城市轨道交通运营组织优化研究(1)(3)

西南交通大学硕士研究生学位论文第３页式、客流组织、安全预警管理、运输能力计算、运营成本核算、列车开行方案等方面进行了系统的阐述，形成了都市圈轨道交通系统运营管理的理论体系。日本有专门针对城市轨道交通运营管理的信息系统，包括列车运营计划编制、信息统计、责任监督安排、信息检测等功能，为整个城市轨道交通的安全和通畅运行提供了必要的技术条件【４】。Ａｓｓｉｓ等１５Ｊ研究了城市轨道交通线路的客流时间动态特性以及车站乘客候车时间和乘降时间，据此提出了分时段列车时刻表的优化排定方法。Ｃａｓｔｅｉｌｉ等１６Ｊ研究了城市轨道交通线网内换乘站衔接的各条线路的客流量、客流时间分布特性和方向特性，据此提出适应各线客流特征的列车时刻表的优化方法。Ｍｉｇｎｏｎｅ等【７Ｊ在保证某条线路各站列车时刻表稳定的前提下，建立数学模型计算不同时段开行的快慢列车的跨站组合，使运输供给满足沿线断面不均衡的旅客乘降量。我国的城市轨道交通运营研究起步于上世纪六十年代，当时对平衡运营需求和设备系统规模等进行了较系统的研究，但缺乏对城市轨道交通系统性的研究和考虑，在设计过程中子系统常常只从自身的角度进行研究和考虑，在设计完后就会发现照应不周的问题。常常出现整体性不够，系统控制较差，难以实现系统间的平衡。通过对城市轨道交通运营组织的研究和改进，大大提高了运营的效率，轨道交通方式的吸引力进一步的提高，人们对运营研究的意义和重要性也更加重视。我国研究和建设轨道交通的运营组织上取得以下成果：（１）系统整体介绍张国宝主编的《城市轨道交通运营组织》对城市轨道交通的运营进行了全方位的研究和叙述１１Ｊ，何宗华等人编写新的《城市轨道交通运营组织》，结合了轨道交通新的发展，对行车组织、客运管理等进行了系统的分析和研究阳１。毛保华等【２】以城市轨道交通系统运营管理为研究对象，对城市轨道交通的运营管理模式、客运组织、运输计划、运行图编制、运输能力计算、列车运行控制、运营安全管理、列车运行过程模拟与分析、运营经济效果分析等方面进行了深入的研究，在传统的以客运需求与行车组织为核心的运输组织理论基础上，开发了基于牵引动力理论的列车运行过程仿真软件来模拟列车操纵策略，提高列车运行预期效果和运行过程控制的精度，形成了新的理论体系。（２）列车编组及行车间隔时间的研究施仲衡ｐＪ介绍了巴黎地铁１４号线采用小编组、高密度的行车方式，通过调节行车密度满足不同时期和不同时段客流量变化上的需要，形成了较为完备的理论体系和研究结构。当列车选型与编组方案确定后，线路输送能力则主要由列车开行间隔决定。郑晓龙ｌｌｏＪ对列车最小开行间隔的影响因素进行分析和理论研究，并在此基础上推导出固定闭塞和移动闭塞系统下的列车间隔的计算公式。在满足最大能力需求下，不同时段合理的列车开行间隔具有提高列车运营效益的作用。严波…】借鉴城市公共交通运营管理优西南交通大学硕士研究生学位论文第４页化的研究方法和部分理论，建立了以乘客满意度和企业满意度为目标的行车间隔优化，模型。方蕾和庞志显１１２ｊ研究了城市轨道交通系统客流在线路方向上和断面上的空间分布不均衡性和时间上的动态分布特性：在此基础上，依据分布特性设计行车组织原则。王修志和宋建业【１３】研究了城市轨道交通系统客流在时空分布特性，据此提出了以交路选择和编组选择为核心的行车组织方案的确定方法。（３）有关多交路运营的研究列车交路方案是影响整个系统功能和效率的重要因素。在城市轨道交通线路多交路的设计方面，国内已经有相当深入的研究。在多交路线路的通过能力方面，徐瑞华等【１４】基于长短交路套跑对城市轨道交通线路通过能力和车底运用的影响，提出设定小交路的“运行图周期分析法’’，建立多种交路条件下城轨交通通过能力损失和车底数量的数学模型，并给出实例计算。有学者则围绕城市外围区线路近远期客流需求的不同，提出了不同阶段采用不同交路模式以适应客流变化的观点【１５】。（４）有关列车开行方案设计（快慢车结合为主）的研究袁博晖【ｌ６】基于城市轨道交通客流的时空不均衡特性，分析了改变行车组织方式的条件，以节省旅行时间为目标，建立了采用分站停车的行车组织方式满足乘客需求的数学模型。郭丽丽【ｌ７】针对环放结构城市轨道交通线路的客流特点，以运营成本最小化为优化目标，结合大小交路的开行比例研究了列车停车方案模型，并应用于成都市地铁一号线的运输组织。史峰等【ｌ８】通过分析与旅客列车开行方案相关的铁路旅客运输需求影响因素，构造旅客运输弹性需求函数关系，将旅客对不同停站序列的高速、中速列车的选择归结为弹性需求下的用户平衡分配问题，建立了基于弹性需求的旅客列车开行方案的双层规划模型，并给出模拟退火算法求解方法。这一针对高速铁路中高速列车混跑模式下的开行方案优化研究，对于城市轨道交通线路的快慢车开行方案的研究，有很高的借鉴意义。祝晓波【１９】针对市域线的郊区区段，以乘客节省时间最多为优化目标，提出案例线路的最佳停站方案，并据此铺画运行图，比较不同快慢车组合对数条件下开行快车节约的旅客出行时间的差异，最终得到最佳的快慢车组合对数及相应的越行站。’尽管如此，我们应该看到我国城市轨道交通的运输组织研究还不完善，在很多问题上还有待进一步研究，尤其是对轨道交通客流空间时间波动性较大的线路，其合理开行间隔时间和列车交路模式的选择具有重要的研究价值。对于快车跨站方案的研究，主要以建成后的轨道交通线路为研究（假想）背景，更多地着眼于某一方向某一距离的客流特征（特别是快车所服务的客流特征），设计快车跨站方案以适应该运输需求，除了考虑乘坐快车乘客节省的时间之外，同时应考虑运营成本和设备能力限制条件等，更加具有可实施性。西南交通大学硕士研究生学位论文第５页１．３研究意义目前，我国的一、二线城市交通压力问题非常突出，部分发展较快的三线城市交通压力也在近两年突显。国内外相当多的城市已出现地面公路交通严重拥堵问题，虽然有些城市采取公交先行、公交优先、一周少开一天车、汽车实施单双号行驶的办法，但都不能从根本上解决交通堵塞问题。为了解决城市交通压力，我国在城市轨道交通方面的投入不断加大，发展速度很快，部分中心城市在十二五规划中已提出，中心城市建几纵几横的地下交通网络，在辖区内各卫星城实施县县通快铁的目标【２０】。只有迅速发展城市轨道交通才能有效的缓解城市化进程中我国日益突出的交通矛盾。城市轨道交通体系建成了，运营方面的问题出现了，怎样高效率的运营好轨道交通系统，就成为当今社会必须加快研究探索和迅速实践的课题。只有研究和探索高效运营的管理体制和模式，才能有效的缓解城市化进程中出现的交通压力问题。基于城市轨道交通越来越快的发展现实，运营组织的重要性和加强运营组织的必要性不言而喻。最近几年国内外在这方面也取得了很多研究成果，但仍存在不完善的地方。尤其是对于客流量断面变化较大的轨道交通线路，如何更好地确定列车交路计划和停站方案，以及如何确定更为合理的编组方案和行车间隔时间，都需要在前人研究的基础上，做进一步的思考和探讨。本论文就是在这样的思路下展开的。对轨道交通系统现状进行探讨，并分析其线路特点和客流需求特性，然后基于轨道交通系统优化的目标，对轨道交通运输组织进行优化研究。车辆选型和列车编组问题是城市轨道交通运输组织优化的基础，不同城市不同线路状况其列车选型和编组具有不同的适应条件，因此对车辆选型和列车编组问题进行研究时要基于特定的线路客流特点。列车合理开行间隔、列车交路计划和列车停站方案是进行城市轨道交通运输组织优化问题的三个重要组成部分。本论文主要从这三个方面进行探讨。在各运营区段各计算时段内，确定合理的列车开行间隔是提高服务水平，增加客流吸引，降低运营支出和提高运营效率的主要手段。此外，在轨道交通线中，列车交路模式选择对中间折返站折返能力和折返站前期设计具有一定影响。中间折返站一般位于客流断面变化较大的区域，因此对列车交路模式要进行综合比较。为提高车底利用效率，缩短旅客在途时间，在轨道交通超长线可以考虑开行快慢车和跳站运行的方案。应站在乘客和运营企业两个角度考虑，建立停站方案优化模型。西南交通大学硕士研究生学位论文第６页１．４研究内容本论文在这样的背景下，着力于城市轨道交通运营组织方式的研究，针对目前现有的运营组织方案，提出优化意见和建议，给轨道交通运营企业和轨道交通设计规划人员的决策提供参考。，轨道交通的运营组织包括全日行车计划的编制、列车运行组织、车辆运用计划、列车运行图编制等很多方面。本论文将对轨道交通运营组织的几个重要方面如车辆选型和编组、行车间隔时间、列车交路方式、列车停站方案等展开探讨。本论文针对轨道交通运营的特点，以客流为基础，对轨道交通运营组织进行优化，研究的内容主要有以下几个方面：（１）第一章绪论，分析国内外城市轨道交通的研究现状，结合轨道交通的特点，对运营组织优化的相关问题进行说明。（２）第二章对城市轨道交通客流随时间和空间分布情况进行描述，并对客流预测方式进行了分析，介绍了国内外客流预测的新成果，成为下一步运营组织优化的基础。（３）第三章概括了城市轨道交通运营组织的内容，包括全日行车计划、列车编组方案、列车交路计划和列车停站方案等，特别分析了不同情况下列车编组、列车交路计划和停站方案的运营组织方式。（４）第四章在客流分析的基础上，对列车编组方案和行车间隔提出优化方案，提出兼顾乘客和运营企业的利益的目标，建立多目标优化模型，并结合实例对模型的实用性和可行性进行验证。（５）第五章对列车的开行方案进行优化，包括对列车交路计划的研究，以及对列车停站方案的优化。以乘客节省时间最大化和运营企业成本最低为目标，建立多目标的列车停站方案优化模型，并对模型算法进行了初步探讨。西南交通大学硕士研究生学位论文第７页第２章城市轨道交通客流特征和客流预测客流是指在单位时间内，轨道交通线路上乘客流动人数和流动方向的总和。客流的概念既表明了乘客在空间上的位移及其数量，又强调了这种位移带有方向性和具有起讫位置【ｌＪ。“客流＂的形成就是乘客从不同的地方汇集到城市轨道交通系统。满足乘客出行需求是城市轨道交通的目标，更是满足城市居民出行服务的主要公共设施。乘客是城市轨道交通的主要使用者，因此，城市轨道交通系统的建设和运营必须以乘客为基础。客流并不是静止的，而是动态变化的，我们对现有的轨道交通客流量进行数据统计和分析，可以了解和撑握客流在时间、．空间上的动态变化规律，可以为将来实施线路路网的规划和升级提供数据参考。客流数据分析和调查可以为实现合理安排运输能力提供理论依据。要实现合理的安排城市轨道交通的运力，必须对客流数据进行分析，它是编排列车行车方案和优化行车组织的基础。对客流的统计和研究分析，对优化行车组织方案和最大程度的发挥城市轨道交通网络的运力有重要的指导意义。分析客流的时空分布规律是客流分析的核心和基础。本文将对城市轨道交通的客流时空分布特性进行分析，同时介绍目前关于城市轨道交通客流预测的若干成果，为城市轨道交通的运营优化提供依据。２．１城市内轨道交通客流形成的时间分布特性城市轨道交通的各站点的客流是变化的，表面上看是没有规律，但在特定的时间段内和范围内是可以找出规律的。城市轨道交通运营必须掌握客流动态的变化规律，这是安排运输活动的基础１２¨。１列车日小时客流分布规律客流在２４小时各个时间点上的动态是不同的，客流的分布可分为以下几种形式口Ｊ，如图２．１所示。（１）单峰型。城市轨道交通的站点位于轨道交通网络的射线上，交通站点周边区域的功能单一，车站的人流分布在特定的时间点上非常的集中，形成上班和下班时间的上车或下车高峰。这种交通走廊通常会出现我们常说的潮汐客流特征。（２）双峰型。站点在一天内形成两个高峰期，这两个高峰通常出现在上、下班的时间点上，形成客流的主要原因是上班和上学需求。通常站点位于城市综合功能区，也可能是在轨道交通网络的环线换乘点上。（３）全峰型。整条轨道交通线路沿线都是城市的成熟区域，这段区域的功能基本一样并且已经进行了高度的开发，或者轨道交通经过其它交通系统的换乘点或公共活