一种城市轨道运力优化方法、电子设备及其存储介质技术

一种城市轨道运力优化方法、电子设备及其存储介质，属于城市轨道交通客流管理技术领域。为提高城市轨道运力与乘客出行需求的匹配程度。本发明专利技术将车站作为节点构建城市轨道线路网络拓扑结构；统计各个时间片内的各个断面的客流数据，对各个断面乘客出行需求预测数据进行推演得到各方向起始站在各个时间片的发车需求；合并各个时间片不同断面的发车需求；对每个时间片不同断面的最大发车需求进行Fisher聚类得到动态规划转移函数，进行运营时段划分；枚举建立交路方案集合，建立最小化运能缺口模型及约束条件，建立最小化剩余运能模型及约束条件；对每个运营时段进行城市轨道运力优化得到优化后的全天的运营交路计划及各个时段的发车频率。个时段的发车频率。个时段的发车频率。

【技术实现步骤摘要】
一种城市轨道运力优化方法、电子设备及其存储介质


[0001]本专利技术属于城市轨道交通客流管理
，具体涉及一种城市轨道运力优化方法、电子设备及其存储介质。

技术介绍

[0002]城市轨道交通是一种高效、绿色的客运方式，近年来在我国得到快速发展。在城市轨道交通实际运营过程中，列车运力能否满足客流需求是一个城市轨道交通系统的重要评价指标。由于乘客出行需求在时空分布上表现不均匀，不合理的列车开行方案容易造成运力不足或者运力浪费，从而导致乘客等待时间过长或者城市轨道交通客运公司盈利过少。因此，如何对运力进行优化，已经成为城市轨道交通实际运营过程中迫不及待的问题。
[0003]黎茂盛在《城市轨道交通运营管理》中进行了运力优化的研究，此研究方案能够计算出满足最大乘客出行最大断面的需求，但是忽略了实际运营过程中的约束，如最大发车间隔约束、列车通过能力约束、最小追踪时间约束等。在高峰特大客流期间，按照这种方式计算出来的发车间隔常常是不可行的，并且该方案还忽略了乘客出行需求在空间的不均匀性，仅用最大断面的需求进行计算造成大量的城市轨道交通运能的浪费。
[0004]公开号为CN 111882156 A、专利技术名称为面向随机动态客流和节能运行的列车时刻表鲁棒优化方法的研究方案为：S1、在列车时刻表鲁棒优化模型中引入有效服务决策变量、列车在首站的发车时间决策变量以及各站间运行曲线选择决策变量；S2、构建列车时刻表与列车的发车时间决策变量和各站间运行曲线选择决策变量之间的线性关联约束；S3、构建列车时刻表与有效服务决策变量之间的非线性关联约束；构建列车运行安全时间间隔约束和列车承载能力约束；S4、结合步骤S1
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S3，构建面向随机动态客流和节能运行的列车时刻表鲁棒优化模型；S5、对鲁棒优化模型进行求解，得到最优列车时刻表。本专利技术可以高效求解不确定客流条件下的地铁列车时刻表优化问题，提高了解的鲁棒性。但该技术方案所建立的数学模型是一个大规模的MIP问题，存在求解时间长、效率低等问题，使用CPLEX等商业求解器需要花费巨额资金进行购买；该技术方案基于随机生成的多场景进行鲁棒性优化，难以刻画乘客到达的规律，如果不能对乘客的到达特征进行刻画，得到结果不能保证乘客满意度的提升；该技术方案在模型中没有考虑小交路方案的存在，那么得到的结果将会造成运能的浪费，不利于城市轨道运营公司降低成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的问题是提高城市轨道运力与乘客出行需求的匹配程度，专利技术了一种城市轨道运力优化方法、电子设备及其存储介质。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种城市轨道运力优化方法，包括如下步骤：S1、以车站作为节点构建城市轨道线路网络拓扑结构；S2、统计各个时间片内的各个断面的客流数据，根据历史OD客流，对各个断面乘客
出行需求预测数据进行推演，得到各方向起始站在各个时间片的不同断面的发车需求；S3、合并各个时间片不同断面的发车需求；S4、对每个时间片不同断面的最大发车需求进行Fisher聚类，得到动态规划转移函数，求解动态规划问题，最终得到城市轨道交通运营时段划分；S5、城市轨道运力优化：枚举建立交路方案集合，建立最小化运能缺口模型及约束条件，建立最小化剩余运能模型及约束条件；对每个运营时段进行所述城市轨道运力优化，得到优化后的全天的运营交路计划及各个时段的发车频率。
[0007]进一步的，步骤S1中城市轨道线路网络拓扑结构的方向集合为，其中0为上行，1为下行；站点集合为，其中为城市轨道线路站点数量，上行站台集合记为，下行站台集合为；上行断面集合为，下行断面集合为，为方向、第个断面的运行时长。
[0008]进一步的，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、首先基于日乘客出行需求预测数据进行推演，表示第个方向、第个时间片、第个断面出行需求预测数据，然后按照15分钟的时间片间隔对乘客出行需求进行统计，将一日划分为96个时间片，则时间片集合，时间片；S2.2、设置m
t
为时间片t开始的时间戳，根据各个断面的运行时间，将断面的乘客出行需求推演至起点，第个方向、第个断面出行需求对应起点站的发车时间片为：为：为方向、第个断面的运行时长。
[0009]进一步的，步骤S3的具体实现方法为：设置为第个方向、第个时间片、第个断面经过推演的发车需求，首先，初始化，即，,,令。
[0010]合并发车需求，即，,，更新；为第个方向、第个时间片、第个断面经过推演的发车需求。
[0011]进一步的，步骤S4的具体实现方法为：提取第个方向、第个时间片、第个断面的最大发车需求，得到乘客发车需求矩阵：P为乘客发车需求矩阵，p
t
为第个时间片的上下行方向最大发车需求，即；对于覆盖时间片的某时段，定义时段内发车需求差异情况指标：
其中：为发车需求差异情况指标，覆盖时间片内的最大发车需求的平均值为；记为将个时间片分为个有序类别，定义损失函数，则 个时间片分为类的最佳分类结果需要满足以下动态规划转移函数：使用以上动态规划递推式，能够求出使得损失函数最小的个时间片划分，最终得到城市轨道交通的运营时段划分。
[0012]进一步的，步骤S5的枚举建立交路方案集合的具体实现方法为：对于一条城市轨道线路中的所有具备折返功能的站点，任意选择两个，进行小交路方案的枚举，经过枚举之后，得到上行方向、下行方向经过各个断面的情况矩阵的总数为：其中：为折返站数量，为从个折返站选出2个折返站的排列数。
[0013]进一步的，步骤S5建立最小化运能缺口模型及约束条件的具体实现方法为：最小化运能缺口模型的目标函数为：其中，min 为最小化目标函数，表示第个方向、第个时间片、第个断面的运能缺口变量；最小化运能缺口模型的包括以下约束条件：发车频率范围约束、预期平均满载率约束、运能缺口约束；所述发车频率范围约束为：所述发车频率范围约束为：为发车频率下限，为发车频率，为发车频率上限；所述预期平均满载率约束为：所述预期平均满载率约束为：为预期平均满载率下限，为预期平均满载率上限，为核载人数；所述运能缺口约束为：
进一步的，步骤S5建立最小化剩余运能模型及约束条件的具体实现方法为：最小化剩余运能模型的目标函数为：其中：min 为最小化目标函数，表示第个方向、第个时间片、第个断面的运能缺口变量；最小化剩余运能模型的包括以下约束条件：预期平均满载率约束、交路方案集合约束、剩余运力约束、线路通过能力约束；约束、剩余运力约束、线路通过能力约束；为小交路是否经过第个断面，经过为1、不经过为0；交路方案集合约束为：交路方案集合约束为：其中：为小交路集合，为第种小交路方案是否经过方向的第个断面，经过为1，不经过为0；为是否使用第种小交路方案，使用为1，不使用为0；所述剩余运力约束为：所述剩余运力约束为：所述线路通过能力约束为：所述线路通过能力约束为：所述线路通过能力约束为：为方案起点站的折返时间，为方案终点站的折返时间。
[0014]电子设备，包括存储器和处理器，存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道运力优化方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、以车站作为节点构建城市轨道线路网络拓扑结构；S2、统计各个时间片内的各个断面的客流数据，根据历史OD客流，对各个断面乘客出行需求预测数据进行推演，得到各方向起始站在各个时间片的不同断面的发车需求；S3、合并各个时间片不同断面的发车需求；S4、对每个时间片不同断面的最大发车需求进行Fisher聚类，得到动态规划转移函数，求解动态规划问题，最终得到城市轨道交通运营时段划分；S5、城市轨道运力优化：枚举建立交路方案集合，建立最小化运能缺口模型及约束条件，建立最小化剩余运能模型及约束条件；对每个运营时段进行所述城市轨道运力优化，得到优化后的全天的运营交路计划及各个时段的发车频率。2.根据权利要求1所述的一种城市轨道运力优化方法，其特征在于：步骤S1中城市轨道线路网络拓扑结构的方向集合为，其中0为上行，1为下行；站点集合为，其中为城市轨道线路站点数量，上行站台集合记为，下行站台集合为；上行断面集合为，下行断面集合为，为方向、第个断面的运行时长。3.根据权利要求2所述的一种城市轨道运力优化方法，其特征在于：步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、首先基于日乘客出行需求预测数据进行推演，表示第个方向、第个时间片、第个断面出行需求预测数据，然后按照15分钟的时间片间隔对乘客出行需求进行统计，将一日划分为96个时间片，则时间片集合，时间片；S2.2、设置m
t
为时间片t开始的时间戳，根据各个断面的运行时间，将断面的乘客出行需求推演至起点，第个方向、第个断面出行需求对应起点站的发车时间片为：为：为方向、第个断面的运行时长。4.根据权利要求3所述的一种城市轨道运力优化方法，其特征在于：步骤S3的具体实现方法为：设置为第个方向、第个时间片、第个断面经过推演的发车需求，首先，初始化，即，,,令；[0010]合并发车需求，即，,，更新；为第个方向、第个时间片、第个断面经过推演的发车需求。5.根据权利要求4所述的一种城市轨道运力优化方法，其特征在于：步骤S4的具体实现方法为：提取第个方向、第个时间片、第个断面的最大发车需求，得到乘客发车需求矩阵：
P为乘客发车需求矩阵，p
t
为第个时间片的上下行方向最大发车需求，即；对于覆盖时间片的某时段，定义时段内发车需求差异情况指标：其中：为发车需求差异情况指标，覆盖时间片内的最大发车需求的平均值为；记为将个时间片分为个有序类别，定义损失函数，则 个时间片分为类...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓春，徐巍，周勇，陈振武，吴海龙，
申请(专利权)人：深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司，
类型：发明
国别省市：