基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法技术

本发明专利技术涉及列车调度技术领域，具体地说，涉及一种基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法，其包括以下步骤：(1)构建列车时空网络来模拟列车运行过程；(2)构建资源时空网络来建模空间和时间资源容量；(3)基于资源时空网络和列车时空网络构建列车调整模型。本发明专利技术从资源导向的角度出发，通过平衡和协调不同类别列车之间不同类型铁路资源的时空资源容量分配来解决列车运行调整问题。分配来解决列车运行调整问题。分配来解决列车运行调整问题。

【技术实现步骤摘要】
基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法


[0001]本专利技术涉及列车调度
，具体地说，涉及一种基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法。

技术介绍

[0002]在资源竞争系统中，许多个体竞争有限的资源。确定如何在空间和时间维度上将这些有限的资源分配给各个体非常重要，从而实现所有个体利润的最大化。在实践中，许多规划、调度和控制问题可被视为资源分配问题，例如，运输规划、机器调度、项目调度、交通控制和信息传输。这类问题的关键任务是有效平衡和协调竞争对手之间的时间和空间资源分配，以实现供需双方间的平衡。很明显，可用资源能力是可变的，并且与资源分配方式密切相关。例如，如果运输系统中的所有汽车或列车都冲进瓶颈区域，那么随之而来的交通堵塞很可能会阻止所有汽车或列车继续运行。
[0003]众所周知，以前很少有研究明确考虑在不同的供应和需求水平下协调有限的资源能力在空间和时间方面的重要性。此外，大多数研究都假设铁路网的通行能力是恒定的，并通过路段中的区间或车站中的轨道上的运行间隔约束对铁路通行能力进行建模。铁路运力的内在可变性很少被考虑。因此需要一种基于时空网络的列车调整模型。

技术实现思路

[0004]本专利技术的内容是提供一种基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0005]根据本专利技术的基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法，其包括以下步骤：
[0006](1)构建列车时空网络来模拟列车运行过程；
[0007](2)构建资源时空网络来建模空间和时间资源容量；
[0008](3)基于资源时空网络和列车时空网络构建列车运行调整模型。
[0009]作为优选，步骤(1)中，列车时空网络TSTN中，时间范围可以表示为T＝{δ,2δ,3δ,...θδ}，θ是最大时间间隔数；物理节点i∈N可以扩展为与时间相关的节点(i,t)∈E
train
,该物理链接(i,j)∈L可扩展为时空弧(i,j,t,t')∈A
train
；此时间扩展弧表示列车在时间t从节点i出发，并在时间t
’
到达节点j；TSTN可表示为G
train
＝(E
train
,A
train
)；
[0010]车站有入口节点和一个出口节点，每条轨道分别有起始节点和终点节点，列车从起始点(o
k
)运行到终点(d
k
)使用多种不同类型的弧，具体如下：
[0011]起点弧:起始点为终到点为持续时间为δ；
[0012]入口弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
acc
；
[0013]进站弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
ent
；
[0014]通过弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
pas
；
[0015]停站弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
dwe
；
[0016]额外等待弧:起始点为终到点为持续时间为δ；
[0017]出站弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
lea
；
[0018]运行弧：起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
dri
；
[0019]出口弧：起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
egr
；
[0020]终点弧：起始点为终到点为持续时间为δ；
[0021]虚拟弧：起始点为终到点为持续时间为l
k
‑
e
k
；
[0022]是起始点节点子集，是目的地节点子集，是入口节点子集，是起始节点子集，是结束节点子集，是出口节点子集；参数TD
acc
，TD
ent
，TD
pas
，TD
dwe
，TD
lea
，TD
dri
和TD
egr
是相应类型弧的所需持续时间。
[0023]作为优选，资源时空网络中，列车时空弧(i,j,t,t')需映射到在资源时空网络RSTN中的资源时空弧(m,n,τ)，对于列车运行的每个时空弧(i,j,t,t')∈A
train
,如果链接(i,j)被包含在资源区段(m,n)中并且t包含在时间间隔τ中,那么使用弧(i,j,t,t')∈H(m,n,τ)；即列车运行弧(i,j,t,t')包含在轨道资源时空区段(m,n,τ)中。
[0024]作为优选，列车运行调整模型为：
[0025]在目标函数中，最大化所有类型列车的总效用，如式(1)所示：
[0026]Max:∑
k∈K
U(k)(1)
[0027]为了最小化列车总旅行时间和每个车站的列车总到达延误，因此，函数U(k)如式(2)所示：
[0028][0029]其中，第一个加和是列车k的总出行成本，第二个加和是列车k在每一个经过车站s的总到达延误成本；
[0030]在符合下列目标的前提下：
[0031]1)列车流守恒约束(3)如下：
[0032][0033]2)运行间隔约束(4)如下：
[0034][0035]约束(4)是任意两列高速列车或中速列车之间的运行间隔约束；该约束可根据列车类型进一步修改成约束(5)，如下：
[0036][0037]在约束(5)中能考虑同一类型的任意两列列车之间的运行间隔约束；不同类型列车之间的运行间隔可以通过顺序调整不同类型的列车来管理，保证被前一类型列车占用的
弧相冲突的弧不能被后一类型列车占用；
[0038]3)在区段(m,n)中对于在时间间隔τ中的资源r和类型π的列车的一个RSTN的资源容量约束由式(6)表示，如下所示：
[0039][0040]其中，(i,j,t,t')∈H(m,n,τ)连接在TSTN中的列车时空弧(i,j,t,t')和在RSTN中的资源时空弧(m,n,τ)；
[0041]式(6)表示在时段τ在资源区段(m,n)中运行的类型π的列车总数不能超过在时段τ内资源r分配给类型π的列车的资源；式(6)的左侧对使用资源类型r的资源链接(m,n)的类型为π的列车总数进行加和；式(6)的右侧将链接(m,n)中的资源r的容量分配在时间τ中；
[0042]4)列车调整变量域在TSTN中如式(7)所示：
[0043][0044]5)RSTN中的共享资源容量约束由各种类型列车共享的资源表示，并且不能超过可用容量；这由式(8)表示，如下所示：
[0045][0046]6)资源分配变量的域由式(9)所示：
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)构建列车时空网络来模拟列车运行过程；(2)构建资源时空网络来建模空间和时间资源容量；(3)基于资源时空网络和列车时空网络构建列车运行调整模型。2.根据权利要求1所述的基于时空网络的列车运行调整模型的建立方法，其特征在于：步骤(1)中，列车时空网络TSTN中，时间范围可以表示为T＝{δ,2δ,3δ,...θδ}，θ是最大时间间隔数；物理节点i∈N可以扩展为与时间相关的节点(i,t)∈E
train
,该物理链接(i,j)∈L可扩展为时空弧(i,j,t,t')∈A
train
；此时间扩展弧表示列车在时间t从节点i出发，并在时间t
’
到达节点j；TSTN可表示为G
train
＝(E
train
,A
train
)；车站有入口节点和一个出口节点，每条轨道分别有起始节点和终点节点，列车从起始点(o
k
)运行到终点(d
k
)使用多种不同类型的弧，具体如下：起点弧:起始点为终到点为持续时间为δ；入口弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
acc
；进站弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
ent
；通过弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
pas
；停站弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
dwe
；额外等待弧:起始点为终到点为持续时间为δ；出站弧:起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
lea
；运行弧：起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
dri
；出口弧：起始点为终到点为持续时间为(t'
‑
t)＝TD
egr
；终点弧：起始点为终到点为持续时间为δ；虚拟弧：起始点为终到点为持续时间为l
k
‑
e
k
；是起始点节点子集，是目的地节点子集，是入口节点子集，是起始节点子集，是结束节点子集，是出口节点子集；参数TD
acc
，TD
ent
，TD
pas
，TD
dwe
，TD
lea
，TD
dri
和TD
egr
是相应类型弧的所需持续时间。3.根据权利要求2所述的基于时空网络的列车...

【专利技术属性】
技术研发人员：占曙光，石佳娜，戴延泽，修琮，潘槿仪，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：