互联互通模式下的城轨车辆调度优化模型研究

作     者：王天龙 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宏刚

授予年度：2024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：城市轨道交通 互联互通 车辆调度 cplex 模拟退火算法 

摘      要：经过多年的持续建设,国内许多城市的轨道交通已经进入网络化运营阶段,甚至互联互通运营阶段。城市轨道交通网络化运营模式通过缩短乘客在换乘站的换乘时间来提高服务质量,但是车辆资源并未在线路之间共享,本质上属于单线运营。在互联互通运营模式下,轨道线路之间相互连接,车辆跨线运行将“人换车转变为“车换线,减少乘客的换乘次数,实现了车辆资源在线路之间的共享。互联互通运营模式在通过资源共享提高服务水平的同时,却增加了运营工作的难度,如单条线路上的车辆调度转变为线网上的车辆调度。如何在线网上对车辆进行优化调度,降低企业的运营成本,已成为众多学者和专家的关注热点之一。 针对互联互通运营模式下的城轨车辆调度问题,在借鉴既有研究成果的基础上,本文对互联互通条件下的城轨车辆调度问题进行研究,完成以下工作: 首先对互联互通模式下车辆调度问题进行分析。给出了互联互通运营模式的定义、特点和基础技术条件,并对影响城市轨道交通车辆调度的因素进行了分析,影响因素包括列车运行计划、车场运用方式、车辆检修规程以及车场资源等;对互联互通模式下的车辆调度问题进行分析,通过将城市轨道交通车辆调度问题分解为车辆运行交路编制和车辆指派两个子问题,指出车辆运行交路编制子问题实质上是列车运行线之间的组合优化,车辆指派子问题实质上是车辆运行交路与车辆之间的组合优化。 在对车辆调度问题进行分析的基础上,给出了车辆调度的两阶段框架,分别建立了以车辆运行交路数量最少和车辆运行交路里程均衡为目标的车辆运行交路优化模型和以车辆数最少和车辆累计行驶里程均衡为目标的车辆指派优化模型。 然后对模型的求解方法进行了研究。针对建立的车辆运行交路优化模型,首先对模型的线性等价方法进行了研究,将非线性约束转化为线性约束,并采用YALMIP调用CPLEX求解器软件来求解车辆运行交路优化模型;针对车辆指派优化模型,设计了一种带有记忆功能的模拟退火算法求解,并根据车辆指派问题的特点,设计了初始解的生成规则和解的扰动规则,以提高算法的效果。 最终以重庆市轨道交通4号线、5号线和环线互联互通为例,通过MATLAB编程验证了车辆调度优化模型和求解方法的有效性。优化结果显示,与实际数据相比,单日使用车辆减少了1辆,且车辆的累计行驶里程保持均衡。研究结果表明,本文提出的优化模型和求解方法能够提高城轨车辆资源的利用率,降低企业运营成本,同时制定出车辆累计行驶里程均衡的车辆运用计划。