基于服务网络动态配流的列车编组分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于服务网络动态配流的列车编组分析方法及系统，方法包括：输入基础数据；根据基础数据生成包含所有可能列车方案的关系网络，车站作为节点，采用有向弧表示任意两个节点之间的列车方案，从始发节点到终到节点之间的多个列车方案构成多个初始编组计划；生成初始编组计划对应的服务网络，每一个节点分解成入流节点和出流节点，一个节点的入流节点和出流节点之间的有向弧为方案弧，一个节点的出流节点与另一个节点的入流节点之间的有向弧为解体弧；基于服务网络以所有车辆旅行费用最小为目标采用动态配流方法实现网络流平衡；依据网络流平衡结果，抽取有流量有向弧，生成对应直达去向，得到最优服务网络，从而得到最优编组计划。

【技术实现步骤摘要】
基于服务网络动态配流的列车编组分析方法及系统
本专利技术涉及智能交通
，更具体地，涉及一种基于服务网络动态配流的列车编组分析方法及系统。
技术介绍
铁路货运行车组织是铁路运输组织的重要组成部分，而编组计划制定又是铁路货运行车组织中的基础模块，其是基于既有铁路基础网络与车流OD(“O”来源于英文ORIGIN，指出行的出发地点，“D”来源于英文DESTINATION，指出行的目的地)需求情况，研究车站间是否开行直达方向列车、开行频率与路径等问题。而在实际运输生产过程中，车流径路一般直接给定。对于编组计划优化方法的研究，国内外众多专家学者取得了大量的成果，并论证了既有编组计划优化模型是NP-Hard问题。但是既有列车编组计划优化模型精确求解异常困难，对于大规模路网的求解往往采用启发式算法。同时既有算法求解时间依然过长，难以满足铁路运输部门实际应用要求。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种快速准确计算优化列车编组计划，可以满足铁路运输部门实际应用要求的基于服务网络动态配流的列车编组分析方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于服务网络动态配流的列车编组分析方法，包括：输入基础数据，所述基础数据包括车站、线路和OD需求；根据基础数据生成包含所有可能列车方案的关系网络，在所述关系网络中，一个车站作为一个节点，采用有向弧表示任意两个节点之间的列车方案，从始发节点到终到节点之间的多个列车方案构成多个初始编组计划；生成每一个初始编组计划的每一个服务网络，其中，在所述服务网络中，每一个车站作为节点分解成入流节点和出流节点，一个节点的入流节点和出流节点之间的有向弧为方案弧，一个节点的出流节点与另一个节点的入流节点之间的有向弧为解体弧；基于每一个服务网络，根据如下公式1和2以所有车辆旅行费用最小为目标，采用动态配流方法实现网络流平衡，minC＝Σq∈QΣk∈F∪Ick·xq,k公式1其中，k为有向弧索引，k∈F∪I，F为方案弧集合，I为解体弧集合；ck是有向弧k的费用；ck方案是方案弧费用；ck解体是解体弧费用；tk是列车在有向弧上的旅行时间；是24小时周期内每列车集结时间，m是允许车辆出发最少车辆编成数，q是货物车辆索引，Q为货车车辆集合，xq,k是0-1决策变量，表示货物车辆q是否用弧k运输，若是则xq,k＝1，否则xq,k＝0；minC为最小所有车辆旅行总费用；依据网络流平衡结果，抽取有流量有向弧，生成对应直达去向，得到最优服务网络，从而得到最优编组计划。根据本专利技术的另一个方面，提供一种基于服务网络动态配流的列车编组分析系统，包括：输入部，输入基础数据，所述基础数据包括车站、线路和OD需求；第一编组部，根据基础数据生成包含所有可能列车方案的关系网络，在所述关系网络中，一个车站作为一个节点，采用有向弧表示任意两个节点之间的列车方案，从始发节点到终到节点之间的多个列车方案构成多个初始编组计划；服务网络构建部，生成第一编组部中每一个初始编组计划的每一个服务网络，其中，在所述服务网络中，每一个车站作为节点分解成入流节点和出流节点，一个节点的入流节点和出流节点之间的有向弧为方案弧，一个节点的出流节点与另一个节点的入流节点之间的有向弧为解体弧；动态配流模型构建部，基于每一个服务网络，根据如下公式1和2以所有车辆旅行费用最小为目标，采用动态配流方法实现网络流平衡，minC＝∑q∈Q∑k∈F∪Ick·xq,k公式1其中，k为有向弧索引，k∈F∪I，F为方案弧集合，I为解体弧集合；ck是有向弧k的费用；ck方案是方案弧的费用；ck解体是解体弧的费用；tk是列车在有向弧上的旅行时间；是24小时周期内每列车集结时间，m是允许车辆出发最少车辆编成数，q是货物车辆索引，Q为货车车辆集合，xq,k是0-1决策变量，表示货物车辆q是否用弧k运输，若是则xq,k＝1，否则xq,k＝0；minC为最小所有车辆旅行总费用；第二编组部，依据网络流平衡结果，抽取有流量有向弧，生成对应直达去向，得到最优服务网络，从而得到最优编组计划。上述基于服务网络动态配流的列车编组分析方法及系统，利用网络动态配流的思想来优化列车编组计划，通过将编组计划问题转化为网络设计中的网络动态配流问题，用车流动态配流算法多次迭代实现网络流平衡，能够对列车编组计划精确求解，提高了计算效率，能够满足铁路运输部门实际应用要求，尤其能够满足大规模铁路路网的需求。附图说明通过参考以下具体实施方式内容并且结合附图，本专利技术的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：图1是本专利技术所述基于服务网络动态配流的列车编组分析方法的流程图；图2是本专利技术所述基础网络的示意图；图3是本专利技术所述基础网络全部可能直达去向的示意图；图4是本专利技术所述关系网络的示意图；图5是图4中一个初始编组计划的示意图；图6是本专利技术所述关系网络对应的服务网络的示意图；图7是图5中所述初始编组计划对应的服务网络的示意图；图8是本专利技术所述基于服务网络以所有车辆旅行费用最小为目标采用动态配流方法实现网络流平衡的方法的框架图；图9是本专利技术所述基于服务网络以所有车辆旅行费用最小为目标采用动态配流方法实现网络流平衡的方法的流程图；图10是本专利技术基于服务网络动态配流的列车编组分析系统的构成框图；图11是中国东北一个铁路基础网络的示意图；图12是图11的铁路基础网络对应的关系网络的示意图；图13是图12的关系网络对应的服务网络的示意图。在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。下面将参照附图来对根据本专利技术的各个实施例进行详细描述。图1是本专利技术所述基于服务网络动态配流的列车编组分析方法的流程图，如图1所示，所述基于服务网络动态配流的列车编组分析方法包括：首先，在步骤S110中，输入基础数据，所述基础数据包括车站、线路和OD需求，下文以图2所示为例，将车站视为节点，所述铁路网络包含4个节点以及3个区段。在步骤S120中，根据基础数据生成包含所有可能列车方案的关系网络，在所述关系网络中，一个车站作为一个节点，采用有向弧表示任意两个节点之间的列车方案，从始发节点到终到节点之间的多个列车方案构成多个初始编组计划，例如，给出所有可能的直达去向，依据图2所示的铁路网络，包含全部可能直达去向，方案(1)对应的是A->D间开行直通列车，同理可知方案(2)对应的是A->C,方案(3)对应A->B,方案(4)对应B->D,方案(5)对应B->C,方案(6)对应C->D，如果将上述直达去向连接到对应节点，从而可以构造成如图3所示的关系网络，从始发节点A到终到节点D的一个初始编组计划如图4所示，由方案(3)、(5)和(6)构成，上述初始编组计划的关系网络如图5所示，可以将列车的集结时间转化成对应服务网络上方案弧旅行时间，如图4和5所示方案(5)，其始发节点站是B，终到节点站是C，因此，该方案(5)直达去向在B站的集结时间看成是有向弧B->C的旅行时间。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于服务网络动态配流的列车编组分析方法，其特征在于，包括：输入基础数据，所述基础数据包括车站、线路和OD需求；根据基础数据生成包含所有可能列车方案的关系网络，在所述关系网络中，一个车站作为一个节点，采用有向弧表示任意两个节点之间的列车方案，从始发节点到终到节点之间的多个列车方案构成多个初始编组计划；生成每一个初始编组计划的每一个服务网络，其中，在所述服务网络中，每一个车站作为节点分解成入流节点和出流节点，一个节点的入流节点和出流节点之间的有向弧为方案弧，一个节点的出流节点与另一个节点的入流节点之间的有向弧为解体弧；基于每一个服务网络，根据如下公式1和2以所有车辆旅行费用最小为目标，采用动态配流方法实现网络流平衡，min C＝Σ

【技术特征摘要】
1.一种基于服务网络动态配流的列车编组分析方法，其特征在于，包括：输入基础数据，所述基础数据包括车站、线路和OD需求；根据基础数据生成包含所有可能列车方案的关系网络，在所述关系网络中，一个车站作为一个节点，采用有向弧表示任意两个节点之间的列车方案，从始发节点到终到节点之间的多个列车方案构成多个初始编组计划；生成每一个初始编组计划的每一个服务网络，其中，在所述服务网络中，每一个车站作为节点分解成入流节点和出流节点，一个节点的入流节点和出流节点之间的有向弧为方案弧，一个节点的出流节点与另一个节点的入流节点之间的有向弧为解体弧；基于每一个服务网络，根据如下公式1和2以所有车辆旅行费用最小为目标，采用动态配流方法实现网络流平衡，minC＝Σq∈Q∑k∈F∪Ick·xq,k公式1其中，k为有向弧索引，k∈F∪I，F为方案弧集合，I为解体弧集合；ck是有向弧k的费用；ck方案是方案弧费用；ck解体是解体弧费用；tk是列车在有向弧上的旅行时间；是24小时周期内每列车集结时间，m是允许车辆出发最少车辆编成数，q是货物车辆索引，Q为货车车辆集合，xq,k是0-1决策变量，表示货物车辆q是否用弧k运输，若是则xq,k＝1，否则xq,k＝0；minC为最小所有车辆旅行总费用；依据网络流平衡结果，抽取有流量有向弧，生成对应直达去向，得到最优服务网络，从而得到最优编组计划。2.根据权利要求1所述的基于服务网络动态配流的列车编组分析方法，其特征在于，所述以所有车辆旅行费用最小为目标采用动态配流方法实现网络流平衡的方法包括：依据固定OD径路，计算初始列车在每一个有向弧上的旅行时间，设定最大迭代次数；用车流动态配流算法多次迭代实现网络流平衡，其中，在每一次迭代中均包括：计算所有有向弧旅行费用；最短路算法计算最短OD径路；依据最短OD径路，将OD流量分配到服务网络；判断迭代次数是否超过最大迭代次数，当超过所述最大迭代次数时，完成服务网络均衡配流。3.根据权利要求2所述的基于服务网络动态配流的列车编组分析方法，其特征在于，还包括：当计算所有有向弧旅行费用ck时，如果有向弧流量为0,设定该有向弧流量为0.0001。4.根据权利要求2所述的基于服务网络动态配流的列车编组分析方法，其特征在于，还包括：根据如下公式3对车站能力进行约束，将车站解体能力约束转移到解体弧上，u(k)≤ui公式3其中，i是车站索引号，是有向弧k是否是车站i对应的解体弧，是则＝1，否则＝0；u(k)是有向弧k通过能力；ui车站i改编能力；根据如下公式4对车站的编发去向数进行约束，∑j∈Nyi,j≤Mi公式4其中，Mi表示给定的车站最大编发去向数；N为车站集合，i，j是车站索引号，i，j∈N，，yi,j为0-1变量，是否开行直达去向(i,j)，开行，yi,j＝1,不开行，yi,j＝0。5.一种基于服务网络动态配流的列车编组分析系统，其特征在于包括：输入部，输入基础数据，所述基础数据包括车站、线路和OD需求；第一编组部，根据基础数据生成包含所有可能列车方案的关系网络，在所述关系网络中，一个车站作为一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐金金，周磊山，周含笑，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11