（交通运输规划与管理专业论文）基于网络运营的城市轨道交通客流分布理论及仿真研究.pdf

摘要 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，a f c 设备可以精确地采集网络o d 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，t h , 在于解决客流在网络上的分布问 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w a r d r o p 用户均衡原理和b e c k m a n n 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f r a n k w o l f e 凸组合算法对模型进 行了求解，并给出了算例分析。 ( 4 ) 以a f c 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a f c 系统海量分时o d 数据的城市轨道交通网络多路 径客流分布仿真系统( u m tp d s s ) ，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a f c 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的客流分析中。本 论文的研究成果将为实现科学合理的a f c 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 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h eh a s t e n e dp r o g r e s so fu r b a nm a s st r a n s i t ( u m t ) s y s t e mc o n s t r u c t i o ni n s o m eb i gc i t i e s ，t h eo p e r a t i o nm a n a g e m e n tm o d eb r i n g sa b o u tac h a n g ef r o m d e p e n d e n to p e r a t i o nb yl i n e t on e t w o r ko p r a t i o n a st h ef o u n d a t i o no fn e t w o r k o p e r a t i o nm a n a g e m e n t ，p a s s e n g e rf l o wi s t h ek e yb a s i st ot i c k e t f a r ec l e a r i n g ， o p e r a t i o ns c h e m em a k i n ga n do p e r a t i n gc o o d i n a t i o na m o n gr a i ll i n e s d u et ot h e a p p l i c a t i o no fa f cs y s t e mi nt h eo n e t i c k e tt r a n s f e ru t mn e t w o r k ，t h eo d d a t ac a n b ec o l l e c t e da c c u r a t e l y , b u tt h et r a v e lr o u t eo ft h ep a s s e n g e rc a nn o tb er e c o r d e d s o t h ea f cc l e a r i n gc e n t e r ( a c c ) n e e d st ob ee s t a b l i s h e dt os o l v et h ep r o b l e m so f p a s s e n g e rv o l u m es t a t i s t i c sa n dt i c k e tf a r ec l e a r i n g ，t h ec o r eo fw h i c hl i e s i n d i s t r i b u t i o no fp a s s e n g e rf l o w t h u sf r o mt h ea s p e c to ft h ef e a t u r e so fn e t w o r k o p e r a t i o na n db a s e do nt h ea n a l y s i so ft h er a i lt r a n s i tn e t w o r k , t h et r a i no p e r a t i o n n e t w o r ka n dt h ep a s s e n g e rt r a v e ln e t w o r k , t h ep a p e rs e t su pt h et h e o r e t i c a lf r a m e w o r k o fp a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o no fu r b a nm a s st r a n s i tn e t w o r ka n dd e v e l o p sa p a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o ns i m u l a t i o ns y s t e m b e s i d e s ，t h em a s st r a n s i ts y s t e mo f c i t ybi ss i m u l a t e da sa c a s es t u d y t h em a i nc o n t e n t so ft h ep a p e ri n c l u d e ： ( 1 ) f r o mt h ea s p e c t so ft h et y p eo fr a i ll i n e s ，t h en e t w o r ks t r u c t u r ea n dt r a n s f e r m o d e ，t h ep a p e rs t u d i e st h ed i v e r s i f i c a t i o no ft h ep a s s e n g e rt r a v e lr o u t ec h o i c eo nt h e b a s i so fn e t w o r ka c c e s s b i l i t y t h e n , c o n s i d e r i n gt h et r a i no p e r a t i o nn e t w o r k , t h ep a p e r a n a l y z e st h ed y n a m i ca c c e s s b i l i t yo f u r b a nm a s st r a n s i ts y s t e m ( 2 ) t h ep a p e rd e s c r i b e st h ec o m p l e xa d a p t a b i l i t yf e a t u r e so ft h ep a s s e n g e r s t r a v e lb e h a v i o ri nt h eu r b a nm a s st r a n s i ts y s t e m t h r o u g ha n a l y z i n gt h ed e t e r m i n a t e t i m ef a c t o ra n do t h e ru n c e r t a i nf a c t o r s ，t h es y n t h e t i ct r a v e li m p e d a n c ef u n c t i o n i n c l u d i n gt h et r a i no p e r a t i o nt i m e ，t r a n s f e rt i m ea n dt h ed e g r e eo fc r o w d e d n e s si s d e v e l o p e d t h ep a s s e n g e rt r a v e lr o u t ec h o i c ed u r i n gs e v e r a ld a y sc a l lb ec o n s i d e r e d a sap r o c e s so fs t u d i e sa n da d j u s t m e n ta n db a y e s i a ns e l f - l e a r n i n gm o d e lf o rt r a v e l r o u t ec h o i c ei sp u tf o r w a r d ( 3 ) b a s e do nt h ew a r d r o pn s e re q u i l i b r i u mp r i n c i p l ea n db e c k m a n nt r a n s f o r m i i i a b s t r a c t t y p e ，c o m b i n i n gw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so f m a s st r a n s i ts y s t e ma n dc o n s i d e r i n gt h e c o n t r o l l a b i l i t ya n dr a n d o n m e s so fp a s s e n g e rt r a v e li m p e d a n c ea n dl i m i to ft r a i n c a p a c i t y , t h ep a p e re s t a b l i s h e st h er a n d o me q u i l i b r i u md i s t r i b u t i o nm o d e lo fn e t w o r k p a s s e n g e rf l o w t h em o d e l i ss o l v e db yt h et r a d i t i o n a lf r a n k w o l f ec o n v e x c o m b i n a t i o na l g o r i t h m , w h i c hi sa n a l y z e df u r t h e rw i t ha l le x a m p l e ( 4 ) o nt h eb a c k g r o u n do ft h ea f ca p p l i c a t i o na n df r o mt h er e a s o n a b i l i t ya n d p r a c t i c a l i t yo ft h em e t h o d s ，t h em u l t i r o u t ed i s e q u i l i b r i u mp a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o n m o d e lb a s e do nt h eh i e r a r c h i c a li m p e d a n c ei sb r o u g h tu pa n ds o l v e db yt h e k - s h o r t e s tp a t hs e a r c ha l g o r i t h m b e s i d e s ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h en e t w o r kp a s s e n g e r f l o wd i s t r i b u t i o nu n d e rs o m eu n u s u a lc o n d i t i o n ss u c ha sm a s sp a s s e n g e rf l o wa n dt h e i n t e r r u p to fo p e r a t i o ni ns e c t i o n s t h e n , f r o mt h ea s p e c t so fn e t w o r ko p e r a t i o n m a n a g e m e n t ，p a s s e n g e rf l o wi n d e xs y s t e ma sw e l la sc a l c u l a t i n gm e t h o d sb a s e do n t h et i m e - w i n d o wr e s t r i c t i o na r es u m m a r i z e d s y s t e m a t i c a l l y f i n a l l y , t h ep a p e r e s t a b l i s h e st h ed y n a m i ca c c e s s b i l i t ym o d e lf o rt h em a s st r a n s i tn e t w o r ka st h e s u p e r s e ti m p l e m e n t a t i o n so fm u l t i - r o u t ed i s e q u i l i b r i u mp a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o n m e t h o db a s e d0 1 1t h er i g i dc o n t r o lo ft r a i no p e r a t i o na n df l e x i b l ea f f e c to ft r a n s f e r t i m eo f a f c c l e a r i n gr o u t e s ( 5 ) t h eu m t _ p d s s ( t h eu r b a nm a s st r a n s i t _ p a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o n s i m u l a t i o ns y s t e m ) i sd e v e l o p e do r i e n t e dt oa f cm a s st i m e - s h a r i n go dd a t a t h e g e n e r a lf r a m e w o r k ，d a t as t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h es y s t e ma r ed e s c r i b e d 。t h e n e t w o r kp a s s e n g e rf l o wo fc i t ybi ss i m u l a t e du n d e rt h ec o n d i t i o n so fn o r m a l o p e r a t i o na n dm a s sp a s s e n g e rf l o w a f t e rs i m u l a t i o n , t h er e s u l t sp r o v et h ec o r r e c t n e s s o ft h es t u d yw h i c hh a sg r e a tp r a c t i c a lv a l u e t h ep a p e rh a sf i v ei n n o v a t i v ep o i n t s f i r s t l y , t h ep a s s e n g e rt r a v e lb e h a v i o ri s a n a l y z e da c c o r d i n gt o t h ec o m p l e xa d a p t a b i l i t ys y s t e m t h e o r ya n db a y e s i a n s e l f - l e a r n i n gm o d e lf o rr o u t ec h o i c eb a s e do nm u l t i d a yt r a v e li sp u tf o r w a r d ； s e c o n d l y , f r o mt h er e a s o n a b i l i t ya n dt h ep r a c t i c a l i t yo ft h em e t h o d s ，t h em u l t i r o u t e d i s e q u i l i b r i u mp a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o nm o d e l b a s e do nt h eh i e r a r c h i c a l i m p e d a n c ew h i c hi so r i e n t e dt oa f ci sd e s i g n e d ，b e s i d e st h es o l u t i o na l g o r i t h mi s a l s op u tf o r w a r d ；t h i r d l y , t h en e t w o r kp a s s e n g e rf l o wi n d e xs y s t e ma sw e l la s c a l c u l a t i n gm e t h o d st a k i n gt i m e w i n d o wi n t oc o n s i d e r a t i o na r eb r o u g h tu pa n d a b s t r a c t e s t a b l i s h e ds y s t e m a t i c a l l y ；f o u r t h l y , t h ep a p e re s t a b l i s h e st h ed y n a m i ca c c e s s b i l i t y m o d e lf o rt h em a s st r a n s i tn e t w o r ka st h es u p e r s e ti m p l e m e n t a t i o n so fm u l t i - r o u t e d i s e q u i l i b r i u mp a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o nm e t h o db a s e do nt h er i g i dc o n t r o lo ft r a i n o p e r a t i o na n df l e x i b l e a f f e c to ft r a n s f e rt i m eo fa f cc l e a r i n gr o u t e s f i n a l l y , t h e u m ajd s si sd e v e l o p e da n da p p l i e di nar e a lu r b a nr a i ln e t w o r k t h er e s e a r c h a c h i e v e m e n t sp r o v i d et h et h e o r e t i c a lg u i d a n c ea n du s e f u lr e f e r e n c ef o re s t a b l i s h i n g s c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l ea f cm e t h o d ，s t a t i s t i c a la n a i y z i n gn e t w o r kp a s s e n g e rf l o w , a n dd e v e l o p i n g ，o p t i m i z i n ga n d c o o r d i n a t i n gt h eo p e r a t i o np l a n k e yw o r d s ：u r b a nm a s st r a n s i t , n e t w o r ko p e r a t i o n , p a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o n , n e t w o r ka c c e s s b i l i t y ，t r a v e lb e h a v i o r , e q u i l i b r i u mm o d e l ，m u l t i r o u t ed i s t r i b u t i o n , c o m p m e rs i m u l a t i o n v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、 数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位 论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门 或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下， 学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 、b 幻 学位论文作者签名：矽纵0 伽c 年厂月3 口日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签学位论文作者签名： 留勿k 名： 年月日咖1 年厂月3 0 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本 人承担。 签名：罗次 w 呵年厂月 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 城市轨道交通是一种大运量、快速、准时、舒适的客运交通系统，能有效 解决大城市人口密度高、交通流晕大、道路拥堵严重、交通事故多等诸多问题。 随着轨道交通网络的不断完善，其在城市交通出行中发挥的作用也愈发显著。 自1 8 6 3 年第一条地铁在伦敦开通至今近1 5 0 年的时间，轨道交通在世界各 地得到了快速发展。目前已有1 0 0 多个城市建设了轨道交通系统，线路总长度 超过了7 0 0 0 k m 。综观一些大城市如纽约、伦敦、东京等都建设了较为完善和发 达的轨道交通网络，在城市公共交通系统中处于骨干地位，承担了较大的乘客 出行量。 表1 1 世界主要城市轨道交通系统运营情况 城市线路数营运里程( i u n )年客运量( 百万人次) 东京1 22 9 2 62 9 1 6 1 1 莫斯科 1 22 7 7 92 5 2 9 t 2 】 首尔82 8 72 0 4 7 1 3 】 纽约2 74 3 3 215 6 3 t 2 l 墨西哥城1 12 0 1 7 1 4 1 7 t 1 】 巴黎 1 63 6 31 3 8 8 t 2 】 香港69 11 3 0 9 t 3 】 北京 81 9 9 41 2 0 0 t 3 】 伦敦1 24 1 51 1 9 7 1 2 1 上海 82 3 61 1 2 2 1 3 】 宰【1 】、【2 】、【3 】分别代表统计年份为2 0 0 6 年、2 0 0 7 年和2 0 0 8 年 在我国，许多百万人口以上的大城市都已经规划或正在建设城市轨道交通 网络。其中像北京、上海、广州等地由于城市实力强，轨道交通以每年几十公 里的建设速度在快速发展，正在形成发达的城市轨道交通网络。 第1 章绪论 罔l12 0 0 8 年北京轨道交通逛营图幽1 22 0 1 2 年北京轨道交通规划幽 目前，北京市轨道交通己拥有1 号线、2 号线、5 号线、l o 号线期、1 3 号线、八通线、奥运立线和机场线等8 条运营线路，运营线路总里程1 9 9 4 公里， 共有1 2 3 座运营车站，h 运量约3 8 0 万人次。2 0 1 2 年前，将建成地铁4 号线、9 号线、8 号线二期、6 号线、1 0 导线二期和三期、亦庄线、太兴线，全市轨道交 通运营里程将达到3 7 88 公里；2 0 1 5 年前，建成地铁7 号线、1 4 号线、1 5 号线、 s l 线、s 2 线、房山线，争市轨道交通运营里程将达到5 6 15 公里，并形成多家 运营商共i 可运作的模式。上海市己形成8 条线路、长2 3 6 k m 、1 6 2 座车站的轨道 交通网络雏形，其中“1 条环线十8 处换乘_ 9 站共线”的线网布局，阿均承担3 8 0 万人次的客运量，占公交客运量2 6 。至2 0 1 0 年，上海市轨道交通将有1i 条 线路，共2 8 0 座车站投人使用，运营里程将会超过4 0 0 k m ，日均将承担5 8 0 万 人次的客运量，占公交客运量的3 5 。 随着国内些太城市的轨道交通删络化建设进程快速推进，小同类型的轨 道交通线路并行发展，新线路、新技术、新设备的密集投a 使用，将太大改变 原有的运营组织和调度指挥模式，呈现山线网结构和规模日趋复杂、不同轨道 交通线路制式和功能多元化，列车运行方式多样化、客流需求时空分布特点多 重性等特征，逐步由单线相对独立运营管理向多线综合运营管理方向转变形 成轨道交通网络化运营的新局面。网络化运营管理条件下，在准确分析网络客 流分布特征、制定合理的阿络运营计划、提高各线路运营协调性、发挥系统的 整体能力和综合效益以及提高系统应急处置能力等多方血都具有根强的挑战性 客流是轨道交通运营组织的基础，是网络运营计划制定和协调的重要依据。 合理的运营计划是保证网络运营组织优化，提高整个网络系统能力和效率的要 第1 章绪论 求和根本途径，而只有在科学预测和分析网络客流的基础上，才能对网络化运 营计划的安排进行清晰地把握和有效地指导。 目前我国许多城市如上海、北京、广州等的轨道交通系统已经实施“一票 换乘”，即乘客可以以一张票跨越多条线路到达e l 的站，无需在换乘站再次购 票和刷卡。“一票换乘”模式下，乘客在轨道交通系统中的出行便利性大人提 高；但同时也导致乘客出行路径无法准确确定，给客流和票务清分管理带来了 一定的难度。凶此，这些城市相应地成立了轨道交通自动售检票清算管理中心 ( a c c ) ，根据自动售检票系统( a f c ) 上传的迸、出站客流，通过科学合理 的清分方法和原则进行客流信息的统计和数据共享，并基于客运周转量实现票 款收入在小同线路运营商之间的结算和划拨。清分的核心在于解决客流在轨道 交通网络上的分布，研究网络客流分布理论涉及到的关键问题主要有： ( 1 ) 客流分布的依据问题。客流是乘客在交通系统中出行行为的聚集，因 此，需要分析乘客在城市轨道交通系统中的出行行为特征及其影响因素，并在 此基础上合理构建综合出行阻抗函数。 ( 2 ) 客流分布的模型问题。常规公交的客流或交通分配理论自提出发展至 今已有了较多的研究成果；城市轨道交通网络客流分布理论应以此为借鉴，重 点结合轨道交通系统自身特点，从不同角度建立具有不同适应性的轨道交通客 流分布模型。 ( 3 ) 客流分布的算法问题。根据建立的不同模型提出相应的求解算法，并 针对城市轨道交通运营管理的需要，研究不同时间约束条件下的各类客流指标 计算方法。 ( 4 ) 客流分布的实现问题。城市轨道交通客流分布理论在轨道交通系统的 客流和票款清分中具有较高的应用价值，因此需要从方法的可行性和实用性出 发，研究客流分布计算的实现手段。 1 2 国内外文献综述 国内轨道交通网络化运营管理是伴随着近年一些主要城市的轨道交通网络 建设进程的快速推进而兴起的，属于全新的研究领域，现有的资料和研究成果 都不多。本文研究基于网络运营的轨道交通客流分布理论及仿真系统设计开发， 需要在充分分析轨道交通系统网络化运营背景和特征的基础上，参考借鉴道路 第1 章绪论 交通或常规公交客流分配的相关模型和算法，并结合轨道交通系统的自身特点， 探索适用于轨道交通网络的客流分布理论及计算机仿真实现方法。 1 网络化运营管理 在轨道交通运营管理模式方面，金键等【3 】提出了轨道交通网络规模需求的综 合效应机理：卢渝等【4 】分析了我国轨道交通运营管理模式的发展趋势；周淮等【5 】 总结了轨道交通网络运营的概念和基本特征，阐述了上海轨道交通网络化的管 理体制、运营组织方式和维修模式等；邵伟中、吴强【6 l 等在总结上海城市轨道交 通运营管理总体特征的基础上，对行车组织、客运组织、安全防控、人力资源 等方面在网络化运营管理中的特征进行了论述；顾伟华等【_ l8 】在分析轨道交通网 络化的技术特征的基础上，围绕管理体系和技术体系提出了网络化建设的具体 解决方案。 在实现网络化运营管理的技术手段方面，j a n e z 等【9 】提出使用双层图表达法 划分运输网络，将路网简化到可用于计算和分析的合理程度；m a j i dm a l d a i h a n i 【lo 】提供了一种网络结构分析模型，将网络划分为区块，客流在不同区块间移动， 研究思路为城市轨道交通网络分析提供了有益的参考；杨杰l 】以客流为基础， 讨论了路网条件下的运输组织问题，分析了特殊情况下的运输组织原则和采用 的行车组织方案；徐瑞华、张铭等【1 2 1 在分析网络首末班列车协调必要性的基础 上，从多线换乘接续的可达性和合理性两方面构造多向列车换乘衔接模型，根 据早晚间客流特点建立首末班列车发车时间域的计算方法；m a l a c h yc a r e y 1 3 1 研 究了由网络单一节点扩展到一系列与前节点相连通的复杂车站的列车时刻确定 问题；a l e s s a n d r oc h i e r i c i 1 4 】考虑乘客等待时间、旅行时间、舒适度等多种因素， 提出了多线地铁列车运行时刻优化方法；邵伟中、徐瑞华【l5 】以上海市轨道交通 网络化运营管理为例，介绍了轨道交通综合运行协调中心( c o c c ) 和应急处置 中心( e t c ) 建设的职能定位和主要业务关系，并提出了建设两个中心过程中应 重点解决的网络客流分布的分析预警技术、网络运营计划的协调优化技术和突 发事件的应急处置技术等关键技术问题；l u o q 和x u rh t l 6 】等针对轨道交通网 络化运营的实际，提出了解决网络上各线路间票务收入清分的“两阶段、双比 例”方法，在北京城市轨道交通系统得到了有效的应用；张铭、徐瑞华等【1 7 j 分 析了城市轨道交通由单线管理向刚络化运营转变过程中的实际问题，提出网络 运营组织协调关系的必要性，并从路网运输能力均衡配置角度阐述了网络运营 协调的主旨，对影响运营组织的多个关键要素做定性分析。 4 第1 章绪论 2 出行行为 在出行者的行为影响因素和行为模型方面，m i c h a e ls c o t tr a m m i n g 1 8 对信息 如何影响出行者备选方案进行了相关研究；a d l e r 署1 m c n a l l y 1 w 利用f a s t c a r s 研究了交通网络的熟悉程度对出行者路径选择行为的影响：l o t a 0 2 0 j 应用a r t 模 型和r u m 讨论了对网络熟悉程度不同的出行者的路径选择行为；隽志才等介绍 了基于出行链的出行预测理论发展过程及现有主要模型的优缺点，阐述了基于 活动链的出行需求模型系统的框架和预测过程，探索改进出行需求预测方法的 途径；李志纯研究了确定性动态交通网络中个体的旅行选择和停车行为，构造 了于网络均衡条件等价的变分不等式模型。 关于出行行为的自学习和自适应性，h o r o w i t z t 2 1 】首先针对出行者在路径选择 过程中的学习行为进行了研究，假设出行者将通过对以前时段内出行成本的加 权平均来计算本次出行的平均理解出行成本，该平均理解出行成本将作为路径 选择的依据，但在他的研究中未考虑出行时间的变动性以及出行信息的影响；j h a 等【2 2 】利用贝叶斯更新来描述出行者根据信息与经验进行学习的机制，研究中考 虑了出行者对于所提供信息的信任度：c h e n 年 1 m a h m a s s a n i 2 3 也使用贝叶斯更新 来描述人们根据经验的学习过程，但他们主要研究了出行者的学习更新周期以 及学习激发、终止机制；贺振欢【2 4 】建立了出行者自学习的路径选择模型，并研 究了路径选择仿真系统的建模、框架涉及以及相关实现技术等问题；赵凛【2 5 j 在 “前景理论”的框架下，考虑出行者在面临风险时的态度以及出行经验等各种 个体特征，建立了出行者在一日内出行的路径选择行为模型，并结合认知心理 学的相关理论，对出行者多日出行中利用经验和a t s 信息进行学习的过程做了分 析。 3 常规公交客流分配 目前，国内外针对常规公交客流分配等研究领域有较多的成果。公交客流 分配技术属于交通分配问题的研究范畴。从w a r d r o p 于1 9 5 2 年提出用户均衡原 理【2 6 】来，如何求解w a r d r o p 均衡成了研究者的重要课题。1 9 5 6 年b e c k m a m l 2 7 】 等提出了求均衡交通分配解的种数学规划模型，他们根据非线性最优化理论 把w a r d r o p 的两个原则对应于线性约束的凸非线性最有问题的解。直到2 0 年之 后，即在1 9 7 5 年才由l e b l a n c 等【2 8 】将f r a n k - w o l f 算法用于求解b e c k m a n n 模型 获得成功，从而形成了现在实用的解法。这三点突破是交通分配问题研究的重 大进步，也是标识交通分配研究发展的重要事件。从8 0 年代以来以b e c k m a n n 第1 章绪论 模型为基本数学模型的交通分配模型向着随机模型、动态交通分配模型等方向 扩展。 在客流均衡分配模型和算法方面，w uj i a h a o 4 2 等给出了公交均衡分配模型 的简化分解算法，该算法分配客流到拥挤公交网络上，公交网络的阻抗函数是 不对称的，公交分配的矩阵是固定的，简化算法分配模型的网络基础是超 级路径，算法的收敛性较好。在文献【4 3 】中，w uj i a h a o 等进一步研究了公交均衡 分配模型。以超级路径表示公交网络为基础构造了公交路段的非对称阻抗函数， 用阻抗函数的非线性特性描述了网络的拥挤程度，并基于非线性模型提出了公 交网络的用户均衡分配模型，并通过将该均衡分配模型转变为变分不等式问题， 给出了两种求解的算法。林震和杨浩m 】提出了基于公交瓶颈的出行方式均衡模 型，即考虑公交输送能力的限制和混合交通模式下对乘客的出行选择进行研究。 针对随机均衡配流模型的研究，单连龙和高自友等1 4 ”6 】根据公交网络的特点，对 公交网络进行了描述，设计了公交网络随机均衡配流模型，并给出了利用灵敏 度分析方法的变分不等式形式的求解结果。针对配流模型的启发式算法的研究， 姜虹等 4 9 , 5 0 提出了基于g a 的求解拥挤条件下的公共交通随机用户平衡配流模 型，在超级路径的概念之上，描述了公交网络的系统特征，分析了拥挤条件下 乘客选择路线的原则和不确定因素的影响，给出了阻抗函数和相应的配流模型， 最后利用遗传算法进行了求解。翟长旭【5 l 】和陈彦如【5 2 】利用遗传算法的结构并行 性，分别将g a 用于用户最优的均衡交通分配模型求解，证明了该方法应用于用 户交通分配原则的可行性。 在客流非均衡分配模型方面，文献f 2 9 】首先提出了标准的l o g i t 分配模型，该 模型主要应用于机动车的客流分配，并且不需要枚举伞部有效的路径。此后， 文献【3 0 】针对标准模型进行改进，提出了l o g i t 递推模型，对路径进行逐个弧段计 算和分配。在上述模型中，共线线路被合并成同一个路段，共线路段的发车频 率是其所包含得各条线路的发车频率之和。文献 3 3 】提出了一种概率型的客流分 配模型，该模型需要枚举所有的超级路径，该方法实现起来计算量较大，不适 合大尺度的网络；由文献 3 4 , 3 5 】提出和完善了针对概率型配流模型的经验型分配方 法，通过一组经验型的规则集选择吸引线路集，该方法不能保证结果是优化的。 王炜等【5 3 。5 5 】提出了多路径概率分配与容量限制分配相结合的公交客流分配算法。 冯树民等【5 钟通过对公交线网和公交乘客出行心理特性的分析，及对公交乘客出 6 第1 章绪论 行路径选择影响因素的研究，选择不同的阻抗函数应用了两种公交客流的分配 方法即多路径分配法、容量限制分配法。 4 轨道交通客流分配 c a r r a r e s i 等l d 7 】针对城际轨道交通系统，提出了改善轨道交通效率的指数型 的半分配模型。n g u y e n f f 擎 6 8 】改进了包括轨道交通在内的基于时刻表的公交系统 客流分配图论框架模型，该模型考虑了乘客离开时间和路径选择维，适合于网 络化下的轨道交通客流分配问题。f r i e d r i c h 掣6 9 】采用分枝定界方法将包含轨道交 通方式在内的多模式公交出行的客流分配进行了研究。p o o n 等【7 0 7 1 】提出了在拥 挤网络条件下的基于时刻表的动态客流分配模型，利用仿真的方法求解客流在 网络和线路的分配问题。叶霞飞【7 4 】专门针对城市轨道交通问题，对客流分配问 题提到利用最短路径法，并给出了简要的求解过程，但模型和算法中并未考虑 客流量在拥挤条件下的变化情况，同时也未提及在具体某一站点上旅客的乘降 量等问题。谷江河【7 5 】考虑乘客在车站的等待时问、排队长度，在换乘站的换乘 时间等问题，提出了基于列车时刻表的动态客流分布计算方法；吴祥云等【7 6 j 借 鉴城市道路系统的交通分配模型和算法，提出了轨道交通客流分配的均衡阻抗 模型和基于f r a n k w o l f e 算法的改进算法，但仍未考虑在站内拥挤状况下，乘客 由于拥挤无法登上列车的情况。孔繁钰【_ 7 。7 】基于w a r d r o p 均衡原理，探讨了拥挤条 件下、弹性需求条件下、考虑系统最优准则和阻抗函数随机性条件下的轨道交 通配流扩展模型。 以上国内外在相关领域所取得的成果为轨道交通交通网络化运营条件下的 客流问题研究提供了有价值的借鉴和前瞻性的研究。但考虑到城市轨道交通系 统自身的特点、网络上乘客出行问题的特殊性，以及不同网络配流方法的适用 性，目前在轨道交通网络客流分布的基础条件、模型构建及其实用性方面尚有 许多需要解决的问题，主要表现在： ( 1 ) 网络化运营的相关研究近两三年刚刚开始，取得了一定的成果，主要 集中在网络化运营理念和模式的探讨；在网络化运营实现的技术手段如网络运 营协调、首末班车衔接、网络应急处置等方面的研究有了初步的进展；而作为 网络化运营基础客流，目前国内研究这一问题学者较少，缺乏代表性的研 究成果。 ( 2 ) 客流是乘客在轨道交通路网上以运行的列车为载体的出行行为的涌现。 分析客流分布一方面需要讨论乘客在轨道交通网络上的可达性，包括基于物理 7 第1 章绪论 网络的出行路径的多样性和考虑列车运行的网络动态可达性；另一方面是探讨 乘客的出行行为，乘客出行行为大多是以常规公交的客流出行行为特性为基础， 结合轨道交通系统中客流出行的特点如发车间隔和出行时间都具有较强的确定 性等这方面研