一种高速铁路列车运行图编制方法技术

本发明专利技术涉及高速铁路列车运行控制技术领域，具体而言，涉及一种高速铁路列车运行图编制方法，采用基于运行图准点率和能耗协同优化的运行图编制方法，以列车运行图晚点概率最小和列车运行消耗能耗最少为目标，利用列车的事件

【技术实现步骤摘要】
一种高速铁路列车运行图编制方法


[0001]本专利技术涉及高速铁路列车运行控制
，具体而言，涉及一种高速铁路列车运行图编制方法。

技术介绍

[0002]随着铁路网络的不断扩大，高速铁路的绿色环保和安全舒适吸引了大量旅客，高铁运营里程突破3.5万公里，未来的发展如火如荼。高速列车任务繁重，开行频率高，一旦某一列车发生晚点，可能导致大面积延误，严重影响旅客服务质量，同时造成能量浪费。高铁的运行情况与列车运行图质量息息相关。列车运行图作为铁路行车的基础，它规定各车次列车占用区间的程序，列车在每个车站的到达和出发(或通过)时刻，列车在区间的运行时间，列车在车站的停站时间以及机车交路、列车重量和长度等。它是铁路运输企业实现列车安全、正点运行和经济有效地组织铁路运输工作的列车运行生产计划。列车运行图在很大程度上反映了整个铁路行车组织工作水平。提高运行图编制质量，可以改善对旅客的服务，加速货运送达，改进机车车辆的运用，更好地利用区段通过能力，提高劳动生产率，降低运输成本。因此，在编制列车运行图时，应更加精细灵活，响应低碳环保，“绿色出行”，并且充分考虑运行过程中的各种突发情况，最大限度确保列车按图行车，避免其他损失。
[0003]然而，现有的运行图编制存在如下问题：
[0004]1、现有技术方案未能充分根据线路情况考虑到列车在运行过程中存在的不可控因素，列车运行图弹性过低，突发情况可能致使列车无法按图行车，造成旅客和铁路公司双方损失。
[0005]2、现有的技术方案在编制时重点考虑了旅客因素，而忽略了列车能耗。低碳环保作为铁路运输的特点，在当前运行图编制时未能得到保证。
[0006]综上所述，现有技术没有同时考虑列车运行过程中的突发情况造成的晚点，以及在列车运行中被浪费的能量，导致运行图与实际应用需求有较大差距。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高速铁路列车运行图编制方法，以改善上述问题。
[0008]为了实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：
[0009]一种高速铁路列车运行图编制方法，包括：
[0010]建立列车运行过程图：根据列车各项车站作业之间的联系建立事件
‑
活动网络图；
[0011]建立列车运行图多目标优化模型：根据事件
‑
活动网络图，结合客流量、车站设置、线路运输能力数据计算列车运行晚点的概率和能耗，并从结果中筛选能降低晚点概率和能耗的列车运行方案配置；
[0012]确定车站服务频率：计算事件
‑
活动网络图中车站等级，确定车站的最小服务频率；
[0013]确定列车运行图：通过基于并列选择的遗传算法对编制模型进行求解，得到优先
考虑车站重要度的情况下，以准点到达和节能为导向的列车运行图。
[0014]上述公开的编制方法以车站为中心，以降低晚点概率、减少能耗为目的，以客流、车站、线路能力为约束，通过评估车站等级，确定车站的最小服务频率，在满足客运需求的情况下，能够编制出晚点概率最小，同时能耗最小的列车运行图。
[0015]进一步的，上述技术方案中从列车运行过程图分析得到多目标优化模型，再从多目标优化模型得到编制方案，其中，确定列车运行方案编制模型时，具体包括：
[0016]建立车站重要度评估体系，评估体系中至少包括车站设置的定性、定量和技术因素三个角度的评估指标；
[0017]对评估指标进行关联，求出各节点的关联度，并进行比较得到节点重要度的分级；
[0018]结合实际地理位置，统计分析历年客流数据，规定各级节点最小服务频率；
[0019]再进一步，在上述公开的三个角度的评估指标中：
[0020]定性角度的指标包括车站所在的城市的地理位置、客运站等级、动车段配属及车站在路网中的重要度，定量角度的指标包括车站所在地理位置的人口基数、指定年度内铁路旅客发送量和到达量，技术因素的指标包括车站接发列车数量限制和列车最大停站数量限制。
[0021]进一步的，上述技术方案中，在确定列车运行图时可采用多种可行的方法，此处举出一种具体可行的方案，包括：
[0022]按照晚点概率和能耗，对列车运行方案进行优化配置，确定列车运行晚点概率最低和能耗最低的方案。
[0023]进一步的，在确定列车运行晚点概率最低和能耗最低的方案时，具体包括：
[0024]编码。采用0
‑
1编码，首先将列车停站、到达时间和发车时间这三个决策变量表示为遗传空间的基因型串结构。由于缓冲时间可以根据停站计划以及到发时间计算出来，这里不将其单独编码。然后将三种串结构组合，使停站置于染色体前段。达到时间和发车时间相间排列，置于染色体后段，形成一个个体。与停站变量不同的是，到发时间和发车时间的索引指标呈降序排列。随机生成L个初始串结构数据，构成迭代的初始群体；
[0025]子群体的形成。将初始群体等分为三个子群体，目标函数与适应度函数紧密相关，将列车运行图鲁棒性、列车能耗和旅行总时间这三个目标函数稍作处理，分别得到三个子群体的适应度函数如下：
[0026][0027]其中，fit1是目标函数为列车运行图鲁棒性的子群体的适应度函数；fit2是目标函数为列车能耗的子群体的适应度函数；fit3是目标函数为旅行总时间的子群体的适应度函数。
[0028]子群体筛选与合并。在三个群体内分别计算个体r
z
、c
z
、y
z
的适应度值f(r
z
)、f(c
z
)、f(y
z
)，采用轮盘赌对各自群体中的算子进行筛选，其中，个体被选到的概率分别为：
[0029][0030][0031][0032]当各群体的数量与之前子群体数量相等时，停止筛选，并将子群体进行合并；
[0033]交叉。在合并后的群体中，将任意两条染色体进行配对，并在表示停站方案的染色体前半段随机选择待交叉的基因位节点，根据该基因位的索引指标找到与索引指标数相同的表示到达时间的染色体基因位节点，交换这两个节点之间的染色体，形成两个新的染色体；
[0034]变异。为增大缓冲时间的更新幅度，在表示到发时间的染色体后半段随机生成变异位置，根据该位置的索引指标，向前搜索，在表示停站方案的染色体前端找到与索引指标数相同的基因位，对两处变异位置处的基因信息进行变化，实现变异；
[0035]检查当前迭代的次数达到预设次数L，若是，则结束循环得到最优解，否则在当前结果的基础上重新对子群体进行划分，并再次计算。
[0036]进一步的，通过上述技术方案中公开说明的方法，列车运行图多目标优化模型目标函数为：
[0037][0038][0039]其中，表示列车j在车站i发生晚点的概率，且服从负指数分布；b
ji
表示列车j在第i个车站的缓冲时间；x
ji
表示列车j在车站i是否停车，该变量是0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路列车运行图编制方法，其特征在于，包括：建立列车运行过程图：根据列车各项车站作业之间的联系建立事件
‑
活动网络图；建立列车运行图多目标优化模型：根据事件
‑
活动网络图，结合客流量、车站设置、线路运输能力数据计算列车运行晚点的概率和能耗，并从结果中筛选能降低晚点概率和能耗的列车运行方案配置；确定车站服务频率：计算事件
‑
活动网络图中车站等级，确定车站的最小服务频率，并结合多目标优化模型确定优先考虑车站重要度的编制模型；确定列车运行图：通过基于并列选择的遗传算法对编制模型进行求解，得到优先考虑车站重要度的情况下，以准点率和节能为导向的列车运行图。2.根据权利要求1所述的高速铁路列车运行图编制方法，其特征在于，确定列车运行方案编制模型时，具体包括：建立车站重要度评估体系，评估体系中至少包括车站设置的定性、定量和技术因素三个角度的评估指标；对评估指标进行关联，计算各个节点的关联度，并进行比较得到节点重要度的分级；结合实际地理位置，统计分析历年客流数据，规定各级节点最小服务频率。3.根据权利要求2所述的高速铁路列车运行图编制方法，其特征在于，在评估指标中：定性角度的指标包括车站所在的城市位置、客运站规模、动车段配属，定量角度的指标包括车站所在地理位置的人口基数、指定年度内铁路旅客发送量和到达量，技术因素的指标包括车站接发列车数量限制和列车最大停站数量限制。4.根据权利要求1所述的高速铁路列车运行图编制方法，其特征在于，在确定列车运行图时，包括：按照晚点概率和能耗，对列车运行方案进行优化配置，确定列车运行晚点概率最低和能耗最低的方案。5.根据权利要求4所述的高速铁路列车运行图编制方法，其特征在于，在确定列车运行晚点概率最低和能耗最低的方案时，具体包括：采用0
‑
1编码，首先将列车停站、到达时间和发车时间这三个决策变量表示为遗传空间的基因型串结构，然后将三种串结构组合，使停站置于染色体前段；到达时间和发车时间相间排列，置于染色体后段，形成一个个体；到发时间和发车时间的索引指标呈降序排列，随机生成L个初始串结构数据，构成迭代的初始群体；子群体的形成：将初始群体等分为三个子群体，目标函数与适应度函数紧密相关，将列车运行图鲁棒性、列车能耗和旅行总时间这三个目标函数进行处理，分别得到三个子群体的适应度函数，如下所示：所示：所示：子群体筛选与合并：在三个群体内分别计算个体r
z
、c
z
、y
z
的适应度值f(r
z
)、f(c
z
)、f
(y
z
)，对各自群体中的算子进行筛选，其中，个体被选到的概率分别为)，对各自群体中的算子进行筛选，其中，个体被选到的概率分别为)，对各自群体中的算子进行筛选，其中，个体被选到的概率分别为当各群体的数量与之前子群体数量相等时，停止筛选，并将子群体进行合并；在合并后的群体中，将任意两条染色体进行配对，并在表示停站方案的染色体前半段随机选择待交叉的基因位节点，根据该基因位的索引指标找到与索引指标数相同的表示到达时间的染色体基因位节点，交换这两个节点之间的染色体，形成两个新的染色体；变异：在表示到发时间的染色体后半段随机生成变异位置，根据该位置的索引指标向前搜索，在表示停站方案的染色体前端找到与索引指标数相同的基因位，对两处变异位置处的基因信息进行变化，实现变异；检查当前迭代的次数，若达到预设次数，则结束循环得到最优解，否则在当前结果的基础上重新对子群体进行划分，并再次计算。6.根据权利要求1所述的高速铁路列车运行图编制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钉均，谢佳，倪少权，潘金山，吕红霞，吕苗苗，张杰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：