高速鐵路客運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的客流分配理論與方法研究.pdf

1、客流分配理論是鐵路客運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心技術(shù)。在高速鐵路大規(guī)模建設(shè)條件下，客運(yùn)產(chǎn)品規(guī)劃質(zhì)量直接影響著新建鐵路網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)效益。在客運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不同階段，即“宏觀戰(zhàn)略層”的客運(yùn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，“中觀策略層”的旅客列車開行方案優(yōu)化，“微觀操作層”的旅客列車運(yùn)行圖優(yōu)化都與客流量有直接的關(guān)系，所以，在每個(gè)規(guī)劃階段建立合適的客流分配模型以及設(shè)計(jì)快速有效的客流分配算法對(duì)指導(dǎo)高速鐵路客運(yùn)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)有重要意義。
　　由于高速線客流與既有線客流的選擇行為和

2、特點(diǎn)不同，呈現(xiàn)出“時(shí)間需求敏感性、客流層次多樣性、出行距離不均衡性、日客流高低峰明顯性”等新特點(diǎn)，決定了高速線客運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與既有線不同，是全新的系統(tǒng)工程。另外，在網(wǎng)絡(luò)化的全新高速鐵路客運(yùn)產(chǎn)品規(guī)劃中，客流分配方法需要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的需求。除此之外，鐵路客流分配又不同于道路交通流分配，需要針對(duì)鐵路客流分配特點(diǎn)，進(jìn)行客流分配理論與方法的研究。
　　本論文以高速鐵路運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)為背景，從高速鐵路客流特點(diǎn)出發(fā)，研究適合高速鐵路客運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的客流

3、分配理論與方法，研究工作主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1)旅客出行選擇特性及客流分配問題研究。首先，根據(jù)鐵路旅客出行選擇特性，對(duì)高速鐵路客運(yùn)產(chǎn)品的不同層次內(nèi)容進(jìn)行分析，指出客運(yùn)產(chǎn)品規(guī)劃的主要問題。然后，重點(diǎn)對(duì)不同層次客流分配的影響因素進(jìn)行研究，提出基于客流分配方法的高速鐵路客運(yùn)產(chǎn)品一體化規(guī)劃流程。最后，根據(jù)博弈理論，建立多層次規(guī)劃模型描述客運(yùn)產(chǎn)品規(guī)劃的企業(yè)效益與旅客效益間的Stackelberg博弈關(guān)系，其中，多層次規(guī)劃模型的下層模

4、型均為不同層次客運(yùn)產(chǎn)品規(guī)劃下的客流分配模型。
　　(2)高速鐵路物理路網(wǎng)客流分配方法研究。合理路徑集合生成是客流分配的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到客流分配算法的效率。本論文提出客流起訖點(diǎn)間的備選路徑集合和合理路徑集合的生成方法，采用混合遺傳學(xué)算法進(jìn)行物理節(jié)點(diǎn)間的K短路生成，即備選路徑集合，在備選路徑集合的基礎(chǔ)上，根據(jù)多約束條件生成合理路徑集合。在此研究基礎(chǔ)上，研究鐵路物理路網(wǎng)客流分配方法，建立基于合理出行路徑集合的客流分配模型，并設(shè)計(jì)遺傳算法

5、對(duì)模型進(jìn)行求解。最后，以京滬高速鐵路相關(guān)物理路網(wǎng)為例進(jìn)行客流分配，驗(yàn)證模型和算法的有效性。
　　(3)基于復(fù)雜列車服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的客流分配方法研究。首先對(duì)旅客列車開行方案形成的復(fù)雜列車服務(wù)網(wǎng)絡(luò)屬性及其構(gòu)造方法進(jìn)行研究，在分析多層次客流選擇行為基礎(chǔ)上，確定列車服務(wù)網(wǎng)絡(luò)弧段阻抗。建立體現(xiàn)差異性服務(wù)水平需求的復(fù)雜列車服務(wù)網(wǎng)絡(luò)客流分配模型，該模型以旅客出行效益最大化為目標(biāo)，通過分別限制不同出行距離、不同層次旅客的換乘次數(shù)及換乘時(shí)間，設(shè)置旅客出行

6、路徑的多約束條件。設(shè)計(jì)由改進(jìn)的蟻群算法和Frank-Wolfe算法構(gòu)成的混合算法進(jìn)行求解，為更加符合旅客的選擇行為，按OD客流量、出行距離、優(yōu)先級(jí)等規(guī)則進(jìn)行流量加載。最后，以京滬高速鐵路相關(guān)旅客列車開行方案為例進(jìn)行客流分配，驗(yàn)證模型和算法的有效性。
　　(4)基于復(fù)雜列車時(shí)空服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的客流分配方法研究。首先對(duì)“微觀操作層”客運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的列車時(shí)空服務(wù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)空特性和構(gòu)建方法進(jìn)行了研究。在分析高速鐵路旅客出行的時(shí)空特性及選擇行為基礎(chǔ)上，

7、研究時(shí)空服務(wù)網(wǎng)絡(luò)下的時(shí)空服務(wù)弧段阻抗。然后建立帶有服務(wù)時(shí)間窗約束以及旅客差異性服務(wù)需求約束下的復(fù)雜列車時(shí)空服務(wù)網(wǎng)絡(luò)客流分配模型，該模型考慮旅客出行路徑的時(shí)間窗約束、差異性服務(wù)需求約束、換乘等多種約束條件。提出由時(shí)間窗搜索算法和改進(jìn)的Dijkstra算法構(gòu)成的組合算法求解旅客在列車時(shí)空服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的合理路徑集合，并設(shè)計(jì)基于時(shí)空服務(wù)網(wǎng)絡(luò)合理出行路徑集合的客流分配子算法。最后，以京滬高速鐵路相關(guān)網(wǎng)絡(luò)下的旅客列車運(yùn)行圖為初始化時(shí)空服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行客