考虑随机需求的高铁快递运输计划优化方法

为了充分利用高速铁路非高峰期的列车运输能力,提升高速铁路运营的经济效益,研究载客动车组客货共运模式下的高铁快递运输计划优化问题。首先,考虑高铁快递运输需求的时效性与随机性,以最大化高铁快递运营企业期望总利润为优化目标,同时满足列车运输能力、车站装卸效率、标准箱到发量守恒等约束,构建高速铁路快递运输计划优化的2阶段随机规划模型。在第1阶段,以最大化高铁快运期望总利润为目标,确定各列车的运输能力分配计划;在第2阶段,根据第1阶段获得的列车运输能力分配计划,确定随机需求场景下的高铁快递实际装运方案,使该场景下的运营收益达到最大。其次,基于蒙特卡洛模拟随机生成需求场景,采用反向消减算法(BRA)将2阶段随机规划模型转化为包含有限场景数的确定性整数线性规划模型,从而调用商业求解器GUROBI进行求解。最后,以宁杭高速铁路为背景进行算例分析,验证模型和算法的有效性。结果表明,相较于基于确定性需求得到的运输计划,利用随机规划方法得到的方案更能适应需求的随机性,从而达到更好的盈利效果,同时可以兼顾服务水平与企业收益,适用于实际运营中高铁快递运输计划的设计与优化。

考虑列车随机延误的铁路网络客流均衡分配方法

铁路客流均衡分配是旅客出行选择的集中体现,对旅客列车开行方案和列车运行图等的评价和优化十分重要。实际运营中列车的随机延误会导致铁路旅客的出行时间发生变化,影响旅客的出行,尤其是换乘选择。考虑旅客在路径选择决策过程中的出行时间可靠性和不可靠性2个方面因素,提出一种考虑列车随机延误的铁路网络客流均衡分配方法。首先,构建旅客换乘网络,基于提出的期望−超额出行成本(METC)概念,考虑换乘过程中列车的延误概率,计算旅客的换乘成功概率和换乘周期选择;然后,进一步计算旅客出行路径的期望−超额成本,基于用户均衡条件,构建考虑列车随机延误的期望−超额客流均衡分配模型;最后,考虑到期望−超额出行成本的不可加性,结合相继平均法和k-最短路算法设计基于路径的客流分配算法,并对均衡模型进行求解。通过对一个简单算例和广珠铁路实例进行分析,结果表明:同时考虑出行时间的可靠性和不可靠性时,旅客的出行路径选择和换乘选择与仅考虑出行时间可靠性有较大差异,基于期望−超额的铁路网络客流分配模型可以更加准确地描述考虑列车随机延误的旅客的出行选择行为,证实了均衡分配方法的有效性。因此提出的客流分配方法可以为铁路网络旅客列车开行方案等的制定和优化提供理论依据。

城轨控流方案与列车开行频率及票价一体化优化方法

为缓解城市轨道交通线路客流时空分布不均衡问题,提高乘客服务水平和企业运营效益,本文提出多时段城轨控流方案与列车开行频率及票价一体化优化方法。构建双层规划模型,上层模型以社会福利最大化为优化目标,以多时段列车开行频率、票价率及控流方案为决策变量;下层模型描述一体化优化方案下乘客的出行选择行为,构建基于弹性需求的多时段随机客流分配模型。设计嵌套Logit随机用户客流分配方法的遗传算法求解模型,基于实际线路进行算例分析,验证模型与算法的有效性。算例结果表明:通过对各运营时段列车开行频率、票价率及控流方案进行一体化优化,能够降低高峰时段客流量,均衡不同运营时段内的出行需求,缓解线路客流时空分布不均衡现象;优化城轨票价能够吸引更多潜在客流需求,使企业票价收入提升11.81%,消费者剩余提高5.94%;优化列车开行频率可以提高列车运输能力利用水平,使企业运营成本降低8.11%;同时,实施控流方案可以进一步提升乘客服务水平和企业效益。因此,本文所提方法可为城轨列车开行方案与票价及控流方案的协同制定提供理论基础。

基于时变区间断面需求的高铁网络列车开行方案优化

列车开行方案与客流需求匹配与否在很大程度上决定高铁运输服务质量和市场竞争力。为使高铁列车的开行方案与旅客的时变需求相吻合,在基于连续运输能力的高铁客流均衡分配获得区段时变断面需求的基础上,引入列车发车时间,提出基于区段列车生成和列车拼接组合的开行方案设计思路,解决大规模高铁网络列车开行方案的优化问题。首先,根据列车始发终到站需要配备动车段或存车线的特征,以配备相关设施的车站为界,将高铁网络分解为若干个互不重合的区段,并以区段为单位,提出吻合时变区间断面需求的区段开行方案生成方法和列车拼接组合策略。其次,针对网络化列车开行方案中需要满足的始发站发车能力约束、终到站终到能力约束、区间通过能力约束和列车总数约束,以高铁运营收入、高铁运营成本与旅客需求偏差的惩罚费用加权和为优化目标,构建基于时变区间断面需求的高速铁路列车开行方案优化模型,并通过4种列车调整策略和5种综合方案调整策略构造邻域解,设计模拟退火求解算法。最后,以京广高速铁路、沪汉蓉高速铁路以及郑西高速铁路为例验证模型和算法的有效性。结果表明,优化产生的列车开行方案与时变客流吻合程度高,同时也具有较高的运算效率和收敛性,适用于大规模高铁网络开行方案的设计和优化。

自主式交通系统逻辑架构可靠性分析与评价

随着交通系统自组织运行与自主化服务能力的快速发展,自主式交通系统(ATS)正逐渐成为未来交通的重要发展方向,而其逻辑架构的可靠性十分关键,但现有关于交通系统框架的评价大多集中在其影响以及效益方面。因此,基于复杂网络理论,从系统拓扑的层面上对ATS逻辑架构可靠性进行分析与评价,并识别出需要重点维护的薄弱节点。首先,以道路自主式安全自动驾驶场景的ATS逻辑架构作为研究对象,介绍其基本结构,并分析复杂网络理论应用的可行性。其次,通过各服务及其数据流的重要程度确定边的权重,构建加权网络模型,并根据节点度、节点强度、平均路径长度、聚类系数和全局效率等指标进行复杂网络类型判断和网络拓扑特性分析。在此基础上,根据节点强度法、节点介数法以及互信息法对节点重要性进行评估。最后,通过分析表明,道路自主式安全自动驾驶场景的ATS逻辑架构网络具有小世界和无标度网络特性,网络整体结构紧凑且数据传输效率高。基于强度、介数和信息量3个指标分析得到的自动驾驶车辆、交通运行管理部门以及通信基站等薄弱节点在整个网络数据传输过程中需要重点维护。利用复杂网络理论对ATS逻辑架构可靠性进行分析与评价,可为未来ATS逻辑架构建设提供理论依据和可靠性层面的指导。

基于摩托车禁行方案的多模式交通网络均衡分析

目前国内许多城市对部分区域实施"禁摩"政策,不同禁行方案的实施对交通系统中出行者方式和路径选择产生差异化影响。为定量描述摩托车禁行方案下的用户多模式出行选择行为,本文考虑私家车、常规公交及摩托车这3种模式的不同网络出行特征,构建基于摩托车禁行方案的多模式网络均衡模型。首先,设计3种模式混行下的复合交通网络,根据其不同的路段通行能力特征,以及公交车内拥挤和线路选择,分别针对禁行区域和非禁行区域,建立用户出行成本函数;然后,基于用户均衡和Logit模式划分,构建相应的数学规划模型。最后,采用基于相继平均的路径配流算法求解模型,并量化分析摩托车禁行方案下的用户出行效率和事故风险。算例结果表明,随着禁行区域的增大,转移至私家车和常规公交的摩托车用户逐渐增加,用户总出行成本逐渐增加,出行效率和总事故风险成本逐渐降低,同时,对关键路段实施禁行方案能在较少降低用户出行效率的基础上有效降低总事故风险成本。

面向灵活编组的城轨列车开行频率与时刻表综合优化

在城市轨道交通中,列车开行频率与时刻表在很大程度上决定着其运输服务水平。针对城市轨道交通客流时空分布不均衡的问题,本文采用灵活编组运营模式综合优化列车开行频率和时刻表,以达到运输能力供给与客流需求的精准匹配,保证乘客服务水平的同时降低企业运营成本。首先,通过列车运行线候选集的建模方法,考虑列车开行频率、安全间隔等约束,以乘客总等待时间和企业总运营成本最小化为目标,构建灵活编组模式下列车开行频率与时刻表综合优化混合整数非线性数学模型,对列车开行频率、列车编组方案和列车时刻表进行协同决策优化。其次,针对所构建模型非线性的特点,基于变邻域搜索算法框架构造3种邻域结构并结合动态客流加载仿真过程,设计了高效求解的启发式算法。最后,以某城轨线路的实际数据进行案例分析,验证所提模型和算法的有效性。算例结果表明:相较于固定编组运营模式,本文方法可在乘客平均等待时间仅增加0.26 min的情况下,降低约7.05%的运营成本;此外,相较于单一运营方案优化,在灵活编组模式下综合优化列车开行频率和时刻表能够进一步实现列车运输能力与乘客需求精准匹配,在保证乘客服务水平的同时降低运营成本;并且在实际应用中,运营企业还可根据运营目标合理设置权重系数,进一步平衡乘客服务水平与企业运营成本。