發(fā)布時(shí)間：2021-03-23所屬分類(lèi)：管理論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：為制定在晚點(diǎn)恢復(fù)和緩解乘客滯留兩方面更高效的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方案，提出包括趕點(diǎn)、扣車(chē)、跳停策略及實(shí)行動(dòng)態(tài)停站時(shí)間在內(nèi)的列車(chē)運(yùn)行一體化調(diào)整方法，結(jié)合列車(chē)實(shí)際情況設(shè)立運(yùn)行和調(diào)整約束，以乘客總旅行時(shí)間最小為目標(biāo)建立模型，并設(shè)計(jì)嵌套式遺傳算法進(jìn)
摘要：為制定在晚點(diǎn)恢復(fù)和緩解乘客滯留兩方面更高效的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方案，提出包括趕點(diǎn)、扣車(chē)、跳停策略及實(shí)行動(dòng)態(tài)停站時(shí)間在內(nèi)的列車(chē)運(yùn)行一體化調(diào)整方法，結(jié)合列車(chē)實(shí)際情況設(shè)立運(yùn)行和調(diào)整約束，以乘客總旅行時(shí)間最小為目標(biāo)建立模型，并設(shè)計(jì)嵌套式遺傳算法進(jìn)行求解。案例結(jié)果表明，本文所提一體化調(diào)整方法相比常規(guī)調(diào)整方法在各種情形下均能使受延誤直接影響的列車(chē)提前完成晚點(diǎn)恢復(fù)，有效緩解因延誤造成的乘客候車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或乘客滯留情況。
關(guān)鍵詞：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理;列車(chē)延誤;運(yùn)行調(diào)整;嵌套式遺傳算法
0引言
城軌列車(chē)的日常運(yùn)行容易因旅客乘降、設(shè)備設(shè)施故障及突發(fā)事件產(chǎn)生延誤。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城軌系統(tǒng)2019年全年發(fā)生5分鐘及以上延誤次數(shù)已達(dá)1416次[1]。較長(zhǎng)時(shí)間的延誤易引起大規(guī)模的列車(chē)晚點(diǎn)和客流積壓，在處理上述情況時(shí)，常規(guī)的趕點(diǎn)運(yùn)行調(diào)整方法由于忽略了線路客流特征，僅機(jī)械式地縮短停站和區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，導(dǎo)致其無(wú)法充分合理地調(diào)配線路上整體列車(chē)的運(yùn)能，在恢復(fù)列車(chē)計(jì)劃運(yùn)行和緩解乘客滯留情況兩方面的效果十分有限。近年來(lái)包括扣車(chē)、跳停在內(nèi)非常規(guī)調(diào)整策略在我國(guó)城軌運(yùn)營(yíng)中逐漸興起，并取得良好實(shí)踐效果，但其方案制定主要依據(jù)于調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)及預(yù)案，在全局性上還存在不足。因此，對(duì)能夠在加快晚點(diǎn)恢復(fù)的同時(shí)緩解乘客滯留情況的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方法展開(kāi)研究具有重要意義。
針對(duì)城軌列車(chē)運(yùn)行調(diào)整策略國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有一定研究成果。目前對(duì)跳停策略的研究大多聚集于突發(fā)大客流情形下，列車(chē)延誤情形下的研究還很少。A.Jamili等[2]、劉祥喜[3]分析突發(fā)大客流的特征，以運(yùn)營(yíng)效率最高為目標(biāo)建立跳停調(diào)整模型。Suh等[4]使用C語(yǔ)言模擬韓國(guó)首爾5號(hào)線實(shí)行跳停策略的時(shí)間節(jié)約效果，證明高峰小時(shí)地鐵列車(chē)跨站停車(chē)方案對(duì)現(xiàn)有地鐵系統(tǒng)有利，而不需要建造額外的設(shè)施。Niu等[5]基于給定的列車(chē)跳停方案，建立適用于動(dòng)態(tài)的使車(chē)站總旅客等待時(shí)間最小的非線性整數(shù)規(guī)劃模型，實(shí)現(xiàn)列車(chē)在車(chē)站的乘客裝載時(shí)間窗和列車(chē)到發(fā)時(shí)間的聯(lián)合同步。鄭鋰等[6]、Cao等[7]對(duì)列車(chē)跳停方案進(jìn)行分類(lèi)組合，以旅客總出行時(shí)間的節(jié)省量最大為目標(biāo)建立模型。王嬋嬋等[8]分析多線換乘站工況及跳停影響因素，得到列車(chē)延誤時(shí)在多線換乘站的跳停方法。其他非常規(guī)調(diào)整策略主要有加開(kāi)備車(chē)、更改交路、扣車(chē)等等。何占元等[9]、陰佳騰等[10]在嚴(yán)重延誤場(chǎng)景下考慮加開(kāi)備車(chē)，實(shí)現(xiàn)了正線列車(chē)與備用列車(chē)的協(xié)同調(diào)整。喬柯[11]對(duì)比首站控制和多站協(xié)同控制兩種扣車(chē)模式，并構(gòu)建以乘客等待時(shí)間最小為目標(biāo)的模型。Xu等[12]考慮地鐵線路中折返線的利用，構(gòu)建以列車(chē)總延誤時(shí)間最小為目標(biāo)的模型。
現(xiàn)有研究?jī)H單獨(dú)對(duì)前行或后行列車(chē)采取運(yùn)行調(diào)整策略，在較長(zhǎng)時(shí)間的延誤下效果不理想，未考慮組合運(yùn)用調(diào)整策略加快晚點(diǎn)恢復(fù)并調(diào)配線路列車(chē)的運(yùn)能來(lái)緩解旅客積壓。故本文將在列車(chē)發(fā)生延誤時(shí)，綜合考慮列車(chē)的晚點(diǎn)恢復(fù)及乘客對(duì)旅行時(shí)間的需求，針對(duì)線路上整體列車(chē)合理運(yùn)用包括跳停策略在內(nèi)的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整策略及方法，研究客流與列車(chē)運(yùn)能的交互關(guān)系，考慮不同策略對(duì)列車(chē)運(yùn)行的影響，設(shè)立運(yùn)行約束及調(diào)整約束，以乘客總旅行時(shí)間最小為目標(biāo)建立一體化調(diào)整模型，以期在加快完成列車(chē)晚點(diǎn)恢復(fù)的同時(shí)更靈活地利用列車(chē)運(yùn)能減少乘客旅行時(shí)間、緩解各站旅客積壓，制定更高效的城軌列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方案。
1問(wèn)題描述
1.1列車(chē)運(yùn)行一體化調(diào)整方法
如圖1所示，當(dāng)列車(chē)i在j站發(fā)生延誤時(shí)，其與前行列車(chē)之間會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的行車(chē)間隔，部分車(chē)站易出現(xiàn)旅客的滯留。此時(shí)若通過(guò)扣車(chē)策略適當(dāng)延長(zhǎng)前行列車(chē)的停站時(shí)間，則能夠讓更多到站乘客能夠及時(shí)上車(chē)，減少其等待時(shí)間，緩解后續(xù)列車(chē)的客流壓力。因延誤而產(chǎn)生的車(chē)站滯留乘客的數(shù)量會(huì)隨著延誤時(shí)間增加而增加，然而在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，為了保障站臺(tái)上乘客的安全，當(dāng)各站因列車(chē)延誤導(dǎo)致站臺(tái)人數(shù)接近于飽和時(shí)，車(chē)站調(diào)度人員會(huì)根據(jù)各站實(shí)際情況對(duì)進(jìn)站旅客進(jìn)行限流，故本文暫不考慮站臺(tái)能力的限制。
對(duì)于列車(chē)i及其后行列車(chē)而言，其運(yùn)行調(diào)整的目標(biāo)既包括晚點(diǎn)恢復(fù)，也包括緩解客流積壓。而跳停策略可通過(guò)節(jié)省列車(chē)停站時(shí)間和起停附加時(shí)間使列車(chē)更快恢復(fù)至計(jì)劃運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也能夠結(jié)合客流分布特征，通過(guò)控制車(chē)內(nèi)人數(shù)合理調(diào)配運(yùn)能從而緩解部分車(chē)站的旅客積壓情況[2]。因此，為加快列車(chē)晚點(diǎn)恢復(fù)并更有效地緩解旅客積壓，本文將考慮對(duì)初始延誤列車(chē)的前行列車(chē)實(shí)行扣車(chē)，對(duì)初始延誤列車(chē)及其后行列車(chē)在常規(guī)趕點(diǎn)策略的基礎(chǔ)上實(shí)行跳停。扣車(chē)策略會(huì)因延長(zhǎng)停站時(shí)間而增加部分乘客的旅行時(shí)間，跳停策略則會(huì)導(dǎo)致出行終到站被跳停的旅客無(wú)法及時(shí)上下車(chē)，增加其旅行時(shí)間。因此如何綜合考慮上述正負(fù)面因素，在延誤恢復(fù)的同時(shí)制定使整個(gè)乘客群體出行效率最高的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方案，是本文需要解決的主要問(wèn)題。
此外，由于延誤的發(fā)生，列車(chē)在各站面臨的上下車(chē)需求人數(shù)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的波動(dòng)。而停站時(shí)間需要和各站的客流情況相適應(yīng)和匹配，若為加快列車(chē)晚點(diǎn)恢復(fù)而盲目縮短停站時(shí)間，則可能會(huì)因停站時(shí)間過(guò)短導(dǎo)致乘降秩序紊亂，反而致使列車(chē)無(wú)法按規(guī)定時(shí)間發(fā)車(chē)，產(chǎn)生新一輪的延誤。同時(shí)，若給乘客過(guò)于充足的時(shí)間進(jìn)行上下車(chē)，同樣也會(huì)浪費(fèi)掉本可以用來(lái)緩解延誤情況的部分停站時(shí)間，甚至加重列車(chē)延誤。因此，本文將在上述策略的基礎(chǔ)上，對(duì)初始延誤列車(chē)及其后行列車(chē)實(shí)行基于上下車(chē)需求人數(shù)的動(dòng)態(tài)停站時(shí)間，以期在滿(mǎn)足乘客及時(shí)乘降的基礎(chǔ)上加快列車(chē)的晚點(diǎn)恢復(fù)。
1.2問(wèn)題假設(shè)
結(jié)合我國(guó)城軌實(shí)際調(diào)度情況，本文給出以下假設(shè)：
(1)列車(chē)在線路首尾站均不組織跳停，列車(chē)不能連續(xù)跳停兩個(gè)站點(diǎn)，同一站點(diǎn)不能被連續(xù)跳停兩次;
(2)列車(chē)在恢復(fù)正點(diǎn)后不再進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整，后續(xù)嚴(yán)格按計(jì)劃運(yùn)行圖運(yùn)行;
(3)某線路1小時(shí)時(shí)段內(nèi)的站間OD量已知，且各站客流到達(dá)服從均勻分布;
(4)上下車(chē)乘客均勻分布于各車(chē)門(mén)處，且遵守“先下后上，兩排候車(chē)”的秩序。
(5)僅考慮列車(chē)在線路上單向跳停的情況。
2城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行調(diào)整模型
2.1參數(shù)定義模型相關(guān)參數(shù)定義如表1所示。表內(nèi)時(shí)間變量的單位均為秒。
需注意的是，由于“平峰+一般延誤”情形下常規(guī)調(diào)整方案在乘客乘車(chē)時(shí)間指標(biāo)上僅優(yōu)化了2h，才導(dǎo)致一體化調(diào)整方案在該指標(biāo)上優(yōu)化效果達(dá)到1400%。可以看出，本文所提出的一體化調(diào)整方法在四類(lèi)情形中均能顯著減少乘客總旅行時(shí)間，其中對(duì)站臺(tái)乘客候車(chē)時(shí)間的優(yōu)化最為明顯。同時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，可得出各策略的適用性：
(1)當(dāng)列車(chē)延誤時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，采取跳停策略能夠有效減少乘客總旅行時(shí)間，其他情形沒(méi)有采取的必要。需注意的是，由于實(shí)施跳停對(duì)部分乘客出行影響較大，因此需要提前將跳停方案通過(guò)廣播或電子媒體告知乘客群體，以便其及時(shí)做出相應(yīng)出行調(diào)整，同時(shí)也應(yīng)允許受跳停影響的乘客向運(yùn)營(yíng)單位要求相關(guān)證明的開(kāi)具，盡量避免乘客進(jìn)一步的損失;
(2)當(dāng)列車(chē)延誤時(shí)間較長(zhǎng)或客流強(qiáng)度較大導(dǎo)致出現(xiàn)乘客嚴(yán)重滯留的情況時(shí)，采取扣車(chē)策略能夠有效減少乘客總旅行時(shí)間和站臺(tái)乘客候車(chē)時(shí)間，其他情形沒(méi)有采取的必要;
(3)在各種延誤情形下，對(duì)列車(chē)實(shí)行動(dòng)態(tài)停站時(shí)間策略均能夠有效減少乘客總旅行時(shí)間、站臺(tái)乘客候車(chē)時(shí)間及乘客乘車(chē)時(shí)間。
5結(jié)論
本文從加快晚點(diǎn)恢復(fù)和緩解乘客滯留情況的角度出發(fā)，結(jié)合城軌實(shí)際調(diào)度情況，組合運(yùn)用運(yùn)行調(diào)整策略及方法，建立以乘客總旅行時(shí)間最小為目標(biāo)的運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化模型，并設(shè)計(jì)嵌套式遺傳算法進(jìn)行求解。通過(guò)算例證明本文所提出一體化調(diào)整方法相比于常規(guī)調(diào)整方法在不同延誤情形下均能在提前完成晚點(diǎn)恢復(fù)的同時(shí)明顯減少乘客總旅行時(shí)間和乘客候車(chē)時(shí)間，優(yōu)化效果均分別在40%及20%以上，能夠有效緩解因延誤造成的乘客候車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況或站臺(tái)乘客滯留情況。——論文作者：戶(hù)佐安1,2，夏一鳴1，蔡佳1，薛鋒1,2
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