真和遺傳算法的求解方法。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的時(shí)刻表可以使運(yùn)力與客流需求更加匹配，有效緩解了高峰期乘客擁擠狀況。在企業(yè)運(yùn)營成本相等的情況下，優(yōu)化后的