基于乘客满意度的城市轨道交通网络换乘站列车衔接优化研究

On the condition of urban rail transit network operation, there are a large number of transfer stations in the travel paths of passengers. For passengers, the proportion of transfer time in the total travel time is more and more. The transfer time depends on the train connection states in transfer stations, so the optimization of the connection relations of arrival and departure time among trains is significant to improve the level of transfer service. Based on the analysis of the distribution of transfer walking time and the evolution mechanism of train running delay, this project tries to study how to optimize the train connection states in transfer stations by coordinately compiling the train timetable of different lines from the network level. Combining with the double randomness of passenger walking and train running, this project formulates the train connection optimization models in order to maximize the passenger satisfaction. Furthermore, based on modern optimization theories and technologies, the problem-dependent heuristic algorithms are designed. Then the effectiveness of models and algorithms are tested by case analysis. The research results will enrich the current thoery and method of transport organination for rail transit network and provide basis for decision making in compiling the train timetable from the network level.

城市轨道交通网络化运营条件下，乘客出行路径上的换乘节点数量大幅增加，乘客在换乘节点的时间消耗在整个出行时间中所占的比例越来越大。网络换乘站列车衔接状况直接决定了乘客的换乘时间，因此，优化不同线路的列车到发时刻在换乘站的衔接关系，对提高网络换乘服务水平具有非常重要的意义。本项目以列车运行过程约束为边界，在分析换乘走行时间分布规律及列车运行延误演变机理的基础上，研究如何通过列车运行图的网络一体化编制，解决网络换乘站列车衔接优化的问题。以乘客满意度最大化为目标，基于乘客换乘行为及心理分析，结合乘客走行和列车运行的双重随机性，构建网络换乘站列车衔接优化模型，利用现代优化理论与技术，设计面向问题特点的启发式算法进行求解，并通过实证分析验证算法的有效性。研究成果将有利于完善现有的轨道交通网络运输组织理论，并为城市轨道交通运营管理部门编制网络列车运行图提供理论支持与实践指导。

城市轨道交通网络化运营条件下，线路之间存在着复杂的耦合关系，且网络规模的扩大使线路间的耦合度不断提高，单线简单叠加的列车运行组织方式已不能适应网络化运营的要求，在网络层面，协调优化不同线路的列车到发时刻在换乘站的衔接关系，形成良好的线间协作关系，对提高网络客运组织水平、方便乘客出行、保证乘客出行安全等都具有十分重要换乘的意义。本项目基于乘客换乘行为与心理状态的分析，建立了乘客满意度与等待时间的定量关系；继而对影响换乘走行时间的乘客走行速度、走行路径、候车位置选择行为等因素及其影响规律进行了研究，并依据调研数据，确定乘客换乘走行时间服从对数正态分布；其次，研究了列车运行延误的产生原因、传播特性及其调整方式，并根据调研数据，明确列车运行延误服从指数分布；随后，提出了两种基于运行图基础数据与客流数据的网络列车与客流衔接状况评价思路，在此基础上，结合乘客走行和列车运行的双重随机性，构建了基于乘客满意度的平峰时段网络换乘站列车衔接优化模型，及网络首、末班车衔接优化模型，并分别设计了遗传算法进行求解。研究成果可为城市轨道交通运营管理部门编制网络列车运行图提供理论支持与实践指导。