高速铁路网周期性列车运行图接续约束生成模型

列车接续约束是周期性列车运行图编制模型重要且最具特色的约束之一,其目标是提高周期性列车运行图服务换乘客流的质量。如何合理设计列车接续关系成为周期性列车运行图在我国高速铁路网大规模应用中亟待解决的问题之一。本文基于周期性列车开行方案研究列车接续约束生成流程及关键技术,提出列车接续存在耦合性,该性质导致列车接续冲突;研究列车接续冲突判断标准,提出消解列车接续冲突的破圈法;在找出备选列车接续冲突关系基础上建立列车接续约束生成模型;以我国高速铁路的周期性列车开行方案为例验证了模型的有效性。     

基于客流均衡分析的城际铁路列车运行图优化

将城际客流均衡分配与列车运行图优化相结合,构建城际列车运行图优化的双层规划模型,其中,上层模型以满足行车组织要求、运营时间等为约束,以降低旅客乘车时间、换乘等待时间以及提高始发、终到时间满意度为目标优化列车运行图;而下层模型为基于列车运行图的客流均衡分配模型。模型采用模拟退火算法与GP算法组合求解,在生成初始列车运行图的基础上不断通过均衡分配乘车客流、构造邻域解迭代优化。算例分析表明模型与算法具有较好的收敛性与有效性。     

长途跨线客流输送方案优化设计

研究高速和普速铁路构成的客运网络上长途客流输送方案,以及相关列车开行方案优化问题。全面分析长途客流输送的直达模式和中转换乘模式,以及长途客流出行广义费用和铁路企业运营效益。从客流广义出行费用最小和企业运营效益最大的角度构建目标函数,考虑起讫点要求、编组长度、输送能力等约束条件,建立长途客流输送方案优化模型,并通过引入平衡因子将其转化为单目标优化问题,设计了综合比选不同列车种类的直达模式、典型换乘站的换乘模式的求解方法。通过计算典型长途跨线OD的客流输送方案,表明高速列车具有显著优势,客流时间价值、消费层次构成和换乘费用对客流输送方案具有较大影响。     

基于灵活接续的周期性列车运行图加线模型

周期性列车运行图的编制技术在国内外已有较多研究,在周期图的基础上,如何合理加入非周期列车运行线成为"周期+非周期模式"列车运行图在我国铁路网大规模应用中亟待解决的问题之一。此外,"周期+非周期模式"下列车接续关系更为复杂,而我国高速铁路发展迅速,列车运行图随线路的开通不断调整,短时间内难以形成符合市场运营需要的接续关系。针对上述问题,基于周期图的加线模型,考虑周期结构和灵活接续等约束,构建基于灵活接续的周期性列车运行图加线的混合整数规划模型,以实现列车接续方案设计与"周期+非周期"运行图编制的综合优化,并通过算例分析,验证了模型的有效性,提高了"周期+非周期模式"列车运行图的可实施性。     

客运专线网络列车开行方案与运行图综合优化方法

基于旅客列车开行方案和运行图的铁路企业运营效益和旅客出行费用,以铁路企业效益最大化为优化目标,以车站整备能力、车辆总数和列车编组辆数等能力资源限制以及列车到发作业相容性为约束,建立旅客列车开行方案与运行图综合优化的双层规划模型;分别基于旅客列车开行方案和列车运行图的换乘网络进行客流分配,将旅客列车开行方案和列车运行图优化有效结合起来,设计了基于模拟退火的综合优化算法。算例分析表明列车开行方案与运行图的综合优化既能保证铁路企业的收益,又能够有效提高旅客换乘质量。     

枢纽站列车接续优化模型研究

列车在枢纽站的合理接续关系到旅客换乘质量，更对铁路运输企业的收益具有重要影响。针对枢纽站列车接续的到发时刻优化问题，在分析列车的接续关系和旅客换乘方式的基础上，以换乘旅客的无效换乘等待时间最小为目标，考虑列车间隔时间、合理到发时间、换乘时间等约束，构建枢纽站列车接续的到发时刻优化模型。最后利用CPLEX求解器对算例进行求解，换乘旅客的无效换乘等待时间较优化前减少了16.8%。结果表明，建立的列车接续优化模型能够有效减少旅客换乘的无效换乘等待时间，提升列车接续质量。     

城市轨道交通列车运行图鲁棒性优化模型

针对高密度行车因受运输干扰而导致城市轨道交通列车晚点的问题,按照在计划层的列车运行时段内调整列车缓冲时间以优化列车运行图鲁棒性的思路,考虑列车载客能力约束,基于历史客流数据和通过候车乘客与列车的交互关系确定列车的实际停站时间,然后基于列车运行图扰动时间的递推关系,建立以列车运行图扰动时间之和最小为目标的列车运行图鲁棒性优化模型;运用改进的遗传算法对属于非线性混合整数规划模型的该优化模型进行求解;另外还对只要求大型枢纽站等重要车站准点发车的实际运输需求,用时间控制点法对该优化模型进行扩展。以北京市城市轨道交通房山线为例验证了该优化模型和改进遗传算法的有效性。     

周期性列车运行图编制模型研究

周期性列车运行图具有一系列优点,并能带动客票组织方式、运输组织方式等的完善和改进,成为国外高速铁路普遍采用的运行图模式.本文介绍周期性列车运行图的发展历史及其在国内外的研究和应用情况,分析周期性列车运行图的特点,总结基于周期事件规划问题(PESP)的周期性列车运行图模型.结合中国客运专线的实际情况,针对运营情况复杂的线路提出基于定序的周期性列车运行图模型.模型以固定的列车到发顺序为基础,考虑列车区间弹性运行时间、不同情况下的停站时间、到发线安全间隔、同类列车的发车频率等各项周期约束,将列车的总旅行时间最小作为目标函数,并通过铺划某线路的周期性列车运行图验证了模型的可行性.     

城市轨道交通跨线列车开行方案优化研究

在城市轨道交通线网规模迅速扩张和客流需求快速增长的背景下,针对现有的单线运营模式导致的乘客换乘次数多、系统资源共享程度不高等问题,研究跨线列车开行方案优化以弥补上述不足。根据设施设备跨线运营基本条件、列车跨线次数和跨线客流需求生成跨线交路备选集,以备选跨线交路和本线交路的发车频率为决策变量,考虑线路通过能力、列车满载率和区间交路数量上限约束,以乘客换乘次数最少和出行时间最短为原则,对各OD乘客组进行客流分配,建立线网层面的跨线列车开行方案优化模型,最小化列车运行成本和乘客出行成本。应用模拟退火算法求解模型。南宁地铁线网的案例分析结果表明,相比于单线运营模式,跨线运营模式可使总成本降低6.18%,其中乘客时间成本降低7.33%,乘客换乘次数减少13.79%,可实现成本节约,提升线网服务质量和乘客出行效率的目标。     

旅客列车停站设置方案优化

旅客列车停站设置的影响因素主要有客流换乘需求、列车停站等级、列车指定停靠车站、车站接发列车能力、停站数量对旅行速度的影响和列车最大停站数量.分析停站设置和客流换乘选择之间的博弈关系,将基于停站方案的多类用户均衡客流分配模型作为下层规划模型,将旅客广义出行费用最小和列车停靠站数量限制作为上层规划模型的目标函数,构建旅客列车停站设置方案优化双层规划模型.通过分析停站方案变动引起的目标函数变化,构造解的邻域,设计基于模拟退火的求解算法.对由某客运专线和既有铁路组成的混合网络测算结果表明;列车平均停靠3.68站,列车直通客流比例平均为65.24%;客流直达比例为65.23%,人均换乘次数为0.44次;旅客出行费用较初始停站方案下降了35.47%.运算结果合理,具有较好的优化质量,旅客的出行费用显著下降.     

城市轨道交通列车运行图能力与客流需求匹配度的评价方法

为了衡量城市轨道交通列车运行图对于动态多维度客流的适应性,提出一种基于实际客流数据的列车运行图能力与客流需求匹配度的评价方法。在微观层面,考虑列车能力约束,构建客流与列车交互模型,得到载客量、满载率、留乘人数、平均候车时间等微观指标,设计色阶列车运行图从时空维度可视化展示客流与列车的作用结果。在宏观层面,提出能力匹配度的概念,并在采用梯形分布函数量化乘车舒适度、候车满意度和企业满意度的基础上,通过乘法合成模型计算得到能力匹配度。以上海轨道交通9号线为例的验证结果表明:由交互模型所得的微观指标与实际运营规律一致;能力匹配度是对乘客利益与企业利益的综合评价,晚高峰时段的能力匹配度最高,早高峰和平峰时段的次之;随着高峰时段发车频率的增加和平峰时段发车频率的减少,能力匹配度呈先增后减的趋势。该方法可为定量优化列车运行图质量提供理论支撑。     

城市轨道网络换乘站列车衔接同步协调优化研究

面向路网客流组织的城市轨道网络换乘站列车衔接同步协调优化是基于乘客换乘行为分析、满足列车运行约束的车站到发时刻调整问题,是对动态变化的乘客换乘行为和列车运行过程的动态匹配过程,也是列车运行图编制优化中的重要组成部分.本文以乘客换乘分析和列车运行过程分析为基础,研究网络模式下的列车在换乘站的衔接同步协调问题;以换乘等待时...     

基于分时客运需求的客运专线列车运行图优化

针对客运专线运输组织特点,建立客运专线列车运行图优化模型,模型在考虑列车总旅行时间与运行图均衡性目标的同时,增加区间服务频率偏差目标,以体现不同时间段客运需求的差别。在此基础上,提出基于循环布线的列车运行图模拟退火优化方法,得到分步循环优化各列车运行线布置的理想方案,生成具有一定满意度的初始列车运行图,再利用模拟退火算法实现运行图的全局优化。算列分析结果表明:该方法可以快速有效地实现客运专线列车运行图的优化,解决了不同时间段列车服务频率与客运需求不相匹配的问题。     

基于换乘协同的轨道交通网列车时刻表优化模型

为最大限度方便乘客换乘,从加强换乘站列车协同接续出发,采用混合整数规划方法构建城市轨道交通网列车时刻表优化模型。充分利用城市轨道交通均匀行车条件下换乘接续列车间会产生稳定的衔接周期这一特性,提出用平均换乘等待时间简化模型变量的规模,从而提高模型的求解效率;在此基础上,建立以各线路首列车发车时刻为决策变量,以路网内所有换乘乘客总的换乘等待时间最小为目标的换乘协同列车时刻表优化模型。以北京市轨道交通网为例,对给出的优化模型进行验证。结果表明:优化后乘客的平均换乘等待时间减少约12%,全网67%换乘方向上乘客的换乘等待时间均有减少;所构建模型能够有效优化列车的运行计划,改善列车在换乘站的协同接续效果,进而提高换乘效率及服务水平,而且较以往模型在运算效率方面有大幅提高,适用于解决为方便乘客换乘的大规模城市轨道交通网的列车时刻表优化问题。     

基于定序优化的高速铁路网络列车运行图优化

考虑车站各衔接方向的列车作业时间间隔约束关系,以列车旅行时间最少为目标,建立高速铁路网络列车运行图的优化模型。通过扩展网络松弛运行图的有向图表示形式,建立网络松弛运行图的定序优化线性规划模型。在构建冲突及其化解方案选择策略的基础上,通过组合平移列车作业、交换列车作业顺序、变更列车停站以等冲突化解策略,设计基于定序优化的高速铁路网络列车运行图铺划方法。算例分析验证相关模型与算法的有效性。     

考虑动车组周转和到发线运用的高速铁路列车运行图优化方法

以列车在车站的作业时间、动车组在终点站的接续时间和车站到发线数量为约束条件,以列车旅行时间和动车组接续时间最小化为目标函数,建立高速铁路列车运行图综合优化模型.模型求解算法主要采用了4种关键技术:以定序列车运行图优化方法化解列车作业时间冲突,以交换列车到发顺序化解到发线冲突,通过保持到发线运用紧张时段的列车到发顺序防止产生新的到发线冲突,运用匈牙利算法求解以动车组最小接续时间为目标的动车组周转方案.算例分析表明,运用给出的模型和算法能够达到整体优化高速铁路列车运行图的目的.     

新旧列车运行图交替期客车车底运用方案的编制

以旧列车运行图中1列列车最多与新列车运行图中1列列车存在接续关系、新列车运行图中1列列车最多与旧列车运行图中1列列车存在接续关系、新列车运行图中所有列车必须有客车车底担当为约束条件,以新旧列车运行图交替期列车接续代价最小为目标函数,建立新旧列车运行图交替期客车车底运用方案优化模型,并设计基于蚁群算法的模型求解算法.以成都站执行新运行图时的数据(成都站为客车车底配属站)为例,采用本方法编制新旧列车运行图交替期客车车底运用方案,并与人工基于车底固定运用模式编制的方案对比,结果表明本方法编制的车底运用方案更优,验证了模型和算法的可行性和实用性.     

基于改进的PESP模型编制高速铁路周期性列车运行图的研究

针对利用周期事件规划问题(PESP)传统模型编制规模较大的高速铁路周期性列车运行图时易出现无解的情况,对PESP传统模型进行改进,将PESP传统模型中的固定列车区间运行时间约束变为可变区间运行时间约束,并将列车运行安全间隔时间约束分解为2个与列车的区间运行时间无关的约束,以扩大模型的解空间,实现对大规模高速铁路周期性列车运行图编制问题的求解。对PESP改进模型进行灵敏度分析发现:PESP改进模型的求解难度随着列车对数的增加而增大;为此在求解过程中引入割平面和适当增加虚拟车站,以提高模型的求解效率。利用改进的PESP模型编制京沪高速铁路的周期性列车运行图,验证了模型的有效性。     

基于 Dueling DQN 算法的列车运行图节能优化研究

通过优化地铁时刻表可有效降低地铁牵引能耗。为解决客流波动和车辆延误对实际节能率影响的问题,提出列车牵引和供电系统实时潮流计算分析模型和基于 Dueling Deep Q Network(Dueling DQN)深度强化学习算法相结合的运行图节能优化方法,建立基于区间动态客流概率统计的时刻表迭代优化模型,降低动态客流变化对节能率的影响。对预测 Q 网络和目标 Q 网络分别选取自适应时刻估计和均方根反向传播方法,提高模型收敛快速性,同时以时刻表优化前、后总运行时间不变、乘客换乘时间和等待时间最小为优化目标,实现节能时刻表无感切换。以苏州轨道交通 4 号线为例验证方法的有效性,节能对比试验结果表明：在到达换乘站时刻偏差不超过 2 s和列车全周转运行时间不变的前提下,列车牵引节能率达 5.27%,车公里能耗下降 4.99%。     

基于需求的高速铁路服务网络设计框架

高速铁路服务网络是在物理网的基础上依据客流需求特征而构建的供旅客出行选择的连通网络,是编制旅客列车开行方案和列车运行图的基础。我国高速铁路网规模大、构成复杂。本文分析了高速铁路旅客出行需求特征,提出了服务网络设计框架,依据分治策略将其分为四个阶段:高速铁路客运节点等级划分、列车运行路径规划、列车停站方案设计、换乘接续关系设计,并对每个环节进行了具体设计分析。