全预约模式下高峰地铁列车时刻表与客流OD控制优化问题研究

作     者：黎学龙 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡郁葱;凌美宁

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：全预约出行 列车时刻表 客流OD控制 协同优化 分支定界算法 

摘      要：城市轨道交通作为公共交通的重要组成部分,具有高效、速度稳定、运量大的特点,是各大城市缓解交通拥堵问题的重要方式。由于城市发展的不平衡,轨道交通在运营过程中往往存在高峰期供需矛盾突出的问题,部分地铁线路和站点的规模和运力不能满足客流需求而需要进行客流控制,目前主要以控制进站人数为主,导致乘客需要排队进站,乘客体验变差,地铁运营效益也受到影响。由于预约出行能有效改善排队状况,提升系统整体效益,已经受到广泛关注。本文针对高峰期的地铁线路引入全预约出行模式,结合客流OD分布大数据,探讨对列车时刻表与客流OD控制进行优化的问题,最终结合线路具体运营状况,以节约乘客的延误时间成本和列车运营成本为目标,提出列车时刻表和客流OD控制的三种优化方案,为缓解高峰期地铁线路的站点拥挤状况,提升乘客体验以及保证企业运营效益提供了新的途径和理论方法依据。主要内容包括:根据我国城市轨道交通的发展现状,结合对国内外文献的综述,研究利用全预约机制调节高峰期地铁出行人数和进行客流OD控制的可行性和必要性;提出全预约模式下地铁列车时刻表优化、客流OD控制优化以及二者的协同优化方案,并对三种方案的优化效率进行对比。以列车运营成本和乘客延误时间成本之和最低为目标函数,建立列车时刻表优化模型、客流OD控制优化模型和二者的协同优化模型,并采用Gurobi求解器进行算例求解,证明协同优化模型的优化效果最佳;在此基础上基于全预约模式下协同优化模型的理论特性对分支定界算法进行定制化改进,并在基于Mandl网络的虚拟轨道交通线路算例中对模型效果进行了验证,证明了定制算法能有效提高计算效率。最后,将模型和算法应用于广州地铁3号线和北延段中,对模型的优化效果以及算法在不同规模案例中的求解效率进行了分析,验证所提出模型和算法的有效性和实用性,并通过参数的敏感性分析,对本文研究成果在实际中的推广应用工作提出了建议。