用于协同优化列车出车路径与时刻表的方法及装置制造方法及图纸

一种用于协同优化列车出车路径与时刻表的方法及装置，该方法包括：构造时空状态网络以用于描述车底运行情况；基于时空状态网络，构建列车出车路径与时刻表协同优化模型；其中列车出车路径与时刻表协同优化模型包括最小化车底出段时空状态路径费用的模型及其对应的约束条件；采用拉格朗日松弛算法变换列车出车路径与时刻表协同优化模型，并采用动态规划算法进行模型求解，得到最优列车出车路径与时刻表。通过本发明专利技术实施例提供的方法及装置，能够有效的降低列车运行成本的同时缩短乘客的出行时间，可用于辅助实际运输生产，提高出车时段列车运行计划的整体质量。时段列车运行计划的整体质量。时段列车运行计划的整体质量。

【技术实现步骤摘要】
用于协同优化列车出车路径与时刻表的方法及装置


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通
，具体而言，涉及一种用于协同优化列车出车路径与时刻表的方法及装置。

技术介绍

[0002]城市轨道交通列车区间运行模式是指在特定线路区间内列车根据实际运营需求采取的运行策略。依据运行策略类型可将列车区间运行模式分为以最小化列车运行时间为目标的节时模式，以最小化牵引运行能耗为目标的节能模式，以及在固定运行时间的基础上尽量节能的定时节能模式。考虑出车时段内的客流分布特征，若采用单一的区间运行模式，无法兼顾时段内低客流密度下的列车运行成本控制与高客流密度下的乘客快速疏散的运营需求。同时，由于出车时段内客流量总值相对较小，列车间的行车间隔相对较大，线路通过能力相对充足，故出车时段具备不同列车采用不同区间运行模式的运行条件。
[0003]在城市轨道交通列车运行计划编制过程中，以单个折返站为对象分别统计时段内以该折返站为始发站和终到站的列车数量，当终到列车数量小于始发列车数量时，需要安排车底从车辆段或停车场出发运行至该折返站担当列车运输任务的过程被称为列车出段。从停车场或车辆段（下文简称场段）出发运行至折返站的路径即为出车路径。列车出车路径可根据其是否进行折返作业分为直达路径与折返路径。若车底在线路正线上无需经过折返作业便可到达其担当列车的始发站，则该类路径被称为直达路径，否则被称为折返路径。出车路径作为列车运行计划的重要组成部分，其本质上是一列（直达路径）或多列（折返路径）起点为场段的运营列车。因此，列车时刻表中应规定出车路径经过各车站的到发时刻。为了确保列车运行计划的安全可行，在满足场段与车站能力的基础上，必须保证车底的出车路径和时刻表与其它列车的时空轨迹无冲突，且要按时到达其担当列车的始发时刻。
[0004]目前，已有的研究主要以单一交路下的列车时刻表与车底运用一体化优化为主，以降低企业运营成本为目标，对列车在站到发时刻与列车间接续关系进行优化。这种一体化的优化大多只考虑了尽端式场段布置的情况，车底出入段路径较为简单。随着城轨线路的不断延伸建设，非尽端式接入的多场段线路布置条件以及多交路的列车运行组织方式进一步加剧了列车出车路径与时刻表编制的复杂度，一体化优化以及凭借经验的试凑法均无法满足当前需求，难以确保出车时段列车运行计划的整体质量。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术提出了一种用于协同优化列车出车路径与时刻表的方法、装置、计算机可读存储介质以及电子设备，以解决现有优化方法无法满足当前非尽端式接入的多场段线路布置条件以及多交路的列车运行组织方式，导致难以确保出车时段列车运行计划的整体质量的问题。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于协同优化列车出车路径与时刻表的方法，所述方法包括：构造时空状态网络以用于描述车底运行情况；基于所述时空状态网络，
构建列车出车路径与时刻表协同优化模型；其中所述列车出车路径与时刻表协同优化模型包括最小化车底出段时空状态路径费用的模型及其对应的约束条件；采用拉格朗日松弛算法变换所述列车出车路径与时刻表协同优化模型，并采用动态规划算法进行模型求解，得到最优列车出车路径与时刻表。
[0007]进一步地，所述构造时空状态网络，包括：用表示时空状态网络，点表示物理车站在时空状态网络的拓展，弧表示从顶点到的有效时空状态路径，其中，t表示规划时间维度中的均匀离散时间间隔，w表示车底的运行状态。
[0008]进一步地，所述最小化车底出段时空状态路径费用的模型如下：；弧的费用如下：；其中，F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引，f∈F；A表示时空状态网络弧集合，表示时空状态网络弧索引，表示列车于时刻t从点i出发以模式w运行且于时刻s到达点j并重置列车开行模式为w
’
；表示弧的费用；表示列车选择弧作为车底运行路径；w表示列车运行成本在弧费用计算中所占权重；c1表示列车运行的单位能耗成本，c2表示乘客的单位等待时间成本；表示弧的列车运行能耗，表示弧上的乘客总出行时间。
[0009]进一步地，所述约束条件包括时空网络流平衡约束、运营约束、乘客服务水平约束以及变量约束。
[0010]进一步地，所述时空网络流平衡约束如下：；其中，(j,s,w
’
)表示时空状态网络顶点索引，N表示时空状态网络节点集合；表示列车选择弧作为车底运行路径；o表示所有出段列车的虚拟起点车站索引，t表示规划时间维度中的均匀离散时间间隔，w表示车底的运行状态；F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引。
[0011]进一步地，所述运营约束如下：；；其中，F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引；表示时空状态网络弧索引，表示
列车于时刻t从点i出发以模式w运行且于时刻s到达点j并重置列车开行模式为w
’
；表示列车选择弧作为车底运行路径；表示时空状态网络中时刻τ占用节点i相互冲突的弧集，表示时空状态网络中起点为车辆段i的弧集；n
i
表示场段i的运用车保有量；T表示时刻集合，V表示线路空间节点集合；D表示场段集合。
[0012]进一步地，所述乘客服务水平约束如下：；其中，F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引；表示时空状态网络弧索引，表示列车于时刻t从点i出发以模式w运行且于时刻s到达点j并重置列车开行模式为w
’
；表示列车选择弧作为车底运行路径；表示时空状态网络中起点为车站节点i的弧集；m
i
表示车站最小的经停的列车数量；Q1表示线路车站集合，Q2表示线路折返线集合。
[0013]进一步地，所述变量约束如下：；其中，F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引；表示时空状态网络弧索引，表示列车于时刻t从点i出发以模式w运行且于时刻s到达点j并重置列车开行模式为w
’
；A表示时空状态网络弧集合；表示如果列车选择弧作为车底运行路径的部分时为1，否则为0。
[0014]进一步地，所述采用拉格朗日松弛算法变换所述列车出车路径与时刻表协同优化模型，包括：采用拉格朗日松弛算法，通过引入非负列车运行安全乘子α
i,τ
、资源乘子β
i
、服务水平乘子γ
i
，将难约束松弛到所述列车出车路径与时刻表协同优化模型中，得到变换后列车出车路径与时刻表协同优化模型如下：；s.t. 时空网络流平衡约束、变量约束；
；其中，T表示时刻集合，V表示线路空间节点集合，Q1表示线路车站集合，Q2表示线路折返线集合，D表示场段集合；表示时空状态网络中时刻τ占用节点i相互冲突的弧集，i∈V；表示时空状态网络中起点为车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于协同优化列车出车路径与时刻表的方法，其特征在于，所述方法包括：构造时空状态网络以用于描述车底运行情况；基于所述时空状态网络，构建列车出车路径与时刻表协同优化模型；其中所述列车出车路径与时刻表协同优化模型包括最小化车底出段时空状态路径费用的模型及其对应的约束条件；采用拉格朗日松弛算法变换所述列车出车路径与时刻表协同优化模型，并采用动态规划算法进行模型求解，得到最优列车出车路径与时刻表。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构造时空状态网络，包括：用 表示时空状态网络，点表示物理车站在时空状态网络的拓展，弧表示从顶点到的有效时空状态路径，其中，t表示规划时间维度中的均匀离散时间间隔，w表示车底的运行状态。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最小化车底出段时空状态路径费用的模型如下：；弧的费用如下：；其中，F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引，f∈F；A表示时空状态网络弧集合，表示时空状态网络弧索引，表示列车于时刻t从点i出发以模式w运行且于时刻s到达点j并重置列车开行模式为w
’
；表示弧的费用；表示列车选择弧作为车底运行路径；w表示列车运行成本在弧费用计算中所占权重；c1表示列车运行的单位能耗成本，c2表示乘客的单位等待时间成本；表示弧的列车运行能耗，表示弧上的乘客总出行时间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括时空网络流平衡约束、运营约束、乘客服务水平约束以及变量约束。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述时空网络流平衡约束如下：；其中，(j,s,w
’
)表示时空状态网络顶点索引，N表示时空状态网络节点集合；表示列车选择弧作为车底运行路径；o表示所有出段列车的虚拟起点车站索引，t表示规划时间维度中的均匀离散时间间隔，w表示车底的运行状态；F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述运营约束如下：；
；其中，F表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车集合，f表示高峰时段需要从场段出车担当运输任务的列车索引；表示时空状态网络弧索引，表示列车于时刻t从点i出发以模式w运行且于时刻s到达点j并重置列车开行模式为w
’
； 表示列车选择弧作为车底运行路径；表示时空状态网络中时刻τ占用节点i相互冲突的弧集，表示时空状态网络中起点为车辆段i的弧集；n
i
表示场段i的运用车保有量；T表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇然，李鉴，张含笑，刘媛，李超，刘旭，豆飞，
申请(专利权)人：北京市地铁运营有限公司，
类型：发明
国别省市：