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。     

考虑乘客选择行为的城轨Y型线交路计划编制

为满足网络化条件下互联互通需求,越来越多的城市规划了城市轨道交通Y型线路。编制科学、合理的城市轨道交通Y型线路列车交路计划不仅能使线路的运力与不均衡的客流需求相匹配,还能在满足客流需求的前提下,降低企业运营成本。以Y型线路列车交路计划的组合优化问题为导向,分析城市轨道交通Y型线乘客对直达列车的选择偏好,建立考虑乘客对直达列车偏好的列车交路计划编制模型,并对某市城市轨道交通Y型线进行案例应用和分析。研究表明:随着乘客对直达列车偏好的下降,区间覆盖交路数增加,发车频率降低,企业成本降低,乘客总出行时间增加,乘客对直达列车选择偏好会对交路计划编制产生影响,在实际运营中应予以充分考虑。     

城市轨道交通网络化列车开行方案优化方法

通过引入备选集,建立双层规划模型,将网络化列车开行方案这一复杂的混合交通网络设计问题简化成0-1规划问题;采用混合遗传模拟退火算法对城市轨道交通网络化列车开行方案优化问题进行求解。上层模型以城市轨道交通网络化列车开行方案涉及的运营单位和乘客综合费用最小化为目标,以交路必须覆盖整个运营网络、限制区间交路数、满足发车间隔时间限制和区间客流量小于列车运力为约束条件;下层模型为用于城市轨道交通网络客流分配的随机用户均衡问题优化模型,它充分考虑了乘客选择出行时路径感知费用与实际费用之间的差异。算例结果表明,采用基于备选集的双层规划模型和混合遗传模拟退火算法对城市轨道交通网络化列车开行方案进行优化是可行和有效的,而且求解效率高。     

满载率控制的城市轨道交通行车组织优化研究

2020 年新冠疫情突如其来,面对严峻的疫情防控形势和快速增长的复工复产客流,如何有效降低列车满 载率,确保乘客出行安全和运输生产有序,成为城市轨道交通运营企业亟待解决的问题。着眼均衡列车满载率的 运营目标要求,以乘客出行需求为导向,通过分析线路客流时空分布特征,打破既有资源配置约束,利用不平衡 运输、多交路套跑等方式精准配置运力,探讨网络化运营的行车组织方案优化思路。创新的网络化行车组织方案 可有效解决大城市的轨道交通运力运量矛盾,在缓解列车拥挤、提高出行效率的同时,降低运营企业成本,提供 实践推广经验。     

考虑多交路多编组的城市轨道线路列车交路计划优化

城市轨道交通线路列车交路设计问题在于确定线路在给定时段运营的交路条数,以及各交路的折返站、列车编组和开行频率。根据线路折返站布置,生成备选交路集并构建服务网络,使用最优策略对服务网络进行客流分配,描述乘客对不同交路列车的选择行为。考虑线路运营组织及能力限制约束,以运营企业成本与乘客等待时间成本最小为目标,建立混合整数非线性规划模型,在备选集中挑选交路,并确定各交路的列车编组及开行频率。将模型线性化,并提出服务网络简化方法,缩减模型规模,提高求解速度。以某规划线路为例验证所提出方法的有效性,并对列车交路数量与列车编组类型进行灵敏度分析。     

考虑动态客流需求和大小交路模式的城市轨道交通列车开行方案优化

分析乘客出行需求的时间、空间分布特征,采用4参数Logistic函数对累计客流曲线分段拟合,推导各车站在任意时间段内客流需求量的计算公式。考虑客流需求的动态特征和大小交路模式下列车发车间隔时间的特点,以减少乘客平均等待时间、提高列车平均满载率以及减少列车总走行公里数为优化目标,建立列车开行方案的多目标混合整数非线性优化模型;利用改进的NSGA-Ⅱ对模型求解,并根据模型特征设计特殊结构的编码方式。以西安地铁2号线的实际运营数据为例,对轨道交通列车开行方案进行优化。结果表明:根据动态客流需求设计非固定间隔时间的列车发车时刻表,适时采用大小列车交路运行模式得到的列车开行优化方案,可有效满足乘客和运营企业双方的利益需求。     

考虑互联互通的城市轨道交通网络列车开行方案优化

为顺应城市轨道交通网络列车跨线运营的运输组织发展趋势,从乘客和企业两方面,提出一种互联互通条件下城市轨道交通网络列车开行方案优化模型。模型以网络列车跨线交路组合方案和发车频率为决策变量,考虑线路通过能力、运用车数量、断面运能等约束,以乘客出行成本和企业运营成本的系统成本最小化为目标。针对模型变量多的特点,设计考虑理性乘客客流分配方法的改进邻域搜索算法进行求解。以包含4条线路的某城市地铁网络进行案例分析,研究跨线运营下的最优开行方案,并与分线运营予以比较,验证优化模型的可行性和算法的有效性。研究结果表明：1)改进的邻域搜索算法求解时间较短,且收敛解质量较稳定;2)与分线运营相比,互联互通下,全网系统成本降低了接近4.0%,全网换乘客流量降低了4.8%,同时开行跨线列车能有效降低企业运营成本,最多可降低40%;3)开行跨线列车提高了乘客的直通性,乘客直达路径数量提高了6.4%,多次换乘的行为大幅减少;4)为保证跨线运营的服务水平,应合理设置跨线交路数量。采用本模型时应充分考虑全网实际客流特点和乘客时间价值,当全网小时进站量大于97 314人次且换乘系数大于1.45时,跨线运营比分线运营更具...     

城市轨道交通大小交路模式列车开行方案的优化

列车开行方案是城市轨道交通运输组织的基础.大小交路模式列车开行方案规定各时间段内各交路上开行列车对数.分析大小交路模式乘客出行成本和企业运营成本的计算方法,以乘客出行成本及运输企业运营成本最小化为目标,以列车追踪间隔时间、乘客需求和最大可用车底数量为约束,构建城市轨道交通大小交路模式列车开行方案双目标混合整数非线性规划模型.采用理想点法将原模型转化为单目标模型,借助Lingo11.0求解.通过算例验证模型的合理性,并对折返站和小交路区段客流比重进行成本的灵敏度分析,结果表明:小交路折返站的选取对成本影响显著,且小交路区段客流比重越高,开行大小交路模式越有利于降低运输成本.     

基于弹性需求的城市轨道交通列车开行方案研究

城市轨道交通的列车开行方案直接影响乘客的出行费用,需要根据客流的需求弹性制定。针对目前城市轨道交通规划和运营实际,将列车开行方案归结为列车编组、开行时段,以及各时段每一列车交路的列车数量。在分析乘客广义出行费用的基础上,构造乘客出行的弹性需求函数,将乘客乘车选择归结为具有能力约束的弹性需求用户均衡问题。进而利用城市轨道交通营运企业与乘客之间的博弈关系,对列车开行方案相关的费用、效益等优化目标和约束条件进行分析,建立基于弹性需求的城市轨道交通列车开行方案的多目标双层规划模型,并设计基于模拟退火算法的优化算法。针对长沙地铁2号线的应用表明,优化方法具有较高求解效率和较好求解质量。     

城市轨道交通过轨开行方案编制技术

提出了城市轨道交通网络过轨运营开行方案编制算法,采用固定停站方案和编组方案,研究最优的列车交路和开行频率。首先提出了使城市轨道交通运营成本和乘客出行成本最小的优化目标,提出了基于遗传算法的开行方案编制算法。以OD(起讫点)客流数据为基础,每代染色体目标函数值计算以开行方案生成、服务网络构建、有效路径搜索和客流分配为基本步骤,最后选择最优染色体为优化结果。为证明算法的有效性,开发相应的计算软件,以一"田"字形中型路网为算例,优化后的开行方案目标值比简单的单线独立开行方式降低了12.7%。     

城市轨道交通非高峰期列车交路方案优化

为降低轨道交通运营成本,同时保证乘客的服务水平,针对城市轨道交通非高峰期客流不均衡情况,对城市轨道交通非高峰期列车交路方案进行研究。考虑列车OD客流量、列车运行间隔、列车车底数及线路交路限制等特征,建立运营商成本最小化及乘客等待时间最小化的双目标多约束优化模型。其次设置不同的权重,利用遗传算法对模型进行求解。结果显示偏好程度不同,模型指定的优化方法不同。该模型能够灵活地设计非高峰期列车交路方案,这为城市轨道交通决策者提供决策支持,具有一定的指导意义。     

互通运营模式下轨道交通开行方案编制模型

城市轨道交通互通运营模式下行车组织呈多样化与灵活化特点，合理编制开行方案是保障运营组织效果的关键。针对互通运营模式下客流-车流耦合关系复杂化难题，建立基于开行方案的列车服务网络以刻画列车服务的差异性，构建基于乘客出行选择“策略”的客流分配模型以揭示客流-车流间复杂耦合关系；以此为基础，以运力运量匹配度最大化、运输成本最小化为目标，考虑客运服务、通过能力、运力资源及行车组织复杂性约束，将运力运量匹配关系由既有“区间”层面细化至“交路”层面，构建开行方案编制双层规划模型。最后，以北京地铁昌平线-8号线互通运营为背景开展实证分析，结果表明：所构建方法能够有效给出开行方案，满足互通行车组织需求；相比单线实际运营方案，互通方案使运输成本降低4.83%,运用车减少3组，运力运量匹配度提高27.12%。所构建方法具有良好的实用性，能够为互通运营模式下复杂开行方案编制提供方法支持。     

大小交路条件下的市域轨道交通快慢列车停站优化方案

市域轨道交通线路具有距离长、站点多、客流时空分布不均衡等特点,为提升运营组织效率和乘客服务水平,需制定多样化的列车停站优化方案以满足不同的客运需求。乘客旅行时间是市域轨道交通列车停站优化方案优化的一个重要指标,在分析快车越行对慢车乘客待避时间的影响,以及大小交路模式下不同起讫点乘客搭乘快慢列车出行引起候车时间差异的基础上,以总旅行时间最小为目标,构建大小交路条件下的快慢列车停站优化方案的优化模型,并设计遗传算法进行求解。通过算例分析表明,该算法具有有效性和合理性。     

考虑多编组的城轨列车跨线运营开行方案研究

随着城市轨道交通网络化进程不断加快,传统的单线独立运营模式已经难以满足乘客多样化的出行需求,以跨线运营为代表的网络化运营模式成为城市轨道交通的发展趋势。为不断提升跨线运营的服务水平,针对在跨线运营模式下因列车服务水平不同导致的运能利用不均、跨线列车和非跨线列车满载率差异过大的问题,构建考虑多编组的城轨列车跨线运营开行方案双层规划模型。上层模型在考虑乘客对跨线列车选择偏好的基础上,以乘客出行时间节省量和企业运营收益最大为目标,以列车开行频率和跨线列车折返站为决策变量;下层模型以跨线列车与非跨线列车间满载率均衡为目标,以列车编组数为决策变量。设计“内罚函数+枚举法”并利用MATLAB编程求解最优列车开行方案。算例结果表明：在“多编组、跨线运营”下,上、下行方向跨线列车与非跨线列车平均满载率之差分别减少7.3%和28.1%,列车满载率均衡性优化率为52.1%,跨线列车的最大满载率从120%降为114%。上述结果说明“多编组、跨线运营”可提高列车间满载率均衡性,使得运能利用更加均衡,缓解跨线列车超载现象,提高乘客的乘车体验。     

在线编解模式下城市轨道交通列车灵活编组开行方案优化方法

为应对客流出行时空需求愈发多样及不均衡带来的能力浪费,提出一种在线编解（重联或解编）模式下城市轨道交通列车灵活编组开行方案优化方法。首先,描述列车在线编解的灵活编组运行场景,分析该场景下列车各项作业占用时间以及折返能力与行车间隔之间的关系;然后,以企业运营成本最小为优化目标,建立在线编解模式下列车灵活编组开行方案优化模型并设计算法;最后,依托某城市轨道交通线路构造算例,验证模型及算法的有效性。结果表明：与单一交路、大小交路和多编组混跑模式相比,在线编解的灵活编组运营模式下运营成本分别减少27.5%,15.4%和6.0%,车辆运用数分别减少23.8%,15.3%和4.7%,该模式能够在保障乘客服务水平的同时减少车辆运用数、节省列车走行公里,降低企业运营成本,并有望在列车控制技术不断升级的背景下进一步发挥优势;考虑到列车在线编解作业会对正线行车产生一定干扰,该模式更适用于通过能力尚未饱和的线路及能力饱和线路的客流平峰期。     

多运营商轨道交通跨线运营计划编制研究

轨道交通的跨线运营,将传统的“人换乘”转变为“车跨线”,可为乘客提供直达快速的出行服务,提高乘客服务水平并减小换乘站的客流压力。跨线运营可能涉及多个运营商,不同运营商有着不同的目标组成,因此在多运营商模式下,列车跨线运营的行车计划编制需考虑所有运营商的利益,当各方均可获利时,此方案才具备可行性。针对地铁与市郊铁路间进行跨线运营的场景,以地铁公司在跨线运营下增加的经济收益最大化以及乘客节省时间成本最大化为目标函数,通过设置收益率的方式保证跨线运营后市郊铁路公司的经济收益,并考虑线路通过能力、满载率水平以及可用车底数等约束条件,构建地铁向市郊铁路跨线运营的混合整数非线性规划模型,决策最优的各类列车发车频率、跨线运行交路以及轨道使用费费率。采用线性化方法对模型进行处理,将其转化为混合整数线性规划模型,并使用CPLEX软件进行求解。案例结果表明,在政府提供一定的财政补贴下,最优的跨线运营方案可以使地铁公司与市郊铁路公司的经济收益与独立运营时相比分别增加38%与10%;地铁至市郊与市郊至地铁的跨线乘客分别节省92.8%与57.4%的换乘时间。同时,灵活可变的轨道使用费率可以避免地铁公司过多的费用...     

基于断面客流特征的城市轨道交通行车组织优化方法

以西安地铁4号线为例,基于线路设施和断面客流特征条件,提出了行车组织的优化方法。根据车站条件进行折返适宜度分析以确定小交路区段,分别以乘客服务水平最高和运营成本最小为目标并考虑一定的约束条件构建目标函数,结合Rail Sys软件仿真得到的线路拓扑结构确定了不同交路区段下的列车运行时分及速度,据此标定了模型参数。建立了多目标函数,并利用基于隶属度的算法得到了模糊最优解,求解出大小交路的列车编组数量及行车间隔,给出高峰时段的行车方案。模型计算结果表明,和原设计方案相比,优化方案在满足乘客需求的同时可有效节约运营成本,并显著提高客流时空分布不均衡状态下的线路断面满载率。     

基于大小交路的城轨列车开行频率与票价综合优化方法

针对城市轨道交通线路客流时空分布不均衡问题,为缓解高峰时段客流压力,均衡时段客流,提升列车运输能力利用率,提出基于大小交路的城轨列车开行频率与票价综合优化方法。构建双层优化模型,其中上层模型为多时段大小交路列车开行频率及票价综合优化模型,模型以不同运营时段内大小交路列车开行数量、不同运营时段内票价率为决策变量,以企业运营效益最大为优化目标。下层模型为基于弹性需求的多时段随机客流分配模型,考虑票价优化对旅客出行需求的影响,在分析旅客广义出行费用的基础上,建立旅客出行弹性需求函数。设计嵌套Logit随机用户客流分配方法的遗传算法对双层模型进行求解,并进行算例分析,验证优化模型可行性。算例结果表明：1)通过对各运营时段票价和大小交路列车开行频率综合优化能够满足城轨线路各区段的旅客出行需求,降低高峰运营时段内客流量,均衡同一OD对在不同运营时段内的出行需求,充分缓解线路客流的时空分布不均衡的现状;2)城轨票价优化能够在一定程度上吸引更多潜在客流,有效提升企业票价收益,提高旅客人车公里数,同时开行大小交路列车能避免列车运输能力浪费,从而降低企业运营成本。所提出的方法能够为城轨列车开行方案和票价制...     

城市轨道交通跨站停车方案优化模型及算法

城市轨道交通快速发展,人均乘行距离不断增长,使得研究城市轨道交通合理的列车停车方案成为必要,以满足越来越多乘客出行的需要.介绍轨道交通列车不同的停车模式,分析轨道交通跨站停车模式下影响乘客出行时间的相关因素.建立基于乘客总体出行时间节省最多的轨道交通列车跨站停车0-1整数规划模型,利用禁忌搜索算法进行模型求解.通过算例验证了该模型的可行性和禁忌搜索算法用于该问题求解的优越性,得出最优轨道交通列车跨站停车方案.对与目标函数值相关的列车发车间隔、停站时间和最高运行速度等参数进行灵敏度分析,结果表明:调节跨站运营条件下的发车间隔和停站时间可使目标函数,即乘客总体出行时间发生显著变化.     

基于大小交路的西安地铁3号线行车组织优化

在大小交路一定的情况下,对西安地铁3号线行车组织进行了优化。以最小化乘客等待时间、最大化车辆平均满载率及最小化车辆运行总距离为目标,以发车频率及列车编组为决策变量,构建大小交路列车开行方案多目标优化模型。选用Matlab软件中fminimax函数求解该多目标非线性约束优化问题。优化后,早高峰小时内,乘客的总等待时间基本保持不变,车辆的平均满载率增加17%,列车运行总距离减少1 305 km,节约牵引能耗约3 027 kWh。