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原文传递轨道交通车站服务设施优化配置——基于位相分布的仿真优化方法

论文题名：	轨道交通车站服务设施优化配置——基于位相分布的仿真优化方法
关键词：	城市轨道交通车站;服务设施;优化配置;离散事件仿真
摘要：	随着城市化进程的快速发展，城市轨道交通在城市、特别是大城市交通中发挥着重要作用。城市轨道交通车站是由基础设施、服务设施和轨道交通工作人员组成的运行系统，是乘客集散的纽带。城市轨道交通系统的投入和提升，促使市民采用公共系统出行，其服务设施的性能自然地成为了乘客和运营公司关注的焦点。车站服务设施的性能反映了设施设计的合理性，不合理的设计易导致设施的堵塞、乘客在服务设施之间旅行时间过长、空间利用率低下、资源浪费和乘客候车时间的增加，这也表明车站服务设施设计与其性能之间有重要联系。与此同时，城市轨道交通车站的服务设施还必须满足由设计规范和设计手册规定的服务水平(LOS)的要求，但存在几点不足之处，例如:1）没有考虑到乘客到达过程的随机性;2）没有考虑乘客在设施中步行速度的波动性和状态依赖性;3）各服务设施单独设计和配置，它们之间的相关性被忽略;4）没有考虑到当乘客的交通需求接近或超过服务设施的服务能力时发生的拥堵现象。除此之外，现有的分析方法非常复杂、求解困难。　　城市轨道交通的服务设施和客流组成了一种独特的排队系统，可通过使用解析排队和仿真模型来建模和分析。由于同时考虑到乘客到达过程和设施服务时间的随机性，因此，在本文的研究中详细地介绍了离散事件仿真(DES)模型以及基于仿真下城市轨道交通站点服务设施分析和设计的优化方法。由于位相型(PH)分布考虑到了随机因素影响，因此它被用来表示乘客的到达和设施服务过程。此外，采用结合了离散仿真模型和优化算法的基于仿真方法来设计服务设施，消除了在数学优化情况下为求解显式解析表达式时间过长的缺陷. 　　在本文中研究了三种不同的服务设施:流通设施（走廊和楼梯），票务服务设施(自动售票机(TVM)，票亭(TO)和自动检票闸机(AFG))和电梯。首先，将城市轨道交通服务设施看作一个排队系统，用改进的基于PH分布的解析排队模型来评估服务设施的性能，并作为验证基于PH分布的离散仿真模型准确性的标准。然后将城市轨道交通站服务设施抽象为离散仿真模型，根据相位型(PH)随机变量计算乘客到达和服务过程。分别将电梯、票务设施和流通设施抽象为服从PH/PH[K]/l/inf、PH/PH/c/∞和PH/PH(n)/C/分布的离散仿真模型。首先通过解析排队模型来验证这些离散仿真模型的准确性，然后进行性能分析，解析结果显示基于指数分布(M)和定长分布(D)的模型总是低估了不同的乘客抵达率，服务设施服务率和变异系数的平方(SCV)。由于这些设施的现有模型没有考虑乘客到达和设施服务过程的随机性，因此与实际不符. 　　此外，流通设施（走廊和楼梯）宽度和票务设施配置数量是城市轨道交通车站重要的设计参数。为了支持流通网络设施的宽度设计和票务设施的最优配置，提出了在基于仿真充分考虑客流的随机性和状态依赖性、服务水平(LOS)和堵塞概率控制的优化方法。该新方法通过建立离散仿真(DES)模型和采用遗传算法(GA)求解来实现自动重新配置流通设施的宽度和票务设施的数量。将本文所提出的基于仿真的优化方法和现有的基于指数分布(M)和定长分布(D)的设计方法应用于设计流通网络设施的宽度及实现票务设施的最优配置。得到的结果有如下有趣发现:(1)采用本文提出的方法所设计得到的流通设施宽度更大;(2)当乘客到达时间间隔的变异系数的平方增大时，本文所提出的设计方法加大了流通设施的宽度，而其他两种方法得到的流通设施宽度保持不变;(3)当乘客到达率增大时，本文提出的方法所得到的流通设施拓宽速度快于其他两种方法;(4)所需的票务设施数量随乘客达到率和到达间隔变异系数的平方的增加而增加;(5)由于忽略了乘客的随机效应，故基于现有模型得到的票务设施配置数量不足. 　　文中提出的离散仿真模型和基于仿真下采用PH分布的优化方法通过充分考虑乘客的随机性和状态依赖性来克服现有分析和设计方法中的缺点，因此，在分析、设计服务设施的过程中不能忽略乘客达到过程和设施服务过程的变异系数平方。此外，将用于流通网络设施的PH/PH(n)/C/C离散模型简化为单个通道设施的PH/PH(n)/C/C离散仿真模型，并且结合基于仿真的优化方法来设计单个通道设施的宽度，这个模型也可以作为一个用来验证基于PH分布的通道设施分析模型准确性的工具。通过进行数值实验，根据服务水平B级、C级和D级的标准，对所提出的模型与现有的方法得到的单个通道设施的服务水平进行划分并比较。结果显示:(1)相较于现有模型，文提出的模型所得到的单个通道设施更宽;(2)当乘客到达时间间隔的变异系数的平方变大时，本文提出的模型所得到单个通道设施宽度增量比现有模型得到的单个通道设施宽度增量大;(3)通道长度的增加对通道宽度没有显著影响.
作者：	Afaq Khattak
专业：	Traffic Engineering
导师：	Jiang Yangsheng
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文