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轨道交通客流动态分布形式建模及应用研究

翟华伟  
【摘要】:城市轨道交通以速度快、运量大、污染小、能耗低等特点成为国内外大型城市发展公共交通、缓解道路交通压力的最佳解决方案之一。具有一定规模的城市轨道交通系统表现出巨大的交通吸引力和运输能力,对城市居民的日常生活产生重要影响。由于城市功能区域分布不平衡和社会经济环境变化等原因,导致网络化运营的城市轨道交通系统在路网结构、客流需求及客流时空分布等多方面表现出复杂性特征。客流分布的不均衡、变化多样性加剧了交通供需矛盾,加大了轨道交通的运营管理难度。如何深入了解和掌握客流分布变化规律,不断提高轨道交通系统的运营效率,应对持续增加的运营压力,提供更好的出行服务,成为目前关注和研究的热点。 本课题以国内部分城市轨道交通系统为研究对象,对网络化运营条件下的轨道交通客流分配相关理论和技术进行深入研究和探索,主要研究内容和成果包括: 通过对交通网络进行抽象描述方法的研究,构造真实反映轨道交通线路网络结构特征的原始拓扑模型和对偶拓扑模型。使用复杂网络理论分别对P空间和L空间下城市轨道交通网络拓扑模型进行复杂性分析。在运营管理模式的基础上讨论了包括可达性、客流时空分布以及拥堵现象在内的轨道交通系统动态网络特征。 深入研究交通出行行为,利用偶图理论对出行者在轨道交通网络中的出行行为进行形式建模。定义了描述出行状态的偶图集和出行状态转换关系的偶图反映规则集,建立了描述出行者在轨道交通网络内的基本出行行为和多路径选择行为的偶图模型,成功尝试使用形式化方法对交通出行问题进行研究。 论文系统研究基于Wardrop平衡原理的交通流平衡分配模型和其它非平衡模型。在对轨道交通客流变化情况进行研究总结的基础上,对比分析轨道交通与其它道路交通在交通流量分布变化上的区别,提出使用对偶图描述轨道交通出行路径的新方法,构造了相应的出行阻抗函数,对传统城市轨道交通客流分配模型和算法进行改进,验证了改进后的模型和算法的可行性。 结合应用在城市轨道交通系统中的现代化运营管理技术和手段,建立基于票卡交易记录的客流分配模型和算法。在无障碍换乘模式下,通过对AFC系统记录的票卡交易记录的分析,结合列车运行调度表、换乘时间表等信息建立对出行路径进行准确判断的推理模型。经过逐条确认交易记录所对应出行路径,实现对相同起讫站之间产生的客流量在不同路径上精确分配的算法。根据具体的应用环境特征,对算法进行优化,提高对大规模交易记录的处理能力。通过实验算例与传统客流分配方法计算结果进行对比分析,验证了算法的有效性。 根据实际工作需求,利用论文理论研究成果研发基于客流分配技术的城市轨道交通票务清分和交通诱导系统作为实际案例研究。根据业务流程设计相关系统功能的算法流程,通过案例演示了应用系统的主要功能模块和操作界面等。 本论文通过城市轨道交通系统网络结构和运营模式的研究,利用复杂性理论分析轨道交通网络结构的复杂性特征。深入研究影响轨道交通网络客流分布变化的主要因素。使用偶图理论对出行者在轨道交通网络中的出行行为进行形式化描述。构造真实反映轨道交通系统出行特征的出行路径对偶图,建立能够准确反映客流在轨道交通网络内分布结果的客流分配模型和算法。在理论研究的基础上开发基于客流分配的票务清分与客流诱导系统。通过理论与实践相结合的方法,实现课题的研究目标,为城市轨道交通客流动态分布相关领域的深入研究进行了有益的探索。


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