城市轨道交通多编组列车时刻表和车底周转综合优化研究

为缓解城市轨道交通高峰客流拥挤,减少平峰运力浪费,本文研究多编组列车混跑场景下的列车时刻表和车底周转综合优化问题。基于动态变化的OD客流需求和多类型的行车资源,以最小化乘客等待时间和列车运行费用为优化目标,以开行列车总数、列车时刻表、编组类型、列车出入段情况和车底接续关系为决策变量,考虑时刻表、车底衔接、车底资源、折返线占用和列车能力等约束,构建城市轨道交通多编组列车时刻表和车底周转综合优化模型。根据开行列车总数可变的特点,设计变长度非支配排序遗传算法Ⅱ求解双目标的帕累托集合。以某地铁线路为例进行案例分析,结果表明:相比于单一编组方案,优化的多编组方案可同时降低26.16%和25.75%的乘客总等待时间和列车运行费用;优化后的列车平均满载率增加了1.3%~9.6%,进一步提高了运输能力和客流需求的匹配度。

城市轨道交通列车系统部件集中维修规划布局研究

实现城市轨道交通列车系统的部件集中维修对于提高维修效率、优化资源配置、节省投资费用具有重要意义。研究首先筛选出适用集中维修的车辆部件集合;然后以集中修部件往返转运总里程和部件维修中心总费用最小为优化目标,构建部件集中维修规划布局模型;最后以某城市轨道交通线网为例进行验证,研究权重系数、最短路面转运距离限制2个关键参数对优化方案的影响。案例结果表明:所得结果相比现行方案可在略微增加转运总里程的情况下,显著节省50.25%的维修中心总费用;企业可通过对优化目标的偏好调节权重系数,提升所得集中修方案与运维需求的适配性;转运距离限制可实现所得结果匹配实际需求,保证了布局方案在实际轨道交通线网中的可行性。

城市轨道交通网络跨线列车开行方案优化模型研究

通过开行跨线列车减少乘客换乘次数可有效提升城市轨道交通运输服务水平,本文结合线网客流特征提出跨线方案备选方法,构建跨线列车开行方案优化模型。首先,根据研制的出行路径推算系统分析线网全日各类客流量及比例,确定线网跨线列车的跨线次数,获得备选跨线长交路集;其次,以乘客换乘次数最小化为目标构建满足运营基本条件和跨线能力约束的跨线列车开行方案模型,并嵌套基于发车频率客流分配的改进遗传算法求解,获得本线交路和跨线交路的开行频率;最后,以某城市轨道交通线网为例,研究跨线列车开行方案的优化效果。结果表明:在换乘站开行跨线长交路,全网换乘乘客总换乘次数减少了2.02%~5.97%,降低乘客换乘时间和线网换乘系数,同时直达客流增加了1.58%~4.58%;跨线长交路在衔接线路上承担小交路以补充断面运力,减少本线交路列车的开行频率,可减少线网的上线列车总数和列车正线走行公里数;此外,当换乘站的换乘客流量较高时,跨线长交路因衔接线路上本线交路列车开行频率较高而无法实施,且随着跨线交路开行频率接近跨线能力上限,运营服务水平的提升效果呈逐渐降低趋势。

地铁潮汐客流下变编组列车不成对运行图优化

方向不均衡分布的潮汐客流在大城市的地铁系统中较为常见,新兴的变编组技术为应对潮汐客流提供了新方法。为解决潮汐客流下客流需求与运力难以匹配的问题,针对布置双端车辆段的双向线路,考虑车底在线路两端折返线进行在线解编联挂作业,协调列车时刻表、编组方案与车底周转计划,编制变编组下列车不成对运行图。从列车到发时刻、客流、车底周转和折返线占用4个方面设置约束,以最小化乘客和企业总成本与出入段作业接续占比加权和为目标,构建变编组下的不成对运行图优化模型。综合运用变邻域搜索算法和贪心算法对模型进行求解,前者更新运行图中的车次到发时刻和车底编组,后者求解对应的车底周转计划。为验证模型有效性,对具有潮汐客流特征的北京地铁八通线一期工程线路进行案例分析。研究结果表明:早高峰时段列车解编、联挂作业分别主要发生在大、小客流方向终点站;变编组较单一大编组和多编组分别降低了8.28%和4.82%的乘客和企业双方总成本,在保证服务质量的同时节约了走行车公里和运用车数;变编组较多编组减少了26.02%的出入段作业接续占比和20.51%的车底出入段作业次数,通过在线解编联挂作业有效减少了编组类型对车底接续的影响,提高了车辆利用率。研究成果可为列车编组方案的选择和变编组的运营组织提供依据。

虚拟编组条件下列车区间解耦和耦合适用性分析

列车在区间进行虚拟解耦和耦合作业实现编组数量的动态变化,进一步提高城市轨道交通运营组织的灵活性。将列车区间虚拟解耦和耦合作业与传统快慢车、大小交路和Y型线的运输组织模式相结合,基于相对制动距离的安全防护方法提出虚拟编组下列车最小安全追踪距离的计算公式,考虑列车参数、区间长度、区间限速和安全间隔等影响因素,分析列车区间虚拟解耦和耦合作业的运动过程及适用性。仿真结果表明,虚拟编组相较于常规移动闭塞情况列车最小安全追踪距离缩短了69%以上;市区线由于站间距较短,区间耦合目标速度需低于30 km/h,宜在车站进行静态作业,而市郊线和城际线站间距较长,区间解耦目标速度和耦合目标速度分别能达到160 km/h和80 km/h,宜在车站和区间进行作业;区间动态作业相比于车站静态作业能力提高了40.9%。

信号交叉口延误计算方法的比较

在论述控制延误、停车延误和引道延误概念和关系的基础上,着重分析了用于计算延误的调查法、分析法和仿真法,并以十字型交叉口为案例,分别使用点样本法、HCM2000法、SimTraffic5系统和VISSIM3.60系统计算交叉口延误.经分析认为,VISSIM3.60系统在交通行为描述和参数设置方面更为细致,因此更适合计算国内混和交通流条件下信号交叉口延误.

基于M/G/c/c模型的地铁车站楼梯通道疏散能力瓶颈分析

乘客疏散能力及服务水平是地铁车站设计与站内客流组织的重要组成部分,也是保证安全运营的重要影响因素。M/G/c/c网络排队模型适用于各种空间内行人运动过程分析及相应指标的计算。本文在乘客运动特性分析基础上,结合车站空间结构特征,构建基于M/G/c/c的地铁车站楼梯与通道乘客疏散能力瓶颈分析模型。以北京地铁2号线与4号线的西直门换乘站为例开展研究,计算分析该站在乘客到达率发生变化时楼梯、通道的疏散能力瓶颈点,验证模型的有效性与实用性。

基于事故树分析的铁路牵引供电系统可靠性评价

提出一种基于事故树分析的可靠性评价方法,用于描述电气化铁路牵引供电系统各失效原因之间的逻辑关系,并通过定量分析方法计算系统失效概率函数。虽然事故树分析方法被用于评价复杂大系统的可靠性时具有良好效果,但不足之处是需要消耗大量的计算时间。因此,本文又进一步提出一种事故树近似评价方法,根据串-并联和并-串联系统的可靠性函数计算事故树顶事件发生概率的上、下边界,然后计算上、下边界的平均值作为事故树顶事件发生概率的近似值。本文以电气化铁路交流牵引供电系统AT供电方式为例建立事故树,并应用本文提出的近似方法对该算例事故树顶事件发生概率进行计算,证明本文方法与传统的准确评价方法的计算结果之间误差很小,且较大程度减少了评价过程所需的计算时间。

面向列车可变编组的地铁乘务排班计划优化研究

列车可变编组运营组织模式对地铁乘务排班计划的编制产生影响,为探讨可变编组和固定编组条件下乘务排班的区别,在降低运营成本的同时尽量提高乘务员值乘效率,以传统乘务排班模型为基础,以班次数及乘务区段接续时间最小为目标建立可变编组乘务排班调整模型,设计基于广度优先搜索的两阶段法求解,并以某条地铁线路为例进行分析。结果表明:对比固定编组,可变编组乘务排班计划仅增加4个白班,乘务员平均工作强度减小,乘务区段接续时长减少25min,区段连接更加紧密,乘务员等待时间变少;对比手工编制方法,两阶段法求解的可变编组和固定编组乘务排班计划分别减少了19个和18个班次,且值乘效率的变化不超过4%。案例结果验证了模型和算法的有效性,为探讨可变编组下排班问题的编制特征提供参考。

城市轨道交通系统韧性研究现状及展望

具有良好韧性水平的城市轨道交通系统能够有效应对因自然灾害、人为失误、设施设备故障等因素导致的突发事件。为充分把握国内外城市轨道交通系统韧性相关的研究动态,运用文献计量分析法分析了相关研究文献的关键词和研究热点,发现早期的研究重点为轨道硬件结构韧性,运营服务韧性在近年来逐渐得到关注。结合韧性概念在物理学领域、生态学领域和城市管理领域的发展过程,阐释了城市轨道交通韧性的内涵。面向典型的社会事件和自然灾害场景,韧性评估方法的研究对象由车站扩展至线路再到线网,但在当前技术条件下评估对象的规模与颗粒度存在博弈关系,尚未完全挖掘宏微观、动静态对象间的联动影响机理。在韧性评估指标方面,对基于拓扑结构、运输能力、综合性能和业务环节的指标体系进行梳理,发现还可进一步从空间布局、工程条件、设施设备、人员配置、管理手段、社会力量等方面丰富现有指标体系。在指标度量方面,梳理了基于性能曲线的韧性建模、大数据分析、仿真模拟和数值分析共4种典型方法,发现基于单一方法的度量结果易受数据量、假设条件、指标权重分配等因素的影响,应综合使用多种方法度量不同类型和评估阶段的指标。在韧性提升和恢复方面,总结了包含事前预防、事中适应和事后恢复阶段的策略,发现既有研究多从运营管理角度出发,城市轨道交通基础设施灾后恢复的相关研究处于初步探索阶段。最后从①提升突发场景建模真实性;②考虑沿线城市空间和功能的影响进行动态细粒度分析;③探究突发事件影响传播机理以刻画系统内部变化;④研究韧性评估与提升效果验证方法共4个方面展望未来轨道交通系统韧性研究的发展方向。

基于费用最小的铁路牵引接触网维修计划优化模型

合理优化牵引接触网维修计划是确保电气化铁路电力稳定输送、系统高效运营的重要前提条件之一。本文构建以系统可靠性为约束条件的、基于维修费用最小的接触网维修计划优化模型。考虑到接触网系统中设备连接关系,设计了基于单设备维修计划优化的启发式求解算法流程,提出基于系统可靠性分析的牵引接触网维修计划调整方法。以某牵引供电分区实际调研数据为基础开展案例研究,验证所建模型及求解方法的有效性和适用性。

地铁车站内乘客疏散时间计算方法研究

在分析实测数据的基础上,针对地铁车站内乘客疏散时间计算问题建立了考虑人群密度、空间环境变化的数学模型.文中分别对乘客下车过程、站台、通道和楼梯的行走过程、使用自动扶梯过程以及通过出口过程进行分析研究,以乘客疏散过程为依据建立基于统计学与排队理论的综合计算模型,给出了适合计算地铁车站内乘客出站所需疏散时间的方法.本文以西直门地铁站乘客疏散为案例验证了所建立计算模型的有效性及实用性,模型计算结果与观测数据的总体误差约为2.25%,其中仅楼梯阶段与出口的通行时间计算误差超过10%.案例研究结果还表明地铁车站疏散能力存在上限,在进行地铁车站设计与列车运行计划制定的过程中应充分考虑这一限制因素.

地铁车站站台火灾影响分析与人员疏散研究

掌握地铁车站站台火灾对人员的危害性及其发展规律是确保安全运营和人员高效疏散的前提.本文在计算流体动力学的基础上,结合Pyrosim仿真软件构建地铁车站站台火灾仿真模型.分析了站台内火灾烟气的扩散规律,并在此基础上根据热释放速率、火源数量及位置,以及排烟速率的不同设计火灾场景,探索这些因素变化对火灾发展的影响,并结合通风策略对人员疏散时间和速度进行比较分析.所得研究结论为站台火灾发生时的应急措施和人员疏散提供依据.

基于费用最小的铁路牵引变电所维修计划优化模型

合理优化牵引变电所维修计划是电气化铁路稳定、高效运营的重要保障。本文在分析牵引变电所结构与设备可靠性基础上,建立以可靠性为约束条件的维修费用最小维修计划优化模型。考虑到牵引变电所系统构成的复杂性,进一步设计基于单个设备维修计划优化的启发式求解算法流程,提出基于可靠性分析的牵引变电所维修计划调整方法。本文还以电气化铁路牵引变电所的实际调研数据为基础开展案例研究,验证所构建模型与求解算法的有效性与实用性。

基于可靠性最大的铁路牵引变电所维修计划优化模型

合理优化牵引变电所维修计划是确保电气化铁路稳定、高效运营的重要前提条件.本文在分析牵引变电所结构特征与设备可靠性、建立维修费用计算方法的基础上,构建以维修费用为约束条件的、基于可靠性最大的维修计划优化模型.考虑到牵引变电所构成的复杂性,本文进一步设计了基于单个设备维修计划优化的启发式求解算法流程,提出基于供电系统可靠性分析的牵引变电所维修计划调整方法.本文还以电气化电路牵引变电所的实际调研数据为基础开展案例研究,应用所建模型及求解方法获得维修计划优化方案,验证了优化模型与求解算法的有效性与实用性.

基于DEA/AHP的快速路出入口间距仿真评价方法研究

合理设置城市快速路出入口间距对交通运行效率影响显著,间距过大不能满足周边网络的交通需求;反之,则短途交通流比例增大,出入口区域车辆交织频繁、互相干扰,严重影响交通效率,甚至造成交通拥堵。提出一种评价快速路出入口间距合理性的方法,在交通仿真模型基础上,引入DEA/AHP二阶段评价过程,既可对交通问题进行真实地再现分析,也可克服传统评价过程中存在的指标非均一性、量纲不统一以及指标权重确定过于主观的缺点。通过不同设置形式出入口的仿真案例分析,获得与既有文献中计算值基本吻合的结果。

运输需求预测计算机辅助系统研究

在改进传统四阶段预测方法的基础上,设计预测系统的总体结构和流程,介绍供需平衡调整方法,着重阐述系统在多方式运输网络拓扑结构描述方法、广义费用的构成和路径选择模型的改进3方面的工作,并开发了相应的计算机软件系统。在含拟建京沪客运专线在内的多方式运输网的基础上建立研究案例,采用"有无项目"对比的方法,使用所开发的软件系统分析了对比方案中京沪沿线相关区域运输需求的变化。

基于GA_GSQP算法的设备维修计划优化模型

维修工作是提高设备可靠性、保证设备正常运行的有效措施,本文建立了维修费用约束下可靠性最大的预维修计划优化模型.该模型以平均可靠性为优化目标,考虑了维修费用、维修间隔、设备运行总时间等约束.本文建立的模型为一般非线性优化问题,设计了基于全局序列二次规划方法(global sequential quadraticprogramm ing,GSQP)的改进遗传算法(GA_GSQP)进行求解.最后,在算例中以GSQP算法、遗传算法和禁忌搜索算法的优化结果作比较,分析了所设计的GA_GSQP遗传算法的优化效果.

灵活检修工艺下地铁车辆架大修作业调度优化方法

架大修作业调度方案是影响架大修作业效率的关键,其制定的重要依据是车辆检修工艺。首先,分析以人工调度为主的车辆架大修工艺的局限,根据车辆架大修作业的项目分解结构、工艺次序关系和执行对象,建立基于灵活检修工艺的车辆架大修作业调度优化模型,实现列车库内检修作业时间最小化;其次,针对模型中存在复杂次序关系约束的特点,设计改进的遗传算法进行求解;最后,通过对多种场景下车辆架大修作业调度优化方案开展案例研究,验证模型与算法的正确性和有效性。案例研究结果表明:采用灵活检修工艺可有效缩短车辆库内检修时间,显著提高架大修的作业效率,较3种对比检修工艺,架大修平均作业时间分别下降22.3%,15.2%,11.1%;双列同步作业时,采用不同修程混合维修模式,可有效降低维修作业瓶颈的影响。

基于工作强度均衡的地铁乘务轮班计划优化模型

地铁乘务轮班计划是运营组织工作的重要组成部分,对于提高运营水平和降低运营成本有重要影响.本文采用基于"轮班单元"的周期循环编制模式,以工作强度均衡为目标构建乘务轮班划分和分配两阶段模型,划分模型中不区分同种类型的班次,分配模型将具体班次分配到划分结果中.采用粒子群算法与模拟进化算法相结合的混合智能算法求解,并针对乘务计划两阶段模型分别进行算法设计.最后以北京市某地铁线路数据为例进行求解,对比发现,本文模型求解方案可有效提高乘务员工作量均衡程度.