基于小时均衡的城市轨道交通发车频率和停站方案优化

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城市轨道交通列车发车频率和停站方案是城市轨道交通运输计划中平衡客流需求和运输企业运力资源供给的重要手段,也是体现运输企业服务效率和服务质量的关键指标。随着城市轨道交通线路规模的扩张和乘客动态多样化的出行需求,使得客流在时空分布上呈现不均衡性。动态多样化的客流需求,使得运输企业的供给也要变得动态多样性。为满足动态多样性的客流需求,实现城市轨道交通运力资源合理配置,在交路计划、编组方案确定的情况下,对轨道交通列车发车频率和停站方案的优化非常必要。本文以城市轨道交通的发车频率和停站方案为研究对象,构建了优化模型,并以兰州市轨道交通1号线为实例研究,对其发车频率和停站方案进行了优化,通过比较优化后的方案与现有的站站停方案,说明了本文模型的有效性。论文主要从以下几个方面展开了研究。(1)从站站停的能量消耗以及客流的时空不均衡特征两方面分析了选题背景,提出了对列车的停站方案和发车频率进行优化的重要性。对国内外停站方案和发车频率优化的文献进行了梳理,指出了既有文献在研究的方法、模型考虑的因素、算法设计以及模型求解等方面提供的参考价值,为本文的研究奠定了基础。(2)分析了城市轨道交通列车发车频率和列车停站方案问题。首先从安全因素、服务水平、运营成本以及开行方案等方面分析了城市轨道交通发车频率的影响因素。其次,基于乘客角度和运营企业角度,阐述了列车发车频率对两者关系的矛盾,指出了协调城市轨道交通发车频率的必要性。再次,对常见停站方案的类型进行了介绍,同时分析了各停站方案的特点。再次,对城市轨道交通客流特性进行了分析,并基于此介绍了不同客流分布下的运营组织方法。(3)研究了城市轨道交通发车频率和停站方案优化模型和算法。本文是基于一个小时OD需求内,所有列车都以相同的间隔均衡发车的背景下,以优化列车的发车频率和停站策略,使得列车在满足乘客出行需求下尽可能减少列车的停站次数,降低列车的能耗。根据这个目标,在对乘客出行特征、列车运行特征介绍的基础之上,以列车停站位置和发车间隔为决策变量,从乘客出行特征、列车运行特征以及乘客旅行时间三方面构建了优化发车频率和停站方案的基本模型,并设计了求解该模型的遗传算法。(4)运用所建立的优化模型,以兰州市轨道交通1号线单方向(陈官营站——东岗站)为案例,求解了线路在一个小时OD客流需求下的停站方案及发车频率。优化后的发车频率为12列/h,每一列车与其他列车停站方案不同,所有12列列车在1小时内累计跳站24次,列车在车站每一次不停站,将直接减少列车在此站的停站时间,减少起停附加时间,同时减少列车在车站由于制动、启动而消量的能耗。案例结果表明:在同发车间隔为300秒的情况下,本文优化后的停站方案比传统站站停停站方案减少总旅行时间8.50%,减少总在车时间11.32%,而优化后的停站方案总等待时间却比传统站站停停站方案多15.50%。通过指标的对比可知,总体来看,优化后的停站方案减少了列车停站的次数,降低了列车制动、启动能耗,减少了乘客的总旅行时间,优化后的发车频率和停站方案是有效的。
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