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城市轨道交通多编组列车开行方案优化研究

交通运输系统工程与信息 2016年第5期16卷 117-122页

作者：戎亚萍张星臣柏赟许得杰北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室北京100044

针对城市轨道交通全日客流时间分布不均衡下的列车开行方案优化问题,以乘客等待时间和企业成本最小为优化目标,以运输供给、列车最小发车间隔、最大服务间隔,以及列车数为约束条件,构建基于多编组模式下的多目标列车开行方案优化模型,... 详细信息

针对城市轨道交通全日客流时间分布不均衡下的列车开行方案优化问题,以乘客等待时间和企业成本最小为优化目标,以运输供给、列车最小发车间隔、最大服务间隔,以及列车数为约束条件,构建基于多编组模式下的多目标列车开行方案优化模型,并设计两阶段求解算法.案例分析表明:与传统单一编组列车开行方案相比,基于多编组的轨道交通列车开行方案使乘客等待时间和车公里数分别减少17%和27%,列车运行小时增加20%;当客流不均衡系数大于1.48时,宜采用多编组运输组织方式.

关键词：城市交通列车开行方案多目标优化模型多编组两阶段求解算法

考虑多交路多编组的城市轨道线路列车交路计划优化

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铁道学报 2020年第6期42卷 1-11页

作者：李正洋赵军彭其渊西南交通大学交通运输与物流学院四川成都611756 西南交通大学综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室四川成都611756

城市轨道交通线路列车交路设计问题在于确定线路在给定时段运营的交路条数,以及各交路的折返站、列车编组和开行频率。根据线路折返站布置,生成备选交路集并构建服务网络,使用最优策略对服务网络进行客流分配,描述乘客对不同交路列车的... 详细信息

城市轨道交通线路列车交路设计问题在于确定线路在给定时段运营的交路条数,以及各交路的折返站、列车编组和开行频率。根据线路折返站布置,生成备选交路集并构建服务网络,使用最优策略对服务网络进行客流分配,描述乘客对不同交路列车的选择行为。考虑线路运营组织及能力限制约束,以运营企业成本与乘客等待时间成本最小为目标,建立混合整数非线性规划模型,在备选集中挑选交路,并确定各交路的列车编组及开行频率。将模型线性化,并提出服务网络简化方法,缩减模型规模,提高求解速度。以某规划线路为例验证所提出方法的有效性,并对列车交路数量与列车编组类型进行灵敏度分析。

关键词：城市轨道交通列车交路计划多交路多编组最优策略

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考虑多编组的城轨列车跨线运营开行方案研究

铁道科学与工程学报 2023年第3期20卷 878-889页

作者：曾庆文彭其渊西南交通大学交通运输与物流学院四川成都610031 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室四川成都610031

随着城市轨道交通网络化进程不断加快,传统的单线独立运营模式已经难以满足乘客多样化的出行需求,以跨线运营为代表的网络化运营模式成为城市轨道交通的发展趋势。为不断提升跨线运营的服务水平,针对在跨线运营模式下因列车服务水平不... 详细信息

随着城市轨道交通网络化进程不断加快,传统的单线独立运营模式已经难以满足乘客多样化的出行需求,以跨线运营为代表的网络化运营模式成为城市轨道交通的发展趋势。为不断提升跨线运营的服务水平,针对在跨线运营模式下因列车服务水平不同导致的运能利用不均、跨线列车和非跨线列车满载率差异过大的问题,构建考虑多编组的城轨列车跨线运营开行方案双层规划模型。上层模型在考虑乘客对跨线列车选择偏好的基础上,以乘客出行时间节省量和企业运营收益最大为目标,以列车开行频率和跨线列车折返站为决策变量;下层模型以跨线列车与非跨线列车间满载率均衡为目标,以列车编组数为决策变量。设计“内罚函数+枚举法”并利用MATLAB编程求解最优列车开行方案。算例结果表明:在“多编组、跨线运营”下,上、下行方向跨线列车与非跨线列车平均满载率之差分别减少7.3%和28.1%,列车满载率均衡性优化率为52.1%,跨线列车的最大满载率从120%降为114%。上述结果说明“多编组、跨线运营”可提高列车间满载率均衡性,使得运能利用更加均衡,缓解跨线列车超载现象,提高乘客的乘车体验。

关键词：城市轨道交通跨线运营多编组列车开行方案双层规划满载率

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城市轨道交通多编组列车开行方案研究

城市轨道交通多编组列车开行方案研究

作者：高元兰州交通大学

学位级别：硕士

随着当前城市化进程的不断加快及城市人口的急剧增多,必须大力推动轨道交通发展从而缓解交通问题。轨道交通开行方案的编组计划在规划以及运营时期都是企业需要重点考虑的因素,这对建设投资、运营成本以及服务水平都具有重要意义。因此... 详细信息

随着当前城市化进程的不断加快及城市人口的急剧增多,必须大力推动轨道交通发展从而缓解交通问题。轨道交通开行方案的编组计划在规划以及运营时期都是企业需要重点考虑的因素,这对建设投资、运营成本以及服务水平都具有重要意义。因此,基于兼顾企业与乘客利益的优化目标,首先对城市轨道交通客流的时空分布特征及编组方案的影响因素进行分析;然后以乘客出行成本与上线车组数最小及运能与客流量的最高匹配度为目标函数,建立了针对规划近期的多编组优化模型;最后,依据规划近期全日客流预测情况得到多编组列车开行优化方案。主要研究内容如下:首先,基于城市轨道交通客流的时空分布特征。为了更好的缓解客流在时间与空间分布上的不均衡性,因此需要从线路布置、站台有效长度和列车追踪间隔时间的角度分析城市轨道交通编组方案的影响因素;将各种车型进行对比分析其主要参数,便于模型的建立和结果的计算。其次,对列车三种编组方案的展开研究,分析了编组方案确定原则和确定方法,研究国内外不同列车编组方案的应用案例,确定客流与运能匹配的运输组织方式,对多编组开行方案进行适用性研究分析,为建模提供了理论依据。然后,在影响列车编组方案的各约束条件下,以乘客出行成本、上线车组数以及运能与客流量匹配度最优为目标,构建了多编组优化模型。分析本文目标函数并确定了模型求解的基于粒子群的多目标搜索算法。最后,对本文模型进行实例验证。利用单一编组方案的确定方法,求出各规划期的列车开行方案,出于对乘客与企业利益的综合考虑,确定出规划初期与远期开行单一编组、近期采用多编组的开行方案。基于近期高峰小时的断面客流以及全天客流数据,设置相关参数,运用已建优化模型对全日各运营时段的列车开行方案进行优化,并与单一固定编组进行对比,验证针对近期客流不均衡采用多编组列车开行方案的可行性。研究成果在降低乘客出行成本,提升运能与客流量的匹配度方面都可以取得一定的效果,今后在对城市轨道交通开行方案进行规划设计时,可以考虑采用此方法。

关键词：城市轨道交通多编组多目标优化粒子群算法影响因素分析

城市轨道交通多交路多编组列车开行方案优化研究

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城市轨道交通多交路多编组列车开行方案优化研究

作者：李正洋西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国城市化进程的不断加快,城市的面积逐渐扩大,城市轨道交通线路的长度也越来越长,导致线路上客流需求在时间与空间上分布的不均衡性愈发明显。面对不均衡的客流分布,传统的单一交路、单一编组的列车开行方案已经不能满足... 详细信息

近年来,随着我国城市化进程的不断加快,城市的面积逐渐扩大,城市轨道交通线路的长度也越来越长,导致线路上客流需求在时间与空间上分布的不均衡性愈发明显。面对不均衡的客流分布,传统的单一交路、单一编组的列车开行方案已经不能满足城市轨道交通运输企业的运营需求。因此,一些城市轨道交通线路开始采用多交路多编组的列车开行方案,以求更好地满足复杂的客流需求,降低企业的运营成本。基于此,如何科学合理地设计多交路多编组列车开行方案,成为一个具有理论意义与实践价值的研究问题。本文在回顾既有研究的基础上,对城市轨道交通多交路多编组列车开行方案优化问题进行了研究,主要内容如下:(1)总结了城市轨道交通列车开行方案的主要内涵,包括了列车交路方案、列车编组方案、列车停站方案以及列车开行对数。分析了不同列车交路方案、不同列车编组方案、不同列车停站方案的优缺点及适用情况,介绍了列车开行方案的计算方法,分析了多交路多编组列车开行方案的设计难点。从客流、行车条件及运力资源三个方面,系统地分析了城市轨道交通列车开行方案的影响因素,为建立城市交通多交路多编组列车开行方案优化模型提供理论基础。(2)以直线型城市轨道交通线路为研究对象,考虑交路对车站和区间的覆盖、区间断面客流、运营规则、折返站和区间能力、可用车底数量等约束,以运输企业成本最小化为目标,建立了列车开行方案设计子模型。随后,基于给定的城市轨道交通线路,提出了服务网络构建方法,以乘客等待时间成本与换乘成本最小化为目标,建立了基于最优策略的客流分配子模型来刻画乘客的出行选择行为。然后将两子模型加权、集成并线性化,得到了城市轨道交通多交路多编组列车开行方案优化模型,该模型为混合整数线性规划模型,能够同时优化线路的列车交路、列车编组和列车开行对数。最后基于模型特点,设计了一种适合大规模算例的且易于实现的局部搜索算法。该算法以运输企业最优解为起点,在预先确定的搜索范围内迭代求解两子模型,来搜索更优的列车开行方案。(3)以某城市轨道交通规划线路为例,测试了模型与算法的计算性能。结果表明,本文所提出的有效不等式与特殊线性化方法能够加快模型求解;局部搜索算法能够在短时间内得到高质量的解或最优解。然后以重庆轨道交通3号线为例,分析了优化列车开行方案的质量。结果表明,相较于现行方案,优化列车开行方案使运输企业成本降低了4.36%,使乘客出行成本降低了3.39%。最后进行了灵敏度分析,分析了权重系数、可用列车编组类型、线路最大交路数目与可用折返站数量对求解结果的影响。

关键词：城市轨道交通列车开行方案多交路多编组最优策略局部搜索算法

考虑满载率均衡的城市轨道交通快慢车与多编组组合优化方案设计

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考虑满载率均衡的城市轨道交通快慢车与多编组组合优化方案设计

作者：蒋天宇北京交通大学

学位级别：硕士

随着我国城市范围的不断扩大,大量人口涌入城市周边生活,使跨组团的长途客流比例日益增加,而城市轨道交通线路为了适应这种变化,目前大多采取快慢车的运营组织模式。然而,当长途客流比例进一步增大时,使用单一编组的快慢车开行方案将加... 详细信息

随着我国城市范围的不断扩大,大量人口涌入城市周边生活,使跨组团的长途客流比例日益增加,而城市轨道交通线路为了适应这种变化,目前大多采取快慢车的运营组织模式。然而,当长途客流比例进一步增大时,使用单一编组的快慢车开行方案将加剧快、慢车间的满载率不均衡现象,即快车满载率过高,降低了快车乘客的乘车体验;慢车满载率过低,又造成了慢车运能的浪费。基于上述背景,本文考虑采用快慢车与多编组组合开行的模式,优化快、慢车间的满载率均衡水平,提高快车乘客的乘车体验,合理分配运能。论文主要研究工作与结论如下:(1)在分析了日本京成线、上海地铁16号线的典型快慢车与多编组结合案例的基础上,结合既有研究提出了快慢车与多编组组合开行方案的前提条件、组合模式、影响因素及方案优化评价指标。(2)建立了考虑乘客舒适度的广义出行费用函数,并根据乘客的出行选择特征及乘客对不同满载率下的列车舒适度评分的调研数据,标定了函数中各时间参数和舒适度系数,并据此提出乘客的出行选择概率计算方法。(3)建立了考虑满载率均衡性的快慢车与多编组方案组合优化的双层规划模型。上层模型为以全体乘客广义出行成本和企业运营成本综合最小为目标的快慢车开行方案优化模型;下层模型为以满载率均衡指标最小为目标的快慢车编组方案优化模型。并设计了“遗传+穷举迭代”的启发式算法进行求解。(4)以某市线路为案例,进行模型求解,并设置站站停方案、单一编组的快慢车方案作为对比方案与最优方案进行对比分析,得出采用“快车大编组、慢车小编组”的快慢车与多编组组合开行的模式可以有效提升线路服务水平和快慢车满载率均衡性的结论。与站站停方案对比,组合优化方案的总乘客广义出行费用的优化率达1.4%;企业运营成本的优化率达2.7%。与单一编组的快慢车方案对比,总乘客广义出行费用的优化率达1.0%,其中乘客舒适度成本的优化率达24.5%;企业运营成本优化率达0.47%,满载率均衡系数的优化率达到12.1%。说明快慢车与多编组组合优化方案更优于站站停及单一编组的快慢车方案。(5)对长途乘客占比、满载率、列车停站时间进行灵敏度分析。得到了当长途乘客占比在70%～90%之间时最适宜开行快慢车与多编组组合优化方案;满载率上限的提高有利于多样化编组方案的选择并减少运营成本,但会带来乘客乘车体验的下降;列车停站时间越长,组合优化方案在乘客总旅行时间上的优化率越高等结论。

关键词：城市轨道交通快慢车多编组列车开行方案双层规划遗传算法

考虑多编组的城市轨道交通快慢车停站方案研究

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考虑多编组的城市轨道交通快慢车停站方案研究

作者：王林杰兰州交通大学

学位级别：硕士

随着我国城市化进程的高速发展,人民日益增长的交通出行需求同现有的交通服务设施矛盾不断增加,城市轨道交通作为一种新型、清洁和安全的交通工具应运而生。而传统的城市轨道交通站站停方案难以满足客流空间分布不均衡和长距离大客流的... 详细信息

随着我国城市化进程的高速发展,人民日益增长的交通出行需求同现有的交通服务设施矛盾不断增加,城市轨道交通作为一种新型、清洁和安全的交通工具应运而生。而传统的城市轨道交通站站停方案难以满足客流空间分布不均衡和长距离大客流的出行需求,为了提高城市轨道服务水平和减小乘客出行成本,开行快慢车停站方案能够有效改善传统站站停方案所面临的问题,缓解乘客出行的压力,减小长距离乘客出行的时间费用成本。由于乘客出行选择不同,单一编组条件下快慢车停站方案列车之间满载率很不均衡,不仅造成快慢车之间运能不足或浪费问题,而且降低了企业运营服务水平。开行多编组的快慢车停站方案能够解决客流分布不均衡和快慢车之间满载率不均衡的问题,提高乘客满意度以及快慢车之间满载率均衡性。本文主要研究了以下几个方面的内容:1.对城市轨道交通客流时空特征进行介绍,分析了多编组方案的适应性和影响因素以及快慢车方案的开行对数、开行比例、启停附加时间、停站时间和越行地点等影响因素。在线路其他设施条件的确定下,快慢车停站方案和多编组运行方案主要是受客流分布的影响,说明了开行考虑多编组的快慢车停站方案的适用性和可行性。2.在开行快慢车方案后乘客被分成四类,起讫站相同时选择直达,起讫点不同时不仅可以选择慢车直达,也可以选择乘坐不同列车换乘到达,所以为了刻画乘客出行选择行为,首先建立了乘客出行广义时间费用模型,然后结合Logit分配模型建立了乘客出行选择概率模型,最后根据OD客流表计算出每部分乘客出行的人数,为下面建立快慢车停站方案模型做好准备。3.以乘客出行广义时间费用最小和企业运营成本最低为目标一建立模型,以满载率均衡系数最小为目标二建立模型,最终构建了一个多目标优化模型。然后介绍了NSGA-II改进多目标算法,并设计算法来求解该多目标模型。4.以B市线路为例进行案例分析,首先分析了该线路客流的特征,表明该线路客流适合开行多编组的快慢车停站方案。然后使用NSGA-II算法进行模型求解,结果表明本文组合式开行方案比站站停方案乘客出行时间成本和企业运营成本之和节省了97515.5元,优化率为1.28%,但站站停方案没有快慢车之分,所以满载率均衡系数方面不做比较;组合式优化方案比单一编组的快慢车停站方案乘客出行时间成本和企业运营成本之和节省了10403.9元,优化率为0.14%,满载率均衡系数减小了1.01,优化率为58.72%。最后对停站时间、发车对数和满载率因素分别进行单因素和双因素灵敏度扰动分析,发现对乘客出行时间费用影响较大的因素为停站时间,对企业运营成本产生较大影响的因素为发车对数,对编组数量影响最大的因素为满载率。

关键词：城市轨道交通停站方案快慢车多编组 NSGA-Ⅱ算法

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城际铁路多编组列车开行方案效果研究

城际铁路多编组列车开行方案效果研究

作者：刘颂北京交通大学

学位级别：硕士

近年来我国城际铁路蓬勃发展,但其客流时空分布不均衡性显著,传统单一编组模式间隔过小容易造成运能虚靡,间隔过大又降低了服务水平。本文研究城际铁路多编组列车开行方案,目的是促进运能与客流时空分布相匹配,降低企业运营成本,减少旅... 详细信息

近年来我国城际铁路蓬勃发展,但其客流时空分布不均衡性显著,传统单一编组模式间隔过小容易造成运能虚靡,间隔过大又降低了服务水平。本文研究城际铁路多编组列车开行方案,目的是促进运能与客流时空分布相匹配,降低企业运营成本,减少旅客出行费用。本文的主要工作及结论如下:(1)从线路概况、列车开行情况、客流特征、企业盈亏情况4个方面对国内28条城际铁路线路运营和列车开行情况进行分析,总结出城际铁路运营现有“真实上座率”较低、列车发车间隔过大、车站服务频率过低、列车编组形式单一致使运能不能与客流时空特征较好匹配、大部分运营企业亏损等问题。考虑多种停站模式的多编组列车开行方案可以有效地解决这些问题。因此,有必要以企业运营成本和旅客出行费用为目标,研究考虑多种停站模式的多编组列车开行方案。(2)从企业成本出发,以与列车相关的企业运营成本最小为目标,以各编组类型列车的开行列数、停站序列为决策变量,构建了企业成本型多编组列车开行方案模型,采用遗传算法求解,得到全日多编组列车开行方案。研究表明,全日多编组列车开行方案相较于单一编组列车开行方案,与列车相关的企业运营成本减少42.01%,其中动车组购置费用减少36.36%、动车组检修和维护费用减少36.36%、列车运行成本减少45.00%、列车停站成本减少42.93%、人力成本减少24.24%;日断面满载率平均值由0.272提高到0.513。(3)从旅客费用出发,以旅客出行费用最小为目标,以各编组类型列车的开行列数、停站序列为决策变量,构建了旅客费用型多编组列车开行方案模型,采用遗传算法求解,得到全日多编组列车开行方案。研究表明,全日多编组列车开行方案相较于单一编组列车开行方案,旅客出行费用减少31.76%,其中旅客候车时间费用减少35.13%、旅客在车时间费用减少31.64%;日断面满载率平均值提高5.26%;日均发车间隔缩短34.46%。(4)归纳总结了我国既有城际铁路客流的时空分布形态,并从企业成本和旅客费用出发,研究高峰阶梯型、高峰渐变型、高峰中间型、高峰均等型、无峰阶梯型、无峰渐变型、无峰中间型和无峰均等型8种时空分布形态客流下多编组模式的适用效果。研究表明,多编组模式与单一编组模式相比,可使8种时空分布形态客流与列车相关的企业运营成本降低34.02%9.05%、旅客出行费用减少7.73%1.76%。8种时空分布形态客流下多编组模式均有较好的适用效果。

关键词：城际铁路多编组列车开行方案效果时空分布形态不均衡性

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城市轨道交通列车多编组方案优化研究

城市轨道交通列车多编组方案优化研究

作者：刘思楠兰州交通大学

学位级别：硕士

城市轨道交通作为现代化大城市公共交通的运输主力军,分担了城市交通运输体系的大部分客流运输压力。然而,随着城市轨道交通线网规模的扩大,线路客流时空分布不均衡的现象日益显著。多编组运营组织模式可以实现运能与客流的动态匹配,有... 详细信息

城市轨道交通作为现代化大城市公共交通的运输主力军,分担了城市交通运输体系的大部分客流运输压力。然而,随着城市轨道交通线网规模的扩大,线路客流时空分布不均衡的现象日益显著。多编组运营组织模式可以实现运能与客流的动态匹配,有效缓解线路客流时空分布不均衡造成的运力资源紧张或浪费的现象,具有较高的研究价值。论文的主要工作及结论如下:(1)总结概括了列车编组的类型及每种编组形式的适用性和优缺点,同时调研了多编组在国内外城市轨道交通领域的应用实践,验证了多编组在我国城市轨道交通领域的落地可行性。在此基础上,通过定性分析与定量分析结合的方法对杭州地铁1号线、北京地铁1号线的线路客流进行了时空特性分析。并对制约多编组运营的关键技术问题展开了研究,针对多编组运营模式下的车辆配置、屏蔽门系统、信号系统等面临的技术难点给出了相应的解决方案。(2)针对城市轨道交通同一日不同时段客流分布差异性较大的问题,考虑乘客和运营企业的博弈关系,运用时间费用和拥挤费用来刻画乘客的出行感知满意度,通过车辆走行公里成本、车辆购置成本和上线车组数成本来刻画运营企业成本。以乘客出行感知满意度最大和运营企业成本最小为目标构建了城市轨道交通列车多编组方案优化模型,并设计了NSGA-Ⅱ算法对模型进行求解。最后通过算例求解验证了模型的正确性和算法的有效性。(3)对单一编组、多编组均衡发车、多编组非均衡发车场景下的多编组方案进行了对比分析,分析结果表明:在线路客流适中的情况下,相对于传统单一编组,多编组运营组织模式不仅可以提高乘客的乘车服务体验,同时也能降低企业的运营成本。除此之外,通过对比分析还发现多编组非均衡发车时大小编组列车间的满载率不均衡程度远低于多编组均衡发车时的满载率不均衡程度。(4)对列车编组辆数、列车发车间隔、线路高峰时段OD客流这三个参数进行了灵敏度分析,分析了其不同取值对多编组方案的影响。通过参数灵敏度分析得到了一些可行性建议,可以为决策者提供决策支撑。

关键词：城市轨道交通多编组列车编组方案 NSGA-Ⅱ算法运营条件分析