城市轨道交通网络化运输组织协调理论及方法研究（可编辑） .doc

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1、城市轨道交通网络化运输组织协调理论及方法研究 城市轨道交通网络化运输组织协调理论及方法研究 作者:房霄虹周磊山教授导师:北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名:殇霄杰签字日期:,口年,月日中图分类号:. 学校代码:. 密级:公开北京交通大学博士学位论文城市轨道交通网络化运输组织协调理论及方法研究 巧似

2、学 号:作者姓名:房霄虹导师姓名:周磊山 职 称:教授学位类别:工学 学位级别:博士学科专业:交通运输规划与管理 研究方向:城市轨道交通北京交通大学年月致谢本论文是在我的导师周磊山教授的严格要求和悉心指导下完成的。自师从周老师开始研究生学习开始,他渊博的学识、严谨的学风、诲人不倦的师者风范、精益求精的工作作风、乐观豁达的生活态度,特别是一丝不苟、刻苦钻研的科研精神都深深地感动着我、激励着我,使我有勇气去克服学习、工作、生活中的一次次困难,使我有信心去完成在科学研究道路上的一次次超越。可以说,我的每一次进步,都倾注了周老师大量的心血。在此,谨向周老师致以我最诚挚的谢意。感谢交通运输学院的刘军教授

3、、林柏梁教授、何世伟教授,他们对我的工作提出了许多中肯的意见和建议,帮助我明确了论文进一步修改和完善的方向,使我的研究更加成熟,在此表示深深地感谢感谢我的师兄乐逸祥副教授、孙琦博士、陈雍君博士、秦胜博士、夏明博士以及我的师弟、师妹们,他们,在迷茫时给予我方向,在困苦时给予我力量,陪伴我走过人生的一次次得意与失意,一直给我以支持和鼓励。感谢我的同学王寒凝、王永明、孙新宇、李杰等,他们用乐观向上的精神渲染了我论文写作期间的那一段困苦的苍白,并以力所能及之力对我的论文写作与修改给予了极大地帮助和指导。论文虽然是本人所写,但每一字每一句都凝聚着他们的一份心血。最后,感谢我的父母,感谢他们对我一如既往的

4、支持和奉献。感谢我的爱人周勃,感谢他一直做我最坚实有力的后盾,使我安心、顺利地完成博士阶段的学习。以及感谢所有给予我关心和帮助的亲人、朋友们。他们都将永远是我前进的最大动力。博士研究生的求学生涯,使我有机会在学术的海洋中邀游,在一片静谧中感受别人不一样的天空,这段难得的人生经历将使我毕生难忘。在这一段平常而不平凡的人生旅途中,悄然承受了许多无私的帮助,对每一份帮助我都心怀感恩,在此一并表示衷心的谢意。运行的协调性,对提升网络化运营管理的水平,更好地发挥轨道交通网络系统的整体能力和综合效益,实现运营的高效、安全和可靠非常重要。针对我国城市轨道交通网络化发展的现状,在充分借鉴国内外先进经验的基础上

5、,本文以城市轨道交通网络化运输组织为研究对象,以网络化运输组织协调高效为根本目标,展开了一系列的相关研究。本文对城市轨道交通网络化运输组织及其呈现的新特点进行了研究,阐述了城市轨道交通网络化运输组织的协调标准及其内涵。对城市轨道交通网络化运输组织所涉及的协调优化问题进行了简单分析,初步建立了城市轨道交通网络化运输组织协调理论研究的基本体系,并界定了论文的研究范围和主要内容。对成网条件下轨道交通客流需求的网络化特性和动态性变化进行了分析研究,总结了客流随网络结构演变的变化规律。结合此后介绍的常规公交竞争与协作模式下的客流预测方法,可形成中长期客流预测技术。在轨道交通网络化客流分配方面,建立了一种

6、考虑拥挤对路径广义费用影响的多路径出行选择随机用户平衡客流分配模型,并设计了相应的蚁群算法搜寻短路与动态规划方法回溯验证相结合的短路混合算法,且通过部分轨道交通路网客流数据验证了模型和算法的有效性。本文从超长线路列车运行交路设置、市郊轨道交通跨站停列车开行及覆盖区域重合线路的共线运营三个方面,探讨了网络条件下城市轨道交通行车组织可能出现的新问题。尤其针对跨站停列车的停站方案设计,根据线路的长、短途客流特点和通过能力利用状况,建立了以运营企业社会经济利益最大化和旅客总出行时间最小化为目标的多目标优化模型,并设计了蚁群算法对模型进行求解,最终得到了跨站停列车开行的停站方案、服务频率以及该方案下的社

7、会经济效益和总旅行时间。借鉴交通流理论的基本思想和相关方法,发现了各线列车开行密度配置方案间存在的影响因素和约束关系,并定量描述了单条线路列车开行密度的传播北京交通大学博士学位论文规律。利用超网络流理论对网状线路列车开行密度配置问题进行了描述,进而将问题转化为部分与整体的关系进行分阶段求解。根据现有研究成果,总结了独立线路不同运营模式条件下的列车开行密度配置方案的求解方法。并且在单独线路列车开行密度配置已确定条件下,建立了网络化列车开行密度配置关系协调性评价指标,并通过方法对任意两线路列车开行密度的配置进行协调性评价,最终得到了各列车开行密度配置协调与否的评价结果及导致不协调存在的原因。在各线

8、路列车运行图己独立铺画完成的条件下,根据城市轨道交通网络客流特点,兼顾多线换乘衔接的便捷性和合理性,在保证运营费用不增加的条件下构造了一个以旅客换乘及等待时间最少为目标的多向列车换乘衔接模型。同时结合列车到发时刻在换乘节点内部的衔接与网络换乘节点间的外部协调,提出了分层协调的优化策略,最终通过平移线路列车运行图的方法实现了网络列车运行的综合协调优化。关键词:城市轨道交通;网络化;运输组织;客流分配;协调;优化分类号:.瑚 , 劬 印?、伊 ,. . . 、, 舵 .似的.,也 、 、,锣 锄锄叼舶 姗觚 、 ,巧 ,他 吼 伍,嘶, . 仃,印 诹的切 .传拓,.七】峪仃 ., ,、: 俩饥

9、,.、】、,功 觚, ., ?.硼, 啪打锄,. ,胁 锄 ? “ :.耐讥曲 仃咖.】,舶 ?印,.砌:.觚锄. 码撇 印,。场? ,谢。廿 ., .酊印印砌 砜咖。也 ,疗,仃.:趸 、猢 .猢 啪 、卜巧, ?时.硼.印、仃猢, 曲旧., ,砌仃觚. ?锄, 耐觚,抽乜锄 , . 工. 扛.协, 一,协虹.: 仃仃觚;咖; ; ;: .目录中文摘要一一绪论.研究的背景与意义.研究的背景?.研究的意义?一.国内外城市轨道交通发展现状.国外城市轨道交通发展现状.国内城市轨道交通发展现状?.国内外城市轨道交通运输组织研究现状.城市轨道交通客运需求预测及分析?一.城市轨道交通移动设备动态配置?一

10、.网络化列车运行的微观协调?一.本文的主要研究内容及框架结构?.城市轨道交通网络化运输组织概述?.城市轨道交通网络化运输组织的概念及内涵?。.我国城市轨道交通网络化运输组织的新特点?.城市轨道交通网络化运输组织协调高效的标准和内涵?一.城市轨道交通网络化运输组织协调理论研究体系一.本章小结?.城市轨道交通网络化客流分析?.城市轨道交通网络客流的形成?一城市轨道交通网络客流特征一.城市轨道交通总体客流变化趋势.不同阶段客流量变化趋势分析.线网结构变化对轨道交通客流的影响.城市轨道交通客流预测?.城市轨道交通客流预测的现状北京交通大学博士学位论文.城市轨道交通客流预测内容?.常规公交竞争及协作模式

11、下的客流预测“四阶段法”.城市轨道交通网络化客流的分配?.:?.城市轨道交通网络化客流分配基本思路?.综合出行阻抗函数的建立?.网络化客流分配求解算法?.算例分析.本章小结网络条件下城市轨道交通行车组织的新问题?.轨道交通线网超长线路的列车运行交路的设置.轨道交通超长线路的出现及其交路设置问题.城市轨道交通列车运行交路的基本形式?.轨道交通超长线路交路形式的确定?.市郊轨道交通线路组织跨站停列车运行的问题.组织跨站停列车运行的必要性和可行性?.组织跨站停列车运行的客流条件?.组织快慢车运行的停站方案优化模型.停站方案优化模型的算法研究.算例?.覆盖区域重叠线路的共线运营问题?.共线运营的必要性

12、?.共线运营的基本形式?.共线运营面临的问题?.列车共线运行方案?.本章小结网状线路列车开行密度配置方案.合理设置线路列车开行密度的意义?.列车开行密度网络传播特性分析.整体网络受局部线路影响的原因?.时段的划分?.密度传播特性?.目录.城市轨道交通列车开行密度配置问题超网络描述。.独立线路列车开行密度配置优化模型?。.前提假设.单停站方式多种折返区段线路列车开行密度配置?.单折返区段多种停站方式的线路列车开行密度配置.网络条件下线路间列车开行密度配置关系协调性评价?.网络化列车开行密度配置协调性评价标准?.列车开行密度配置关系协调性评价方法?.网络化列车开行密度配置方案协调性评价案例分析.本

13、章小结?.基于网络协调的路网列车运行图优化?.城市轨道交通列车运行图?.车体自动优化配置与运行图自动铺画相结合的线路列车运行图编制?.基于到发时刻衔接协调的低峰网络列车运行图优化.网络列车运行图协调优化背景?一.网络列车运行协调基本思路.衔接缓冲时间.前提假设及变量说明.网络列车运行协调数学建模一.网络列车运行协调优化模型求解?. .算例?.本章小结总结与展望.论文主要工作和创新点.研究展望参考文献作者简历?一独创性声明?一学位论文数据集?.北京交通大学博士学位论文表目录表目录表.北京市轨道交通路网建设时序表表. 北京市各年度地铁票价及客流量数据?.表.市城市轨道交通网各换乘站换乘走行时间?一

14、表.市城市轨道交通区段列车运行时间?一表市城市轨道交通客流分配相关参数取值.表. 市城市轨道交通客流.矩阵?.表. 市城市轨道交通各对间有效路径数量表.市城市轨道交通网络的客流分配结果?一表.市城市轨道交通网络换乘站客流统计?表.市轨道交通线站间距及区段运行时间数据?一表. 市轨道交通线相关数据.表.客流表表市轨道交通线列车开行原始方案?一表. 停站方案计算结果?.表. 列车开行密度配置关系协调性评价指标?一表.北京市轨道交通网各列车开行密度变化点各时段发车间隔?一表.北京市轨道交通换乘站各衔接线路的运营稳定时间段?一表. 评价指标初始数据?表. 评价结果?.表. 衔接类型表. 计算结果表?

15、号线各换乘站的各次列车到发时刻?.表. 号线各换乘站的各次列车到发时刻?.表 号线各换乘站的各次列车到发时刻?.表。 换乘站换乘客流?.表.换乘站换乘客流?.表.换乘站换乘客流?一表.换乘站换乘客流?一表. 换乘站换乘客流?.,北京交通大学博士学位论文表.各换乘站进站客流?表.各换乘站出站客流?图.图.图.图?图.图.图.图.图.图?图.图?图.图?图.图.图.图.图.图.图?图?图.图.图?图.图.图.北京交通大学博士学位论文图.共线运行形式一?.图.共线运行形式二图.共线运行形式三?.图.轨道交通单条线路示意图图.简单轨道交通网络示意图图.简单轨道交通网络示意图?图. 网络列车开行密度配置

16、问题超网络图示?图.单一交路列车运行图?图.大小交路衔接列车运行图图.大小交路嵌套列车运行图图.环形交路列车运行图?图.第一阶段基本运行图编制流程?.图.第二阶段车体配置与运行线调整流程?.图.某换乘站线路到达列车与线路出发列车的衔接关系图.平移前换乘站到达客流候车时间示意图.图?平移后换乘站巳到达客流候车时间示意图.图.简单轨道交通算例网络示意图?.绪论绪论.研究的背景与意义.研究的背景我国人口与经济的增长带动了交通出行量的大幅增长,城市轨道交通以其大容量、高速度、安全可靠、准点舒适等特点成为了城市居民出行首选的公共交通方式,是我国城市综合交通运输体系中的骨干力量。当前,我国的城市轨道交通已

17、经进入了快速发展时期,随着城市轨道交通新线的不断建设和投入使用,北京、上海、广州等特大城市轨道交通路网已经初具规模,网络化特征日益凸显。到年,北京将建成“三环、四横、五纵、八放射”共条线、的轨道交通网络,每天承载客流量比例将由目前的%提高到%;到年,上海将形成条线、总计的轨道交通线网规模,形成“四纵三横”的城市轨道交通网;到年,广州将建成条线、总运营里程的城市轨道交通网络。城市轨道交通开始进入网络化发展时代。而随着城市轨道交通网络化进程的快速推进,轨道交通运营模式也由单线相对独立运营管理逐步向多线综合运营管理的方向转变,形成了轨道交通网络化运营的新局面。网络条件下,城市轨道交通系统各线路间不可

18、避免地存在相互作用和影响,这种影响主要表现为两个方面:一方面,多条线路的交汇使客流在不同线路区域间移动,一条线路、一个换乘点客流的突变都将引起整个网络客流的变化,致使客流在整个网络上重新分布;另一方面,多条线路在换乘站交汇,使得不同线路间通过换乘站产生直接或间接联系,不同线路的列车开行需要在能力和时间双方面予以匹配,对轨道交通运输组织的协调性要求更高。同时,轨道交通网络结构的复杂性、不同轨道交通线路制式和功能的多元性、客流需求时空分布特点的多重性等因素都使得网络化运营管理的难度大大增加。国外在路网规模的轨道交通运营管理和行车组织方面已经做了许多研究工作,取得了一定的研究成果,为国内的研究提供了

19、一些值得借鉴的经验。国内传统铁路经过多年积淀也在运输组织管理领域积累了大量的经验。但是,我国城市轨道交通的路网结构及其快速扩充的演进过程、新线接入对既有路网的不断冲击、客流量的快速增长、按线组织车流和跨线组织客流的矛盾、不同运营主体的利益协调等因素,决定了其与其他国家以及我国传统铁路的网络化运输组织模式相比北京交通大学博士学位论文存在着许多差异,为此我们不能完全照搬国外模式,也不能不分情况地挪用传统铁路的运输组织方法,而只能从我国城市轨道交通所特有的需求和特点出发,深入研究符合中国国情的、满足实际运营需求的城市轨道交通运输组织方式和方法。目前,我国在单条城市轨道交通线路的运营管理和行车组织方面

20、做了大量的研究,也取得了显著的成果,为我国的城市轨道交通发展和运营作出过巨大贡献。然而,随着网络化的不断发展完善,现有的传统“单线型”运营思路和模式,已经越来越无法适应当前乃至今后很长一段时间的运输形势,对网络化运营观念,尤其是对网络条件下线路间影响关系分析和协调组织的缺乏,已经严重影响了轨道交通网络系统整体能力的发挥和综合效益的提高,使得城市轨道交通的网络化发展和运营面临着日益严峻的矛盾和挑战。.研究的意义经过近五十年的发展,我国城市轨道交通已经进入了健康、有序、快速发展时期,从初期各自关联程度不高的“各自为战”独立运营方式正逐步向相互影响和制约的“网络协调”综合运营方式转变。在网络条件下,

21、城市轨道交通系统各线路间的相互作用和影响必不可免,对轨道交通运输组织的协调性要求更高。但是,由于我国城市轨道交通系统的网络化程度还处于初级阶段,组织理论、运营技术和评估标准仍然没有突破传统“单线型”的运营思路和模式,无法适应当前乃至今后很长一段时间的运输形势,给城市轨道交通网络化运营管理及其协调等方面带来了诸多挑战。因此,在我国大规模路网还没有形成的今天,立足于城市轨道快速网络化发展的现实,在充分借鉴国内外先进经验的基础上,运用系统科学、运输组织、信息科学技术等先进理论和方法,以城市轨道交通网络化运输组织理论为研究对象,深入地进行科学研究,将具有非常重要的研究价值和极强的现实意义。轨道交通网络

22、形成之后,城市轨道交通客流的产生、时空分布以及演化将呈现出完全不同的特征。因而,从网络演变的角度研究客流的动态性发展变化,并以其为依据建立更准确有效的预测分析技术及方法,将能够得到更为精准的网络化客流数据,从而为合理设置行车组织方式、均衡配置和利用运力资源、合理安排网络化列车运行计划提供更可靠的客流依据。随着城市轨道交通网络规模的日益扩大,线网结构的日趋复杂,客流需求也呈现出多样化的特性,既有的行车组织方式已无法完全适应客流需求的变化。因此,研究多样化的行车组织方式,针对不同的客流特点提供相应的行车组织方案,可充分满足客流多样化的需求,同时为制定更合理的列车运行计划奠定基础,使得客流需求与运输

23、供给间形成更有效的匹配关系。目前,城市轨道交通各线路的列车开行密度是在满足基本客运需求的条件下以运营成本最小化为目标单独确定的。但在网络化运营条件下,网络上的各相邻线路间必然在一定程度上相互影响,而这种影响的存在使得既有的独立线路列车开行密度配置最优方案在网络化轨道交通系统中未必能够实现系统最优。因此,探寻各线列车开行密度配置方案间存在的影响因素和约束关系、掌握制约轨道交通系统内列车开行密度配置的基本规律,从而最终找到制定整体协调优化方案的有效方法,将有利于更好地利用现有的运输能力,实现乘客的高效疏导和高水平的客运服务,提高轨道交通列车运行的安全性、快速性和舒适性。随着经济的发展、社会的进步、

24、物质文化水平的提高,人们对出行的需求已不仅仅满足于安全到达目的地,同时也对出行的便捷性、舒适性等提出了更高的要求。以换乘站衔接时刻协调为目标进行网络化列车运行优化,可以使换乘站不同线路列车的到发时刻衔接更加合理,进而有效减少乘客不必要换乘等待时间,提高乘客出行便捷性,进一步提高城市轨道交通所提供的乘客服务水平,提升城市轨道交通参与城市公共交通的竞争力。综上所述,城市轨道交通网络化运营管理对运输组织提出了进一步精细化管理的要求,一方面要充分实现轨道交通系统运营的高效率和低成本,另一方面要为乘客提供安全、快速、准点、舒适和人性化的高质量服务。而这一目标则必然要通过客流需求与运输能力供给的协调、网状

25、线路移动设备资源配置的协调和网络化列车运行时刻的协调等几个方面来实现。为此,从路网运营管理的角度有必要进一步提高网络客流分析预测的准确性、线网运力资源配置的均衡性、网络列车运行的协调性,从而提升网络化运营管理的水平,更好地发挥轨道交通网络系统的整体能力和综合效益,实现运营的高效、安全和可靠。.国内外城市轨道交通发展现状轨道交通起源于世纪初的马拉有轨车,年于英国曼彻斯特诞生第一条铁路,年在伦敦建成第一条地下铁路,世纪末,地铁技术在欧美传播,后来又传到拉丁美洲、亚洲引。从世纪年代起,城市轨道交通开始走进中国人的生活,有关城市轨道交通的运营组织研究也引起了国内越来越多人的关注。据统计,目前世界上已有

26、多个国家和地区的多座城市建造了城市轨道交通,累计线路总长度为多公里,年客运总量约为亿人次。截止到年底全球地铁运营里程最长的城市是英国伦敦,总长度达到;排名第二的纽约则达到;中国上海、北京两城市随着轨道交通线网规模的不断扩大,北京交通大学博士学位论文也已经跻身世界城市地铁运营里程排名前十。到年世博会开幕前,上海地铁总里程将扩大到【,届时将上升至世界城市地铁运营总里程排名的首位。.国外城市轨道交通发展现状目前世界上较为发达的城市大多拥有完整的轨道交通系统,一些城市的轨道交通运量占城市交通运量的%以上,有的甚至高达%。东京:目前共有轨道交通路线条,个车站不含副都心线,路线总长不含与私营铁路直通运转的

27、路段.公里不含副都心线,每日平均运量将近万人次,发达程度居世界前五名。伦敦:伦敦是世界上最先开通地铁的城市,早已实现了客运以轨道交通为主的目标。其地铁线路共有条,总长,其中超过在地下。运行间隔为.,郊区为,最大编组为节,线路呈放射状,每天平均运量多万人次。巴黎:巴黎的轨道交通工具包括地铁、轻轨和市郊铁路。轨道交通承担巴黎公共交通%的运量,包括市郊铁路在内日客运量超过万人次。巴黎地铁总长度.公里,有条主线、条支线,合计个车站、个交会站,是内城公共交通的骨干,乘客徒步就可到达地铁站,列车最小运行间隔。市郊铁路线路条,总长。纽约:纽约市公共交通占总交通量的%,到内城的客运%采用大客量交通工具,主要有

28、地铁、市郊铁路和公共汽车。市区铁路线共有条,长,所有车站通宵服务。莫斯科:莫斯科拥有一个跨及全市的立体交叉地铁网,是世界上最繁忙的地铁之一,共有条线,包括条辐射线和条环行线,全长公里,有个站台,列地铁列车在地铁线上运行,每天运送的乘客达多万人次。地铁运行速度很快,时速最高达公里。每天运营,高峰时列车间隔为,车速洫,担负了该市客运总里程的%。在发展中国家和地区,墨西哥城的地铁运营里程排在世界前十之列。经济转轨国家的大城市华沙、布达佩斯等,城市轨道交通亦发展迅速。.国内城市轨道交通发展现状最近多年来,城市轨道交通具有的缓解城市交通拥堵、改善城市环境和引导城市布局结构优化的功能在我国得到越来越广泛的

29、认同,全国多座百万人口绪论以上的大城市中,已经有多座城市开展了城市快速轨道的建设或建设前期工作。约有个大城市已经上报了城市轨道交通网的规划方案,规划建设的线路将达条之多,长约公里。截至去年年底,国内所有开通城市轨道交通线路的城市运营总里程已达近千公里。中国已成为世界上城市轨道交通发展最快的国家。北京:北京地铁号线是我国第一条地铁,一期工程于年动工,年月通车试运行,宣告了中国没有城市地铁历史的结束。经过余年的发展,目前北京市轨道交通已开通的线路有号线、号线、号线、号线、号线一期含奥运支线、号线、八通线、机场线,运营里程约公里。正在建设的线路有号线、号线二期、号线、号线二期、大兴线、亦庄线、昌平线

30、、房山线、号线,计划于.年开通运营。至年,还将建成通车号线、号线一期、号线二期、西郊线等,届时将形成“三环、“四横”、“五纵”、“八放射的轨道交通路网,共计条线路,运营里程达公里。年月日是北京地铁号线和号线缩短高峰运行间隔的第一天,地铁全网客运量突破万,达到人次,全线开行列车列,其中加开临客列。至此,北京地铁成为中国大陆第一个日客流超过万人次的地铁系统。年,北京轨道交通系统每日开行列车近列,日均运送乘客超过万人次。年月日,北京地铁日客运量达到万人次,再创历史新高。表?北京市轨道交通路网建设时序表 铆 “影 北京交通大学博士学位论文上海:上海市规划中的轨道交通网络共有线路余条,全长近千公里,网络

31、覆盖全上海市。截至年月,上海轨道交通路网为条线路,运营线路总长公里,车站总计座不含磁浮示范运营线,覆盖徐汇、长宁、静安、黄浦、虹口、杨浦、闸北、普陀、卢湾个上海中心城区以及宝山、闵行、松江、嘉定、松江等郊区以及浦东新区个行政区域,线网规模位列全国之首、世界第三。年月日,随着号线二期和号线的顺利开通试运营,上海市轨道交通网络客流再创新高,达到万人次。到年世博会开幕前,随着上海轨道交通号线的开通运营,总里程将扩大到,届时将跃居世界轨道交通总里程排名的首位。广州:广州地铁是中国广东省广州市的城市轨道交通系统,于年月日开通。广州地铁现有号线西朗至广州东站、号线三元里至万胜围、号线广州东站至体育西路和天

32、河客运站至番禺广场、号线车陂南至金洲及号线浯口至文冲段营运通车,条线路共长公里,共有座车站,每天平均客流量约万人次。目前广州地铁正处于大规模扩建中,远期规划长度约为公里。除了北京、上海、广州、香港和台北以外,我国己在南京、天津、长春、大连、深圳、武汉、重庆等十多个城市开通了城市轨道交通。年,国务院再次批复个城市的地铁建设规划,总投资超过亿元。根据年北京国际城市轨道交通展览会上我国各城市轨道交通发展规划图显示,至年我国将新建轨道交通线路将达条,总建设里程达公里。.国内外城市轨道交通运输组织研究现状长期以来,城市轨道交通的相关研究主要基于隧道盾构、工程设计、通信控制等硬件方面,而针对规划和运营管理

33、,尤其是运输组织的研究相对薄弱。关于城市轨道交通运输组织方面的研究主要包括以下几个方面。.城市轨道交通客运需求预测及分析客流预测国外轨道交通客流预测方法比较成熟的是四阶段法,以后的发展主要在经典四阶段法的基础上对某阶段或几个阶段进行改进和完善。出行生成预测模型大多基于家庭或小区出行现状的增长系数法和线性回归法,后来进行改进,称作类型法或称为交叉分类法。出行分布模型最常用的是重力模型、增长系数法以及改进绪论的介入机会模型等。方式划分模型主要包括集计模型和非集计模型两种。最早的集计模型是分担率曲线法,后来参照其它预测模型,引进了回归分析法和重力模型。最早的非集计模型是效用最大化的理论,但此时的模型

34、与传统方法相比还具有明显而严重的缺陷,后来在效用最大化的理论上提出离散选择模型,根据其中概率分布函数的差别,分为酣模型和模型。对模型改进,提出了模型、以及经过。变换得到的和模型、广义模型。出行分配方法主要是全有全无分配法,其后的增量分配法、连续平均法、容量限制配流均是在此基础上建立的,其它常用方法还有最短径路分配法、均衡分配法、随机分配法等。目前国内使用的客流预测方法主要有土地利用法和交通规划四阶段法。土地利用法侧重对一条线和每一个车站周围一定范围内土地利用的研究,没有考虑轨道交通的建设对整个城市客流量以及客流在城市路网上分布的影响;四阶段法则是以城市居民出行为基础,使用数学模型分析客流的变化

35、规律,从而确定轨道交通线路上的客流量。轨道目前城市轨道交通客流预测存在较大的不准确性,其原因主要有:交通客流预测依托的基础数据存在较大的不确定性,是轨道交通客流预测不准确的主要原因,例如人口和就业的不准确性。 预测方法的问题,利用现状的交没有考虑到客通特征预测未来的交通特征,存在较大的主观性和不确定性。运需求影响因素轨道交通线网布局、城市用地、接驳、票价的变化及轨道交通线路建成后对客运需求的影响。此外,客流预测技术在综合考虑:轨道交通沿线规划调整与轨道交通客流预测的协调、出行强度的确定、出行方式结构的计算、公交线网规划与轨道交通线网规划的协调等方面也存在不足。网络客流分配国外视网络客流分配问题

36、为运量在城市交通网络上的合理分布,即一个平衡配流问题。“用户平衡条件”的准确定义是由著名交通问题专家于年提出来的,随机用户平衡的概念则是由和发展的。此后,在用户平衡的基本原则下,即在.之间所有可供选择的路径中,乘客所选择的各条路径上的广义费用期望值全都相等,且不大于未被选择路径的广义费用期望值,配流问题被转换成数学规划问题,平衡状态可以由求解等价的极小值问题得到。为了寻找网络上的平衡配流结果,产生了两种常用的启发式方法,一为容限配流法,二为比例配流法,前者可能不收敛,而后者则可能收敛致非平衡解。启发式方法的这些缺陷促使学者们进一步研究等价的最小值问题的有效算法,产生了方向搜索法。在方向搜索法的

37、每一次迭代中,都要用“全有全无”法对网络实行加载,.交通量被分配在对应的最小阻抗路径上。方向搜索法是收敛的,迭代次数北京交通大学博士学位论文对目标函数值下降量的边际贡献是不断减少的。目前,国内专家学者对城市轨道交通网络客流分配问题的研究也主要还是借鉴道路交通网络流量分配理论。如四兵锋、高自友等在分析乘客的交通选择行为的基础上,基于随机用户平衡理论构造了铁路客运网络的流量分配模型及优化算法【,】;吴祥云等基于用户平衡原理,建立了城市轨道交通网络的客流量平衡分配模型,并采用.算法对模型进行求解【。北京交通大学的四兵锋等充分考虑了影响城市轨道交通网络客流分配的主要因素包括出行时间和换乘次数,构造城市

38、轨道交通网络的广义费用函数,并分析乘客在城市轨道交通网络中的路径选择行为。在此基础上,基于随机用户平衡原则提出城市轨道交通网络客流分配问题的数学优化模型,并设计了基于图的深度优先搜索算法进行求解,取得了较好的客流分配结果【。此外,同济大学的徐瑞华等则是从网络票务清分的目标着手,考虑了乘客出行路径的多样性,首先确定条乘客可能选择的理性路径,而后根据概率分布确定了每条路径的客流分配比例。该方法更切合实际地反映了乘客的出行情况,能充分兼顾路网运营中做出贡献的运营主体利益,体现了更加科学、准确、客观、公平地分配运费收益的原则,但如何确定条乘客的选择概率也成为该方法的难点所在。.城市轨道交通移动设备动态

39、配置移动设备动态配置主要是指城市轨道交通车辆从数量、类型、技术等级等方面在不同时间、地区、所有者之间的配置。城市轨道交通线网、车站等固定设施一经确定后较为稳定,能够较大程度地影响运输能力的就是移动设备。移动设备的配置,既要与客流的数量、结构、需求特性等相适应,又要与固定设施的技术等级、管理控制方式、通过能力、维修能力等相适应;既要满足交通运输需求,又要充分利用固定设施的能力,减少配备活动设备的成本。目前研究主要集中在城市轨道交通线路列车编组方案、运行间隔、运行交路、停站方案等方面,并已取得了一定的可以应用于运营实际的成果,但对成网条件下移动设备动态配置的研究还较少。运输组织模式从城市轨道交通出

40、现到现在,国内外对其运输组织模式的研究工作始终没有停止。国外的研究工作主要集中在列车的编组方案、通过能力等方面。以灵活的编组结合对行车密度的调节适应不同时期和不同时段客流量变化的要求,是提高地铁运输效率的有效途径,这一点已经成为国外城市轨道交通运营部门的共识。绪论巴黎地铁号线采用的小编组、高密度的行车方式和维也纳地铁号线采用的节编组动拖,并根据需要解编为节的行车组织方式是其中比较成功的代表。线路通过能力是制定运输组织方案的根本依据,碰呵. .在文献【中首先提出了计算轨道交通线路通过能力的一般公式。/。,在文献【中将多标准决策应用于城市轨道运输系统中,建立了三个不同复杂度的数学模型用来优化轨道运

41、输系统中不同径路的车辆调配问题。目前,我国城市轨道交通列车编组方案、运行交路、停站方案等方面的研究主要集中在单条线路条件下,并己取得了一定的研究成果。如毕艳祥等研究了城市轨道交通运输组织方式的基本原则、列车交路形式和编组方式的相关理论【】;徐瑞华等分析了连通型城市轨道交通网络的线路结构、技术设备特点和运输组织特点,提出了可能的共线运营方案【】;宋键、徐瑞华等还对市域快速轨道交通线快慢车开行问题进行了研究,对开行跨站停、部分停站、直达列车的组织形式及需具备的条件进行了分卡斤【,等等。这些研究对城市轨道交通目前以及未来的运营组织具有一定的指导作用。列车开行密度和发车间距优化在城市轨道交通列车开行密

42、度和发车间距优化方面, 和 ,等从乘客需求角度优化了分时段列车运行时间的排定方法【,比较成功地解决了行车组织优化问题。国内部分学者也进行了相应的研究。如同济大学的孙焰教授等给出了各种循环方式下车体运用数下界的数学计算公式,建立了使列车实载率达到最大的列车运行计划的优化模型,并采用分步优化的方法取得了各不同时段的列车开行密度口。北京交通大学的林震等对影响轨道交通发车间距的因素进行了分析,在此基础上分别以运营者效益最大化与社会福利最大化为目标函数,建立了合理发车间距的优化模型【。浙大网新众合轨道交通工程有限公司的严波提出了以乘客满意度和企业满意度加权平均值最大为总体目标的行车间隔时间优化模型,模型

43、考虑了因拥挤无法上车而导致等待时间过长的情况,更加符合轨道交通高峰期运营组织的实耐孙。.网络化列车运行的微观协调国外对城市公共交通的协调性研究成果较为突出,尤其是对主要交通工具与接驳交通工具间的衔接时刻协调理论及应用。如,和通过建模方法优化了综合运输系统中从某一个交通枢纽出发的所有线路的发车时刻。、巧和 建立了一个模型用以优化由主要铁路线路及其接北京交通大学博士学位论文驳公交线路组成的综合交通枢纽的服务,并在年对此模型进行了完善,目标不仅考虑供应商的运营费用,同时考虑乘客所获得的利益,最终通过协调得到使砒目标达到最小值的最优发车间隔和缓冲时间【.。.用以解决多运建立了一个二次不完全规划模型 】

44、营商城市公共交通网络协调优化问题【。而轨道交通由于其特有的客流量大、列车开行密度高等特点,系统内部同等重要交通线路间的协调性研究还很少见。我国的轨道交通研究水平总体上落后于国外。由于观念上的误区,对轨道交通的研究重视“硬件”,轻视“运营”,即使对单条线路运输组织的研究也没有形成一种完善、全面的理论体系,对路网条件下运输组织的研究则大多停留在论述层面。最近几年国内对轨道交通行车组织方面的研究,多以现有简单的线路条件为背景,且大多照搬铁路的一些研究成果,考虑网状线路下城市轨道交通自身特点的研究少见;在考虑时间协调的研究方面,关于轨道交通和城市其它交通工具宏观协调的研究比较多,就成网后城市轨道交通系

45、统内部线路列车运行微观协调的研究还非常欠缺。.本文的主要研究内容及框架结构网络化给城市轨道交通的运营组织管理工作带来了许多新的特点。轨道交通网络规模日益扩大、网络结构益复杂,新线路、新技术、新设备密集投入使用,不同轨道交通线路制式和功能多元化,客流需求时空分布呈现多重性,多运营主体出现,不同运营主体或不同线路间运营协调要求提高,等等这些,都使得网络化运营管理的难度大大增加。而运输组织作为运营管理最重要的组成部分之一,其对确保城市轨道交通最大限度地满足客流需求并实现“安全、有序、高效、舒适”运营具有至关重要的作用。因此,本文从实现运输组织网络化协调的角度出发,力求准确把握轨道交通网络客流特性及其分布,研究网络化条件下城市轨道交通可能出现的特