网络化运营条件下有轨电车发车频率与交叉口信号周期适应性研究文献综述

 2023-08-21 16:04:48
  1. 文献综述(或调研报告):
  2. 国内外文献综述
    1. 有轨电车调度问题与公交信号优先

时刻表是几乎所有公共交通方式规划和设计过程中的关键组成部分,其通过确定在给定的一组车辆行程内,每辆运行的车辆在每个车站的出发和到达时间,确保运输工作不受干扰。列车时刻表的编制与优化是轨道佳交通运输组织中的经典问题,现有的研究大多集中于铁路和地铁系统,而有轨电车系统中的调度问题在文献中较为有限。

客运列车时刻表着重于便捷性、可靠性和减少等待时间的措施以提高旅客服务水平。Nachtigall与Voget(1997)[7]为铁路系统开发了一个时刻表模型,以最小化乘客在车站的等待时间。Wong与Ho(2007)[8]应用动态规划方法,借助基于事件的模型,在给定区域运营约束条件下,为列车设计了一组最优的停站时间和运行时间。Goverde(2007)[9]提出了一种基于max-plus系统理论的列车时刻表稳定性度量方法,并对列车延误传播过程进行了分析。 Ceder和Philibert(2014)[10]创造了一个可使每辆列车上荷载最大的时刻表,并与其与传统的车头时距均匀的时刻表进行了对比。Niu[11]等人(2015)提出了一种结合乘客上下客事件的二元整数规划模型,以优化过饱和条件下的客运列车时刻表,其在给定的始发地至目的地乘客需求矩阵时变的情况下,最小化铁路走廊上车站的总乘客等待时间,并减少乘客因拥挤而无法登车所遭受的等候时间。Robenek等人(2016)[12]强调了列车时刻表设计中对旅客满意度的考虑。Robenek等人(2017)[13]提出了混合时刻表,它结合了循环时刻表的规律性和非循环时刻表的灵活性。

同时,各国学者已提出了许多公交信号优先策略使公交车辆在信号交叉口获得优先通行权。公交信号优先使公交车辆在交叉口获得额外的绿灯时间或较少的红灯时间,以减少其在停车或减速时浪费的时间。公交优先策略分为被动优先策略和主动优先策略(Ma等人,2014[14])。被动优先策略是一种离线控制策略,根据对公交路线和客流量模式的了解持续运行,其通过调整不同交叉口之间信号相位的顺序和偏移,对公共交通优先排序,为公交车辆沿其行驶路线创建一个绿波带(Smith等人,2005[15];Bai等人,2018[16])。与被动优先策略相比,主动优先策略具有更强的灵活性。常见的主动优先策略包括绿灯相位延长、绿灯相位插入以及绿灯相位提前(Lin等人,2015[17])。根据主动信号优先的响应条件,主动优先策略可进一步分为无条件优先和有条件优先(Ma等人,2010[18])。无条件优先是指每辆公交车辆总是被授予优先通行权,而有条件优先有利于延误或重载的公交车辆,特别是在其他交通中断可以容忍的情况下。尽管无条件优先总是为公交车辆提供绿色相位,但其会不可避免地对非优先交通造成干扰。Furth与Muller(2000)[19]利用荷兰埃因霍温的数据发现,无条件优先显著增加了延迟,相比之下条件优先对其他交通的影响很小。Christofa和SkaBardonis(2010)[20]提出了一种条件优先策略,该策略考虑了车辆占有率,以减少单个交叉口的车辆总延误。Ahmed与Hawas(2015)[21]开发了一种基于一系列条件和规则的主动优先策略,以减少对非优先的交通的影响。Consoli等人(2015)[22]和Christofa等人(2016)[23]采用了以人为单位的研究方法,在授予优先通行权时考虑了公交车辆的乘客占有率,以最大限度地减少人的延误,因为基于车辆的优化可能低估了高载客量公交车辆的优先需求。

目前来说,对有轨电车时刻表编制与优化和公交信号优先的单独研究已相对成熟,但由于有轨电车在混合交通环境中运行,受交叉口信号控制的影响较大,故二者在单独应用时都具有局限性,因此近年来一些学者尝试将他们结合起来实现共同优化。Shi等人(2017)[1]建立了单向有轨电车时刻表与公交信号优先的协同优化模型,其目标为最小化有轨电车总行程时间和公交信号优先对交叉口的负面影响的加权和。Ji等人(2019)[2]提出了一种同时调整双向有轨电车轨道和交通信号配时参数的多周期有轨电车时刻表优化方法。Wen等人(2019)[3]建立了一个综合优化的有轨电车时刻表和信号优先权的模型,该模型能够平衡有轨电车与其他车辆之间的延误,以最小化有轨电车和其他车辆上所有乘客的平均延误,且能够适应有轨电车乘客与汽车用户比率的变化。Zhang等人(2019)[4]提出了一种基于主动交通信号优先策略的有轨电车单条双向线路时刻表优化方法,其结合双向信号优先策略的特点,通过调整运行时间和停站时间,使有轨电车可以不停车通过交叉口,并建立了有轨电车时刻表的多目标优化模型,以最小化信号优先策略下的总行程时间、停站时间增量和负面影响。江志彬和徐瑞华(2016)[5]基于交叉口信号被动优先控制策略,在给定的不同路口信号周期和绿灯时长条件下,以提高有轨电车的旅行速度为目标构建了有轨电车时刻表与交叉口绿灯信号配时优化的整数规划模型。杨静等人(2019)[6]考虑了信号优先策略对交叉口产生的负面影响,提出了综合优化列车旅行时间和交叉口负面影响的有轨电车时刻表优化模型,并设计模拟退火算法和基于事件驱动的仿真法相结合的组合算法进行求解。

    1. 有轨电车通行能力

现代有轨电车通行能力可定义为:在一定的电车类型、信号设备和行车组织方法以及一定的道路、交通、管制条件下,有轨电车在单位小时内通过道路上某一断面的最大车辆数,其受到交叉口信号控制策略、交通组织、路权形式、车道布置以及车站设置等因素的影响。

《Transit Capacity and Quality of Service Manual,2nd Edition》[24]根据轨道交通在北美的实践经验,提出了计算轨道交通单向断面可以通过车辆最大值的方法,考虑了停站时间、信号相位等因素,并给出了以下计算公式:

——轨道交通单向断面可以通过车辆最大值,/h;

——信号交叉口绿灯时间,s;

——信号交叉口信号周期,s;

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