基于换乘接续优化的高铁周期性列车运行图编制研究
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李天琦， 聂 磊， 谭宇燕
（北京交通大学 交通运输学院，北京 １０００４４）
摘 要：良好的列车接续关系是提高周期性列车运行图换乘服务质量的重要保障。建立基 于 换 乘 接 续 优 化 的 高 铁周 期 性 列 车 运 行 图 多 目 标 混 合 整 数 规 划 模 型 ，在 ＣＰＦ 模 型 和 研 究 成 果 的 ［１３］ 基 础 上 做 出 优 化 改 进，从 换 乘 频 率 、动态接续、换乘时间３个方面提高换乘服务质量。模型引入客流 ＯＤ 换乘服务频率约束和最小化 换 乘 服 务 频 率欠缺值的优化目标，使模型不仅考虑了部分 ＯＤ 因无列车直达而产生的旅客换乘需求，同时兼顾为列 车 直 达 服 务频率不足的客流 ＯＤ 增加快速换乘服务。接续列车、接续 车 站 和 接 续 时 间 均 在 列 车 运 行 图 优 化 过 程 中 动 态 确 定，使接续关系的选择更加灵活。引入接续选取和接续时间耦合约束以及接续时间最短的目标函数，在规划列 车 接续关系的基础上 ，进一步优化了接续时间。以京沪高速铁路及部分衔接线路周期性列车运行图编制为例，验 证 模型的有效性。 关 键 词 ：高 速 铁 路 ；周 期 性 列 车 运 行 图 ；换 乘 接 续 优 化 ；换 乘 服 务 频 率 ；ＣＰＦ 中 图 分 类 号 ：Ｕ２９２．４ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊｉ．ｓｓｎ．１００１－８３６０．２０１９．０３．００２
收 稿 日 期 ：２０１８－０１－１６；修 回 日 期 ：２０１８－０７－２０ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （Ｕ１４３４２０７）；中 国 铁 路 总 公 司 科 技 研 究 开 发 计 划 （２０１６Ｘ００５－Ｃ、２０１６Ｘ００５－Ｄ） 第 一 作 者 ：李 天 琦 （１９９２— ），男 ，江 苏 徐 州 人 ，博 士 研 究 生 。Ｅ－ｍａｉｌ：１８１１４０４１＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 通 信 作 者 ：聂 磊 （１９７０— ），女 ，湖 南 长 沙 人 ，教 授 ，博 士 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｎｉｅ＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｙｃｌｉｃ Ｔｉｍｅｔａｂｌｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ＬＩ Ｔｉａｎｑｉ， ＮＩＥ Ｌｅｉ， ＴＡＮ Ｙｕｙａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｌｌ－ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｉｎｓ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｑｕａｌｉ－ ｔｙ ｏｆ ｃｙｃｌｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ．Ａ ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｍｉｘｅｄ ｉｎｔｅｇｅｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｙｃｌｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ ｃｏｎ－ ｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＰＦ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ， ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ：ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｉｍｅ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｓ ｐａｒｔ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｄｅｍａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｆｒｏｍ ｎｏ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｑｕｉｃｋ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｄｅｍａｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｉｎ－ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｍａｄｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｒｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｐａｉｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ．Ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍｉｎｉｍａｌ ｔｏｔａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｓ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｐｌａｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｃｙｃｌｉｃ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｓｈａｎｇｈａｉ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｊｏｉｎｔ ｌｉｎｅｓ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ；ｃｙｃｌｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ；ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎ－ ｃｙ；ＣＰＦ
第４１卷第 ３ 期 ２ ０ １ ９ 年 ３ 月
铁 道 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．３ Ｍａｒｃｈ ２０１９
文 章 编 号 ：１００１－８３６０（２０１９）０３－００１０－１０
基于换乘接续优化的高铁周期性列车运行图编制研究
（北京交通大学 交通运输学院，北京 １０００４４）
摘 要：良好的列车接续关系是提高周期性列车运行图换乘服务质量的重要保障。建立基 于 换 乘 接 续 优 化 的 高 铁周 期 性 列 车 运 行 图 多 目 标 混 合 整 数 规 划 模 型 ，在 ＣＰＦ 模 型 和 研 究 成 果 的 ［１３］ 基 础 上 做 出 优 化 改 进，从 换 乘 频 率 、动态接续、换乘时间３个方面提高换乘服务质量。模型引入客流 ＯＤ 换乘服务频率约束和最小化 换 乘 服 务 频 率欠缺值的优化目标，使模型不仅考虑了部分 ＯＤ 因无列车直达而产生的旅客换乘需求，同时兼顾为列 车 直 达 服 务频率不足的客流 ＯＤ 增加快速换乘服务。接续列车、接续 车 站 和 接 续 时 间 均 在 列 车 运 行 图 优 化 过 程 中 动 态 确 定，使接续关系的选择更加灵活。引入接续选取和接续时间耦合约束以及接续时间最短的目标函数，在规划列 车 接续关系的基础上 ，进一步优化了接续时间。以京沪高速铁路及部分衔接线路周期性列车运行图编制为例，验 证 模型的有效性。 关 键 词 ：高 速 铁 路 ；周 期 性 列 车 运 行 图 ；换 乘 接 续 优 化 ；换 乘 服 务 频 率 ；ＣＰＦ 中 图 分 类 号 ：Ｕ２９２．４ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊｉ．ｓｓｎ．１００１－８３６０．２０１９．０３．００２
收 稿 日 期 ：２０１８－０１－１６；修 回 日 期 ：２０１８－０７－２０ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （Ｕ１４３４２０７）；中 国 铁 路 总 公 司 科 技 研 究 开 发 计 划 （２０１６Ｘ００５－Ｃ、２０１６Ｘ００５－Ｄ） 第 一 作 者 ：李 天 琦 （１９９２— ），男 ，江 苏 徐 州 人 ，博 士 研 究 生 。Ｅ－ｍａｉｌ：１８１１４０４１＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 通 信 作 者 ：聂 磊 （１９７０— ），女 ，湖 南 长 沙 人 ，教 授 ，博 士 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｎｉｅ＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｙｃｌｉｃ Ｔｉｍｅｔａｂｌｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ＬＩ Ｔｉａｎｑｉ， ＮＩＥ Ｌｅｉ， ＴＡＮ Ｙｕｙａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｌｌ－ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｉｎｓ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｑｕａｌｉ－ ｔｙ ｏｆ ｃｙｃｌｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ．Ａ ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｍｉｘｅｄ ｉｎｔｅｇｅｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｃｙｃｌｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ ｃｏｎ－ ｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＰＦ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ， ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ：ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｉｍｅ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｓ ｐａｒｔ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｄｅｍａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｆｒｏｍ ｎｏ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｑｕｉｃｋ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｄｅｍａｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｉｎ－ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｍａｄｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｒｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｐａｉｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ．Ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍｉｎｉｍａｌ ｔｏｔａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｓ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｐｌａｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｃｙｃｌｉｃ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｓｈａｎｇｈａｉ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｊｏｉｎｔ ｌｉｎｅｓ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ；ｃｙｃｌｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ；ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎ－ ｃｙ；ＣＰＦ
第４１卷第 ３ 期 ２ ０ １ ９ 年 ３ 月
铁 道 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．３ Ｍａｒｃｈ ２０１９
文 章 编 号 ：１００１－８３６０（２０１９）０３－００１０－１０
基于换乘接续优化的高铁周期性列车运行图编制研究