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原文传递考虑稳定性的城市轨道交通车站交通服务设施系统优化配置理论与方法

论文题名：	考虑稳定性的城市轨道交通车站交通服务设施系统优化配置理论与方法
关键词：	城市轨道交通车站;交通服务设施系统;优化配置;稳定性评价;排队网络
摘要：	在“我国大规模发展城市轨道交通系统，且现有系统长期超负荷运行”的背景下，以“掌握城市轨道交通车站内乘客聚集状态变化分析方法，建立适应该变化的城市轨道交通车站交通服务设施系统优化配置理论与方法”为目标的应用基础研究具有重要的理论价值和实践意义。其本质在于分析由乘客与各类交通服务设施构成系统的稳定性，并建立考虑稳定性的车站交通服务设施系统优化配置理论与方法。然而，当前车站交通服务设施系统优化配置研究中未考虑系统的稳定性，且缺乏合适的角度与方法全面真实地对其进行描述。　　排队网络建模、QBD过程理论、PH分布拟合、排队网络灵敏度分析、排队网络仿真模拟、遗传算法和分散搜索算法等理论的发展为解决上述问题提供了可能。因此，本文从排队网络的视角，以乘客和交通服务设施构成的系统为研究对象，进行了PH排队网络建模、包含稳定性在内的性能表征与分析、设施优化配置模型建立与算法设计等研究。具体来讲，本文的研究工作主要有以下几个方面: 　　(1)将城市轨道交通车站交通服务设施及其乘客抽象为一类全新的排队网络系统。结合实际排队现象和地铁设计规范首次构建了由候车批量服务排队系统A/B[0，C1]/1/C、售检票并联排队系统A/B/C1/C、自动扶梯混联排队系统A/B/C1/C和通道楼梯状态相关混联排队系统A/B(n)/C/C组合而成的车站排队网络系统结构，弥补了以往排队网络系统在容量限制和状态相关性考虑上的不足，同时扩展了描述非直向通道设施和自动扶梯以及楼梯设施排队现象的能力。　　(2)对城市轨道交通车站排队网络系统的到达规律和服务规律进行了PH拟合验证和参数标定。基于PH分布理论上可逼近任意到达和服务规律的特性，结合大量实际数据，首次采用了数学上可由两个参数完全确定的PH分布高度拟合了车站排队网络系统的外部客流到达间隔分布和内部服务时间分布，并结合地铁设计规范，给出了相应PH分布参数的标定方法，从而方便了实际应用。与此同时，采用多种常用分布进行了拟合比较，验证了传统研究对两者假设的不合理性。　　(3)建立城市轨道交通车站交通服务设施系统的PH排队网络模型。基于PH分布的良好解析性，采用QBD过程理论首次建立了城市轨道交通车站内部候车系统的PH/PH[0,C1]/1/C批量服务排队模型、售检票设施的PH/PH/C1/C并联排队模型、自动扶梯的PH/PH/C1/C混联排队模型和通道楼梯设施的PH/PH(n)/C/C状态相关混联排队模型，并设计了线性复杂度的改进SOR算法对其进行求解以及采用了MATLAB数值分析、Java Modelling Tools数值模拟和AnyLogic微观仿真模拟等多种方式对其进行验证，从而弥补了以往交通服务设施节点排队模型在到达规律和服务规律等方面的强假设性。而后，基于上述四类节点PH排队模型，采用PH排队网络理论首次建立了乘客站内流动全过程PH排队网络模型，并设计了线性复杂度的定点迭代算法对其进行求解以及采用了MATLAB数值分析、JavaModelling Tools数值模拟和AnyLogic微观仿真模拟等多种方式对其进行了验证，从而弥补了以往车站交通服务设施系统排队网络模型在到达规律和服务规律等方面的强假设性。　　(4)构建和量化车站PH排队网络系统的性能指标体系。首次借鉴了类似于交通效用函数的方法，用上述车站PH排队网络模型的数量指标将高效性、舒适性和安全性等传统性能指标进行了无量纲化和归一化表征和量化，以反映车站内的乘客聚集状态。并基于弹性系数能反映性能灵敏度以及本身不存在量纲的特性，首次利用传统性能指标关于排队网络系统参数的弹性系数并借鉴类似于交通效用函数的方法对稳定性进行了无量纲化表征和量化，以反映车站内的乘客聚集状态变化。　　(5)建立考虑稳定性的车站交通服务设施系统优化配置模型与设计求解算法。优化配置模型的目标函数首次考虑了稳定性指标，且所有性能指标均采用了PH排队网络模型进行计算，同时通过性能凹凸性分析以及结合优化参数离散性和连续性的特点设计了全局优化算法SS&IAGA进行求解，并根据实际情况设计了多种类型的算例验证了配置方法的合理性和必要性，从而弥补了以往优化配置方法在考虑客流到达和服务的随机性、服务的状态相关性、排队容量的有限性、配置的系统性以及性能的稳定性等方面的不足。　　本文上述研究工作可为城市轨道交通车站交通服务设施系统优化配置、安全运营管理等提供应用基础理论支撑。
作者：	胡路
专业：	交通运输规划与管理
导师：	蒲云;蒋阳升
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文