面向车次取消的票额分配与停站方案组合优化研究

当列车因严重干扰而取消时,大量旅客将在车站滞留,同时铁路公司收益也会受到一定影响,合理的票额分配是解决此类问题的有效方法。在差异化设置换乘旅客优先权基础上,构建了以铁路公司收益最大化和偏离原时刻表最小化为目标的票额分配和停站方案组合优化模型,并通过增加不等式组约束条件将其线性化;利用求解器GUROBI对上述模型进行求解并分析算例。研究结果表明:当列车因干扰而取消时,与不采用任何措施相比,灵活停站策略能有效地减少滞留旅客数量19.7%以上;铁路公司收益增加21.8%以上。

高铁线路列车新图期停站方案两阶段调整策略

针对客流市场变化,定期调整高速铁路(简称:高铁)列车停站方案是铁路运输组织的一项长期性重要工作。文章基于铁路运输现场编制需求,设计了一种面向客流需求的高铁线路列车新图期停站方案两阶段调整策略。第1阶段,针对新增单趟列车,参考在执行图期的列车停站比,设计其停站方案;第2阶段,基于OD(Origin-Destination)客流需求满足度、列车运输能力和客座率,协同调整和优化整条线路列车停站方案。该策略可满足铁路运输方案编制部门对于停站方案连续迭代的需求,保障不同图期间高铁列车停站方案的平稳过渡。

客流OD导向下地铁快车停站方案优化

为精细化确定轨道交通市郊线路快车停站方案,提出一套以市郊线路客流OD为核心导向的快车停站优化方案。首先,构建轨道交通区间选择费用函数,根据路径选择费用分配OD客流;其次,在客流分配的基础上,以乘客出行时间最短与企业运营成本最低为目标函数,以断面满载率、车站客流需求、优化时段发车次数约束等多重客观因素为模型约束,建立快车停站方案优化模型;最后,以S市地铁市郊线路16号线基础数据为实例验证,运用带精英策略的非支配排序的遗传算法和GA混合(GA-NSGA-Ⅱ)对停站方案优化模型求解。优化结果表明,在高峰时段乘客人均出行时间节省1.074 min,每个运营日车底运用数减少6列。

铁路集装箱客运化班列停站方案与运行图协同优化研究

铁路集装箱客运化系统对于改善我国铁路集装箱运输效率和提升铁路在高附加值货物运输市场的竞争力具有重要意义。在客运化系统中,集装箱班列的停站方案与运行图是班列运输组织计划的核心内容,前者确定各班列的停站模式,后者确定班列在各车站的出发与到达时间,二者之间相互影响,共同决定服务质量。因此,为提升运输组织计划编制效率,有必要在基于铁路通道的运营环境下,研究考虑不同运行区段的集装箱客运化班列停站方案与运行图协同优化问题。在满足箱流需求与符合列车运力的前提下,考虑具体的集装箱至列车的分配,将列车停站方案约束嵌入到列车运行图编制过程中,一方面使得停站方案与箱流分配方案相协调,另一方面保证列车在站停留时间能满足集装箱装卸作业的要求。以总列车停站时间最小为目标,综合考虑货物运到期限、车站到发线资源的分配、列车追踪间隔时间以及列车停站时间等约束,构建混合整数线性规划模型,并借助优化求解器CPLEX对模型进行求解。以实际中欧班列通道为案例进行实证分析,验证提出方法的有效性。实验结果表明,客运化系统能够充分发挥网络运输的优势,在仅牺牲部分列车能力利用率的前提下,具有列车开行频率高、运输集装箱数量多以及运到期限短的优点。

基于运营成本的城际铁路列车编组和停站方案综合优化研究

针对城际铁路开通初期客流时空分布不均衡导致的单一列车编组模式造成运能浪费的问题,从列车运营成本出发,研究多种停站模式的大小编组列车开行方案。以列车运营成本最小化为目标函数,以大小编组列车的开行列数、列车停站方案为决策变量,综合考虑列车区间断面满载率、OD服务频率等约束条件,构建大小编组列车开行方案模型;采用遗传算法求解,得到全日大小编组列车开行方案。以广清城际铁路和广州东环城际铁路为例,与现行列车开行方案相比,多停站模式的大小编组列车开行方案可使列车运营成本减少59%,日断面满载率平均值由0.288 8提高到0.866 5,说明采用多停站模式的大小编组列车开行方案能够有效降低列车运营成本,提高断面满载率。

“双碳”背景下城市轨道交通快慢车停站方案考量

在“双碳”背景下,城市轨道交通将迎来绿色、低碳、高质量发展的重要机遇期。而随着客流在时空上分布的不均衡性越来越明显,站站停车的开行方案可能存在乘客出行时间长、企业运输能力浪费的问题。本文以快慢车运输组织模式为研究对象,考虑乘客出行成本,将快慢车的发车频率、快慢车的停站方案作为决策变量,综合考虑停车站数量、发车频率等约束条件,建立优化模型。以某条线验证模型的可行性,利用遗传算法求解最优停站方案,并得到优化效果。

基于Petri网的全自动无人驾驶列车停站场景形式化建模与验证

为进一步提高全自动无人驾驶系统的安全性,采用Petri网理论在全生命周期早期对系统运营场景的实现流程进行形式化建模与验证。选取正线运营中的列车停站这一典型运营场景,进行对象提取与状态分析,结合各对象与库所、变迁的对应关系,建立Petri网模型,并利用仿真软件PIPE对其有效性和正确性进行形式化验证。针对可能出现的异常情况对模型进行优化,设置车门与站台门开关时序,避免乘客拥挤时出现安全隐患。试验结果表明:建立的Petri网模型有界、安全且无死锁,满足列车停站场景功能需求,模型的可靠性和有效性得以验证,为全自动无人驾驶系统的开发应用与安全分析提供理论支撑。

高铁动态票价与停站方案联合优化方法

在高铁市场化运营过程中,高铁票价直接影响旅客需求,列车停站方案则会影响运输能力供给分配。目前高铁票价缺乏科学灵活的市场化调节机制,停站方案的制定也未能充分考虑票价调整对旅客需求的影响。为实现高铁供求关系的更好匹配,提升其市场化运营水平和竞争力,有必要研究基于客流需求和列车服务水平的高铁动态定价方法。基于旅客出行需求的价格弹性特征和列车停站方案对供需关系的影响规律,根据旅客购票规律将预售期划分成多个售票时段后,以最大化总的高铁运输收益和最小化总的旅客出行时间价值损失为目标,考虑票价范围、列车运能、票额配置、OD直达等约束条件,构建高铁动态票价、票额分配与列车停站方案联合优化的非线性混合整数规划模型,并结合问题特征设计双层模拟退火求解算法。以京沪高速铁路为例进行计算分析,优化后的综合方案能够使高铁运输收益增长3%以上,并使总的旅客出行时间价值损失降低8%以上。优化后的动态票价策略为预售期初期设置低折扣系数、后期设置高折扣系数,可以在提高客票收入的同时有效引导更多旅客更早购票。优化的列车停站方案能够在维持较高的客流水平的同时尽可能满足更多的客流需求。

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。

基于弹性需求的列车停站方案优化方法

为了更好地协调铁路运输能力分配和提升旅客出行服务质量、客观体现铁路企业和旅客间的博弈关系,提出一种弹性需求下的列车停站方案优化方法。首先,在考虑弹性需求和严格列车能力约束的基础上,分析列车停站方案、旅客出行成本和弹性需求三者间的相互影响关系,建立列车停站方案优化模型;其次,采用松弛和外近似技术等线性化方法,将模型重构为便于求解的线性规划模型;最后,通过小型算例和郑州—西安高速铁路实例,验证提出方法的有效性。结果表明:优化后的停站方案能够实现运输能力的合理分配;与真实的停站方案相比,优化方案在票价收益提高了0.30%的情况下,减少了22次停站,并使旅客总停站附加时间下降了76.14%,实现了对铁路运输效率和旅客服务质量的兼顾。

考虑高低速列车灵活混行和停站的运行图优化

为了提高不同速度列车对轨道资源的占用效率,在高速铁路列车运行图编制过程中,同步优化了高低速列车的混行数量和停站方案。通过构建分层时空网络来刻画不同速度列车运行过程,选取最小高速列车开行数量和OD停站次数来保证旅客基本的出行要求,利用单列车最大停站次数限制列车停站均衡性,建立基于时空弧变量的线性整数规划模型,实现总列车运行成本最小。在拉格朗日松弛框架下,由于所建模型耦合了不同弧变量于一起,需要松弛大量的耦合约束才能实现模型分解,使得该方法难以产生高质量的下界和原问题可行解。为此,利用变量分离技术,引入列车类型和停站方案2类0-1变量,重构优化模型;运用拉格朗日松弛方法,重构模型能够分解为时空路径子问题、列车类型子问题和停站方案子问题;在子问题求解中,构造附加约束保证列车类型指派的可行性,构建替代停站子问题加速算法求解;基于下界对偶信息,设计了两阶段启发式方法用于求解原问题可行解。以京沪高铁为背景,设置多组不同规模算例,利用上述方法进行求解,结果表明所提方法可以在合理计算时间内有效求解大规模问题,能够获得较紧致下界和近似最优解,并在求解质量上优于传统松弛分解方法,展现出良好的求解性能。

市域(郊)铁路快慢车运行停站策略优化

市域(郊)铁路具有高速、公交化运行的特点,相比在地铁线路上研究快慢车运行的停站策略,市域(郊)铁路具有多次越行的特征。首先分析市域(郊)铁路多次越行的原因,然后以多次越行对乘客待避时间的影响为基础,将乘客总出行时间最小作为优化目标,构建1︰N开行比例下快慢车停站策略的优化模型,并采用郊狼优化算法进行建模,最后基于实际线路运营数据进行仿真计算。结果表明:在满足发车间隔一定的条件下,相比于站站停运行方式,采用快慢车多次越行的停站策略,乘客在车总时间可减少22.25%,乘客总出行时间可减少8.82%,从而验证了市域(郊)铁路快慢车运行停站策略的有效性。

高峰时段郊区线考虑列车容量约束的停站方案优化方法研究

大城市郊区线路的客流往往具有明显的长距离出行和时空分布不均衡特征,尤其在高峰时段存在因列车容量约束导致乘客滞留站台的现象,而开行不同站停方式的列车是解决上述问题的有效手段。在计算上下车、进站/换乘及留乘等客流数量基础上,本文建立以包括候车时间和旅行时间在内的乘客总出行成本最小为目标的优化模型;以是否停站的0-1变量对所有列车进行统一编码,通过设置最大触发灾变次数,设计基于灾变思想的改进遗传算法;定义研究时段相邻列车在各车站发车间隔的偏差均值和偏差离差为评价运行图发车间隔均衡性的指标,实现考虑列车容量约束的停站方案优化。以北京地铁15号线为案例,结果表明:改进遗传算法通过灾变操作可有效跳出局部最优;算法可得到设计的3种场景条件下的最优停站方案,相较于场景1,场景2和场景3目标值分别提升12.20%和4.28%;采用跳停策略,可以有效减少列车运行时间,相较于场景1,场景2和场景3的下行方向在到达终点站时分别节省17.49 s和17.97 s。

城市轨道交通列车自动控制停站舒适度研究

针对城市轨道交通列车在采用自动控制技术停站过程中乘客舒适性较差的现象,提出了通过提升车辆跟随性,以及改善ATO(列车自动运行)控制算法来提高ATO停站舒适度的措施。对ATO停站舒适度进行了分析,列车制动舒适度需满足列车纵向冲击率≤0.75 m/s^(3);通过人工驾驶列车运行试验得出将列车制动级位控制在40%以内时,乘客舒适度体感更舒适;对列车停站过程中空气制动对车辆跟随性的影响进行了分析,提出在列车停站过程中采用纯电制动的措施提升列车跟随性改善舒适度的方法;提出改善ATO控制算法,采用PID(比例-积分-微分)控制算法调整参数,来改善ATO控车曲线使列车以较小制动级位停车。在此基础上,优化了PID控制算法,选择自适应PID控制算法。较传统PID控制算法,自适应PID控制算法可更高效地解决舒适度难题。

京广高铁列车开行距离与停站方案组合规律分析

以京广高铁为例,对列车开行距离与停站方案的组合规律进行分析。将列车按照其开行距离划分为短途、中途、中长途和长途等几类,中长途列车占据较大比重。从停站数量、停站间距和停站比等3个角度,分析不同开行距离的列车停站分布规律。分析表明：列车平均停站数与开行距离成正比;短途列车以短停站间距为主,中、中长途列车以中停站间距为主,长途列车以中停站间距和长停站间距为主;列车停站比多集中在20%-60%范围内,在短途、中途、中长途以上列车停站比分别集中于20%-30%,30%-40%,40%-50%,中途不停站和站站停列车分别在短途和中、中长途列车中有少量分布。基于现有列车开行方案所得到的停站规律,可为列车开行方案制定时的停站决策提供支持。

广珠城际铁路停站组织方案分析

1.模型假设与参数说明1.1相关条件假设在城际铁路列车停站方案仿真优化模型构建中,为剔除不必要因素的干扰,本文具体需要假设的前提如下:(1)封闭性假设。本文假设所研究的城际铁路体系是相对独立且封闭的,故只考虑在本线客流量及运营列车停车情况。(2)确定性假设。本文研究是在OD客流、列车起点和终点、列车等级、列车开行数量以及列车编组等参数确定情况下,对城际列车在中间站的停站方案进行优化。

基于等间隔跨站越行的城轨列车停站方案优化

为匹配城市轨道交通客流需求,针对城轨工作日高峰期大客流及客流分布不均衡场景,提出一种基于跨站越行策略的城市轨道交通列车停站方案优化方法。提出并解析等间隔跨站越行模式的列车停站方式,分析城轨列车停站、区间运行与客流特征,以乘客出行时间最小和列车停站时间最小作为目标函数,考虑列车越行规则(班次等间隔停站、线路首末站和换乘站不越行、列车不连续越行车站、相继列车不越行同一站、乘客出行可行性)、安全追踪间隔等约束条件,构建班次列车等间隔跨站越行模式的城轨列车停站方案优化模型(多目标非线性整数规划模型);采用理想点法将模型转换为单值优化问题,并设计遗传算法进行求解。以广州地铁8号线为例,通过多方案比选得到该模型下的列车停站优化方案。研究结果表明:相比于无班次间隔停站约束条件的方案,有班次间隔停站约束条件的列车停站方案在减小乘客出行时间和列车停站时间上效果更佳,分别提高了4.5%和42.5%;同时在优化效果、生成停站序列的规律性上更具优势;班次间隔停站约束适中模式在城轨实际运营中更能兼顾到列车停站方案优化效果和乘客出行满意度,适用性较强。研究成果可为工作日高峰期大客流场景下列车停站方案制定和时刻表编制提供参考。

面向提升旅客出行效率的高速铁路列车停站方案优化

优化长距离高速铁路列车的停站方案,应平衡好提高大站间快车比例与增加中小站列车服务频率之间的关系.基于减少列车中小站停站次数,增加相邻大站间站站停列车等策略,以旅客的列车停站时间损失和换乘等待时间损失总和最少为目标,建立列车停站方案优化的混合整数规划模型,并设计遗传算法求解.对京广高铁现状列车停站方案进行优化,优化后的方案与实际方案相比:大站间快车数增加94.4%,增强了高铁竞争力;相邻大站间站站停列车和中小站列车频率至少为1列/(3 h),提升了旅客换乘出行的便捷性;旅客时间损失减少40.08%,总体出行效率得到较大地提升.

基于节点服务的高速铁路列车停站方案优化模型

合理的列车停站方案对高速铁路运输计划的制定具有重要的现实意义,既有停站方案的编制受到各种技术与政策因素的影响,一般采用人工方法反复调整确定。本文提出一种基于节点服务的高速铁路列车停站方案优化模型,该模型的特点是将不确定性和不易量化的因素统一用节点服务表示,以方案总停站次数最少为目标,将节点服务频率、站间服务可达性、单个列车停站次数等作为主要约束条件,构建带有叉乘约束的非线性规划模型。运用停站概率与计算机模拟结合的方法有效解决了模型求解的问题。通过模型灵敏度分析发现,单个列车停站次数约束是影响停站方案求解可行性的关键问题。最后,以国内某高速铁路为例,进行实践应用,表明模型具有较好的可用性。

旅客列车停站设置方案优化

旅客列车停站设置的影响因素主要有客流换乘需求、列车停站等级、列车指定停靠车站、车站接发列车能力、停站数量对旅行速度的影响和列车最大停站数量。分析停站设置和客流换乘选择之间的博弈关系,将基于停站方案的多类用户均衡客流分配模型作为下层规划模型,将旅客广义出行费用最小和列车停靠站数量限制作为上层规划模型的目标函数,构建旅客列车停站设置方案优化双层规划模型。通过分析停站方案变动引起的目标函数变化,构造解的邻域,设计基于模拟退火的求解算法。对由某客运专线和既有铁路组成的混合网络测算结果表明:列车平均停靠3.68站,列车直通客流比例平均为65.24%;客流直达比例为65.23%,人均换乘次数为0.44次;旅客出行费用较初始停站方案下降了35.47%。运算结果合理,具有较好的优化质量,旅客的出行费用显著下降。