城市轨道交通换乘站列车时刻表的协调和优化

摘要

城市轨道交通作为城市公共交通的骨干,对于缓解城市道路交通拥堵,构建低碳、节能环保的出行方式,发挥着重要的作用。随着轨道交通的快速发展,轨道交通线路逐渐形成网络,而目前各线路基本独立运营、相互间的协调性不强,给乘客换乘带来不便,网络运营条件下的换乘协调成为研究的一项新课题。
　　 本文以网络运营条件下,城市轨道交通模式内不同线路间换乘协调为研究内容,运用概率论和数理统计的方法,分别对同站台换乘和通道换乘条件下的时刻表优化问题进行建模,设计了模型求解的启发式算法。在建模之前,介绍了网络换乘协调的理论方法,研究了通道换乘走行时间的分布规律,以便为建模提供理论方法和数据支持。
　　 首先分析了轨道交通网络中的换乘理论,对换乘进行了分类,介绍了国外有关换乘站布局、换乘协调组织等的规划思想和设计理念。然后,对通道换乘走行时间进行了抽样调查,从累积分布函数的角度,运用Weibull函数来描述换乘走行时间的分布,采用极大似然估计法对参数取值进行了估计。
　　 在此研究基础上,运用定时换乘的思想和方法,分别对同站台换乘和通道换乘条件下,换乘站的列车时刻表进行了优化设计。同站台换乘协调中,将列车的周期性到达定义为列车到达方波脉冲,运用波的理论来分析列车的运行,建立了方波脉冲同步优化模型,通过调整方波脉冲的相位差,实现列车的同步到达;通道换乘协调中,对换乘等待时间进行了严格界定,以换乘等待时间最小为目标函数,建立了换乘协调优化模型,并设计了模型求解的遗传算法。最后,以北京地铁雍和宫站为例进行了案例研究。
　　 研究结果表明,Weibull分布能较好地描述通道换乘走行时间,平峰时段对换乘站列车时刻表的协调优化更有意义,高峰时段不需要进行协调。方波脉冲能形象地描述列车的周期性到达,将列车运行视为波的传播,并用数学语言Fourier级数进行表达,提供了一种新的研究思路和方法。雍和宫站列车时间表经过优化后,单个乘客在研究时段内的平均换乘等待时间较现状减少了70 s、减幅达到29.7％,总换乘等待时间减少了54145 s,折合15 h。本文设计的换乘协调模型和遗传算法对换乘站列车时刻表的优化是有效的,具有一定的实际适用性。
　　 论文中图24幅,表10个,参考文献51篇。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究综述

1.3 研究内容和方法

2 城市轨道交通网络换乘协调理论

2.1 换乘类型

2.1.1 基于发车间隔

2.1.2 基于线路布局

2.1.3 基于换乘方式

2.2 不同线路布局下的换乘协调

2.2.1 交织线路

2.2.2 Y型交汇线路

2.2.3 快线与慢线

2.3 本章小结

3 通道换乘走行时间分布

3.1 影响因素分析

3.2 数据采集

3.2.1 样本选取

3.2.2 样本容量

3.2.3 调查方法

3.3 数据处理和分析

3.3.1 Weibull分布

3.3.2 数据处理

3.4 本章小结

4 换乘站列车时刻表协调优化

4.1 变量定义和换乘环境设置

4.1.1 变量定义

4.1.2 换乘环境设置

4.2 同站台换乘协调

4.2.1 列车到达方波脉冲

4.2.2 方波脉冲的傅里叶级数

4.2.3 时刻表协调

4.3 通道换乘协调

4.3.1 换乘等待时间优化模型

4.3.2 遗传算法的基本思想

4.3.3 算法设计

4.4 本章小结

5 案例研究

5.1 雍和宫换乘站概况

5.1.1 车站简介

5.1.2 换乘概况

5.2 雍和宫站列车时刻表现状

5.2.1 平峰时段列车时刻表

5.2.2 2号线换乘5号线通道换乘走行时间

5.3 雍和宫站时刻表的协调优化

5.3.1 参数设置

5.3.2 优化结果

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

附录A:变量定义表

附录B:雍和宫站平峰时段列车到发时刻表

作者简历

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