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原文传递应对城市轨道交通突发服务中断的接驳公交应急优化研究

论文题名：	应对城市轨道交通突发服务中断的接驳公交应急优化研究
关键词：	公共交通;接驳运输;应急调度;线路设计;城市轨道交通;突发服务中断
摘要：	城市轨道交通作为我国城市公共交通的主要出行方式之一，有效地支撑了城市流动性。然而，由于一些不可抗拒因素，城市轨道交通突发服务中断情况时有发生，若不及时采取合理的应急措施，将会造成大量乘客延误，增加安全风险。常规地面公交具有分布密集、调度灵活、运能较大等特点，是应对城市轨道交通突发服务中断的重要手段，能够快速疏散乘客，保障运输接续。本论文以交通规划理论、运筹学理论及智能优化算法理论等为基础，以城市轨道交通突发服务中断为研究场景，以接驳公交为研究对象，系统性地研究了应急模式、应急需求、应急线路、应急调度及应急系统编制等内容，旨在为城市轨道交通突发服务中断应急组织与管理提供理论及实践应用基础，降低安全风险，减小乘客延误，节约应急成本。本论文研究内容主要包含以下四个方面: 　　(1)应对城市轨道交通突发服务中断的接驳公交应急模式及需求研究。本论文系统地探讨了突发服务中断类型、应急模式、接驳公交服务范围及应急需求等内容，为研究应急线路及应急调度奠定了理论框架基础:依据事故发生位置及对城市轨道交通影响范围的不同，将突发服务中断分为单线突发服务中断及网络突发服务中断两种类型;提出了城市轨道交通小交路运行辅以常规公交接驳的应急疏散模式，即未受影响区间城市轨道交通正常运营，接驳公交保障受影响区间乘客的正常出行;细化了接驳公交功能，单线突发服务中断的影响范围较小且客流走向简单，为方便组织，接驳公交仅需具备替代受影响区域城市轨道交通功能即可，网络突发服务中断的涉及范围广且客流复杂，接驳公交还需同时具备补充接驳能力，将疏散范围扩大到整个城市轨道交通网络;以突发服务中断发生时刻为分界点，将疏散需求分为静态需求及动态需求两个部分，并深入探讨了事故发生时刻列车所处不同位置所导致的不同静态客流情况。　　(2)应对城市轨道交通单线突发服务中断的接驳公交应急调度优化。单线突发服务中断下，接驳公交仅具有替代接驳功能，其线路走向及停站完全按照城市轨道交通线路布设，因此，需求解接驳公交应急调度问题，包括接驳公交应从哪些驻车点派出、驻车点应该派往接驳公交车站的车辆数、被派出的接驳公交应按照接驳公交线路往返运行的次数、以及其应该从哪个接驳公交车站返回原驻车点。　　本论文构建了应对城市轨道交通单线突发服务中断的接驳公交应急调度优化模型，并设计了基于等效驻车点思想的求解方法，将原非线性规划模型转化为易于求解的运输问题模型，以南京地铁为实例，验证了模型与算法的可行性，并对模型参数进行了灵敏度分析。结果表明，随着规定救援时问的增加，总的疏散成本及需要调派的接驳公交数量减小。此外，派出的车辆数与驻车点数量并无显著关系，而两端小交路的需求分布对接驳公交调派方案影响较大。上述结论对接驳公交资源配置具有一定指导意义，有助于提高公交资源在应急疏散时的利用效率。　　(3)应对城市轨道交通网络突发服务中断的接驳公交应急线路优化。网络突发服务中断下，接驳公交的服务范围被扩散至整个城市轨道交通网络，具有替代及补充接驳两种功能。替代接驳公交线路可依据服务中断范围直接确定，而补充接驳公交线路需依据设置需求进一步确定。因此，需要开行几条补充接驳公交应急线路、每条补充接驳公交线路应如何走向及需要设置哪些停站成为了网络突发服务中断下接驳公交应急首先需要解决的问题。　　本论文以保障受影响乘客出行时间为出发点，通过以“站”定“线”的方式，逐步确定补充接驳公交线路集合。定“站”:通过对比城市轨道交通各车站对在不同网络下的最短路行程时间，将其分为完全中断车站对、部分受影响车站对及未受影响车站对三种类型;当部分受影响车站对及完全中断车站对在实际道路网络下的最短路行程时间最小时，即可获得补充接驳需求车站对集合。定“线”:本论文以最小化补充接驳公交线网总长度目标，构建了补充接驳公交线路优化模型，并基于最短路相关定理，以需求车站对最短路之间的相互关系为判断依据，设计了候选线路合并与重组的优化算法，并通过算例分析验证了模型与算法的可行性。　　(4)应对城市轨道交通网络突发服务中断的接驳公交应急调度优化。突发服务中断下，接驳公交任务可分为滞留乘客疏散任务与运输接续保障任务。静态客流具有数量较大且滞留时间较长的特点，接驳公交应尽快完成该部分乘客疏散。动态客流为正常稳定客流，接驳公交可按一定发车间隔或时刻表运行。因此，为适应不同接驳任务需求，本论文提出了基于两阶段的接驳公交动态应急调度模式。　　第一阶段“完成滞留乘客疏散”:该阶段接驳公交调度模式为接驳公交不间断运行;以最小化滞留乘客延误时间为目标，构建了第一阶段接驳公交动态调度优化模型，并设计了基于多层编码的遗传算法进行求解。第二阶段“保障运输接续”:该阶段接驳公交调度模式为按照给定时刻表运行;以最小化接驳公交总接续时间为目标，构建了第二阶段接驳公交动态调度优化模型，并设计了改进模拟退火算法进行求解。此外，通过设置状态结束点及虚拟驻车点，实现两个阶段模型的联系与互动，从而可获得第一阶段结束时刻及返程接驳公交车辆数。最后，通过算例验证了两阶段思想及两个模型与算法的可行性。　　(5)应对城市轨道交通突发服务中断的接驳公交应急设计系统开发。为实现实际生产实践时的快速应急响应，在前述理论研究基础上，本论文设计了应对城市轨道交通突发服务中断的接驳公交应急系统，通过自动编制与人机辅助编制相结合的方式，大大提高了接驳公交应急设计效率。
作者：	王云
专业：	交通运输规划与管理
导师：	闫学东
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文