面向總體運能提升的區(qū)域多制式軌道交通系統(tǒng)協(xié)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(tǒng)協(xié)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(xiàn)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(tǒng)梳理，從系統(tǒng)總體運能、運輸組織、運輸信息服務(wù)相關(guān)方面進行闡述，分析現(xiàn)有文獻研究的不足和缺陷，提出協(xié)同運輸組織方法作用下的系統(tǒng)總體運能計算模型和提升方法。（2）從提高旅客運輸服務(wù)質(zhì)量和旅客運輸組織效率的角度出發(fā)，對影響系統(tǒng)總體運能提升的因素進行分析，包括：線網(wǎng)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(wù)與共享和企業(yè)運營成本。圍繞列車時刻表協(xié)同編制和列車協(xié)同開行方案的制定，分析協(xié)同運輸組織方法對系統(tǒng)動態(tài)總體運能影響因素的影響，包括：協(xié)同運輸組織方法對旅客運輸服務(wù)質(zhì)量的影響和協(xié)同運輸組織方法對企業(yè)運營成本的影響。基于以上分析，研究協(xié)同運輸組織方法對系統(tǒng)動態(tài)總體運能的影響，進而發(fā)現(xiàn)協(xié)同運輸組織方法與系統(tǒng)動態(tài)總體運能間的內(nèi)在聯(lián)系。（3）系統(tǒng)總體運能是反映各制式軌道交通設(shè)施設(shè)備協(xié)同組織程度、旅客協(xié)同運輸效率和旅客運輸服務(wù)質(zhì)量的重要指標，因此，其計算方法和數(shù)學(xué)模型應(yīng)體現(xiàn)出協(xié)同運輸組織方法作用下的系統(tǒng)總體運能動態(tài)變化過程和結(jié)果。該書提出的區(qū)域軌道交通系統(tǒng)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(tǒng)系統(tǒng)總體運能計算模型中旅客出行數(shù)據(jù)為“點”數(shù)據(jù)的缺陷，還能夠?qū)f(xié)同運輸組織方法對系統(tǒng)總體運能的影響轉(zhuǎn)化為定量計算。隨后，運用數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明協(xié)同運輸組織優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)總體運輸能力的提升。綜上，構(gòu)建了區(qū)域軌道交通系統(tǒng)旅客運輸服務(wù)質(zhì)量、線網(wǎng)運輸能力和企業(yè)運營成本綜合影響下的系統(tǒng)動態(tài)總體運能計算模型，并基于實地調(diào)研數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)擬合函數(shù)模型對該模型的主要參數(shù)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(diào)研獲取多制式路網(wǎng)客流出行信息和列車運行信息，利用大數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)揭示這些信息所蘊藏的內(nèi)在規(guī)律和聯(lián)系。研究多制式列車一體化運行調(diào)整和時刻表協(xié)同編制理論，利用數(shù)學(xué)優(yōu)化方法構(gòu)建不同需求導(dǎo)向下的多制式列車一體化運行調(diào)整和時刻表協(xié)同編制優(yōu)化模型，設(shè)計一種權(quán)重系數(shù)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(wǎng)不同運營時期和運輸需求下的各類優(yōu)化編制方案。構(gòu)建一個理論體系、兩組數(shù)學(xué)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(diào)整和時刻表協(xié)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(xié)同運輸組織的迫切需求。（5）基于多模式路網(wǎng)靜態(tài)不確定客票數(shù)據(jù)和列車實際運行圖數(shù)據(jù)，設(shè)計不同出行場景下不確定客流需求數(shù)據(jù)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(gòu)建適應(yīng)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(xié)同編制優(yōu)化機理，確定了多模式列車運行圖協(xié)同編制優(yōu)化方式，根據(jù)抽樣平均近似方法選取的靜態(tài)不確定客流需求場景數(shù)據(jù)庫，設(shè)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(shù)變量，構(gòu)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(guān)和列車運行圖編制相關(guān)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(dǎo)向的多模式路網(wǎng)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(guān)優(yōu)化目標和約束條件，構(gòu)建多模式耦合需求驅(qū)動的列車運行圖編制優(yōu)化模型，并進一步設(shè)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(shè)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(dǎo)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(wǎng)的總體運輸能力。（6）由于區(qū)域軌道交通系統(tǒng)內(nèi)各制式軌道交通系統(tǒng)運營管理、信息傳遞相對獨立，導(dǎo)致軌道交通系統(tǒng)間的列車運營時刻表銜接性較差，從而出現(xiàn)諸多旅客跨制式運輸問題，對系統(tǒng)運輸效率和系統(tǒng)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(gòu)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(nèi)企業(yè)運營成本優(yōu)化模型，優(yōu)化城市軌道交通系統(tǒng)與鐵路系統(tǒng)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(xié)同編制對系統(tǒng)動態(tài)總體運能的影響程度，該書根據(jù)已有文獻的研究成果，對這三個優(yōu)化目標的權(quán)重系數(shù)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(gòu)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(jié)果的箱線圖和標準差系數(shù)，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(xié)同編制對三個優(yōu)化目標的影響和時刻表協(xié)同編制對系統(tǒng)動態(tài)總體運能的影響，并進行系統(tǒng)動態(tài)總體運能的靈敏度分析，以研究時刻表協(xié)同編制對系統(tǒng)動態(tài)總體運能的綜合影響。研究成果可用于指導(dǎo)系統(tǒng)多制式軌道交通列車運營時刻表編制和有效提升系統(tǒng)動態(tài)總體運能。

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