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网络化动态客流导向下城市轨道交通运行计划协同编制方法研究

陈星  
【摘要】:城市轨道交通凭借着运输能力强、旅行速度快、安全、低能耗等优点,迅速发展,并成为重要的城市交通方式。随着城市道路交通愈发拥堵,许多城市开始规划并建设城市轨道交通网络,并逐步由单线运营转向网络化运营。城市轨道交通成网运行后,各线路通过换乘站实现互联、互通,进而满足城市轨道交通乘客的跨线出行需求。同时,相比于单线轨道交通,网络化城市轨道交通丰富了乘客出行选择。这不仅导致了城市轨道交通客流特点分析难度增加,也使得城市轨道交通系统运营计划编制的复杂性大大提高。本文主要以城市轨道交通客流进出站刷卡记录为动态客流需求数据,深入分析网络客流特点,进而以需求为导向编制城市轨道交通列车运行计划,研究内容包含以下方面:(1)以城市轨道交通路网拓扑结构基础,结合列车实际运行时刻信息,构建城市轨道交通时空服务网络,并在此之上引入序的概念,用于描述高峰时段乘客站台留乘情况,进而提出时空序服务网络的定义与内涵。深入分析乘客在城市轨道交通系统内的所有出行行为及其时间分布函数,并以乘客进出站刷卡信息为约束条件,构建乘客出行时空序路径描述模型,进而将乘客出行路径选择问题转换为网路节点间路径搜索问题。通过设计迭代优化算法,为乘客寻找在已知进出站信息条件下的最可能出行路径。为了避免车站走行时间参数及高峰时滞留参数造成的较大误差,提出极大似然估计模型,实现对车站各类参数的估计。本研究从微观层面分析路网客流时空分布特点,为后续研究内容(2)、(3)、(4)提供研究基础。(2)以城市轨道交通自动售检票系统(Automatic Fare Collection System,AFC System)记录的全天时变客流需求为基础,结合内容(1)中得到的换乘客流需求,分析车站客流需求与线路区间客流需求间的关系,阐述线路区间累计客流需求和区间累计完成客流运输量的概念,进而将城市轨道交通系统服务车站客流的目的转换成满足线路区间客流需求。提出列车的车站到发事件的0-1变量描述模型,以乘客站台总候车时间最小为优化目标,列车行车时分标准和动车组载客容量限制为约束,构建基于动态客流的城市轨道交通列车运行计划编制模型。本研究利用研究内容(1)中客流数据研究了需求导向的列车运行计划编制以及为研究内容(3)中线间协调优化提供研究基础。(3)以换乘站为研究对象,以历史换乘数据为基础,构建换乘站和换乘方向权重体系,确定关键换乘车站与关键换乘方向。以单线编制列车运行计划为数据基础,分析经过同一换乘站的不同线路间列车衔接关系,给出有效换乘衔接的0-1描述方法以及换乘衔接等待时间计算方法,以路网层换乘客流总的换乘衔接等待时间最小为目标,构建基于换乘衔接协调的城市轨道交通网络列车运行计划的混合整数线性规划(Mix-Integer Linear Programming,MILP)模型。本研究内容为考虑线间协调的城市轨道交通网络列车运行计划协同优化以及为研究内容(4)中考虑客流运输供需匹配关系的车站限流方案编制提供研究基础。(4)以城市轨道交通网络列车运行计划和线路动态客流需求为数据基础,利用车站客流与城市轨道交通线路区间客流映射关系,分析城市轨道交通线路区间运输能力与客流需求间供需时空匹配关系。以消除高峰时车站站台留乘现象和乘客站台候车与站外候车总时间最小为优化目标,以列车载客容量和车站最小进站客流量为约束,构建车站进站客流控制模型。本研究内容为考虑城市轨道交通运输能力条件下的车站客流控制方案编制提供了有效求解方法。从城市轨道交通运输生产上,本研究内容可有效地调整研究内容(1)中的网络客流时空分布,并与研究内容(2)、(3)相结合使得城市轨道交通运输生产更加安全、高效。


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