Metro passenger flow control with station-to-station cooperation based on stop-skipping and boarding limiting

Metro passenger flow control problem is studied under given total inbound demand in this work,which considers passenger demand control and train capacity supply.Relevant connotations are analyzed and a mathematical model is developed.The decision variables are boarding limiting and stop-skipping strategies and the objective is the maximal passenger profit.And a passenger original station choice model based on utility theory is built to modify the inbound passenger distribution among stations.Algorithm of metro passenger flow control scheme is designed,where two key technologies of stopping-station choice and headway adjustment are given and boarding limiting and train stopping-station scheme are optimized.Finally,a real case of Beijing metro is taken for example to verify validity.The results show that in the three scenarios with different ratios of normal trains to stop-skipping trains,the total limited passenger volume is the smallest and the systematic profit is the largest in scenario 3.

基于虚拟编组技术的城市轨道交通列车延误跳停调整研究

针对城市轨道交通突发列车延误问题,为恢复正常行车秩序和保障总体乘客出行效率,提出基于虚拟编组技术的列车跳停调整方法。首先,分析虚拟编组技术下的列车运输组织模式,总结虚拟编组技术支持下的列车跳停调整优势,以乘客总旅行时间最小为目标构建延误条件下的列车跳停调整模型。然后,采用遗传算法对模型进行求解。最后,通过算例分析将传统跳停调整策略和基于虚拟编组技术的跳停调整策略进行对比。结果表明,在列车延误条件下,基于虚拟编组技术的跳停调整方案相较于传统跳停调整方案能减少15.64%的乘客总旅行时间,保障乘客的出行体验,提高总体乘客的出行效率。基于虚拟编组技术的跳停调整方案可为城市轨道交通列车延误问题提供新的方法性借鉴。

考虑碳排放的城市轨道交通跳站运行图优化

为了降低城市污染物排放,实现低碳绿色发展,在传统的列车跳站停车模式优化模型的基础上,考虑跳站停车对再生制动能量利用的影响,并且考虑每位乘客的乘车可达性,针对跳站停车可能出现的乘客换乘次数过多及无法到站的问题,提出跳站停车到站约束,并设计列车车内风险惩罚函数,以乘客总等待时间和碳排放最小为目标函数,构建城市轨道交通跳站停车优化模型。考虑模型的非线性特征,设计一种新的滚动跳站停车模式。以天津市某地铁线路为例,对早高峰列车采取跳站停车模式优化。结果表明,考虑再生能利用的跳站停车方案在乘客平均等待时间几乎不变的情况下,牵引碳排放最多降低11.74%;并且相比于传统的跳站停车,考虑车内风险的跳站停车模式可以降低车内风险35.6%。

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。

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。

考虑换乘站客流疏解的地铁列车跳站与客流控制协同优化

早高峰时段,各大城市地铁线路和换乘站的客流运输与疏解压力巨大。本文首先说明部分列车在换乘站跳站,可延缓换乘客流乘车过程、降低换乘站客流疏解压力。在此基础上,构建地铁单线双方向列车换乘站跳站开行与客流控制协同优化模型,极小化乘客在始发站等待延误时间和换乘延误时间。其次,对相关非线性约束进行近似线性替代,将原模型转化为线性整数规划模型。最后,以北京地铁5号线早高峰为背景设计数值实验,使用优化求解器CPLEX调用分支定界算法求解模型,验证了模型的实际优化效果。实验结果表明,相较于列车站站停和既有客流控制,优化所得方案在14 min内使得列车运载的乘客增加了2954人,并使乘客在站外延误时间、换乘延误时间和总延误时间分别降低了58.9%、16.9%和41.6%。

基于时空协同优化的多目标城市轨道交通延误恢复研究

针对城市轨道交通延误引起滞留旅客较多和短期运力不足的情况,提出同时采用车站限流措施和灵活跳停策略的列车延误调整方法。通过构建多目标线性规划模型,对延误列车运行图进行优化调整,将优化目标分为延误旅客总人数最小化和线路延误总时间最小化2部分,同时引入跳停决策变量,考虑跳停对计算线路总延误时间的影响,精确调整线路延误列车运行时间。多目标线性规划模型既有效缓解因滞留旅客过多造成的站台拥挤,又快速恢复因某趟列车延误造成的大面积晚点。最后通过实际算例对模型进行验证,计算结果表明该模型相较于传统的运行时刻调整策略可有效缓解站台滞留旅客的拥挤情况,缩短线路总延误时间,快速恢复城市轨道交通系统的正常运营。

城市轨道交通跨站越行模式的开行方案优化

城市轨道交通跨站越行模式的列车开行方案需根据客流分布制定。基于越行站滞留客流量的准确计算,以乘客出行费用和企业运营费用最小化为目标,提出带有0-1决策变量的双目标非线性混合整数规划模型。采用理想点法和禁忌算法分两步求解模型,实现大规模计算。基于4种不同的客流分布场景,说明跨站越行方案的适用条件。通过敏感性分析,得出连续跨站约束和发车间隔是影响求解目标的关键因素。算例结果表明,采用带有0-1决策变量的双目标非线性混合整数规划模型以及理想点法和禁忌算法来优化跨站越行方案,是有效可行的,并且求解效率较高,乘客出行费用节省6%,企业运营费用节省12%。

城市轨道交通跨站停车方案优化模型及算法

城市轨道交通快速发展,人均乘行距离不断增长,使得研究城市轨道交通合理的列车停车方案成为必要,以满足越来越多乘客出行的需要。介绍轨道交通列车不同的停车模式,分析轨道交通跨站停车模式下影响乘客出行时间的相关因素。建立基于乘客总体出行时间节省最多的轨道交通列车跨站停车0-1整数规划模型,利用禁忌搜索算法进行模型求解。通过算例验证了该模型的可行性和禁忌搜索算法用于该问题求解的优越性,得出最优轨道交通列车跨站停车方案。对与目标函数值相关的列车发车间隔、停站时间和最高运行速度等参数进行灵敏度分析,结果表明:调节跨站运营条件下的发车间隔和停站时间可使目标函数,即乘客总体出行时间发生显著变化。

城市轨道交通网络化运营组织技术研究评述

本文阐述了城市轨道交通网络化运营的概念,分析了网络化运营的物理环境及其客流基本特征,提出了城市轨道交通公益性的3个重要标志.通过对国内外城市轨道交通网络化运营理论与实践的评述,提出了城市轨道交通网络化运营的主要目标;指出了网络化运营管理面临的三大主要问题,即断面负荷均衡、车站负荷均衡及换乘衔接改善.基于既有的多交路、多编组、快慢车及过轨运营等主要网络化运营技术,分析不同方法的技术特点及其对出行者的影响,提出了不同方法的适用性.最后,从不同角度分析了不同网络化运营技术实施过程对乘客与企业的具体效果,提出了促进我国城市轨道交通网络化技术应用的建议.

运行延误下地铁换乘站多线协同客流处置方法

提出列车运营条件下城市轨道交通换乘站多线协同大客流处置方法.首先分析了换乘站站台客流构成及其变化规律,基于对乘客整体影响最少的目标构建多线协同大客流处置模型,满足站台乘客安全约束,然后利用遗传算法求解得出合理的相邻线路列车跳停方案.最后以实际换乘站为背景,进行案例验证分析,说明该模型的应用过程,并表明模型具有有效性.

基于出行时间分析的公交跳站运行方案优化

针对公交站点需求过剩导致的运行效率下降问题,在分析跳站运行对4种O-D类型乘客出行时间影响的基础上,使用遗传算法建立了以乘客总出行时间最小为优化目标的公交跳站运行方案优化模型。以杭州市实际公交线路为例,调查了详细的公交出行数据,并使用优化模型对该线路的跳站运行方案进行了设计,分析结果显示:跳站运行能够使所有乘客的总出行时间减少8.43%。

城市轨道交通列车延误时多线换乘站跳停方案研究

对于以换乘客流为主的多线换乘站,当某一方向出现列车延误时,如果其他线路的换乘客流持续涌入,就很容易形成大客流隐患。从发生延误时多线换乘站的跳停需求、延误发生的工况、跳停方案的考虑要素,以及跳停效果分析等方面,研究了列车延误情况下多线换乘站的跳停方案。以上海轨道交通人民广场站为例,说明该研究方法的实用性和有效性;再以上海轨道交通世纪大道站为例,说明该研究方法的适用性和局限性。

轨道交通机场线快慢车停站方案优化方法

为了提高轨道交通机场线的满载率,兼顾机场乘客和沿线乘客的出行需求,考虑到机场线市中心区段与郊区区段客流密度相差大的特点,提出市区与郊区分段开行快慢车的停站方案。建立以机场乘客节省时间最大化为目标函数的快慢车优化模型,对机场线郊区区段快车停站位置进行优化。并对连接浦东机场、虹桥机场和市中心的上海地铁2号线进行快慢车停站方案的优化。结果显示,开行快慢车不仅可节省机场乘客的旅行时间,保证列车满载率,还能节省一定的工程成本,具有较大的优化效益。

考虑跨站停车的地铁客流协同控制模型

针对城市轨道交通高峰时段客流需求过饱和与分布不均衡情形下,车站乘客滞留集中效应明显和乘客候车时间过长等问题,提出一种考虑开行部分跨站停列车的多站客流协同控制优化方法。建立以车站与列车安全容量、列车跨站数量、列车追踪间隔等为约束,以车站乘客滞留率方差最小与线路乘客候车时间最小为优化目标的控制决策模型,设计自适应差分进化算法,求解列车跨站停车方案与车站进站客流限制比例。研究结果表明:在时变的城市轨道交通高峰客流需求下,采取本文的协同控制决策方法,能够有效降低案例线路车站乘客滞留率方差60.23%和乘客候车等待时间24.78%。

列车延误条件下城市轨道交通跳停方案研究

为制定高效的列车运行调整方案,保证列车延误下城轨的服务水平,在分析列车跳停对乘客出行的相关影响的基础上,以列车到发时刻和跳停与否为决策变量,考虑列车运能约束、运行约束,以及跳停约束,建立以乘客总旅行时间最小为优化目标的0-1混合整数规划模型,并根据模型特点设计相应的嵌套式遗传算法进行求解.最后通过算例验证模型及算法的有效性.结果表明:在列车延误条件下,通过建立的列车运行调整模型和算法求解得到的跳停方案,相比传统的站站停调整方案,能够显著降低列车延误给乘客带来的额外旅行时间.

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。

高峰期城市轨道交通列车跳站运行优化

传统的“站站停”轨道交通列车运行模式虽然可以满足乘客的出行需求,但是由于忽略了不同车站客流时空分布的不均衡性,影响了列车运力与乘客需求的匹配效果,造成乘客旅行时间增加、列车运行时间增加等问题。考虑高峰期轨道交通客流的时空分布特性,在描述列车到发时间约束以及精细化刻画客流约束的基础上,以最小化乘客总旅行时间和最大站台人数为目标,本文构建了列车灵活跳站运行整数规划模型,并设计了一种改进的混合蛙跳算法。最后,以北京地铁亦庄线为例验证了模型和算法的有效性。数值结果表明:优化后的列车跳站运行方案减少了乘客总旅行时间,并且最大站台人数也控制在合理的范围之内。虽然列车跳站运行导致复杂的乘客换乘行为,但是只有极少数乘客需要采用换乘方案完成出行。最后,通过对两种需求模式的对比分析,给出了列车跳站运行的适用条件,即客流需求更靠近始发站的需求模式更适合列车跳站运行。

基于时段偏好的高速铁路列车停站和频率优化

优化高速铁路列车停站方案和开行频率应同时考虑旅客需求和运输企业效益,出发时段选择则是影响旅客需求分布的最重要因素。本文针对一条高速铁路客运走廊,研究基于时段偏好的列车停站和频率优化问题。分析了影响旅客出发时段偏好的2个主要因素,吸引度与排斥度。据此构建了高铁旅客出行阻抗函数,建立了一个双层规划模型,上层规划是以运营成本最小为目标的混合0-1规划模型,用于确定列车的停站和开行频率方案;下层规划是基于Wardrop用户平衡规则的客流分配模型,用于计算旅客在上层决策的停站和频率方案上的流量分配。根据模型特点设计了基于遗传算法的启发式方法,以兰西高铁走廊为背景实际求解了列车停站方案和开行频率,验证了本文方法的有效性。

基于平均出行时间最小化的环线地铁隔站停靠模型

针对现行地铁"站站停"停靠方式在节约乘客平均出行时间上的不足,对于站点布局已经确定的地铁环线,提出了基于环形地铁线路上乘客平均行程站点数概率分布,以缩短乘客平均出行时间为目标的隔站停靠的组织方法。通过解析地铁出行过程,在分析地铁环线运营组织及客流需求特点的基础上,给出地铁环线上乘客平均行程站点数概率分布,并建立了以乘客平均出行时间最小化为目标的地铁隔站数优化模型。通过示例演算,得到了乘客平均出行时间与最优隔站数的基本关系,分析了相关参数的灵敏度,验证了地铁环线隔站停靠的可行性。