地铁列车故障救援应急预案优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供地铁列车故障救援应急预案优化方法及系统，属于轨道交通运维管理技术领域，以列车到发时刻、安全运行间隔、车底周转、救援过程为约束，以最小化与计划运行图偏差、车底运用数和车次取消数为目标，构建混合整数非线性模型；根据列车不同的故障位置，求解混合整数非线性模型，计算列车故障救援时故障车、救援车以及其他列车的位置状态和到发时间，优化不同场景下列车故障救援应急预案对应的列车运行图。本发明专利技术构建了列车故障救援应急预案库，描述了列车故障救援的救援过程并将其公式化，以适应多种救援方法、救援路径的选择；同一个故障情况可以根据具体条件不同计算出不同的结果作为应急预案；优化绘制了列车故障救援应急预案的运行图。救援应急预案的运行图。救援应急预案的运行图。

【技术实现步骤摘要】
地铁列车故障救援应急预案优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及轨道交通运维管理
，具体涉及一种地铁列车故障救援应急预案优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着地铁线路的快速发展和运营规模的扩大，影响正常运营的各种不确定因素急剧增加。在线路运营过程中，列车一旦发生牵引、制动、或其他故障，都可能造成列车失去自身动力，特别是当故障短时间内无法排除时，需要根据故障情况进行紧急救援。列车故障救援是指当列车发生故障不能继续运行时，通过其他列车与其连挂，采用牵引或推进的救援方式使之驶离正线，以确保正线运营安全畅通。列车发生故障需要进行救援时，调度员按照列车故障救援应急预案并结合自身经验进行调度调整，结合实际运行情况，采取多种列车运行调整措施，尽快使列车运行图恢复至计划。
[0003]很多城市的地铁线路都有列车故障救援应急预案，但是每个城市，甚至每条线路的应急预案都存在差异。有些应急预案包括在不同故障位置时可以选择不同的救援车、不同的救援方式，以及救援线路等一些具体的建议，而有些应急预案仅给出“视情况组织小交路运行、反向运营等方式调整列车运行”的建议。在调度员经验不足，或者心理压力过大从而判断错误的情况下，很有可能导致进一步的延误。
[0004]列车故障救援行动会导致部分线路中断、后续列车大面积晚点，甚至影响整个路网的运营秩序，对乘客的出行体验及安全都有很大影响，同时大幅降低运营效率和服务质量。当故障发生时，调度员根据列车故障救援应急预案的指导并结合自身经验进行调度调整。
[0005]近些年来，关于列车故障救援的研究受到越来越多国内外学者关注，有关列车故障救援的救援原则、处置流程及救援方案较多，理论研究已经较为完善，而关于不同场景下具体的精确计算还较少。现场人员给出的调度方案相对粗放，仅包含一些理论指导，缺少具体操作，需要调度员临场根据经验进行决策。部分技术研究内容较为单一，针对某一故障场景下的某一种救援方式，且优化目标考虑不够全面。现有技术缺少灵活性，在同一故障场景下使用同一种救援方式时缺少不同的备选方案，可能存在最优的结果在实际中由于某些现场条件不可行的情况。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种针对不同的故障位置，分别计算得到一组相应的解，作为实际情况的备选方案集，保证列车故障救援的效率，最大程度减小列车故障带来的影响的地铁列车故障救援应急预案优化方法及系统，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术提供一种地铁列车故障救援应急预案优化方法，包括：
[0009]以列车到发时刻、安全运行间隔、车底周转、救援过程为约束，以最小化与计划运行图偏差、车底运用数和车次取消数为目标，构建混合整数非线性模型；
[0010]根据列车不同的故障位置，求解混合整数非线性模型，计算列车故障救援时故障车、救援车以及其他列车的位置状态和到发时间，优化不同场景下列车故障救援应急预案对应的列车运行图。
[0011]优选的，列车到发时刻约束为：
[0012]车次f在车站i的到站时间和出站时间表示为：
[0013][0014][0015]其中，表示车次f是否在车站i
‑
1至车站i区间内运行，表示车次f在车站i
‑
1的出站时间，表示车次f在车站i
‑
1至车站i区间内的运行时间，用于表示上行车次f是否在车站i折返至下行车次g，表示在车站i的折返时间，w
c
表示列车清客时间，用于表示车次f是否在车站i离开车辆段或存车线，表示车次f在车站i离开车辆段的时间，用于表示上行车次f是否在车站i衔接至另一上行车次f
′
，表示表示车次f是否在i至i+1区间内运行，用于表示车次f是否在车站i进入车辆段或存车线，用于表示车次f是否在车站i停站，表示车次f在车站i的停站时间。
[0016]优选的，运行间隔约束为：为了保证列车运行安全，除在救援过程中的故障车和救援车以外，其余时刻每个区间内只允许同时存在最多一列车，即列车进入一个区间的时刻必须在前车离开该区间的时刻之后，表示为：
[0017][0018]其中，l∈{1，2，...，f}为任意一列在f之前的列车。
[0019]优选的，车底周转约束为：车次f在车站i的车底有四种来源和四种去向，如果车次f在车站i没有被取消，那么车次f在车站i必然有一种来源和一种去向，反之，如果车次f在车站i被取消，那么车次f在车站i的四种来源和四种去向都必然不存在，表示为：
[0020][0021][0022]优选的，救援过程约束为：以正向推进至存车线的救援方式，故障位置在车站为例，其余救援方式只需按要求更换故障车、救援车车次号，以及故障位置、清客位置和故障车停放位置即可；f
r
表示救援车车次，f
f
表示故障车车次，i
f
表示故障位置所在车站，i
c
表示救援车清客车站，i
d
表示故障车存放位置所在车站，t
r
表示故障开始时间；在救援过程中，故障车在故障位置经过故障预处理时间t1、救援车清客时间w
c
、救援车运行至故障位置时间以及连挂所必须的时间t2，表示为：
[0023][0024][0025]救援车在故障发生后被扣停在清客车站，经过故障预处理时间t1和清客时间w
c
，表示为：
[0026][0027][0028]救援车运行至故障位置后与故障车连挂，需要连挂所必须的时间t2，表示为：
[0029][0030]在退出正线阶段，救援车与故障车连挂运行，按规定的限速将故障车运送至指定地点，连挂时在区间的最小运行速度为正常最小运行速度的两倍，且救援时在站台经过不停车，表示为：
[0031][0032][0033]救援车将故障车运送至指定地点后，故障车进入车辆段或存车线，救援车则需要在i
d
站经过一个必要的等待时间t3，包括列车解挂和多次换端返回正线的时间，表示为：
[0034][0035][0036]在使用不同的救援方式时，相应的救援车和存车线位置也需要进行相应的变化，在同一场景使用同一种救援方式时，根据情况修改部分车站是否允许折返，从而得到不同的优化结果作为备选方案。
[0037]优选的，以最小化与计划运行图偏差、最小化车底运用数和最小化取消停站数为
优化目标，目标函数为：
[0038][0039]其中，分别为上行车次f、下行车次g在车站i的计划出发时刻。
[0040]第二方面，本专利技术提供一种地铁列车故障救援应急预案优化系统，包括：
[0041]构建模块，用于以列车到发时刻、安全运行间隔、车底周转、救援过程为约束，以最小化与计划运行图偏差、车底运用数和车次取消数为目标，构建混合整数非线性模型；
[0042]求解模块，用于根据列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地铁列车故障救援应急预案优化方法，其特征在于，包括：以列车到发时刻、安全运行间隔、车底周转、救援过程为约束，以最小化与计划运行图偏差、车底运用数和车次取消数为目标，构建混合整数非线性模型；根据列车不同的故障位置，求解混合整数非线性模型，计算列车故障救援时故障车、救援车以及其他列车的位置状态和到发时间，优化不同场景下列车故障救援应急预案对应的列车运行图。2.根据权利要求1所述的地铁列车故障救援应急预案优化方法，其特征在于，列车到发时刻约束为：车次f在车站i的到站时间和出站时间表示为：表示为：其中，表示车次f是否在车站i
‑
1至车站i区间内运行，表示车次f在车站i
‑
1的出站时间，表示车次f在车站i
‑
1至车站i区间内的运行时间，用于表示上行车次f是否在车站i折返至下行车次g，表示在车站i的折返时间，w
c
表示列车清客时间，用于表示车次f是否在车站i离开车辆段或存车线，表示车次f在车站i离开车辆段的时间，用于表示上行车次f是否在车站i衔接至另一上行车次f'，表示表示车次f是否在i至i+1区间内运行，用于表示车次f是否在车站i进入车辆段或存车线，用于表示车次f是否在车站i停站，表示车次f在车站i的停站时间。3.根据权利要求2所述的地铁列车故障救援应急预案优化方法，其特征在于，运行间隔约束为：为了保证列车运行安全，除在救援过程中的故障车和救援车以外，其余时刻每个区间内只允许同时存在最多一列车，即列车进入一个区间的时刻必须在前车离开该区间的时刻之后，表示为：其中，l∈{1,2,
…
,f}为任意一列在f之前的列车。4.根据权利要求2所述的地铁列车故障救援应急预案优化方法，其特征在于，车底周转约束为：车次f在车站i的车底有四种来源和四种去向，如果车次f在车站i没有被取消，那么
车次f在车站i必然有一种来源和一种去向，反之，如果车次f在车站i被取消，那么车次f在车站i的四种来源和四种去向都必然不存在，表示为：车站i的四种来源和四种去向都必然不存在，表示为：5.根据权利要求2所述的地铁列车故障救援应急预案优化方法，其特征在于，救援过程约束为：以正向推进至存车线的救援方式，故障位置在车站为例，其余救援方式只需按要求更换故障车、救援车车次号，以及故障位置、清客位置和故障车停放位置即可；f
r
表示救援车车次，f
f
表示故障车车次，i
f
表示故障位置所在车站，i
c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义惠，周奕成，牛儒，孟令云，王航宇，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：