面向總體運能提升的區(qū)域多制式軌道交通系統協同運輸方法研究

　　《面向總體運能提升的區(qū)域多制式軌道交通系統協同運輸方法研究》的研究工作如下：（1）針對我國區(qū)域軌道交通運輸組織實際背景，指出現有運輸組織方法存在的問題，提出該書的研究方向和意義。對既有文獻研究進行系統梳理，從系統總體運能、運輸組織、運輸信息服務相關方面進行闡述，分析現有文獻研究的不足和缺陷，提出協同運輸組織方法作用下的系統總體運能計算模型和提升方法。（2）從提高旅客運輸服務質量和旅客運輸組織效率的角度出發(fā)，對影響系統總體運能提升的因素進行分析，包括：線網規(guī)劃布局、單制式旅客候車等待時間、跨制式旅客換乘等待時間、旅客全出行鏈時間、旅客運輸信息服務與共享和企業(yè)運營成本。圍繞列車時刻表協同編制和列車協同開行方案的制定，分析協同運輸組織方法對系統動態(tài)總體運能影響因素的影響，包括：協同運輸組織方法對旅客運輸服務質量的影響和協同運輸組織方法對企業(yè)運營成本的影響?；谝陨戏治?，研究協同運輸組織方法對系統動態(tài)總體運能的影響，進而發(fā)現協同運輸組織方法與系統動態(tài)總體運能間的內在聯系。（3）系統總體運能是反映各制式軌道交通設施設備協同組織程度、旅客協同運輸效率和旅客運輸服務質量的重要指標，因此，其計算方法和數學模型應體現出協同運輸組織方法作用下的系統總體運能動態(tài)變化過程和結果。該書提出的區(qū)域軌道交通系統總體運輸能力靜態(tài)和動態(tài)計算模型從旅客站間出行OD（起點到終點的交通出行量）、車站到車站的研究入手，不僅克服了傳統系統總體運能計算模型中旅客出行數據為“點”數據的缺陷，還能夠將協同運輸組織方法對系統總體運能的影響轉化為定量計算。隨后，運用數學推導證明協同運輸組織優(yōu)化能夠實現系統總體運輸能力的提升。綜上，構建了區(qū)域軌道交通系統旅客運輸服務質量、線網運輸能力和企業(yè)運營成本綜合影響下的系統動態(tài)總體運能計算模型，并基于實地調研數據，利用數據擬合函數模型對該模型的主要參數進行確定。（4）基于國家交通發(fā)展戰(zhàn)略目標和軌道交通行業(yè)發(fā)展趨勢，從實際運輸需求出發(fā)，通過調研獲取多制式路網客流出行信息和列車運行信息，利用大數據挖掘和數據分析處理技術揭示這些信息所蘊藏的內在規(guī)律和聯系。研究多制式列車一體化運行調整和時刻表協同編制理論，利用數學優(yōu)化方法構建不同需求導向下的多制式列車一體化運行調整和時刻表協同編制優(yōu)化模型，設計一種權重系數選取算法、改進的智能優(yōu)化算法和兩階段優(yōu)化方法進行求解，得到滿足多制式路網不同運營時期和運輸需求下的各類優(yōu)化編制方案。構建一個理論體系、兩組數學優(yōu)化模型和三種有效求解算法，可提高多制式列車一體化運行調整和時刻表協同編制效率，有效提升總體運輸能力，滿足我國多制式軌道交通一體化協同運輸組織的迫切需求。（5）基于多模式路網靜態(tài)不確定客票數據和列車實際運行圖數據，設計不同出行場景下不確定客流需求數據庫抽樣的智能優(yōu)化算法，以獲取不確定客流需求的近似真實分布情況，以此構建適應任意場景的多模式旅客出行路徑選擇模型。該書通過研究多模式列車運行圖協同編制優(yōu)化機理，確定了多模式列車運行圖協同編制優(yōu)化方式，根據抽樣平均近似方法選取的靜態(tài)不確定客流需求場景數據庫，設置列車時空路徑選擇O-1變量和旅客出行路徑選擇非負整數變量，構建多模式不確定客流需求下列車運行圖編制優(yōu)化模型。充分考慮旅客出行相關和列車運行圖編制相關兩類約束，借助列生成算法求解思想，以得到旅客出行需求導向的多模式路網列車時刻表編制優(yōu)化方案。引入鐵路運營費用和旅客總旅行費用相關優(yōu)化目標和約束條件，構建多模式耦合需求驅動的列車運行圖編制優(yōu)化模型，并進一步設置不同備選停站方案集合，以提高列車運行線編制的靈活性。設計拉格朗日松弛算法對模型進行高效求解，得到滿足鐵路運輸企業(yè)和旅客耦合需求的列車運行圖編制方案，并基于AnyLogic仿真軟件對不同需求導向的多模式列車運行圖編制方案執(zhí)行效果進行可視化展示，得到的優(yōu)化方案可有效提升多模式軌道交通路網的總體運輸能力。（6）由于區(qū)域軌道交通系統內各制式軌道交通系統運營管理、信息傳遞相對獨立，導致軌道交通系統間的列車運營時刻表銜接性較差，從而出現諸多旅客跨制式運輸問題，對系統運輸效率和系統總體運能造成了嚴重的影響。該書以城市軌道交通線路換乘鐵路線路為例，通過構建單制式旅客站臺候車等待時間優(yōu)化模型、跨制式旅客換乘等待時間優(yōu)化模型和計劃時段內企業(yè)運營成本優(yōu)化模型，優(yōu)化城市軌道交通系統與鐵路系統的時刻表編制，減少單制式旅客候車等待時間、跨制式旅客換乘等待時間和企業(yè)運營成本。為研究不同優(yōu)化目標下的時刻表協同編制對系統動態(tài)總體運能的影響程度，該書根據已有文獻的研究成果，對這三個優(yōu)化目標的權重系數進行取值。模型求解方面，考慮該問題是一種典型的NP-hard問題，因此采用一種有效的啟發(fā)式算法進行求解。為驗證本文構建模型的實用性和算法的有效性，該書以實際案例進行分析，比較了不同測試場景下所有優(yōu)化結果的箱線圖和標準差系數，對該書采用的啟發(fā)式算法穩(wěn)定性進行測試，分析時刻表協同編制對三個優(yōu)化目標的影響和時刻表協同編制對系統動態(tài)總體運能的影響，并進行系統動態(tài)總體運能的靈敏度分析，以研究時刻表協同編制對系統動態(tài)總體運能的綜合影響。研究成果可用于指導系統多制式軌道交通列車運營時刻表編制和有效提升系統動態(tài)總體運能。

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