Optimization of train plan for urban rail transit in the multi-routing mode

The train plan of urban rail transit under multi-routing mode can be divided into three parts： train formation, train operation periods and corresponding train counts of each routing in each period. Based on the analysis of passen- ger＇s general travel expenses and operator＇s benefits, the constraints and objective functions are defined and the multiobjective optimization model for the train plan of urban rail transit is presented. Factors considered in the multi- objective optimization model include transport capacity, the requirements of traffic organization, corporation benefits, passenger demands, and passenger choice behavior under multi-train-routing mode. According to the characteristics of this model and practical planning experience, a three-phase solution was designed to gradually optimize the train formarion, train counts as well as operation periods. The instance of Changsha Metro Line 2 validates the feasibility and efficiency of this approach.

Differential Evolution for Urban Transit Routing Problem

The urban transit routing problem (UTRP) involves the construction of route sets on existing road networks to cater for the transit demand efficiently. This is an NP-hard problem, where the generation of candidate route sets can lead to a number of potential routes being discarded on the grounds of infeasibility. This paper presents a new repair mechanism to complement the existing terminal repair and the make-small-change operators in dealing with the infeasibility of the candidate route set. When solving the UTRP, the general aim is to determine a set of transit route networks that achieves a minimum total cost for both the passenger and the operator. With this in mind, we propose a differential evolution (DE) algorithm for solving the UTRP with a specific objective of minimizing the average travel time of all served passengers. Computational experiments are performed on the basis of benchmark Mandl’s Swiss network. Computational results from the proposed repair mechanism are comparable with the existing repair mechanisms. Furthermore, the combined repair mechanisms of all three operators produced very promising results. In addition, the proposed DE algorithm outperformed most of the published results in the literature.

考虑乘客起讫点选择的可变线路公交服务设计优化

可变线路公交可以在一定距离内偏离固定线路接送乘客,具有提高公共交通服务可达性的优势。然而,公交车过多访问非站点处的乘客,会增加车辆的行驶距离与时间,导致车内和站点等候乘客时间延误。因此,本文提出以浮动票价来调控乘客的接送需求,优化可变线路公交的固定站点个数、发车间隔和基础票价以实现单位时间内的社会福利(运营商利润和消费者剩余之和)最大化。首先,本文利用连续近似法分别在无财政限制(允许盈利赤字)和有财政限制(在财政补贴下确保运营不亏损)的情况下构建了最优化模型;其次,通过BONMIN求解器,求出无财政限制的模型的最优固定站点个数、发车间隔和基础票价;最后,通过对潜在出行需求、服务区域的矩形长宽比、票价调整系数及车容量等进行灵敏度分析,验证了模型的有效性。结果表明,单位时间财政补贴存在两个阈值。实例分析表明,对洛杉矶MTA646路夜间公交分别实行统一票价和差异化票价时,潜在出行需求存在一个阈值。当潜在出行需求超过120人/h时,票价调整系数为1时对单位时间社会福利的优化度比票价调整系数为0.2、0.4、0.6和0.8时更高,约为1%。本研究为可变线路公交系统的服务设计与财政补贴计算提供了重要参考依据。

跨线条件下城市轨道交通列车交路计划优化方法

跨线运营是城市轨道交通重点发展方向。针对跨线条件下列车交路计划编制问题,通过构造乘客出行时空网络图准确刻画复杂交路下的客流行为,建立以最小化列车走行公里与乘客出行时间成本为目标的混合整数规划模型。模型以列车交路方案、开行比例与频率为决策变量,并针对跨线交路与本线交路的行车冲突,考虑非等间隔发车,确定列车发车时刻。设计基于交路及开行频率搜索与运行间隔协调的定制分解算法。案例结果表明,列车跨线方向与乘客换乘主方向一致时,跨线交路可同时提升企业运营与乘客出行效益。换乘出行导致的断面客流量差异是跨线交路开行方案设置的主要依据。研究结论可为运营企业制定列车交路计划提供依据,有助于提高网络运输效率。

CBTC系统保护区段触发策略的优化

[目的]城市轨道交通线路的CBTC(基于通信的列车控制)系统在特定场景中具有一定的局限性:当一条进路存在多个保护区段时,联锁无法根据列车的前进方向灵活选择保护区段,难以满足灵活、自动建立进路的需求,需要优化保护区段触发策略。[方法]简要介绍了CBTC系统下进路触发及保护区段设置的基本原理,列举了既有保护区段控制方案下的2个典型问题场景。提出了保护区段触发策略优化方案,即由ATS(列车自动监控)自动选择保护区段方向并交由联锁执行。以场景一(列车跳停回库)为例,根据列车动力学特征,对优化前后的列车跳停性能进行了对比分析。[结果及结论]以列车跳停回库为场景案例的分析结果表明,优化保护区段控制策略后,列车跳停的时间性能大为提升。此优化方案具有可行性,可显著提高办理保护区段的灵活性,提升列车跳停的效率。

城市轨道交通换乘站位置对乘客换乘路径选择的影响

[目的]城市轨道交通乘客实际出行中存在一些不宜量化的因素(如换乘站在线网中的位置等)。这些因素难以量化折算为城市轨道交通多路径概率选择模型中的出行路径阻抗,需要研究这些因素对乘客路径选择的影响。[方法]根据换乘站在城市轨道交通路径中的位置将换乘站划分为居路径前段、居路径中间、居路径后段三类。基于手机信令获取得到的上海轨道交通线网乘客出行数据,选取其中的典型OD(起讫点)对及符合研究要求的换乘站,将多路径概率选择模型计算得到的选择比例与路径实际选择比例进行对比,分析得到不同换乘站类型对乘客换乘路径选择的影响规律。[结果及结论]与居路径中间换乘站相比,乘客更趋于选择在居路径前段、居路径后段的换乘站进行换乘,其路径实际选择比例较模型计算选择比例约高10%。构建多路径概率选择模型时,不能简单地将换乘因素量化折算为阻抗,应对各换乘因素进行综合考虑。

考虑充换电的模块化需求响应公交路径优化

模块车能通过中途分离与合并来调整车队容量、实现无缝换乘,兼具规模化与“门到门”灵活性优势,但其轻量化的电池设计也在一定程度上限制了车辆续航能力。为了探索模块车在需求响应公交中的应用,并解决车辆中途充电问题,本文建立了模块化需求响应公交路径规划模型,优化车辆路径计划、车队编组策略、车内换乘策略以及换电和机会充电计划。针对模型特征设计了改进的自适应大邻域搜索算法,根据各车辆路径之间需要进行编组和协同交互的特点,定制化设计了车队类修复算子和能源类修复算子等。使用安徽宣城的出行数据进行实验,结果显示:与传统公交相比,模块化需求响应公交系统使乘客总出行用时降低48.81%;与车辆单独运行的方案相比,车队编组方案能够使系统总成本平均降低13.24%;相比仅充电策略,充换电结合策略能在少量增加备用电池固定成本的情况下,使能源成本减少21.09%;此外,企业可以通过调整等待时间惩罚系数来平衡企业经营成本与乘客时间成本,达到动态最优。

轨道交通信号联锁列控一体化系统软硬件设计

该文主要探究联锁列控一体化系统的软硬件设计内容。该系统的软件部分使用VC++6.0开发,包含4个功能模块,分别是进路选排、进路锁闭、信号开放与进路解锁,可以实现车站与区间范围内信号设备的一体控制,并处理进路命令和控制地面设备;该系统的硬件部分包括STM32主控芯片和PCI版驱动采集板,以及CAN通信接口等,在保证通信速率与通信质量的基础上,实现上位机与下位机的信息共享与可靠交互。该系统以轨道交通信号为基础数据,在数据采集、分析的基础上为监控列车运行和保障行驶安全提供帮助。

轨道交通数字化规划研究——交通走廊分析与线路布局

为实现轨道交通与城市空间的有效融合,发挥交通走廊对城市发展的引领作用,文章在阐述交通走廊概念及其与轨道交通线路互动机理的基础上,提出通过交通走廊功能及公交特征分析,确定轨道交通线路功能、服务水平、线站位方案、技术标准等的研究思路;然后将数据分析方法与空间模型应用在交通走廊分析中,以厦门市为例,开展基于空间计量学的交通走廊功能分析、基于公交特征的线路功能分析、交通走廊量级与轨道交通层次制式的匹配分析,以指导轨道交通线路布局。研究结果表明,利用空间计量学、公交刷卡数据分析等量化研究方法,能够全面、有效地反映交通走廊特征,为轨道交通线路功能识别、客流预测、线站位布局、制式选择、技术标准确定提供依据。

城市轨道交通场段联锁表中基本进路和变更进路的确定以及敌对信号的验证方法

[目的]联锁表作为计算机联锁设备的调试、开通、验收及后续使用的标准,对于提高城市轨道交通停车场和车辆段行车组织效率、延长设备使用寿命及保证行车安全具有重要意义。[方法]以杭州某非ATC(列车自动控制)的城市轨道交通停车场和车辆段为研究对象,介绍了基本进路和变更进路的确定原则和方法。选取了5条进路,利用上述方法查找该进路中的敌对信号,通过优化敌对信号条件对联锁表进行了简化,总结了联锁表中的敌对信号规律。[结果及结论]联锁表中将1条进路中的敌对信号归纳成5种敌对信号:第一种敌对信号为进路中始端按钮与终端按钮之间的敌对信号,第二种敌对信号为进路中位于始端按钮前方且与始端信号机方向相同的敌对信号,第三种敌对信号为进路中位于终端按钮后方且与始端信号机方向相反的敌对信号,第四种敌对信号为出入段线并置的进段信号机与总出发信号机作始端信号机时的敌对信号,第五种敌对信号为进路中相邻轨道区段上的敌对信号。通过所述方法可快速准确地找出进路中的敌对信号,避免遗漏敌对信号或敌对信号条件;通过寻找关键道岔优化敌对信号条件,简化了联锁表的编制,提高了城市轨道交通停车场和车辆段联锁表的设计质量。

基于街区制的微循环公交系统规划方法研究

为优化街区制背景下微循环公交系统规划,在国内外研究的基础上分析街区制与微循环公交之间的相互影响,评估微循环公交在街区制度下的适用性。通过对微循环公交系统的规划原则和目标进行分析,提出基于改进K-means算法进行站点布局的方法,并构建以线路客流密度最大化为优化目标的微循环公交线路规划模型。最后,以武汉市汉口历史文化风貌区部分片区为例,对该区微循环公交系统进行优化设计,验证了模型与方法的可行性与适用性。

城市轨道交通线网检测车路径优化

针对目前轨道检测车作业路径缺乏系统规划方法的弊端,以城市轨道交通线网为背景,构建成网条件下多约束地铁大型检测车辆路径优化模型(urban track inspection vehicle routing problem,UTIVRP)。针对地铁线网的特点,设计具有特殊编码方式的文化基因算法,并通过北京地铁实际算例予以验证。计算结果表明,在满足既定检测要求的情况下,优化方案不仅能够减少车辆48.88%的空走里程,而且能够将线网的检测间隔最大偏差率降低93.33%。

铁路车站改造信号特殊过渡方案研究

既有铁路车站改造信号过渡设计方案应与站前工程、施工工期、工程投资相互协调,以某车站改造为例,基于信号过渡设计原则,在不修改信号软件的情况下,通过信号特殊过渡方案实现相应联锁功能。该方案可以满足过渡期间运输需求,节约工程投资,缩短施工时间,为类似既有车站改造信号过渡提供借鉴。

都市圈轨道交通多阶段交路一体化编制研究

在都市圈轨道交通线网不断织密和互联互通背景下,不同时期的线网结构会影响运行交路方案。考虑都市圈轨道交通网在不同阶段的变化情况,研究都市圈轨道交通多阶段运行交路一体化编制问题。首先,以各阶段交路车型编组与开行频率、直达与换乘客流配流情况为决策变量,以最小化乘客旅行时间与交路运行里程为目标,考虑客流需求、服务频率、通过能力、交路设置规则、交路多阶段延续性等约束,构建都市圈区域线网多阶段运行交路一体化编制模型。以某都市圈新建城际快轨为例进行实证研究,结果表明,本方法一体化编制的不同阶段交路方案具有良好的延续性和稳定性;相比各线路分别运行本线交路模式,能够减少乘客因换乘增加的时间,节时比达到18%~19%。

面向运力精准投放的城轨列车多编组开行方案优化研究

文章首先从客流时空分布、OD交换特征、车站网络重要性等方面确定大小交路的折返站;并以改进后的交路方案为输入,建立最小化企业运营成本及乘客出行成本目标函数与发车频率、列车满载率等约束条件,构建多编组开行方案优化的上层模型;建立列车运力与客流量的方差和最小目标函数、列车最小追踪间隔和编组数量约束条件,构建运力精准投放的下层模型;根据模型特性,采用嵌套遗传算法进行求解。最后,以南京地铁2号线为例,验证模型优化得到的多编组开行方案在客流分布不均衡情况下的实际运用效果。

基于整数规划的城市轨道运能运量匹配优化方法

城市轨道交通运能运量匹配是城市轨道交通运输策划的关键目标之一,优化匹配效果可以改善线路各区间满载率,为全日行车计划及列车交路方案提供数据支撑。针对城市轨道交通客流时空分布不均衡的问题,本文采用大小交路行车组织方法规划运能,以线路运能与客流的最佳匹配为优化目标,建立基于断面客流差异的整数规划模型,求解线路小交路区间、大小交路开行比例以及行车间隔。最后与现状列车开行方案进行对比分析,验证了模型的有效性。

中外规范下缓和曲线长度取值对比分析

随着越来越多的中国工程建设企业走向海外,加强国内外规范标准的对比分析研究,对项目的顺利实施至关重要。通过分析确定缓和曲线长度的控制因素,对比分析了中、坦、美三国规范在高速公路路线平面设计时缓和曲线长度取值的差异及原因。并结合项目实例,从驾驶者舒适度、超高渐变段设置、线形顺势美观、司机操作时间、车辆侧向位移5个方面计算分析,得出了各平曲线半径对应的缓和曲线长度的建议取值范围,为国内外高速公路路线平面设计提供借鉴与参考。

城市轨道交通速度目标值确定方法研究

城市轨道交通速度目标值是指列车在线路正线上所能达到的最高运行速度,是项目前期确定设计标准、选择运营模式、匡算工程规模的重要依据。文章在分析速度目标值影响因素的基础上,提出城市轨道交通线路速度目标值的确定方法,即围绕上位规划和项目功能定位提出时空目标,结合多方式出行竞争性分析得到速度目标值范围,再根据站间距、线型条件、线路长度等,计算不同速度下的达速比、时空目标匹配性和节时效果,从供电、土建、车辆购置等方面分析不同速度目标下的工程投资差异情况,通过上述综合比选确定合理的速度目标值。然后,以某城市市域快线为例,采用上述方法确定其速度目标值,并验证速度目标值与运营模式选择的适应性和合理性,以期为后续城市轨道交通线路速度目标值的选择提供参考和借鉴。

轨道交通线路规划与设计研究

轨道交通作为城市公共交通的重要组成部分,在其建设过程中应从城市空间布局、功能定位、客流需求及发展趋势等方面综合考虑,充分发挥轨道交通在城市中的骨干作用。从轨道交通线路规划与设计的角度,对线路选线、线形方案比选、跨座式单轨等关键技术问题开展研究,并在此基础上提出了相关的建议。研究成果可为轨道交通规划设计提供参考,对我国城市轨道交通规划和建设具有积极的指导作用。

城轨交路票价合理性影响因素异质性分析

票价的合理性极大地影响着乘客对城市轨道交通的满意度,而交路可缓解城市轨道线网中客流时空分布不均衡问题。因此,针对城轨交路票价制定合理性的影响因素进行异质性分析非常必要。从乘客属性、出行特征、交路体验、社会属性4个方面,选取22个潜在影响因素;采用线上线下相结合的方式获取453份有效问卷数据,利用潜类别聚类(LCC)方法进行聚类分析,基于AIC准则与熵值法得出最合理的聚类数为3;围绕完整数据集与子数据集分别构建偏比例优势(PPO)模型。结果表明,其中20个因素具有显著性影响,部分因素在总模型中不具有显著影响,但在个别子模型中却具有显著性,表明LCC-PPO联合模型在探索异质性影响方面具有明显的优越性。由3个子PPO模型的边际效应分析可知,影响最大的前6个因素为月收入、私家车保有量、出行距离、到站用时、大交路发车间隔与小交路补贴,其边际效应绝对值的最大值均超过32%。此外,不同类别间与各因素内的子变量对城轨交路票价制定合理性的评价存在着显著的异质性影响。