城市轨道交通列车时刻表和车底运用计划研究进展与综述

列车时刻表与车底运用计划是城市轨道交通运营规划的重要环节,也是运营企业实现降本、增效、提质的基础。围绕该领域的最新研究进展,从研究问题、建模方法和求解算法三个方面,对列车时刻表和车底运用计划问题进行了系统梳理和综述。在研究问题方面,既有文献侧重于列车时刻表优化、时刻表与车底运用协同优化,以及可变编组条件下的列车时刻表优化。在建模方法方面,文献主要采用一般整数规划和离散时空网络两类方法。在求解算法方面,启发式方法因其操作简便、灵活高效而被广泛应用;精确算法因能提供全局搜索和求解质量的评估机制,成为当前常用的方法;此外,强化学习方法在求解上述问题中也得到初步应用。未来研究需要关注通信、控制等技术变革带来的列车运营模式创新及其衍生的新问题,探讨城市轨道交通与其它交通方式的一体化融合,设计高性能求解算法以应对大规模城市轨道交通运营管理问题的计算挑战。

考虑动态随机客流的城市轨道交通列车时刻表仿真优化

为更加精准刻画动态随机客流与列车时刻表编制间的复杂匹配过程,综合考虑乘客动态随机到达过程、列车容量限制、车内拥挤度对乘客上下车速率影响、停站时间动态调整和列车运行安全防护等重要运营特征,构建城市轨道交通列车运行离散仿真模型。在此基础上,建立以最小化乘客平均候车时间为目标的随机非线性优化模型,并设计一种基于仿真的有限差分随机逼近算法,用于优化城市轨道交通发车方案。以国内某条线路的实际运营数据为例验证仿真模型及优化方法,结果表明所构建模型及算法具有较好的优化效果和计算效率,优化后的列车实绩运行时刻能更好地适应客流需求的动态随机性,且在不增加发车频次的前提下有效降低乘客平均候车时间,提升城市轨道交通运营管理水平。

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。

基于虚拟编组的城轨列车时刻表优化方法

针对高峰时段城市轨道交通客流与运力不匹配问题,考虑城市轨道交通客流时空分布特征、交通过饱和状态和车场车底数量限制,提出了基于虚拟编组的城轨列车时刻表优化方法。构造动态客流累计需求函数,预测不同时段客流量;考虑乘客需求、发车间隔、运行时间、车底数量、车底接续等约束条件,以列车在首站的发车时刻和各车次的编组方案为决策变量,以乘客平均等待时间与列车走行里程最小化为优化目标,建立了基于虚拟编组的城轨列车时刻表优化模型。针对原问题包含大量耦合约束条件,利用拉格朗日松弛算法将耦合性约束吸收至目标函数,将原问题分解为2个独立路径的子问题,降低问题的复杂度;再利用商业求解器求解子问题的下界解,并设计启发式算法求解子问题的上界可行解,得到原问题解的上下界。以上海地铁某线路为算例进行验证,结果表明:在高峰时段,所提动态客流累计需求函数与客流实际到达规律拟合度较高;固定编组模式下,非均匀发车时刻表相比于均匀发车时刻表,可降低24.15%的乘客平均等待时间和51.73%的滞留乘客等待时间;而所提虚拟编组列车时刻表相比于固定编组模式下非均匀发车时刻表,不仅可减少0.33%的列车运行里程,还可进一步减少16.95%的乘客平均等待时间和6.03%的滞留乘客等待时间。

大客流场景下列车时刻表与列车容量分配协同优化研究

为缓解城市轨道交通通勤线路中大客流车站及其下游车站的站台拥挤,降低候车乘客的聚集程度和安全风险,本文从时间和空间角度系统优化城市轨道交通列车容量资源配置。通过考虑时变客流需求和预留车厢策略,提出城轨列车时刻表与列车容量分配协同优化方法。具体地,通过引入列车发车时间、预留车厢数量和客流分配方案相关决策变量,以最小化预留车厢运营成本和站台乘客最大聚集数量为目标,建立列车时刻表与列车容量分配协同优化线性整数规划模型。其中,采用大M方法构建的客流分配约束能够满足乘客在时间和空间上的先到先服务原则。为验证所构建模型的有效性,设置4组数值算例进行对比实验,并采用优化求解器Gurobi求解。结果表明,相较于计划列车时刻表方案和两种单一优化策略方案,协同优化方案能够显著降低最大乘客聚集数量分别约为60%、52%和31%,降低乘客总等待时间分别约为29%、17%和29%。即协同优化方法能够均衡城轨列车容量的时空分布,从而有效降低站台候车乘客的聚集风险。

基于欧洲列车时刻表的高速铁路列车衔接方案探讨

随着高速铁路的快速成网,铁路换乘客流将明显增加,提高换乘组织效率是高速铁路客流组织亟待解决的关键问题之一.基于欧洲列车时刻表、路网结构数据,本文系统分析了欧洲铁路旅客换乘组织的成功经验.定量分析了放射路网、网状路网两种典型路网的铁路运输组织模式及列车衔接方案特点,归纳出换乘节点主要衔接组织方式及适用条件.最后,根据我国高速铁路网结构,给出欧洲经验对我国高速铁路列车衔接方案编制的一些启示.

基于客流需求的城际列车时刻表模型改进研究

列车时刻表的编制是铁路旅客运输组织的关键问题,如何优化时刻表,最大限度缩短旅客的旅行时间,具有重要的理论和现实意义.然而,既有基于客流需求的时刻表优化模型大多数假设列车顺序固定或不允许列车间任意越行,离实际尚有一定差距.针对这一问题,本文以最小化旅客在站等待时间和在车旅行时间的线性加权为优化目标,综合考虑列车停站、区间运行、安全间隔、列车容纳能力等约束,在定序无越行和定序有限越行模型的基础上,构建了更一般的非定序任意越行混合整数二次规划模型,并利用ILOG CPLEX分别进行求解.最后,以某城际高铁为例进行案例研究.结果表明,本文所提的非定序任意越行模型求解质量最好,且能有效减少旅客全程旅行时间,具有可行性.

基于欧洲列车时刻表的高速列车行车组织方案

通过对欧洲列车时刻表等相关数据的统计和分析,总结欧洲主要类型高速列车基于路网节点系统的行车组织特点及规律,包括列车开行方案中的列车起迄点选择、停站方案设计、列车之间的接续和换乘、直达与中转换乘方案结合方式、时刻表结构和高速列车下线运行方式等,并结合我国实际路情提出建议方案,欧洲的一些先进的设计理念对我国未来快速客运网中高速列车的行车组织方案的研究具有借鉴意义.

基于节能的地铁列车时刻表优化

合理的列车时刻表,可调节在线列车启动、制动情况,增加再生制动能量被启动列车吸收利用效率,减少其在制动电阻上的消耗。结合四列车理想模型,采用粒子群算法调节列车停站时间,优化列车运行时刻表以达到节能的目的。停站时间修正量为5 s和10 s两种情况。仿真结果显示理想模型中变电站能耗降低、列车总能耗降低、列车总回馈能量上升,制动电阻能耗降低。在此基础上,利用粒子群算法优化南京地铁2号线时刻表,结果表明变电站能耗减少5%,节能效果明显,算法有效。

轨道列车时刻表问题研究综述

广泛的实践应用和复杂的计算挑战,使得轨道列车时刻表优化问题,多年来一直是交通运输及运筹管理学界的热点研究问题。作为轨道交通运营规划的一个子阶段,列车时刻表向上与线路规划(或开行方案)、向下与动车组调度融合,可以得到多个延伸的研究选题。在特定的时空网络中,列车时刻表设计就是为每个列车确定一条无冲突的运行路径,使基于用户的度量指标如乘客候车时间,或企业的度量指标如运营费用达到最优。对于没有列车越行和停站模式给定的情况,通过整数变量可以完整地刻画列车时刻表模型,但如果考虑列车越行或列车停站决策,则需要引入列车在车站出发顺序或停车决策的0-1变量。一般而言,列车时刻表问题的数学模型是一类典型的大规模、多目标、强耦合的NP完全问题。算法设计是列车时刻表问题最为重要和困难的部分。对于问题较简单或规模较小的情况,常用方法是对原有复杂问题进行适当简化和(或)对难处理表达式进行合理修改,然后使用先进的计算架构和商用优化软件求解更新后模型。当然,分支定界和动态规划这两类直接分解算法,是求解列车时刻表问题的重要方法。对于问题复杂和规模庞大的情况,以拉格朗日和列生成为代表的对偶分解算法,则是求解列车时刻表问题的最佳选择。未来,探讨列车时刻表与各种现实需要(如设施维修),以及时变票价和客票分配等因素之间的深度融合,是一个有价值的研究方向;其次,研究网络环境下列车时刻表问题,将是一个非常有意义的研究选题;最后,应进一步设计集成了问题特点与现代优化技术的各类求解算法,开发能够完全应用于实际运营的商用软件。

面向需求的城际列车时刻表与停站方案同步优化

为了同步优化城际铁路列车时刻表和停站方案,本文引入小时OD客流作为需求输入,考虑可变区间运行时间条件,耦合列车安全运行和需求合理加载约束,从列车运行效率和旅客出行质量两方面构建双目标线性整数规划模型。结合模型特点,采用ε-约束法将其转化为单目标优化模型,并依据问题特征构造两组有效不等式,设计分支切割算法求解转化后的单目标模型。为验证所提方法的可行性和有效性,设置以广州南—珠海城际铁路为背景的多组算例进行案例研究。计算结果表明:所提方法能够有效求解实际案例,其列车服务方案可以高度匹配旅客需求时空分布,相较于平峰时段,高峰时段分布了近70%的列车运行线,以及69%的列车停站;对于直接使用GUROBI无法求解的中大规模问题,所提方法能够在合理计算时间内获得满意可行解,展现出良好的求解性能。

基于列车时刻表的铁路客运服务水平分析

通过对铁路第五次、第六次大提速列车时刻表数据的汇总比较,以及相关统计数据的收集与整理,采用定量分析的方法对我国铁路客运供给能力及其对需求的适应性进行分析。从旅客发送能力,旅客列车的始发、终到和停靠,城市间列车直达及换乘的方便性,列车平均运距与平均旅行时间,动车组列车的影响5个方面研究我国铁路客运服务水平并提出相关建议。

基于OLE技术的列车时刻表智能编排系统的设计与实现

针对列车运行图调整频率高、人工编排时刻表效率低的问题,利用Microsoft Publisher软件的优势,运用OLE技术设计出列车时刻表智能编排系统,实现了列车时刻表编排工作的自动化,该系统经试用,效果良好。

高速铁路中间站股道规模配置与列车时刻表的综合优化

高速铁路中间站的股道规模是影响线路通过能力和运输效率的重要因素;由于在高速铁路的规划阶段,很难对线路的远期客流情况进行预估,因此在运营一段时间后,往往需要通过修建侧轨或站台的方式,对线路沿线的中间站的轨道规模进行更新配置。对于高速铁路来说,其线路上运行的列车均为动车组列车,列车的追踪间隔短,发车密度大,在中间站的停站时间不能过长,一般都以快进快出的运营模式进行运营;同时高铁修建和运营具有高成本属性。文中以改建施工成本和总旅行时间作为评价目标,以列车时刻表与中间站股道数量的耦合关系为约束,构建了综合优化模型。在将约束线性化的基础上,借助商业优化软件GAMS和其集成的CPLEX求解器对模型进行了求解。算例结果表明:将中间站的股道规模配置情况和列车时刻表进行综合优化,一方面能够在时刻表中较好地确定列车越行和折返的站点,另一方面能够在最低施工成本的情况下最大限度地满足未来客流的需求。

长株潭城际列车时刻表优化研究

列车时刻表是和旅客的出行的指南,也是运输企业服务水平的体现,通过从长株潭城际列车开行方案出发,优化编制了列车时刻表,为长株潭城际列车服务区域交通提供一定的参考依据。

《铁路旅客列车时刻表》智能排版系统的研究

用计算机编制《铁路旅客列车时刻表》在数学上是以最小的页数排完所有应排的信息,且使旅客查询方便。本文研究,提出了数学模型和算法,为这方面或类似问题的研究与软件开发提供了有效的方法。

城轨线路列车时刻表与车站客流控制协同优化方法

在轨道交通网络化运营条件下,针对高峰期车站拥挤问题,综合考虑站外到达乘客的持续性到达特征和换入客流的脉冲性到达特征,研究换入客流影响下的列车时刻表与客流控制问题。具体的,以最小化乘车延误人数为目标,考虑乘客换乘约束、列车容量约束等,构建城轨列车时刻表与客流控制协同优化非线性规划模型,并引入0-1决策变量将其转化为整数线性规划模型。为验证模型有效性,以某轨道交通线路实际运营数据为背景,借助优化求解器CPLEX对模型进行求解。结果表明,本文所提方法具有良好的优化效果和计算效率,与优化前相比,乘车延误人数可显著降低;与仅优化列车时刻表方案相比,协同优化方法可使乘车延误人数减少17.69%,可有效提升轨道交通的服务水平,为城市轨道交通系统高质量运营提供一定的理论支撑。

Excel模板在列车时刻表中的应用

以列车时刻表为例详细介绍了如何利用Excel模板来制作报表的技术以及在制作批量时刻表报表过程中存在的问题与相应的解决方法。通过采用Excel模板方法,不但能满足制作不同类型复杂时刻表的要求,同时也降低了编程中报表输出部分的开发难度并增强了用户对最终报表的可操作性。

城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型

基于单条城市轨道线路,分析客流需求、列车时刻表及车底运用之间的密切联系,以运行安全、资源限制、列车容纳能力等作为主体约束,综合考虑公司运营费用和乘客出行费用,构建基于客流分布的城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型,并采用线性处理方法,将模型转化为混合整数线性规划(MILP)模型.最后,以北京地铁亦庄线为实例,利用ILOG CPLEX对模型进行求解.结果表明,与既有的优化方法相比,本文模型得到的列车运行计划方案能够更好地节约成本,提高车底利用效率,满足城市轨道交通乘客和运营企业双方的利益.

基于ADMM方法的新增列车条件下灵活的列车时刻表优化算法研究

以高速铁路走廊为背景,旨在研究新增列车条件下的列车时刻表优化问题。为了获得更加实际和更加灵活的列车时刻表,提出基于小时时段的灵活列车出发时间窗、不固定列车停站方案、停站时间、列车发车顺序、越行时空位置的灵活架构。通过构建时空网络,将列车时刻表问题中的列车安全间隔约束和越行约束表示为列车占用弧段的不相容关系,将灵活构架下的列车时刻表问题刻画为网络多商品流模型。分别利用标准的拉格朗日松弛方法和交替方向乘子法(ADMM)将原问题分解为一系列容易求解的单列车在时空网络中的最短路径问题。最后,以武广高速铁路线路为例,比较两种算法的计算性能。