城市轨道交通列车开行方案优化模型研究

近年来,随着城市化进程的加快,面对巨大的城市人口出行和环境污染的压力,优先发展公共交通己成为解决城市交通问题的主要途径。列车开行方案的研究是城市轨道交通发展的重要组成部分,它规定列车在沿途车站的到发时刻,是协调各部门工作、保证列车运行安全和旅客服务质量的前提和基础。从地铁部门成本最小化、乘客满意度最大化两个方面建立城市轨道交通列车开行方案优化的双层规划模型,主要从列车追踪间隔、列车定员、乘客候车时间和乘客车次选择4个方面进行约束,对列车编组数量、列车开行对数、列车发车时刻、列车交路方式、乘客数量、乘客车次选择和乘客等待时间7个方面进行决策,以验证模型的可行性和有效性。     

基于乘车选择的城市轨道交通停站方案研究

通过分析轨道交通的跨站停站模式下乘车方案,不同选择下出行时间的变化,建立轨道交通列车组合式停站方案0-1整数规划模型。在停站模型中,以总体旅行时间节省最多为目标函数,以路径的连续性、可行性为约束条件。根据乘车方式的不同将客流进行分类处理,引入列车的吸引系数。采用算例验证模型的有效性以及可行性,同时对列车的客流吸引系数和发车间隔时间进行灵敏度分析;结果表明:开行组合停站方案可以节省乘车时间。通过参数灵敏度分析:快慢车停站方案节省时间最多,在现有的发车间隔下,针对特殊客流,开行组合式停站方案是有利的。     

城市轨道交通快慢车开行方案双层规划模型

针对城市轨道交通客流时空分布不均衡特征和乘客长距离出行时效需求,并考虑乘客的换乘行为,提出基于双层规划模型的快慢车开行方案优化方法.上层模型以乘客出行时间和列车周转时间最小为目标,考虑快慢车开行比例、线路通过能力等主要约束,构建多交路条件下的快慢车开行方案优化模型;下层模型通过设计换乘网络刻画乘客换乘行为,构建快慢车方案下的客流分配模型.设计粒子群算法求解所建双层规划模型,以广州地铁14号线为案例,验证本文构建模型的有效性和适用性.     

城市轨道交通大小交路乘客出行选择行为模型

随着我国城市轨道交通大小交路运营组织模式的广泛应用,准确描述大小交路乘客出行选择行为,对列车开行方案的编制具有重要影响。既有研究普遍认为乘客在面临相同起讫点的多交路出行时具有选择直达列车的偏好,缺少对乘客出行选择行为的研究。以大小交路跨交路出行乘客为研究对象,通过拟定不同到达交路列车形式及满载率设定相应出行情境,由此将大小交路出行的乘客类型进行划分,并针对无直达偏好类型的乘客,分析其自身属性、路径信息、出行距离和列车满载率等因素对乘车选择的影响。结果表明：无直达偏好类型的乘客占比高,出行选择主要受出行距离及当前到站列车的满载率影响。     

城市轨道交通多交路模式下中间折返站能力分析

在城市轨道交通大小交路开行方案下,中间折返站能力为线路运输能力的关键因素.本文分别针对中间站站前折返与站后折返,根据列车折返作业流程,分析列车在中间站的最小间隔时间,建立列车间隔时间的计算模型;并考虑列车接发车作业与折返调车作业之间的冲突,分析有作业干扰情形下的车站能力.案例表明:小交路列车开行比例越高,车站的发车能力越小,但不发生作业干扰时,大小交路开行方案对车站能力的影响较小;而在有产生作业干扰情形时,站后折返能力损失可能达30%以上,要高于站前折返.在实际运营过程中,有必要合理安排通过列车在中间折返站的到站时间,以减少作业干扰、避免线路能力损失.     

基于交路接续的动车组运用计划优化模型与算法

针对动车组运用计划优化编制的问题,本文采用接续网络的方法,构建了动车组运用计划优化编制的0-1 整数规划模型.该模型在动车组初始运用状态和历史检修数据的基础上,以动车组担当交路的接续时间总和最小化和动车组检修前累计运行里程最大化为优化目标,以动车组检修里程周期和动车组交路接续时间标准为主要约束,并充分考虑动车组与交路的匹配关系,以及客流高峰时期增加开行交路的情况.在模型的求解方面,本文基于粒子群算法设计了模型的求解策略.最后通过算例分析验证了模型与算法的有效性,为动车组运用计划的优化编制提供参考依据.     

城市轨道交通列车运行图鲁棒性分析

由于运营过程中的可靠性和安全性,使得城市轨道交通越来越成为城市交通的主力,其取得的社会效益远大于经济效益。鲁棒性通常用来衡量某系统对于内部参数和外部环境的包容程度。列车运行图是轨道交通运营的核心,在分析列车运行图鲁棒性作用机理的基础上,提出增强列车运行图抗干扰能力的方法。     

考虑线路输送能力利用的城市轨道交通列车开行方案优化方法

考虑线路输送能力利用的空间不均衡性,建立以线路输送能力利用率最大化、上线车组数和乘客出行费用最小化为目标,以交路形式、发车频率、列车编组为决策变量的多交路列车开行方案优化模型.设计线性加权法与遗传算法相结合的求解算法.结合算例,对比单一交路、嵌套交路和衔接交路最优开行方案下的列车运行效果及在不同客流特征下的适用性.结果表明,以输送能力利用率最大化为目标能够有效提升线路输送能力利用率及其空间均衡性,符合乘客和企业的共同利益;对于单峰型客流集中线路,保持最大客流断面位置及取值不变,当单峰内客流需求比例超过30%时,适宜开行多交路列车.     

城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型

基于单条城市轨道线路,分析客流需求、列车时刻表及车底运用之间的密切联系, 以运行安全、资源限制、列车容纳能力等作为主体约束,综合考虑公司运营费用和乘客出行费 用,构建基于客流分布的城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型,并采用线性处 理方法,将模型转化为混合整数线性规划(MILP)模型.最后,以北京地铁亦庄线为实例,利用 ILOG CPLEX对模型进行求解.结果表明,与既有的优化方法相比,本文模型得到的列车运行 计划方案能够更好地节约成本,提高车底利用效率,满足城市轨道交通乘客和运营企业双方 的利益.     

城市轨道交通大小交路列车开行方案优化研究

根据城市轨道交通大小交路运营模式的特点,以最小化乘客等待时间、车辆走行公里和列车运行时间为目标,构建大小交路列车开行方案多目标优化模型.其中决策变量为发车频率、列车编组和小交路折返站位置.采用线性加权法将原模型转化为单目标优化模型,并设计受控随机搜索算法求解.通过案例验证了模型的有效性,对小交路发车频率、折返站位置进行了灵敏度分析.结果表明,开行大小交路可以有效降低大交路列车满载率的非均衡性,减少车辆运用数;小交路长度越短对乘客越不利,且不能使企业成本节省越多.     

考虑换乘异质性的城市轨道交通时刻表协同优化模型

在城市轨道交通网络化运营条件下,极易导致换乘站的换乘需求差异过大。为提高列车时刻表与换乘需求的匹配度,本文基于网络中换乘站的空间拓扑结构和换乘需求在时间和方向上的特点,通过构建量化换乘差异的协同度指标,建立以列车同步次数最大化为目标的列车时刻表优化模型,优化轨道交通网络线路间成功衔接次数,提升乘客换乘出行效率。针对提出的混合整数非线性规划模型,本文设计了一种基于天牛须搜索的粒子群优化算法进行求解,并将模型及算法应用于北京市轨道交通网络进行算例分析。结果表明,所构建的模型能依据换乘需求在空间、时间及方向上的差异,利用协同度分级优化轨道交通路网中列车协同状态;优化后全网列车同步到达次数增加33.86%,乘客平均换乘等待时间减少22.75%;相较于PSO和BAS算法,本文所提的算法具有更好的全局搜索能力和求解效率。本文可有效提高轨道交通换乘效率,为提升城市轨道交通服务质量提供理论参考。     

城市轨道交通多编组列车开行方案优化研究

针对城市轨道交通全日客流时间分布不均衡下的列车开行方案优化问题,以 乘客等待时间和企业成本最小为优化目标,以运输供给、列车最小发车间隔、最大服务间 隔,以及列车数为约束条件,构建基于多编组模式下的多目标列车开行方案优化模型,并 设计两阶段求解算法.案例分析表明：与传统单一编组列车开行方案相比,基于多编组的 轨道交通列车开行方案使乘客等待时间和车公里数分别减少17%和27%,列车运行小时 增加20%;当客流不均衡系数大于1.48时,宜采用多编组运输组织方式.     

基于多编组的列车满载率均衡化方法研究

针对多编组均衡发车导致的大小编组列车利用率不均的问题，本文构建了轨道交通多编组列车开行方案双层规划模型.上层模型以大小编组发车频率为决策变量，乘客出行费用和企业运营成本最小为目标；下层模型以列车编组和发车间隔为决策变量，大小编组列车间的满载率均衡程度最大为目标，并设计嵌套遗传算法求解.算例分析表明：当列车编组和发车频率一定时，大小编组列车均衡发车时平均满载率相差 50%，非均衡发车时两者仅相差 0.8%，这说明非均衡发车模式可以有效提高列车满载率均衡性；大小编组列车均衡发车时，列车编组辆数不宜相差过大，非均衡发车时可以通过调整发车间隔的方法提高列车满载率的时空均衡性.     

基于多编组的列车满载率均衡化方法研究

针对多编组均衡发车导致的大小编组列车利用率不均的问题,本文构建了轨道交通多编组列车开行方案双层规划模型.上层模型以大小编组发车频率为决策变量,乘客出行费用和企业运营成本最小为目标;下层模型以列车编组和发车间隔为决策变量,大小编组列车间的满载率均衡程度最大为目标,并设计嵌套遗传算法求解.算例分析表明：当列车编组和发车频率一定时,大小编组列车均衡发车时平均满载率相差 50%,非均衡发车时两者仅相差 0.8%,这说明非均衡发车模式可以有效提高列车满载率均衡性;大小编组列车均衡发车时,列车编组辆数不宜相差过大,非均衡发车时可以通过调整发车间隔的方法提高列车满载率的时空均衡性.     

城市轨道交通系统单列车能耗优化

低碳环保、节能减排是铁路未来的发展趋势,为减少城市轨道列车的能耗,将列车处理为单质点模型,近似地认为城市轨道列车在两站间只经历牵引、惰行和制动3个阶段,在此基础上建立具有代表性的城市轨道交通系统单列车能耗优化的非线性规划模型,利用序列二次规划法(SQP)优化求解,并给出算例验证其可行性。     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点,将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标,研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式,考虑列车安全、正点运行约束,构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法,提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例,求解得到一组列车最优操纵Pareto解,体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔,为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间,列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

城市轨道交通列车追踪间隔与牵引能耗优化

针对城市轨道交通高峰小时列车密集追踪运行的特点,将降低列车牵引能耗和提升线路通过能力同时作为优化目标,研究列车运行操纵优化问题.给出移动闭塞条件下列车牵引能耗和最小追踪间隔的计算方式,考虑列车安全、正点运行约束,构建双目标优化模型. 结合 ε -约束法,提出一种基于动态规划的搜索算法求解模型.以亦庄线为优化算例,求解得到一组列车最优操纵Pareto解,体现两优化目标之间的均衡关系：列车进站过程采用两次制动操纵策略可有效压缩最小追踪间隔,为弥补两次制动过程额外消耗的运行时间,列车需付出更多的牵引能耗提升进站以前的运行速度以满足正点运行约束.     

城轨线路列车时刻表与车站客流控制协同优化方法

在轨道交通网络化运营条件下,针对高峰期车站拥挤问题,综合考虑站外到达乘客的持续 性到达特征和换入客流的脉冲性到达特征,研究换入客流影响下的列车时刻表与客流控制问题。 具体的,以最小化乘车延误人数为目标,考虑乘客换乘约束、列车容量约束等,构建城轨列车时刻 表与客流控制协同优化非线性规划模型,并引入0-1决策变量将其转化为整数线性规划模型。为 验证模型有效性,以某轨道交通线路实际运营数据为背景,借助优化求解器CPLEX对模型进行求 解。结果表明,本文所提方法具有良好的优化效果和计算效率,与优化前相比,乘车延误人数可显 著降低;与仅优化列车时刻表方案相比,协同优化方法可使乘车延误人数减少17.69%,可有效提升 轨道交通的服务水平,为城市轨道交通系统高质量运营提供一定的理论支撑。