摘 要：針對城市軌道交通運行因復雜性和動態(tài)性使得站內擁堵、列車延誤以及乘客換乘困難等問題。本文提出了基于線網結構的城市軌道交通運輸組織行車方法，旨在提升城市軌道交通運行效率需要，推動城市可持續(xù)發(fā)展。首先，詳細分析了城市軌道交通運輸組織協調。闡述了軌道交通吸引范圍線網優(yōu)化，明確了軌道交通周邊吸引職能、軌道交通站點分類和軌道交通協調線路規(guī)劃。提出了基于改進遺傳灰狼優(yōu)化算法的城市軌道交通行車求解方法，并通過實驗結果分析驗證了該方法的實用性和可行性。結果表明，該方法輸出最優(yōu)目標函數值為178，總運營成本為4986元，生成銜接公交線路4條，有效提升城市軌道交通運行效率。

關鍵詞：線網結構 城市軌道交通 運輸組織行車 吸引范圍線網 改進遺傳灰狼優(yōu)化算法

1 緒論

城市軌道交通作為城市公共交通體系的核心組成部分，近年來在緩解城市交通擁堵問題、提高出行效率以及促進經濟發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。城市軌道交通的運行特點具有復雜性和動態(tài)性，這使得其行車組織策略的科學制定與有效實施成為一項復雜而系統的工程。尤其是在高峰時段，乘客流量劇增，線路運力承載壓力陡然上升，往往導致站內擁堵、列車延誤以及乘客換乘困難等問題。這些問題不僅影響了城市公共交通系統的整體運作效率，也在一定程度上降低了乘客的滿意度[1]。因此，對城市軌道交通行車組織中存在的問題及其協同的深入分析，不僅可以提升城市軌道交通運行效率的需要，更可以推動城市可持續(xù)發(fā)展，為未來研究提供寶貴的參考依據。

2 城市軌道交通運輸組織協調分析

軌道交通與其他公交方式的協調是讓公交為軌道交通服務，使其連接為一個整體，吸引更多乘客選擇軌道交通出行。對交通協同優(yōu)化系統進行協調需要考慮很多因素，包括乘客的出行需求與目的等。由于軌道交通系統建立比公交晚，建設成本高，故對公交從站點、線網、運營方面進行協調，來滿足城市公共交通需求[2]。城市軌道交通協調，如表1所示。

2.1 線網優(yōu)化協調

由于軌道交通線路的固定性，交通協同優(yōu)化系統的協調主要以其他公交線路配合軌道交通。在我國，其他公交在軌道交通建成前通常是主要的城市公共交通方式。當軌道交通建成后，由于其明顯的優(yōu)勢，其他公交的乘客流量會被吸引到軌道交通上，需要布設銜接軌道站點的公交線路，以協調軌道交通的客流集散。在優(yōu)化公交網絡時，目標不僅是提高公交運輸效率和運營效益，更要考慮包括軌道交通在內的整個城市交通系統的效率與效益[3]。其他公交線路的優(yōu)化目標主要包括以下幾點。

根據軌道交通線路調整公交線路，來避免爭搶客流；讓其他公交為軌道交通進行補充，發(fā)揮軌道交通的優(yōu)勢減少接駁時間，提高軌道交通吸引力，引導更多乘客使用軌道交通，從而減緩城市交通擁堵問題；在優(yōu)化其他公交線路時，需要綜合考慮上述目標，以實現公共交通系統的協調發(fā)展和城市交通的可持續(xù)發(fā)展[4]。

2.2 運營協調

運營協調是確保乘客在軌道交通與其他公交換乘過程中無縫銜接的關鍵措施。它涉及運能匹配、合理調度和管理政策等方面，以保證乘客的連續(xù)出行體驗。換乘站與銜接公交線路是軌道交通與其他公共交通建立聯系的基礎，要實現有效的連接，還需要從運營角度進行各環(huán)節(jié)整體協調，如：公交換乘地鐵后票價減半等[5]。

客流協調分配：將軌道交通和其他公交的運營整合到一個統一的管理體系下，確保運營計劃、調度和監(jiān)管能夠有機結合，協同作戰(zhàn)，確保其他公交配合軌道交通進行客流運輸。優(yōu)化換乘：在換乘站點提供便捷的換乘服務，包括信息發(fā)布、導向標識、舒適的候車環(huán)境等，提高乘客換乘的便利性和舒適度。調度協調：根據客流需求和交通運行情況，調整軌道交通和其他公交的運營時刻表，使其相互匹配，減少等待時間，提高換乘效率。

3 軌道交通吸引范圍線網優(yōu)化

3.1 軌道交通周邊吸引職能

城市軌道交通站點的客流吸引范圍的定義各不相同，通常根據不同的研究目的而有所變化。本文所研究的吸引范圍可以界定為：出行者使用各種非軌道交通方式到達或離開城市軌道交通站點的合理范圍。根據到達軌道交通站點的接駁方式不同，軌道交通站點的吸引范圍可分為步行吸引范圍和銜接吸引范圍[6]。

步行吸引范圍是指出行者從目的地出發(fā)，步行到達軌道交通站點的合理距離，即軌道交通站點的步行可達范圍。步行吸引范圍影響因素包括出行者自身因素和軌道因素。出行者因素主要涵蓋出行者的個人屬性和出行特征，而站點因素則主要包括站點自身的特性以及站點周邊的環(huán)境因素。如圖1所示。

軌道交通站點的吸引范圍不是固定不變的，它具有彈性邊界，是一個合理且可接受的范圍，受出行者的選擇影響。從出行者的角度來看，他們可以選擇各種非軌道交通方式到達軌道交通站點并使用軌道交通服務，也可以選擇不使用軌道交通出行。這一選擇受多種因素影響，因此是否選擇軌道交通出行是一個綜合效用的結果。因此，在研究吸引范圍之前，有必要對這些影響因素進行分析。

3.2 軌道交通站點分類

銜接軌道交通站點的銜接公交線路布設區(qū)域為銜接公交與軌道交通站點的交匯范圍。根據區(qū)位特征與公交銜接時間確定軌道站點類別，對城市軌道站點進行了分析，依靠刷卡數據獲取公交-軌道換乘的時間與空間特征，進而確定各城市軌道交通站點的吸引范圍，為銜接公交布設區(qū)域的確定奠定基礎。

（1）中心樞紐型：這類站點一般位于城市中心，靠近商業(yè)區(qū)或主要軌道交通線路的換乘點，也有位于通向城中心的交通擁堵節(jié)點。這樣的軌道交通站點由于靠近城市核心區(qū)域，距離乘客的目的地較近，因此乘客可能會花費較多時間步行或者通過公交車連接到軌道交通。

（2）外圍樞紐型：這類站點位于城市的區(qū)域中心或次中心地帶，軌道交通線路在此地區(qū)與其他交通方式交匯，服務于區(qū)域性的客流需求，交通吸引范圍較大。

（3）一般居住型：這類站點位于城市的居住區(qū)，服務于周邊居民的日常出行需求。軌道交通線路在此地區(qū)主要作為通勤工具，連接居住區(qū)與城市其他區(qū)域，周邊用地主要以居住與生活服務為主。

3.3 軌道交通協調線路規(guī)劃

在城市交通系統中，以軌道交通為主體的城市交通協同優(yōu)化是一種重要的發(fā)展模式。然而，在實施城市交通協同優(yōu)化線路規(guī)劃時，需要遵循一些基本原則，以確保規(guī)劃的科學性、靈活性和可行性。

（1）城市交通協同優(yōu)化線路規(guī)劃的基本原則之一是“服務人民”：城市交通系統的設計應以滿足人們的出行需求為目標，確保公共交通的便利性和舒適性得到提升。

（2）城市交通協同優(yōu)化線路規(guī)劃應注重“系統化”原則：交通系統的協同優(yōu)化需要各種交通方式的有效組合和銜接。在規(guī)劃線路時，應綜合考慮軌道交通和公交線路的布局，這樣的規(guī)劃可以充分利用各種交通方式的優(yōu)勢，確立以軌道交通為核心、銜接公交為輔助的交通網絡。

（3）城市交通協同優(yōu)化線路規(guī)劃還應遵循“公平公正”的原則：這意味著交通系統的發(fā)展應該以公平和公正為基礎，確保交通資源的合理分配。

4 城市軌道交通行車求解方法

灰狼優(yōu)化算法（Grey Wolf Optimizer Algorithm，GWO）灰狼優(yōu)化算法是模仿野外灰狼捕食獵物活動的群體智能優(yōu)化方法。該算法具有全局搜索能力強、收斂速度快、控制參數少、易于實現等優(yōu)點，已在圖線識別、多目標參數優(yōu)化等都得到了廣泛的應用，將灰狼優(yōu)化算法用于行車方法的研究較少。

根據三狼來確定獵物位置；如此原有的灰狼優(yōu)化算法在后續(xù)的發(fā)展中很容易出現局部最優(yōu)、穩(wěn)定性差等問題。因此提高種群的質量問題，對后續(xù)種群的更新都有很大的影響，選擇合適的初始種群也是影響GWO解精度的關鍵因素。用GWO求解行車方法時，原始灰狼算法初始階段收斂速度較快，但全局搜索能力較低，容易出現局部最優(yōu)和迭代停滯問題，為了解決這個問題引入了灰狼基因的遺傳策略。

核心在于將灰狼的位置向量視作遺傳算法的個體基因，運用最優(yōu)個體復制法，根據灰狼個體的適應度進行排序，從最優(yōu)到最差依次排列。通過計算群體總數與選擇比例因子來確定復制的個體數量。將這些最優(yōu)灰狼基因個體逐一復制到相同數量的最差灰狼個體基因中，從而加快算法的收斂速度；再進行生成初始種群時對種群加入變異因子進行操作，來增加種群多元性，其旨在促使灰狼個體或群體位置的變動，從而強化算法的搜索效能；變異操作旨在促使灰狼個體或群體位置的變動，從而強化算法的搜索效能；而為了避免算法過早收斂，我們還采用了停滯重置策略。改進遺傳灰狼優(yōu)化算法流程，如圖2所示。

5 實驗結果分析

在Matlab2016a運行程序380次后輸出最優(yōu)目標函數值為178，其中總運營成本為4986元，區(qū)域內生成銜接線路4條，優(yōu)化結果如表2所示。

6 結論

本文以某城市交通運輸為例，介紹了城市內公交與軌道現狀。依照乘客出行需求點生成拓撲線網，分析區(qū)域內軌道交通吸引范圍與開行銜接公交的可達性，依靠改進遺傳灰狼優(yōu)化算法并結合實際情況得到備選站點，根據24個備選站點，利用銜接線路優(yōu)化模型并進行求解，4條線路銜接線路時的運營成本最低，驗證了銜接公交線路優(yōu)化方法的實用性。

參考文獻：

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