基于动态客流需求的市域轨道交通列车运行图优化模型研究

摘要

随着我国城市化进程的加快，城市规模不断增加，人口数量急剧增长。在城市中心区域容量趋于饱和的情况下，人口必然不断向周边区域扩散，城市中心区与周边区域之间的人员往来将日益频繁。面对快速增长的市域范围内的中长距离客流需求，地铁和常规公交已不能满足这部分旅客对出行的快速性要求，市域轨道交通作为速度较高、运量较大、安全可靠的交通方式，将成为解决城市中心区与周边区域间居民出行的主要交通方式。
　　目前，我国市域轨道交通的发展尚处于起步阶段，从规划设计到运营管理还有许多问题值得深入研究。列车运行图是市域轨道交通运输组织的核心内容，其编制质量对于提高旅客满意度，降低企业运营成本具有重要作用。由于市域轨道交通列车停站方案复杂、且要求旅客随到随走，既有的列车运行图编制方法不适用于市域轨道交通。针对这一问题，本文研究了动态客流需求下的市域轨道交通列车运行图编制问题。主要工作内容如下:
　　(1)归纳总结了国内外各主要城市的市域轨道交通发展现状，以及列车停站方案和列车运行图研究现状，针对既有研究存在的问题和不足展开了较为全面的评述。
　　(2)分析了市域轨道交通的技术特点及客流特征，提出市域轨道交通运输组织方案的编制宜采用快慢车组合的模式并考虑动态客流需求。研究了动态客流需求下市域轨道交通列车运行图的编制特点，分析了列车停站方案和列车运行图一体化编制的必要性。
　　(3)提出了基于动态客流需求的市域轨道交通列车运行图优化模型。针对不同的列车运行条件，考虑动态客流需求以及列车容量等约束，以旅客总旅行时间最小为目标，提出了三个基于动态客流需求的列车运行图模型，分别是定序无越行模型、定序限制越行模型和非定序任意越行模型，利用CPLEX软件进行了求解，并针对模型中的主要参数进行了灵敏度分析。
　　(4)在(3)的基础上，提出了列车停站方案与列车运行图一体化优化模型。考虑动态客流需求、列车容量、车站服务频率和列车停站次数等约束，以旅客总旅行时间最小为目标，构建了列车停站方案与列车运行图一体化的非线性混合整数规划模型。采用线性化方法将非线性约束转化为线性约束，从而将非线性模型转化为混合整数二次规划模型，利用CPLEX对一体化模型进行了求解。
　　(5)利用本文提出的模型对金山线的列车停站方案和列车运行图进行优化研究。通过研究发现，本文所构建的基于动态客流需求的市域轨道交通列车运行图模型能够显著降低旅客总旅行时间和旅客平均等待时间，验证了本文提出的基于动态客流需求的列车运行图优化模型的有效性。列车停站方案和列车运行图一体化模型的优化结果表明，优化后的列车停站方案的停站次数较实际停站方案减少了8次，优化后的列车运行图较实际列车运行图的旅客总旅行时间降低了15.2％，列车总运行时间降低了6.2％，表明一体化模型能够同时优化列车停站方案和列车运行图。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究综述

1．2．1 市域轨道交通发展现状

1．2．2 市域轨道交通研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 市域轨道交通运输组织需求分析

2．1 市域轨道交通的技术特点

2．1．1 市域轨道交通的定义和功能定位

2．1．2 市域轨道交通的技术特点

2．2 市域轨道交通客流特征分析

2．1．1 市域轨道交通客流的结构特征

2．1．2 市域轨道交通客流的时间分布特征

2．1．3 市域轨道交通客流的空间分布特征

2．3 市域轨道交通运输组织需求分析

2．3．1 市域轨道交通列车开行模式

2．3．2 市域轨道交通列车运行图编制需求

2．3．3 动态客流下列车运行图编制要素和编制原则

2．4 本章小结

3 基于动态客流需求的市域轨道交通列车运行图优化模型

3．1 模型假设及变量定义

3．2 基于动态客流需求的列车运行图模型

3．2．1 目标函数及约束条件

3．2．2 定序无越行模型M1

3．2．3 定序限制越行模型M2

3．2．4 非定序任意越行模型M3

3．3 模型求解

3．4 模型验证

3．4．1 算例介绍

3．4．2 结果分析

3．5 灵敏度分析

3．5．1 权重对模型目标函数的影响

3．5．2 相对MIP间隙容差与模型求解效果

3．6 本章小结

4 市域轨道交通列车停站方案与列车运行图一体化模型

4．1 列车停站方案与列车运行图一体化模型

4．1．1 模型假设及变量定义

4．1．2 模型构建

4．2 迭代求解算法

4．3 模型验证

4．4 本章小结

5 实例验证

5．1 上海市域轨道交通金山线介绍

5．1．1 金山线概况

5．1．2 金山线客流特征分析

5．1．3 金山线列车开行模式

5．2 基础数据准备

5．2．1 研究时段

5．2．2 列车运行数据

5．2．3 客流数据

5．3 优化结果及分析

5．3．1 基于动态客流需求的列车运行图模型优化结果分析

5．3．2 一体化模型优化结果分析

5．4 本章小结

6．1 主要工作与结论

6．2 研究不足和展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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