城市轨道交通网络瓶颈控制研究

摘要

随着城市轨道交通的高速发展，其规模和客流复杂程度与日俱增。客流在时间和空间上的不均衡会导致轨道交通网络运输供需能力不平衡，当这种不平衡达到某种临界状态就会在网络中产生客流瓶颈。因此，对网络瓶颈的系统性研究是保障客运安全和提升客流组织水平的关键。　　首先，本文从轨道交通网络及客流特性、瓶颈形成机理和控制方法三方面对轨道交通瓶颈控制问题进行概述。其次，从瓶颈产生的本质入手，对城市轨道交通网络供需能力及其关系进行研究。需求方面，基于用户均衡分配原则建立城市轨道交通客流分配模型，得到各区间断面的客流需求量；供给方面，根据相关设计规范，采用分析计算法得到车站集散能力和线路输送能力；在供需能力研究基础上，基于约束理论建立区间瓶颈识别模型，用负荷率描述网络供需能力关系。　　再次，对瓶颈控制方案编制方法进行研究，提出两种模型方法：1.数学优化模型，其求解方法是以实际控流总量最小为优化目标，以15min粒度下各时段各车站限制进站人数为决策变量，时段OD客流为输入参数，在客流更新、站点能力、区间运输能力和控流率约束下，建立协同控流优化模型求解；2.反馈迭代控制模型，其求解方法是基于协同控流选择关系，将网络多时段多瓶颈问题按瓶颈发生的先后顺序和严峻程度，转化为单时段单瓶颈问题逐步迭代求解计算。另外，本文从平均负荷率、平均控流率和控流率方差三方面对瓶颈控制效果进行评价。　　最后，以成都市轨道交通网络早高峰客流为例进行实证研究，结果表明：在相同最大控流率下，基于数学优化模型的控流总人数最小结果更优，求解更快，总体上各站在控流时段内的控流率更均衡；反馈迭代求解结果涉及控流站更少，总体平均控流率更小；对比分析两种方法结果得到最大控流率βmaxvm取值变化与控制效果参数之间的变化关系；两种瓶颈控制方案都实现了客流在时间上“削峰”和空间上“使均衡”，缓解了瓶颈区间客流拥挤，达到瓶颈控制目的。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 轨道交通网络客流分配

1.2.2 轨道交通网络瓶颈识别

1.2.3 轨道交通客流控制研究现状

1.2.4 研究现状总结

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线

第2章城市轨道交通网络及瓶颈控制分析

2.1 城市轨道交通网络分析

2.1.1 城市轨道交通网络结构分析

2.1.2 城市轨道交通网络特性影响分析

2.2 城市轨道交通网络客流分析

2.2.1 城市轨道交通AFC数据

2.2.2 城市轨道交通客流的时间分布特性

2.2.3 城市轨道交通客流的空间分布特性

2.3 城市轨道交通网络瓶颈的产生及传播

2.3.1 瓶颈的概念及特性

2.3.2 瓶颈的产生和传播

2.4 城市轨道交通网络瓶颈的控制方法

2.4.1 客流控制方法

2.4.2 运力配置方法

2.5 本章小结

第3章城市轨道交通网络瓶颈识别

3.1 城市轨道交通客流预测

3.1.1 客流预测方法

3.1.2 乘客路径选择

3.1.3 网络客流分配

3.2 城市轨道交通线网能力计算

3.2.1 城市轨道交通网络运输能力概念

3.2.2 车站集散能力

3.2.3 线路输送能力

3.3 城市轨道交通瓶颈识别与排序

3.4 本章小结

第4章城市轨道交通瓶颈控制方案编制

4.1 城市轨道交通瓶颈控制原理和实现思路

4.1.1 瓶颈控制目的

4.1.2 瓶颈产生来源站分析

4.1.3 瓶颈产生来源量分析

4.1.4 瓶颈产生来源时间分析

4.1.5 瓶颈控制方案实现思路

4.2 方法一：构建网络协同控流优化模型求解

4.2.1 模型假设

4.2.2 瓶颈控制模型构建

4.3 方法二：反馈迭代控制求解

4.3.1 瓶颈控制方案编制框架

4.3.2 协同控流选择关系构建

4.3.3 单瓶颈控制方案构建

4.3.4 多瓶颈控制方案构建

4.4 瓶颈控制效果分析

4.5 本章小结

第5章算例分析

5.1 算例背景

5.2 城市轨道交通瓶颈识别

5.2.1 客流预测与分配

5.2.2 能力计算

5.2.3 瓶颈识别

5.3 瓶颈控制方案分析

5.3.1 方法对比

5.3.2 方案分析

5.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果