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.     

基于双层规划的市郊轨道交通多交路快慢车开行方案优化研究

由于市郊客流在时空分布上存在不均衡的特点,单一交路、站站停列车不能很好地满足客流需求,因此根据市郊客流特点研究不同停站方案(如快慢车)、开行区段(如大小区段) 组合的列车开行方案具有重要意义.本文在分析乘客出行广义费用的基础上,充分考虑列车开行方案与乘客选择之间的主从博弈关系,建立了市郊线路多交路快慢车开行方案的双层规划模型,并设计了遗传-模拟退火优化算法进行求解.在算例研究中,针对某一具体市郊线路,对结合大小交路、快慢车的列车开行方案进行优化,求解得出相对于传统的单一交路、站站停开行模式,多交路快慢车结合的开行方案使乘客的总旅行时间和企业运营成本分别降低了2.25%和9.25%,验证了本文模型和算法的实用性.     

城市轨道交通快慢车停站方案优化研究

快慢车模式作为一种有效匹配乘客多样化出行需求的手段,能提升企业服务水平,降低运营成本,其核心问题是确定合理的列车停站方案。首先,针对快慢车越行特点进行分析,得出快慢车越行会导致乘客的出行时间和列车周转时间增加,并导致线路的通过能力降低的结论,因此提出快车在慢车站不停站越行慢车的观点,以降低越行造成的不利影响。然后,对城市轨道交通快慢车模式下乘客出行时间的变化和企业运营成本的变化进行全面的分析,构建快慢车停站优化模型,并用遗传算法进行求解。结果表明,高峰小时内乘客能节省旅行时间3 976 815s,企业能节省1列车底的购置费及12 000元的停站成本。     

城市轨道交通系统越行模式下停站方案的效果研究

伴随着城市轨道交通系统迅猛发展,实行快慢车运营模式成为了提高运行速度,适应不同客运需求的新选择.而此模式下的列车越行组织会对停站方案的最终效果产生较大影响.本文通过建立越行模式下不同停站方案的效果评估模型,评价了存在列车越行组织的情况下,不同停站方案的运行效果与各方案适用性.结果显示:①发车间隔逐渐增大时,慢车避让时间会随着快车停站数目的减少而缩短;②客流一定情况下,快车仅在始末站停车方案,会产生节约的总旅行时间的效果,程度达4. 49%;③随着快车停站数的减少,线路通过能力对发车间隔的敏感度也逐渐降低.     

市域轨道交通线路快慢列车停站方案研究

为解决市域通勤客流欲快速到达目的地的需求问题,以乘客的出行时间节约值最大为优化 目标,建立大小交路条件下的快慢列车停站方案模型。基于乘客出行时间效益优先原则,考虑乘客候车时间、乘客在车区间运行时间、乘客在车等待时间以及越行对慢车乘客的延误和快车乘客 的时间变化影响等因素,构建了目标函数,同时以列车开行密度、满载率等作为约束条件,建立 0-1 整数规划模型。通过在实际算例中运用遗传-禁忌算法对模型进行求解,得到快车的最佳停站方案,并将计算所得方案的乘客出行时间与相同交路条件、发车间隔以及开行比例下的普通站站 停开行模式的时间进行了对比分析。结果表明,该方案可以节省总出行时间约8 062h,节省人均出行时间约8.5min,人均延误时间约0.86min,总体提高了乘客出行效率和服务水平,具有有效性和合理性。     

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。     

考虑客流空间分布的地铁列车节能时刻表优化方法

客流变化引起的列车质量变化是影响地铁列车能耗与节能运行的重要因素之一. 本文考虑地铁线路客流空间分布差异，研究耗散型再生制动能利用方式下的列车节能时刻表优化方法. 结合各区间载荷差异和列车运动方程，建立以净能耗最小为目标的时刻表优化模型，通过适度优化计划停站时间、区间运行时间和折返时间协同多列车牵引、巡航、惰行和制动过程的时空分布，设计二分法和粒子群算法对模型求解. 以北京地铁某线路进行实例研究，结果表明，优化模型能有效协同多列车的节能运行，考虑客流空间分布差异比假定列车载荷为常数能进一步提升节能效果.     

面向时变需求的高速铁路列车开行方案优化方法

为了使高铁列车开行方案与旅客时变需求相吻合,引入列车运行方案图,使列 车开行方案优化中既能利用列车运行的时间信息,又能避免结合列车运行图综合优化的 大规模计算.借助于基于时刻表的高铁客流分配方法,在区间通过能力、车站始发能力、列 车载客能力等多种约束下,以列车运行时间与旅客出行时间加权和为优化目标,构建了 时变需求下高铁列车开行方案优化的Stackelberg 博弈模型.利用降低编组、删除列车、添 加列车、拼接列车、提高编组和调整列车始发时间等邻域搜索策略,设计了求解模型的模 拟退火算法.最后,针对京沪高速铁路进行算例分析,优化产生的列车开行方案具有良好 的评价指标,特别是旅客上车时间与计划出发时间的偏差较小,具有较高的运算效率和 收敛性.     

城市轨道交通网络首班车时段时刻表优化研究

城市轨道交通首班车时段的客流规律与其他时段不同,依据时段内客流的规律来制定线网列车衔接方案与时刻表,可以提高乘客的换乘效率和减少换乘等车时间.基于简化的线网拓扑,考虑乘客和运营两个方面,以乘客换乘等车时间成本和线路发车成本最小为目标,构建首班车时段列车时刻表的优化模型,并利用遗传算法进行求解.最后,通过深圳地铁网络的首班车客流数据验证模型的有效性.结果表明:优化后的首班车时刻表减少了乘客换乘等车时间成本和列车发车成本,可以为制定首班车时段时刻表提供依据.     

城际客运专线列车开行方案模型与算法

单一城际客运专线开行方案优化问题本质上是一个给定客流O-D的最优列车停站组合方案问题。为了更好的满足城际旅客出行需要,将列车分为站站停列车、中途不停站直达列车、交错停站列车三类。以所有旅客的候车集结时间与中途停站时间之和最小为目标,满足车站的服务频率,所有客流均送至目的地等为约束条件,建立了城际列车开行方案优化模型。根据模型的约束是线性、目标函数非线性的特点,设计了求解该问题的混合遗传算法,仿真算例表明,算法的运行时间不超过300 s。     

高速列车停站优化问题的两阶段求解算法

为了提高高速列车停站优化问题的求解效率,以高速列车停站设置原则为基础,分析了影响列车停站的主要因素,从方便旅客出行及减少旅客出行广义费用两方面考虑,建立了列车停站方案综合优化模型.结合列车停站优化问题的特点,提出了包含初步优化和综合优化的两阶段优化算法,初步优化阶段采用基于先验知识的局部优化方法,可以快速有效的获得问题的较优解,综合优化阶段利用具有较强爬山能力的禁忌搜索算法进行全局优化.最后对某高速铁路高峰小时开行列车的停站优化问题进行求解.结果表明,两阶段优化算法比一般禁忌搜索算法效率提高约30%.     

混合到达模式下市郊列车开行方案优化研究

针对市郊铁路服务长距离通勤客流的定位和客流到达分布不均的特征,提出在市郊铁路以公交化方式开行多种停站模式列车.将市郊客流按照到达分布的不同,分为均匀到达和非均匀到达两部分,使用混合分布刻画不同列车服务频率下的两类客流到站方式,并考虑停站多样化产生的企业附加成本,建立以乘客出行时间最少和企业运营成本最低为目标的市郊列车开行方案优化模型.结合市郊客流特点,分析列车开行方案与乘客选择间的动态影响关系,给出在市郊列车多停站、公交化运营时的混合客流分配方法;以该方法为迭代基础,设计了遗传求解算法.算例分析表明,与均匀到达模式相比,本模型给出的开行方案可有效降低出行时间和开行成本,具有更好的开行效益.     

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.     

面向大客流的城轨备用车投放车站选择与优化模型

为快速疏解城轨线路上车站的大客流，减少乘客的等待时间，研究了备用车投放问题; 在考虑列车追踪关系、列车停站时间等约束的基础上，建立了综合备用车投放时机确定、投放最佳车站选择和时刻表动态调整的多目标优化模型; 界定了城轨备用车开行条件，提出了城轨备用车投放时机的定量化判定方法; 用0-1变量表征车站是否具备备用车投放条件，并将其作为模型输入，以减小大客流车站乘客等待时间和降低运行图偏离时间(延误时间)为优化目标，构建了备用车投放的混合整数非线性规划模型，该模型通过比较不同的备用车投放方案效率得到最佳的备用车投放车站和后续开行计划; 为同时求解0-1变量与连续变量，设计了带惩罚函数的改进粒子群优化算法求解模型。研究结果表明:该方法可对所有符合备用车开行条件的车站制定投放方案，并进一步筛选出最优的备用车投放车站，最多可减少1 318 209 s的乘客等待时间，优化效率为21.9%，且改进的粒子群优化算法对混合整数非线性规划模型的适用性较好; 相比于既有城轨线路列车运行调整和时刻表优化方法，本文提出的方法在应对突发大客流的备用车投放时机上做出了更加定量化的判断，优先考虑了大客流车站的疏解能力和效率，并优化了备用车与后续列车的开行方案，可以有效解决高峰时段车站大客流问题。      

客货共运下机场线列车运行计划与货运分配方案协同优化

机场线具备利用富余能力开展城市货运服务的潜力。针对机场线客货共运问题，基于客货共载和货运专列两种货物运输形式，以考虑仓储、装卸及列车运行成本的货运净收益最大为目标，构建列车运行计划与货运分配方案协同优化模型，综合决策货运专列的编组停站方案、时刻表和货单分配。为快速求解模型，设计一维搜索算法对货运专列开行数量进行寻优。通过允许货运专列编组为0，保证搜索过程目标值单调递增，并利用Gurobi求解给定货运专列开行数量下的子问题。基于某市机场线案例结果表明，在不影响客运服务前提下，本文方法选择性满足货运需求，增加运营收益。相较于站站停模式，优化列车停站方案可增加5.2%的净收益；相较于固定编组模式，灵活编组在不同货运量和时效要求下可增加5%~35%的净收益，且时效要求较高时，灵活编组优势较为明显。     

面向提升旅客出行效率的高速铁路列车停站方案优化

优化长距离高速铁路列车的停站方案,应平衡好提高大站间快车比例与增加中小站列车服务频率之间的关系. 基于减少列车中小站停站次数,增加相邻大站间站站停列车等策略,以旅客的列车停站时间损失和换乘等待时间损失总和最少为目标,建立列车停站方案优化的混合整数规划模型,并设计遗传算法求解. 对京广高铁现状列车停站方案进行优化,优化后的方案与实际方案相比：大站间快车数增加94.4%,增强了高铁竞争力;相邻大站间站站停列车和中小站列车频率至少为1 列/(3 h),提升了旅客换乘出行的便捷性;旅客时间损失减少40.08%,总体出行效率得到较大地提升.     

需求响应机制下轨道交通出行预约与列车运行计划优化方法

轨道交通供给侧的计划性与需求侧的时变性相互冲突，为更好地协同供需双方，提出了需求响应机制下城市轨道交通列车运行计划的优化方法，包括出行预约和需求响应2个环节；建立了需求响应与列车运行计划协同优化模型，以最小化乘客出行成本和列车运行成本为目标，重点关注乘客由于预约行为产生的延误时间成本；考虑列车运行、运输能力、编组情况、客流分布等因素，设计了基于乘客优先级的自适应大规模邻域搜索算法，外层优化列车运行计划，内层优化客流分配方案，最终实现客流的供需匹配；以北京地铁八通线为例，按照需求响应机制对该线路全天的需求处理与运输组织进行数值试验，并对试验结果从车底运用、乘客等待时间和满载率分布三方面进行分析。研究结果表明:该优化方法可使开行的列车数降低13.8%，同时采用多编组模式，使用车辆数减少了29.8%，这能够有效压缩列车走行公里数，削减企业开支；能够在保证乘客基本出行的前提下，最高可将乘客平均在站等待时间缩短约35.3%，并且预约比例的提升对等待时间的削减效果明显；优化后的运行计划能控制列车满载率维持在设定水平，有效降低人员密度，避免人群大规模聚集，对城市轨道交通疫情的有效防控做出有益探索。