一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及铁路调度技术领域，具体涉及一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法及系统。所述方法包括：计算有效停站时间和无效停站时间；将无效停站时间等分，等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图，计算能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率；根据得到的最优能量下降比率，得到优化后的列车运行图；将优化后的列车运行图进行稳定性判断，若满足稳定性判断，则所述列车运行图为目标列车运行图。本发明专利技术在保证前后列车时刻表稳定性的基础上，对停站时间进行调整。判断列车是否存在无效停站时间，将无效停站时间进行分配既保证了列车的安全间隔以及车站作业、旅客乘降等相关约束，又减少了列车的运行能耗，降低铁路的运营成本。

A train schedule adjustment method and system based on invalid stop time allocation

【技术实现步骤摘要】
一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法及系统
本专利技术涉及铁路调度
，具体涉及一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法及系统。
技术介绍
由于近年来高速铁路快速发展且均采用电气化铁路。从供电的角度出发，列车速度越高所需要的牵引力越大，则消耗的功率越大。因此，列车在区间的运行速度与能耗之间存在反比例关系，列车速度越大，则能耗越大。现阶段，我国节省列车能耗的方法主要是两个方面：(1)调整列车的运行时间。该方法实现节能一般分为两方面，一方面由于在一般情况下，列车运行时间直接影响牵引能耗。相同径路下列车运行时间越长，列车的产生的能耗越小。因此在满足乘客可以接受的范围内降低列车速度或者将缓冲时间加入区间运行时间。另一方面则是通过再生制动实现列车节能。优化进站列车与出站列车的时间，将制动的能耗可以正好运用于牵引所需的能耗。但由于高铁发车频率不高，因此该方法多用于城市轨道交通。总体而言通过时刻表的大幅度调整容易导致列车之间发生冲突，增加了时刻表调整复杂度，并且增加了车站的工作组织难度(2)优化列车驾驶，通过寻找列车最佳运行状态来降低能耗，但大部分研究未考虑实际线路情况，与实际运行的线路标准有较大出入，在转化点的求解上较为困难，也没有考虑列车操作系统对过电分相的操作要求。并且在实际中运用该方法进行节能优化太过于依赖司机的专业操作。求解列车操纵运行的转换点较为困难。现有节能列车时刻表的优化大多数是直接生成时刻表，并未考虑现有时刻表。导致直接生成的时刻表需要考虑到列车运行图的安全间隔约束，直接生成的时刻表可能存在列车运行冲突问题，并且前后时刻表的大幅度调整会增加车站工作的难度。现有大部分研究以通过优化列车驾驶实现列车节能减排，通过计算不同区段不同工况列车分段运行时间，以确定最优的节能驾驶转换点。但大部分研究均假定列车在平直轨道上运行，或只考虑到列车特性、坡道、曲线等单一特性，与实际运行的线路标准有较大出入。在进行列车节能优化时，现有研究多仅以列车能耗最小为目标，较少考虑列车旅行时间。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术目提供了一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法及系统。一方面，本专利技术提供了一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，所示方法包括：根据列车到达车站的时刻和从车站出发的时刻，判断列车在该站是否存在被其它列车越行的情况，分别计算存在越行情况下和不存在越行情况下的有效停站时间；根据列车的实际停站时间，计算列车在该车站的无效停站时间；将无效停站时间进行等分，将等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图中，计算分配后列车运行图的能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率；根据得到的最优能量下降比率，得到优化后的列车运行图；将优化后的列车运行图进行稳定性判断，若满足稳定性判断，则所述列车运行图为目标列车运行图。可选地，所述方法还包括：若优化后的列车运行图不满足稳定性判断，则重新确定无效停站时间的等分比例；将再次等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图中，计算分配后列车运行图的能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率；根据得到的最优能量下降比率，得到优化后的列车运行图；将优化后的列车运行图再次进行稳定性判断，直至优化后的列车运行图满足稳定性判断为止。可选地，所述分别计算存在越行情况下和不存在越行情况下的有效停站时间，包括：获取第一计算参数；根据所述第一计算参数构建约束公式，所述约束公式如公式(1-1)、(1-2)、(1-3)和(1-4)所示：根据公式(1-1)、(1-2)、(1-3)和(1-4)，得到越行列车到达越行站的合理到发时间，如公式(1-5)所示：判断越行列车到达越行站的时间是否服从正态分布，若符合正态分布，则用公式(1-6)计算越行列车到达越行站的期望值，(1-6)如下所示：根据公式(1-7)计算越行列车的合理发车范围，公式(1-7)如下所示：根据公式(1-8)计算当列车发生越行时的有效停站时间，公式(1-8)如下所示：根据公式(1-9)计算当列车不发生越行时的有效停站时间，公式(1-9)如下所示：上述公式中，k1表示待避列车，k2表示越行列车，表示待避列车到达s站的时刻，表示越行列车通过车站s的时刻，表示待避列车从s站出发的时刻，表示车站s的不同时到达时间，表示车站s的到通间隔时间，为k列车从s站出发的时刻，ls,s+1表示车站s到s+1的区间距离，表示k列车从车站s到车站s+1区间的平均运行速度，表示k列车通过s站的时刻，表示k2在s站的合理发车范围，表示越行列车k2到达越行站s的期望值，表示k2在s站的合理发车范围，tk2,s表示待避列车在越行站的理论最短停时，表示列车在s站的最短停站时间。可选地，所述计算列车在该车站的无效停站时间，包括：获取第二计算参数；根据所述第二计算参数构建无效停站时间计算公式，所述计算公式如公式(3-1)所示：公式(3-1)中，tis表示列车i在s站的实际停站时间，表示列车i在车站s的发车时刻，表示列车i在车站s的到达时刻，表示列车i在车站s的有效停站时间，表示列车i在车站s的无效停站时间。可选地，将无效停站时间进行等分，包括：给定一个整数，将无效停站时间除以该整数，将无效停站时间进行等分，如公式(3-2)所示：公式(3-2)中，表示平均每一小份的无效停站时间，表示列车i在s车站的无效停站时间，m表示任意给定的一个整数。可选地，所述将无效停站时间进行等分，将等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图中，计算分配后列车运行图的能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率，包括：在当前车站与当前车站的前一个车站的区间中增加一个等分后的无效停站时间；计算增加一个等分后无效停站时间后，该区间的能耗减少量，并计算该区间的能耗下降比率；将能耗下降比率与最低能耗下降比率进行比较，当能耗下降比率大于或等于最低能耗下降比率时，继续在该区间增加一个等分后的无效停站时间，直至能耗下降比率小于最低能耗下降比率时，停止增加等分后的无效停站时间，得到最优的能耗下降比率，此时得到的列车运行图为优化后的列车运行图。可选地，所述最低能耗下降比率的计算方法包括：计算整个运行图总消耗的能量，计算公式如公式(2-9)所示：绘制列车运行能耗与列车运行时间关系曲线图，并计算能耗与时间的下降速率，即曲线的斜率，寻找到斜率变化最大的点，则该点作为最低能耗下降比率值。可选地，所述计算增加一个等分后无效停站时间后，该区间的能耗减少量，并计算该区间的能耗下降比率，包括：分别计算增加一个等分无效停站时间前后，该区间的能耗，计算公式如公式(2-7)所示：公式(2-7)中，ks,s+1、Cs,s+1表示列车在车站s到s+1区间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，其特征在于，所述方法包括：/n根据列车到达车站的时刻和从车站出发的时刻，判断列车在该站是否存在被其它列车越行的情况，分别计算存在越行情况下和不存在越行情况下的有效停站时间；/n根据列车的实际停站时间，计算列车在该车站的无效停站时间；/n将无效停站时间进行等分，将等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图中，计算分配后列车运行图的能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率；/n根据得到的最优能量下降比率，得到优化后的列车运行图；/n将优化后的列车运行图进行稳定性判断，若满足稳定性判断，则所述列车运行图为目标列车运行图。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，其特征在于，所述方法包括：
根据列车到达车站的时刻和从车站出发的时刻，判断列车在该站是否存在被其它列车越行的情况，分别计算存在越行情况下和不存在越行情况下的有效停站时间；
根据列车的实际停站时间，计算列车在该车站的无效停站时间；
将无效停站时间进行等分，将等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图中，计算分配后列车运行图的能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率；
根据得到的最优能量下降比率，得到优化后的列车运行图；
将优化后的列车运行图进行稳定性判断，若满足稳定性判断，则所述列车运行图为目标列车运行图。


2.根据权利要求1所述的基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，其特征在于，所述方法还包括：
若优化后的列车运行图不满足稳定性判断，则重新确定无效停站时间的等分比例；
将再次等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图中，计算分配后列车运行图的能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率；
根据得到的最优能量下降比率，得到优化后的列车运行图；
将优化后的列车运行图再次进行稳定性判断，直至优化后的列车运行图满足稳定性判断为止。


3.根据权利要求1所述的基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，其特征在于，所述分别计算存在越行情况下和不存在越行情况下的有效停站时间，包括：
获取第一计算参数；
根据所述第一计算参数构建约束公式，所述约束公式如公式(1-1)、(1-2)、(1-3)和(1-4)所示：












根据公式(1-1)、(1-2)、(1-3)和(1-4)，得到越行列车到达越行站的合理到发时间，如公式(1-5)所示：



判断越行列车到达越行站的时间是否服从正态分布，若符合正态分布，则用公式(1-6)计算越行列车到达越行站的期望值，(1-6)如下所示：



根据公式(1-7)计算越行列车的合理发车范围，公式(1-7)如下所示：



根据公式(1-8)计算当列车发生越行时的有效停站时间，公式(1-8)如下所示：



根据公式(1-9)计算当列车不发生越行时的有效停站时间，公式(1-9)如下所示：



上述公式中，k1表示待避列车，k2表示越行列车，表示待避列车到达s站的时刻，表示越行列车通过车站s的时刻，表示待避列车从s站出发的时刻，表示车站s的不同时到达时间，表示车站s的到通间隔时间，为k列车从s站出发的时刻，ls,s+1表示车站s到s+1的区间距离，表示k列车从车站s到车站s+1区间的平均运行速度，表示k列车通过s站的时刻，表示k2在s站的合理发车范围，表示越行列车k2到达越行站s的期望值，表示k2在s站的合理发车范围，tk2,s表示待避列车在越行站的理论最短停时，表示列车在s站的最短停站时间。


4.根据权利要求3所述的基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，其特征在于，所述计算列车在该车站的无效停站时间，包括：
获取第二计算参数；
根据所述第二计算参数构建无效停站时间计算公式，所述计算公式如公式(3-1)所示：



公式(3-1)中，tis表示列车i在s站的实际停站时间，表示列车i在车站s的发车时刻，表示列车i在车站s的到达时刻，表示列车i在车站s的有效停站时间，表示列车i在车站s的无效停站时间。


5.根据权利要求4所述的基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，其特征在于，将无效停站时间进行等分，包括：
给定一个整数，将无效停站时间除以该整数，将无效停站时间进行等分，如公式(3-2)所示：



公式(3-2)中，表示平均每一小份的无效停站时间，表示列车i在s车站的无效停站时间，m表示任意给定的一个整数。


6.根据权利要求5所述的基于无效停站时间分配的列车时刻表调整方法，其特征在于，所述将无效停站时间进行等分，将等分后的无效停站时间逐次分配至列车运行图中，计算分配后列车运行图的能耗下降比率，并找出最优的能量下降比率，包括：
在当前车站与当前车站的前一个车站的区间中增加一个等分后的无效停站时间；
计算增加一个等分后无效停站时间后，该区间的能耗减少...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钉均，李俊捷，李斯涵，倪少权，张杰，潘金山，潘正祥，吕苗苗，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51