一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法，以城市轨道交通动态不均衡客流为基础，结合灵活编组的新兴运输组织模式，从系统优化的角度出发，建立基于时空网络的灵活编组列车周转计划优化模型，协同优化列车运行图与车底交路两个轨道交通核心计划。基于构建的协同优化模型，设计相应的定价子模型用于生成新的列车单元备选路径。根据列生成算法原理及相应的限制性主模型和定价子模型，设计了一种分支定价算法。本发明专利技术可通过灵活编组运行模式，进一步挖掘轨道交通系统运输能力，克服了现有固定列车编组方案对动态不均衡客流适应差的问题，缓解乘客拥堵，提高城市轨道交通系统的服务水平。高城市轨道交通系统的服务水平。高城市轨道交通系统的服务水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法


[0001]本专利技术属于城市轨道交通运营管理
，尤其涉及一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通具有安全性高、事故率低、快捷方便、环境污染小、能源消耗低、体验良好等特点，在城市交通及城际交通具有明显优势，成为城市内中长通勤距离运输的骨干交通方式。城市轨道交通系统是一个典型的复杂巨系统，涉及到列车周转、乘客等方面因素的协调与控制，具有较高的复杂性与组织化程度。为降低运营计划编制的复杂度与不确定性，城市轨道交通系统的运营计划通常采用分级分阶段编制方法，如图1所示。在战略层面，根据动态时变客流确定列车开行方案；在战术层面，编制列车运行图并完成车底周转及乘务计划的编制；最后在运营层面，根据实际运营状况对编制的计划进行实时调整。
[0003]城市轨道交通列车运行图的编制是战术层面的核心问题，在开行方案的基础上确定了各次列车的出发和到达时间。然后，根据当前存车状况编制车底周转计划，为各次列车运行线分配相应的担当车底，进而得到各车底在规划时域内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：基于离散时空网络流模型描述列车单元出入车场、编组、解编、停站和区间运行过程；基于连续多商品流模型描述乘客站台等待、上下车及搭乘列车过程；步骤2：构建基于列车单元路径的列车运营组织约束条件，和客流分配约束条件；所述列车运营组织约束条件包括：列车路径选择，行程覆盖，列车安全间隔约束；乘客行为约束条件包括：乘客在列车和站台的流量平衡约束，总乘客下车量平衡约束，以及列车容量约束；步骤3：以旅客在车站的总等待成本以及列车总运输成本最小为目标函数，构建协同优化模型；所述列车总运输成本包括列车单元的固定开行成本和列车运行的耗电成本；步骤4：对步骤3得到的基于时空网络的灵活编组列车周转计划协同优化模型构建定价子问题，并设计分支定价算法求解直至得到可行且较优的协同优化方案。2.如权利要求1所述的一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法，其特征在于，步骤1具体包括：对于列车运营组织过程，根据规划时域及精度要求，将时间范围离散成一组时间戳，形成时间域集合；根据离散的时间域集合，对所有物理节点进行时空扩展；具体地，根据列车灵活编组运营组织模式特点，包括列车到达车站、离开车站、车场起点和车场终点时空节点；基于时空节点集合，构建相应的时空弧集合；具体地，包括列车运行弧、等待弧、进/出车场弧、折返弧；对于乘客在站台和列车行为过程，对站台按相同时间粒度进行时空扩展；构建乘客车站等待节点、虚拟终点、等待弧、到达弧、上车弧、下车弧描述乘客在站台和列车间的行为；对于不能及时上车的乘客构建等待弧，描述乘客在站台等待行为。3.如权利要求1所述的一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法，其特征在于，步骤2所述的列车运营组织约束条件，具体包括：所述列车路径选择约束条件：对于每一个列车单元，只能在其对应的列车单元路径备选集中选择一条路径，如公式所示：其中：索引k代表属于列车单元集合K的第k个列车单元，索引p代表属于列车单元k对应的列车路径备选集P
k
的第p个列车路径；决策变量y
p
代表列车路径p是否被选择，若路径p被选择则y
p
＝1，反之y
p
＝0；所述行程覆盖约束条件：对于所构建时空网络中的每一条列车运行弧，根据灵活编组列车运行条件要求，覆盖的列车单元数量不得超过覆盖上限，如公式所示：其中，索引k代表属于列车单元集合K的第k个列车单元，索引p代表属于列车单元k对应
的列车路径备选集P
k
的第p个列车路径；索引a代表属于列车运行弧集合的第a条列车运行弧；参数γ
ap
代表列车路径p是否经过时空弧a，若列车路径p经过时空弧a则γ
ap
＝1，反之γ
ap
＝0；参数N
amax
代表列车运行弧a的列车单元上限覆盖次数；决策变量y
p
代表列车路径p是否被选择，若路径p被选择则y
p
＝1，反之y
p
＝0；所述列车安全间隔约束条件用于保证各列车单元间不产生时空冲突，以保证列车安全运行，如公式所示：其中，索引k代表属于列车单元集合K的第k个列车单元，索引p代表属于列车单元k对应的列车路径备选集P
k
的第p个列车路径，索引k
’
代表属于列车单元集合K，但不包括列车单元k的第k
’
个列车单元，索引p
’
代表属于列车单元k
’
对应的列车路径备选集P
k
’
的第p
’
个列车路径；索引a
’
代表属于列车运行弧a不兼容弧集合中的第a条时空弧；参数γ
pa
’
代表列车路径p是否经过时空弧a
’
，若列车路径p经过时空弧a
’
则γ
pa
’
＝1，反之γ
pa
’
＝0；决策变量y
p
代表列车路径p是否被选择，若路径p被选择则y
p
＝1，反之y
p
＝0；为了表示不同列车运行弧间的不兼容关系，集合Ω
a
代表列车运行弧a的所有不兼容弧集合，该不兼容弧集合由公式4确定；对于时空网络中的一条列车运行弧a＝(i,j,t,t
’
)，其中索引i和j分别为车站节点集合I的第i个和第j个车站节点；t和t
’
为列车从车站i出发和到达车站j的时间戳，T为所有时间戳集合；对于时空网络中其它任意时空弧(i,j,τ,τ
’
)分别在时间τ,τ
’
经过车站i和车站j，若与出发侧时间窗[t,t+h
D
(i,j)]或到达侧时间窗[t
’
,t
’
+h
A
(i,j)]存在交集，则被定义为不兼容弧放入集合Ω
a
；其中参数h
D
(i,j)和h
A
(i,j)分别为车站i至车站j区间出发侧和到达侧的最小列车安全间隔时间；在城市轨道交通系统中，两列车的最小间隔时距通常设置为2min；列车运行时空弧(i,j,2,3)的不兼容弧集合可以表示为Ω(i,j,2,3)＝{(i,j,2,4),(i,j,3,4),(i,j,3,5)}；如果列车运行时空弧(i,j,2,3)被某列车单元占用，集合Ω(i,j,2,3)中的任意时空弧不得被其它列车占用。4.如权利要求1所述的一种基于时空网络的灵活编组列车周转计划分解优化方法，其特征在于，步骤2所述的乘客在列车和站台的流量平衡约束，具体包括：所述乘客在列车的流量平衡约束，基于时空网络，用于刻画乘客在列车上的活动行为；对于任一时空网络节点，其列车运行入弧与等待出弧的总流量之差为列车在改网络节点的总下车流量，如公式所示：其中，索引a代表属于列车等待出弧或列车运行入弧集合的第a条时空弧，索引i代表属于车站节点集合I的第i个车站节点；索引t为时域集合T中的第t个时刻；集合为时空网络节点(i,t)的列车等待出弧集合，集合为时空网络节点(i,t)的列车运行入弧集合；决策变量f
a
代表列车运行或等待弧a上的乘客数量；变量α
itdown
站节点i和时刻t的总下车乘客数量；对于任一时空网络节点，其列车运行出弧与等待入弧的总流量之差为列车在该网
络节点的总上车流量，如公式所示：其中，索引a代表属于列车等待出弧或列车运行入弧集合的第a条时空弧，索引i代表属于车站节点集合I的第i个车站节点；索引t为时域集合T中的第t个时刻；集合为时空网络节点(i,t)的列车运行出弧集合，集合为时空网络节点(i,t)的列车等待入弧集合；决策变量f
a
代表列车运行或等待弧a上的乘客数量；变量α
itup
代表在车站节点i和时刻t的总上车乘客数量；所述乘客在车站的流量平衡约束，客流在车站节点i在时间戳t的变化可通过站台累积客流量CP
i,t
的流平衡来表示，站台在时空节点(i,t)的累积客流量应等于时空节点(i,t
‑
1)状的累积客流量，减去上车人数α
itup
，并加上进站人数P
itin
，如公式所示：其中，索引i代表车站节点集合I中的第i个节点，索引t为时域集合T中的第t个时刻；决策变量CP
i,t
代表车站节点i在t时刻的累积乘客数量，CP
i,t
‑1代表车站节点i在t
‑
1时刻的累积乘客数量，变量α<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立兴，王恩泰，高自友，李树凯，戚建国，高大有，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：