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《北京交通大学》 2017年
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城市轨道交通车站客流集散优化控制研究

张蜇  
【摘要】:城市轨道交通车站是大量客流的集散地。伴随路网规模的不断扩大和客流负荷量的不断提高,车站运营管理工作难度随之增大。如何在车站基础设施能力约束下保障客流有序集散,对提高城市轨道交通的服务质量具有重要意义。本文以城市轨道交通车站为研究对象,在以往研究的基础上,面向乘客服务水平需求,率先提出了基于序化控制和不确定交互的车站导向标识布局方法和面向车站智能管控和乘客服务需求的车站通道客流和集散客流控制模型与方法。本文主要研究内容有:(1)基于序化控制和不确定交互的车站导向标识布设模型首先提出了导向标识序化效能的计算方法和乘客导向需求的量化模型,进而基于乘客与导向标识分阶段交互特点,建立了可用分段函数表示的乘客与导向标识的不确定交互模型,并且将乘客与单个标识交互扩展为乘客群体与导向标识系统之间的交互。然后,将导向标识的布设模型转化为引导信息供给与引导需求匹配问题,进而建立了车站导向标识系统的布设模型以求得最少标识设置数量满足乘客引导需求,并证明该模型为协同选址集合覆盖问题。最后,本文提出相应的求解算法(指数搜索启发式算法)和验证方法(元胞自动机模型),该算法包含指数二分查找算法和协同覆盖问题的求解算法。将模型应用于地铁站台出口导向标识的布局设计中,采用实验数据标定模型参数,结果证明该模型可以为导向标识布局提供最优数量和位置。敏感性分析结果表明通过提升标识吸引能力以及乘客熟悉程度可更充分发挥导向标识引导能力。该模型因融合了乘客微观运动模型以及乘客与标识交互特点,本文模型可以成为导向标识布设的普适模型。(2)城市轨道交通车站通道客流优化控制模型与方法为了研究城市轨道交通车站内部单个通道客流的控制方法,首先根据单向行人流基本图和社会力模型的匀速条件推导双向行人流基本图。根据通道内客流流动方向,考虑到通道客流分布不均匀特点,首先将车站通道分成多个分通道,并建立了基于流量守恒的单向通道和双向通道客流演变模型。然后基于基本图理论分别提出单向通道和双向通道客流控制目标,构建了基于反馈控制原理的通道客流线性反馈控制模型与方法。针对模型线性特点,分别构建静态增益控制策略和动态增益控制策略。该模型可通过调整通道乘客进入量以及走行速度从而最大化通道客流量,有效避免了通道死锁拥堵现象的发生,并且动态增益控制策略的控制效率远大于·静态增益控制策略。(3)基于服务水平的城市轨道交通车站集散客流分层控制模型与方法面向目前车站集散客流控制需求,基于元胞传输模型建立车站客流集散解析模型,以服务水平为标准提出了车站集散客流控制目标的计算方法,并结合经典反馈控制理论,建立了车站集散客流分层控制模型。该模型主要包括网络客流控制模型和局部客流控制模型。网络客流控制模型通过控制车站设施乘客进入量保证设施乘客数量满足服务水平约束,但因其最小控制单元为设施而不能使得设施内客流分布均匀。为了能够满足网络客流控制模型的前提条件,本文提出局部客流控制模型来调整乘客走行速度使得设施客流分布均匀。最后,将该模型应用于北京地铁站客流控制中,结果证明该模型可以求得满足车站服务水平要求的最优进站量,模型计算效率较高,控制效果较好,为车站工作人员提供客流控制决策依据,同时也促进车站客流控制向着智能化方向发展,为智能车站的建设奠定理论基础。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U293.13

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