高峰时段地铁列车运行和客流特征协同控制策略研究

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在高峰时段大客流常态化的背景下,降低运营安全风险和提高乘客服务水平对实现城市轨道交通发展的可持续性具有重要意义。列车运行调整和客流控制是两种有效的手段。首先,分析城市轨道交通高峰时段客流与运力的时空特征。随后,以减少并均衡各站乘客等待时间为目标,构建多车站协调的客流控制优化模型。最后,进一步结合列车运行调整,从安全性和服务水平角度对列车能力和客流协同控制策略进行研究。主要研究内容及结论如下:(1)研究城市轨道交通客流与运力时空特征。对城市轨道交通客流分布进行分析,得出高峰时段客流具有短时集中、方向和断面不均衡的特征。针对客流不均衡分布所致的供需矛盾问题,从列车运行组织和负荷管控两个方面阐述了实现运力和客流匹配的方法。最后,明确本文重点针对客流控制、列车发车间隔调整和跳站运行的协同控制策略展开进一步的探讨。(2)研究多车站协调的客流控制策略。针对地铁单线大客流方向及给定的列车运行图,考虑被限流乘客对时间的感知系数,构建了以乘客总感知等待时间最小和各站乘客平均等待时间标准差最小为双目标的客流控制优化模型,并设计了?约束算法以求解模型的Pareto最优解集。案例研究表明,为使各站乘客平均等待时间标准差由4.22 min缩小至1.27 min,代价是乘客总感知等待时间增加2.30%,这是由于线路的上游车站也开始进行客流控制,增加了这些车站乘客被限流的等待时间。灵敏度分析显示,降低最大限流率和扩大限流车站范围可以更好地均衡各站乘客等待时间,这是因为较小的限流率可以保证各车站有一定比例的乘客能够稳定地登上列车,而扩大限流车站范围能实现更多运力的均衡配置。(3)研究列车能力和客流协同控制策略。在优化客流控制的同时,结合列车发车间隔和跳站运行的调整。在目标函数中,除考虑乘客总感知等待时间,还根据列车满载率和站台外被限流乘客聚集密度,构造对应的安全隐患指标。建立列车能力和客流协同控制优化模型,并设计了一种结合禁忌搜索和GUROBI求解器的混合启发式算法。案例研究表明,客流控制能有效地降低列车满载率超过110%的区间数,这是因为客流控制的本质即减少站台候车的乘客数。列车运行调整可以更好地降低被限流乘客聚集密度和减少乘客等待时间,这是因为调整后的发车间隔和跳站运行方案使列车能力更好地适应了乘客的出行需求。本文提出的列车能力和客流协同控制策略在兼顾上述安全性和服务水平目标上具有最佳的表现。
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