城市轨道交通网络动态客流分布及协同流入控制理论与方法

摘要

城市轨道交通网络化运营条件下，路网通达性增强、乘客行为多样、客流时空分布特征复杂、运输计划协调性高、客流需求与运输能力间耦合关系紧密，对客运组织、列车运行控制以及安全保障等提出更高要求。然而，我国轨道交通快速发展进程中，客流拥挤日益严重、运营安全隐患增多、协同运输组织难度提高等一系列问题突显。准确把握客流动态分布规律是开展协同运营组织、运力资源调配、动态运营管理、应急协调联控的基础与关键。
　　本文以客流为研究主线，从客流O-D(Origin-Destination)动态估计、客流动态分配以及客流流入协同控制三方面展开研究，为提高我国城市轨道交通运营组织水平及促进动态运营管理实施提供理论支撑。具体研究内容包括:
　　(1)客流O-D动态估计:结合城市轨道交通网络结构封闭、乘客行程时间可靠性高、先验客流信息充足等特点，建立以进站量、出站量为实时采集流信息，以乘客行程时间分布特征、先验O-D矩阵为辅助估计信息的动态O-D矩阵估计方法。基于滑动平均策略建立一种改进的动态O-D矩阵估计最小二乘模型，从而提高短时范围内估计结果精度;基于卡尔曼滤波算法构建结构化动态O-D矩阵估计状态空间模型，从而满足大规模路网在线O-D估计的时效性需求。客流需求动态估计为动态运营管理与控制、动态客流分配等系统提供重要的基础输入数据——动态O-D矩阵。
　　(2)客流动态分配:构建基于乘客个体出行行为的客流分布微观仿真模型，详细描述乘客的径路选择、进出站走行、上下车、换乘以及滞留等一系列行为，并开发城市轨道交通网络客流仿真平台SURPASS(Smart Urban Rail PassengerAssignment Simulation System)，通过模拟大量乘客在网络上的完整出行过程，来宏观展现客流的群体分布特征。以某轨道交通网络为对象搭建仿真试验场景，对仿真平台进行测试，结果表明:该平台能够很好地模拟乘客在网络上的完整出行过程，满足大规模网络仿真运算需求，有效解决轨道交通动态客流分配问题。
　　(3)客流流入协同控制:针对高峰时段日益严重的客流拥挤问题，开展客流流入协同控制方法研究，基于数学规划方法分别建立了适用于线路层和网络层的客流流入协同控制模型，为控流车站选择、控流时段确定以及控流强度设定提供理论依据和计算方法，丰富城市轨道交通客流需求管理理论及方法，为客运组织中限流方案制定提供量化参考依据。

目录

声明

致谢

摘要

图目录

表目录

1 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 研究内容与技术路线

1．2．1 研究内容

1．2．2 技术路线

1．3 论文结构

1．4 本章小结

2 研究综述

2．1 动态O-D矩阵估计

2．1．1 O-D矩阵估计基本原理

2．1．2 O-D矩阵估计模型介绍

2．1．3 研究现状分析与总结

2．2 轨道交通客流分配

2．2．1 静态客流分配

2．2．2 动态客流分配

2．2．3 研究现状分析与总结

2．3 客流需求管理与控制

2．3．1 大客流运营组织

2．3．2 车站客流流入控制

2．3．3 研究现状分析与总结

2．4 本章小结

3 轨道交通网络客流O-D矩阵动态估计

3．1 动态O-D矩阵估计过程分析

3．1．1 动态O-D矩阵估计关键问题

3．1．2 轨道交通动态O-D矩阵估计分析

3．1．3 轨道交通流量基本关系构建

3．2 客流时空分布特征分析

3．2．1 O-D流波动性与相关性分析

3．2．2 分流率波动性与相关性分析

3．3 基于最小二乘理论的动态O-D矩阵估计方法

3．3．1 滑动平均策略分析

3．3．2 基于滑动平均策略的最小二乘估计模型

3．4 基于卡尔曼滤波算法的动态O-D矩阵估计方法

3．4．1 O-D矩阵估计状态空间模型

3．4．2 卡尔曼滤波递推算法

3．5 案例分析

3．5．1 案例基本信息

3．5．2 估计结果分析

3．6 本章小结

4 轨道交通网络动态客流分配

4．1 动态交通分配理论基础

4．1．1 动态交通分配问题分析

4．1．2 轨道交通动态客流分配分析

4．2 基于仿真的轨道交通动态客流分配模型与算法

4．2．1 仿真网络结构描述

4．2．2 仿真模型框架构建

4．2．3 仿真主体定义及生成

4．2．4 基于动态用户最优的乘客径路选择策略

4．2．5 基于队列模型的乘客站内走行过程

4．2．6 乘客上下车交互算法

4．3 动态客流分配仿真系统-SURPASS

4．3．1 SURPASS系统介绍

4．3．2 仿真系统测试

4．3．3 仿真结果验证

4．4 基于仿真平台的轨道交通运营组织应用

4．4．1 动态客流分布状态显示

4．4．2 路网客流拥挤状态在线预测

4．4．3 线路列车时刻表优化评估

4．4．4 动态运营管理辅助决策系统框架

4．5 本章小结

5 轨道交通客流流入协同控制

5．1 客流流入控制问题分析

5．1．1 客流流入控制概述

5．1．2 客流流入控制措施

5．2 线路层客流流入协同控制

5．2．1 模型构建

5．2．2 线路层客流流入协同控制模型

5．3 网络层客流流入协同控制

5．3．1 模型构建

5．3．2 网络层客流流入协同控制模型

5．3．3 案例分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要研究工作

6．2 论文创新点

6．3 研究展望

参考文献

作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集