基于滚动优化的地铁列车节能运行协同控制方法

针对地铁列车节能运行问题,提出基于滚动优化的列车协同控制方法,将系统整体最优问题分解为基于时间推进的局部优化问题。考虑列车每次停站时同一供电分区内其它列车的操纵方案,实时计算下一站间运行净能耗最小的操纵方案。在计算操纵方案时,对传统的列车4阶段操纵策略进行改进,允许列车在运行途中进行2次牵引,减小列车牵引能耗并提高再生能的利用率。结果表明:相比列车基于传统4阶段的个体最优控制策略,采用本文提出的列车协同控制方法在不同发车间隔下均可提高再生能利用率并节约列车运行净能耗,平均节能率达8.37%。     

网络化运营地铁区间中断的影响传播规律

在地铁运营网络化的背景下,剖析区间中断后的影响传播规律,以为提高地铁区间中断应急处置措施的针对性、提升运营恢复效率奠定理论基础。基于国内地铁线网区间中断时段乘客出行数据,选取乘客出行时间、进站量以及出站量3个指标开展研究,从时间和空间两个维度对网络化运营条件下地铁区间中断的影响传播规律进行总结。研究显示：(1)地铁网络化运营条件下,单线发生的区间中断会通过换乘车站对全线网造成影响;(2)区间中断对本线路影响最为显著,乘客出行时间的延长幅度明显高于换乘线路,最高可达76.5%;(3)发生在高峰时刻前的区间中断会对客流高峰造成“削峰”现象,在故障影响下25min内进站量可降低30%左右,同时伴随高峰出现时间延迟、结束时间提前的现象。最后提出了区间中断应对措施,可通过加开本线路区间列车、启动应急公交接驳、组织换乘线路客流疏导和跳停等方式降低故障影响,并且应对措施不宜过早解除。     

基于 BIM-VR 的轨道交通车站客流疏散仿真研究

城市轨道交通是很多大中城市公共交通系统的骨干,对其进行车站内火灾事故的仿真研究十分必要,以往既有行人模型研究主要采用微观仿真方法。基于广泛应用的建筑信息模型(BIM)技术、虚拟现实(VR)技术以及智能体(Agent)模型,实现高真实度的行人紧急疏散仿真;并通过整合研究成果,开发VR疏散仿真系统。采用Revit软件工具进行BIM建模,将完成后的BIM模型载入VR引擎Unity3D中,在Unity内完成BIM与VR的对接工作,实现外部VR设备对接,为BIM模型快速VR化提供技术支持,节省建模工作量;通过对国内外相关规范的对比分析,在VR场景内实现虚拟火灾情景,设置不同的火灾工况与模式;对行人进行类别划分与参数赋予,结合C#编程与有限状态机原理,实现Agent根据环境条件自主进行状态切换,并进行相应的行为;开发VR疏散仿真系统,并针对实际工程问题进行系统案例应用。结合BIM、VR技术的诸多优点,并通过Agent模型构建,实现更加逼真的行人疏散仿真,开发出的VR系统在科研与工程应用领域也能够发挥作用。     

基于乘客群体特征的城市轨道交通满意度研究

为提高城市轨道交通服务质量、优化乘客乘车体验、提升城市轨道交通在公共交通中的竞争力,对城市轨道交通乘客满意度开展研究。首先,选取乘客特征因素,引入皮尔逊积矩相关系数来分析乘客满意度与乘客特征因素的相关关系,提取对满意度存在显著影响的乘客特征因素。然后,运用主成分分析法刻画乘客群体特征,据此对乘客进行分类,并采用克鲁斯卡尔-沃利斯检验法来分析其满意度的差异性。基于此,对某城市地铁A号线2019年乘客满意度调查数据进行了分析,结果显示：地铁A号线乘客的出行频率、出行目的和收入水平与乘客满意度显著相关。通过主成分分析将乘客划分为常乘客与非常乘客,发现两者对城市轨道交通服务的关注点不同,常乘客更关注乘车效率,非常乘客更关注信息指引准确性,运营单位应针对不同乘客群体展开差异性服务。     

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从时刻表协调的角度,建立了不同到站间隔下地铁同台换乘站聚集人数的计算模型,并且采用Anylogic软件对乘客的实际集散行为进行仿真.仿真结果与模型计算得到的站台最大聚集人数相近,验证了模型的有效性.算例结果表明:在两方向列车发车间隔相同的情况下,同台换乘站的最大聚集人数随着两方向列车到站间隔时间的增加而减少.在算例的假设条件下,当两线路列车同时到站时,站台聚集人数最多;在此基础上,两线路列车的到站间隔时间每增加30 s,站台的最大聚集人数减少一定人数;当到站间隔时间达到150 s时,站台最大聚集人数降至最低.     

基于可控性的城市轨道交通客流控制车站识别方法

为进一步拓展可控性理论在城市轨道交通客流控制领域的应用,首先根据相邻车站间进出站客流和断面客流的关系,论证城市轨道交通客流网络为线性时不变系统,证明可控性理论在城市轨道交通网络上的适用性.基于严格可控性框架和滞留人数为核心的子网生成策略,得到客流控制车站的识别方法.进一步地,引入机器学习领域的相关评价指标评估该方法的效果.研究结果表明:平峰时段北京市城市轨道交通网络的可控性为0.043,意味着该时段的网络状态较为稳定,无需采取客流控制措施;高峰时段,识别方案在拥堵生成到消散的过程中,更加侧重于对线网中心车站的控制.通过识别方法得到的客流控制方案与实际客流控制方案的吻合度最高可达70％.当两种方案控制车站的数量相同时,识别方法得到的客流控制方案更加侧重于对城市西部和中心区域的站点进行控制.     

考虑追踪安全的地铁快慢车协同操纵节能优化

研究考虑追踪间隔要求和再生能利用的快慢车线路地铁列车协同操纵节能优化问题.首先,基于滚动优化思想将列车协同操纵全局优化问题分解为一系列的子问题,即每一列车进入下一区间前由中央控制器根据同一供电分区内其他列车的操纵方案和列车重量等实时运营信息,计算出站列车在下一区间的操纵方案.为延长牵引制动重叠时间、提高再生能利用,各列车尤其是快车允许途中二次牵引加速以配合其他列车进站制动.基于上述研究思路,本文以列车净能耗为目标构建了快慢车线路列车协同操纵节能优化模型,并设计了混合遗传算法进行求解.案例分析结果表明,与不考虑其他列车操纵的个体最优节能操纵方法相比,本文提出的协同操纵方法可节能3%以上,算法满足实时优化对计算效率的要求.     

考虑乘务员值乘需求的地铁乘务轮班优化方法

乘务轮班计划是乘务计划的实施阶段,其质量影响乘务员对乘务计划的满意程度。既有研究多把所有乘务员作为一个整体,考虑均衡性等优化目标,本文则从值乘时间、任务类型和喜恶类型角度系统刻画乘务员的值乘需求,并将具有相近值乘需求的乘务员进行分组,构建乘务轮班计划优化模型,尽可能满足不同分组乘务员的值乘需求。进一步构建基于路径状态的网络图模型,通过禁忌序列表示轮转约束,以需求序列衡量值乘需求的满足程度,将问题转化为最大费用流问题进行求解。案例研究结果表明：提出的方法可以有效满足乘务员值乘需求,并确保不同乘务分组间需求满足程度的均衡性,求解方法具有较高的求解效率。     

北京与东京轨道交通1小时通勤圈研究——基于高德地图和东京出行路径规划数据

为比较轨道交通多网融合背景下北京和东京轨道交通出行服务便捷性,利用高德地图路线规划数据以及东京轨道交通出行路径规划数据,构造带权有向图模型,结合深度优先搜索算法获取北京和东京都市区轨道交通站点1h内可达的空间范围,并计算最小和最大通勤距离。研究发现,以国贸站、中关村站、丰台东大街站和东京站为例,按直线距离计算,北京和东京都市区轨道交通1小时通勤圈覆盖范围分别为14～52km和31～57km,分别位于15～30km和30～50km等距圈。北京与东京的地铁旅行速度均为33km/h左右,主要差距在于东京都市区广泛采用JR或私铁通勤,旅行速度可达60km/h,还可与地铁直通运营减少换乘时间;而尽管北京大兴机场线可达到较远的出行距离,但受车站设置和票价限制,承担的通勤客流有限。为此,在制定轨道交通发展战略时,除通勤时间覆盖率指标外,还应将通勤距离作为一项定量指标,从时间与空间两个维度评价服务便捷性。     

高速铁路既有停站方案优化模型

分析了高速铁路停站方案对列车牵引能耗和旅行时间的影响,总结了列车牵引能耗的测算方法.将列车开行班次和停站方案转化为停站次数,并引进机械效率,改进了基于运动做功的列车牵引能耗的测算方法.以最小列车牵引能耗和最短旅行时间为优化目标,以既有的运输供给为约束,建立了既有停站方案的优化模型,并以沪杭高速铁路为例验证了模型的有效性.研究结果表明:最小列车牵引能耗的停站方案偏向于开行直达列车,单班列车的停站次数减少,中间站停站次数最多为3次,虽然旅行时间比既有方案增大14 min,但牵引电力每天下降559 kW·h;在最短列车旅行时间的停站方案中,直达列车班次为0,中间站停站1次的列车的开行班次达到了总班次的74.4％,旅行时间比既有方案降低12 min,但牵引电力每天增大3 299 kW·h;最小列车牵引能耗和最短旅行时间的同时优化结果对既有停站方案的改善效果不明显.