基于网络运营的城市轨道交通客流分布理论及仿真研究

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1、同济大学交通运输工程学院博士学位论文基于网络运营的城市轨道交通客流分布理论及仿真研究姓名：罗钦申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：徐瑞华20090501摘要随着我国一些大城市轨道交通网络建设进程的快速推进，运营管理逐步由单线独立运营向网络化运营方向发展。客流是网络化运营管理的基础，是票务收入科学清分、运营计划合理制定和各线运营协调衔接的重要依据。网络化运营条件下由于“一票换乘”的实施，AFC设备可以精确地采集网络OD数据，但无法对乘客的出行路径进行有效地记录，需要建立轨道交通自动售检票清算管理中心进行客流和票务清分，而清分的核，th,在于解决客流

2、在网络上的分布问题。本文从网络化运营的基本特征出发，在分析轨道交通物理网络、列车运行网络和乘客出行网络的基础上，构建了城市轨道交通客流分布的理论框架，研究开发了城市轨道交通网络客流分布仿真系统，并以B市轨道交通系统为例进行了客流分布的仿真分析。论文研究的主要内容包括：(1)从线路类型、网络结构和换乘模式等方面分析了城市轨道交通物理网络特征，探讨了基于网络可达关系的乘客出行路径选择的多样性；在此基础上，考虑列车运行影响，提出了网络动态可达性的概念。(2)阐述了城市轨道交通系统中乘客出行行为的复杂适应性特征；通过分析影响乘客出行路径选择的确定性的时间因素和其他非确定

3、性因素，构建了包含乘车时间、换乘时间和拥挤度在内的综合出行阻抗函数；将乘客多日出行中的路径选择视为一个学习调整的过程，建立了乘客出行路径选择的贝叶斯自学习模型。(3)以Wardrop用户均衡原理和Beckmann变换式为基础，结合轨道交通系统的自身特点，考虑乘客山行阻抗的可控与随机特性以及列车容量限制，构建了网络客流随机均衡分布模型，采用经典的Frank．wolfe凸组合算法对模型进行了求解，并给出了算例分析。(4)以AFC清分为背景，从方法的合理性和实用性出发，提出了阻抗分层考虑的多路径非均衡客流分布模型，采用K短路搜索算法进行了求解，并讨论了突发大客流和区间

4、运营中断等异常条件下的网络客流分布相关问题；接下来从网络化运营管理的角度系统地总结了城市轨道交通网络客流指标体系，给出了基于时间窗约束的计算方法；最后对多路径客流分布模型进行了扩展应用，以摘要客流分布计算中的清分路径为基础，综合考虑列车运行图的“刚性”控制和乘客换乘走行的“柔性”影响，建立了网络各站间的动态可达性衔接模型。(5)研究开发了面向AFC系统海量分时OD数据的城市轨道交通网络多路径客流分布仿真系统(UMTPDSS)，介绍了系统的总体结构、数据结构和功能，以B市轨道交通系统为实例对常态和大客流条件下的网络客流分布进行了仿真分析，运行结果证明了本文研究成果

5、的正确性，具有很强的实用价值。论文研究的主要创新点体现在：(1)采用复杂适应性理论分析轨道交通系统中的乘客出行行为，提出了多日出行过程的路径选择贝叶斯自学习模型。(2)从方法实现的合理性和实用性出发，设计了面向AFC清分问题的阻抗分层考虑多路径非均衡客流分布模型及求解算法。(3)系统地构建了城市轨道交通网络客流指标体系，考虑时间窗约束给出了相关指标的计算方法。(4)在多路径客流分布方法的基础上扩展应用，首次提出了考虑列车运行图“刚性”控制和乘客换乘走行“柔性”影响的网络动态可达性衔接模型。(5)研究开发了城市轨道交通网络客流分布仿真系统，并应用于实际轨道交通系统

6、的客流分析中。本论文的研究成果将为实现科学合理的AFC清分、网络客流统计分析、运营计划编制和优化协调等提供理论指导和有益参考。关键词：城市轨道交通，网络化运营，客流分布，网络可达性，出行行为，均衡模型，多路径分配，计算机仿真ⅡABSTRACTWiththehastenedprogressofUrbanMassTransit(UMT)systemconstructioninsomebigcities，theoperationmanagementmodebringsaboutachangefromdependentoperationbylinetonetworkop

7、ration．Asthefoundationofnetworkoperationmanagement，passengerflowisthekeybasistoticketfareclearing，operationschememakingandoperatingcoodinationamongraillines．DuetotheapplicationofAFCsystemintheOne—TickettransferUTMnetwork，theODdataCanbecollectedaccurately,butthetravelrouteofthepasseng

8、erCannotbere