基于换乘协调的城轨路网列车开行方案设计优化问题研究

摘要

目前，我国城市轨道交通正处在网络化运营的初级阶段。列车开行方案作为城市轨道交通运营管理过程中的一个关键环节，其编制和优化过程也应逐步实现从单条线路或局部线网向整个路网的转变，而路网中换乘站上不同线路之间的换乘协调则是网络化运营条件下开行方案优化过程中不可或缺的环节。
　　本文以城市轨道交通网络化运营为研究背景，面向网络化运营组织过程中的换乘协调问题，对传统的城市轨道交通列车开行方案优化方法进行改进，提出了基于路网换乘协调的列车开行方案优化模型，为城市轨道交通网络化运营提供了新的理论依据和决策支持，对网络化运营条件下列车开行方案的制定具有较强的现实指导意义。论文的主要研究成果总结为以下几个方面:
　　(1)分析城市轨道交通网络化运营条件下的路网结构特征和客流分布特征。根据北京市城市轨道交通运营线路构建路网模型，设计出城市轨道交通物理网络拓扑结构及数据存储结构，并分析了路网客流的时间和空间分布特征，提出了一种基于物理网络结构特征和换乘客流特征的换乘节点重要度评价方法，为路网换乘协调模型提供权重评价参数。
　　(2)分析乘客换乘协调过程，确定并验证了换乘等待时间的确定方法。论文描述了乘客的换乘协调过程，并对该过程中的各项要素进行了统一定义。利用三参数韦伯分布法确定了乘客换乘走行时间，以换乘衔接机理为基础，提出了基于到发时间集的换乘等待时间确定方法，并针对该方法在处理列车到发时间不定情况下存在的缺陷，提出和验证了基于谐波原理的换乘等待时间确定方法。
　　(3)对城市轨道交通的各种交路模式以及列车发车间隔基本约束条件进行了分析，确定了列车交路方案及发车间隔备选集的生成原则和方法，在此基础之上，基于路网换乘协同，建立了以路网运营成本最小、路网总平均换乘等待时间最小为目标的路网列车开行方案双层规划模型。
　　(4)根据开行方案优化模型变量特点，将粒子在空间中的分量分为整数、非整数两个部分，形成了改进的粒子群算法，有效减少了搜索空间中的大量不可行解。针对北京市城市轨道交通的9条主干线路构成路网进行了实证研究，采用上述模型和算法得到了面向早晚高峰以及平峰时段的开行方案，验证了模型及算法的可行性与适用性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究目的及意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 城市轨道交通列车开行方案研究现状

1．3．2 城市轨道交通换乘协调研究问题现状

1．3．3 研究现状小结

1．4 研究内容及技术路线

2 城市轨道交通网络构建及客流特性分析

2．1 基于换乘方向的城市轨道交通网络构建

2．1．1 城市轨道交通网络构建方法

2．1．2 城市轨道交通网络换乘节点拓扑构建

2．1．3 城市轨道交通路网数据存储结构构建

2．2 城市轨道交通网络化运营的客流特征

2．2．1 城市轨道交通路网客流空间分布特征分析

2．2．2 城市轨道交通路网客流时间分布特征分析

2．2．3 城市轨道交通路网换乘客流特征分析

2．3 基于路网结构特征及客流特征的节点重要度分析

2．3．1 基于城市轨道交通物理网络的节点重要度评价

2．3．2 基于路网换乘客流量的节点重要度评价

2．3．3 城市轨道交通网络换乘节点综合重要度

2．4 本章小结

3 城市轨道交通路网换乘协调过程分析

3．1 换乘过程的描述及时间要素的定义

3．2 乘客换乘走行时间的确定

3．2．1 换乘走行时间影响因素

3．2．2 同站台换乘走行时间分析

3．2．3 非同站台换乘走行时间的分析

3．3 城市轨道交通换乘衔接机理分析

3．3．1 列车换乘衔接过程的描述

3．3．2 列车换乘衔接关系的确定

3．3．3 基于到发时间集的换乘等待时间确定方法

3．4 基于谐波原理的乘客换乘等待时间确定方法

3．4．1 列车到站状态的模型描述

3．4．2 列车到站状态函数的傅里叶变换

3．4．3 基于谐波原理的换乘等待时间

3．5 换乘等待时间确定方法验证

3．6 本章小结

4 基于换乘协调的路网列车开行方案优化模型

4．1 城市轨道交通列车交路备选方案的确定

4．1．1 城市轨道交通列车交路基本形式概述

4．1．2 城市轨道交通列车交路列车交路生成原则

4．2 城市轨道交通列车发车间隔备选集的生成

4．2．1 轨道交通列车发车间隔优化的必要性

4．2．2 轨道交通列车发车间隔备选集的确定方法

4．3 基于换乘协调的路网开行方案双层规划模型

4．3．1 初始开行方案生成模型

4．3．2 城市轨道交通路网换乘协调模型

4．3．3 模型总结

4．4 基于改进粒子群算法的优化模型求解

4．4．1 双层规划模型求解思路

4．4．2 粒子群算法的改进

4．4．3 变量映射关系

4．4．4 算法实现步骤

4．5 本章小结

5 北京市城市轨道交通路网开行方案优化设计

5．1 路网基础数据

5．2 备选集的确定

5．3 开行方案生成

5．4 结果分析

5．5 本章小结

6．1 主要研究工作

6．2 研究展望

参考文献

附录

作者简历

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