一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法技术

本发明专利技术基于乘客动态出行需求，建立面向灵活编组的时刻表和运行交路联合优化调整模型，并进一步基于模型预测控制(Model PredictiveControl，MPC)算法求解得到有效的运行调整策略。综合考虑了实际客流需求，通过推导列车发停车、交路运行情况、列车解编状态以及客运量之间的耦合关系，建立面向灵活编组的时刻表调整与运行交路调整模型。基于MPC算法设计了面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整模型求解算法，将优化问题转化为最优控制问题，在每个控制周期内求解优化问题以确定最优控制策略，实现了最小化滞留乘客的目标，得到了有效的运行调整策略。本发明专利技术相较于传统交路运行的列车运行调方法，有效降低了各个站点的乘客滞留，具有广阔的研究和应用价值。具有广阔的研究和应用价值。具有广阔的研究和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法


[0001]本专利技术涉及列车运行调整领域，具体涉及一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法。

技术介绍

[0002]随着近年来城市规模的快速增长和扩张，城市轨道交通系统也逐渐面临着一些新的问题，其中之一就是如何更好地匹配乘客的动态出行需求。客流需求在空间和时间维度上具有明显的不均衡性，在早高峰时段，一些特定车站的乘客需求总是过饱和，导致一些乘客滞留在这些车站，而其他车站的乘客需求较少，易造成运力资源的浪费。为了进一步提高城市轨道交通的服务质量，降低运营成本，以大小交路混合运行和列车灵活编组为代表的动态运行调整策略成为近年来研究的热点
[0003]在灵活编组技术加持下，运营方可以根据线路上乘客数量的动态变化来安排不同编组模式的列车执行大小交路运行服务策略，从而更好地匹配乘客需求并提高服务质量。既有研究尚未开展面向灵活编组模式下，列车编队模式、大小交路运行策略与列车时刻表的联合优化策略研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法。建立了一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整模型，用于得出有效的运行调整策略。首先，通过建立乘客动力学方程，描述列车到发车、交路运行情况和列车解编状态以及客运量之间的关系，严格考虑列车实际运行和乘客需求约束，实现面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整模型的建立；进一步，将整个优化问题转化为控制问题，并将其分解为一个个步为n的子问题进行求解，从而得到列车运行的实时调整策略。通过不同策略的对比，结果表明，所提出的方法在减少乘客滞留上更有效。
[0005]本专利技术的调整方法包括建立面向灵活编组的列车时刻表和运行交路联合调整模型以及设计列车时刻表调整模型求解算法。
[0006]所述建立面向灵活编组的列车时刻表和运行交路联合调整模型的具体步骤包括：
[0007]建立与列车运行相关约束；
[0008]建立基于列车时刻表的动态客流模型；
[0009]建立解编和交路运行相关约束；
[0010]建立目标函数。
[0011]在上述方案的基础上，所述建立与列车运行相关约束的具体方式为：建立式(1)：
[0012][0013]其中，t
i,k
表示列车服务k在i站的发车时间，r
i
‑1表示列车服务在i
‑
1站与i站之间
的运行时间，x
i,k
表示列车服务k在i站的停站时间；对于在a+1站的列车服务的发车时间通过列车服务k2到达a+1站的时间与在其在a+1站停留的时间之和得到式(2)：
[0014][0015]式(3)表示b站的发车时间：
[0016][0017]定义变量d
i,k
表示列车服务k到达i站的时间，由式(4)计算得到：
[0018][0019]列车服务k到达i站的时间由其在i
‑
1站的发车时间以及在i
‑
1站到i站的站间运行时间相加得到，其中r
i
‑1表示i
‑
1站到i站的运行时间是一个常量。
[0020]在上述方案的基础上，还包括增加衔接约束，用于表明服务k1,k2,k3之间的列车承接关系；
[0021]对于k2的列车服务都来自于k1，对于列车服务k2到达a+1站的时间表示为列车服务k1在a站的发车时间加上列车在a站与a+1站之间的运行时间r
a
，表示为式(5)：
[0022][0023]对于k3中来自k1的列车服务，k3到达b站的时间表示为其承接的列车服务k1在a站的发车时间加上列车在a站与b站之间的运行时间T
a,b
，表示为式(6)：
[0024][0025]对于k3来自k2的列车服务，通过式(7)来表示：
[0026][0027]其中r
b
‑1表示列车在车站b
‑
1到车站b之间的运行时间。
[0028]在上述方案的基础上，列车服务之间的追逐间隔满足式(8)：
[0029][0030]其中表示最小的追逐间隔，表示最大的追逐间隔。
[0031]在上述方案的基础上，所述建立基于列车时刻表的动态客流模型的具体方式为：
[0032]在k
‑
1与k服务之间到达i站的乘客数量与相邻两个服务的时间间隔以及当前车站的乘客到达率有关，表示为式(9)：
[0033][0034]其中，μ
i,k
表示在列车服务k
‑
1发车与列车服务k发车期间，i站的乘客到达率；
[0035]定义w
i,k
表示在i站等待列车服务k的乘客数量，表示为式(10)：
[0036][0037]所述式(10)由两部分构成，一部分是在k
‑
1服务离开之后k服务到达之前这段时间到达i站的乘客a
i,k
，第二部分为在高峰时期，除到站乘客外，候车乘客还包括因没有列车服务通过车站或运力有限而未能成功登上前一趟列车的滞留乘客，定义为s
i,k
；
[0038]线路的终点站没有等待乘客，即w
I,k
＝w
2I,k
＝0；
[0039]滞留乘客用式(11)表示：
[0040][0041]其中，g
i,k
表示在i站成功登上列车服务k的乘客数量；
[0042]定义p
i,k
表示在列车服务k离开i站时，列车服务k上的乘客数量，通过上下车的行为定义车内的乘客动态变化过程表示为式(12)：
[0043][0044]在上述方案的基础上，成功登上列车的乘客计算的具体方式为：
[0045][0046]其中，ε
k
表示k列车服务的车队数量，C表示单个车队的最大运力，整个服务的最大运力表示为ε
k
C，得出ε
k
C
‑
p
i
‑
1,k
+l
i,k
表示在i站时列车服务k的剩余运力情况；
[0047]线路的终点站没有乘客上车，即g
I,k
＝g
2I,k
＝0；
[0048]其中，a
i,k
是一个二进制变量，表示列车服务k是否通过i站，通过i站则表示能够为i站提供服务；具体表示为式(14)：
[0049][0050]其中，变量l
i,k
表示列车服务k停留在i站时下车的乘客数量，λ
i,k
表示下车的乘客数量与当前列车服务上的乘客数量的比例；
[0051]下车乘客的计算遵循式(15)：
[0052][0053]在上述方案的基础上，所述建立解编和交路运行相关约束的具体方式为：
[0054]定义二元逻辑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法，其特征在于，包括建立面向灵活编组的列车时刻表和运行交路联合调整模型以及设计联合调整模型求解算法；所述建立面向灵活编组的列车时刻表和运行交路联合调整模型的具体步骤包括：建立与列车运行相关约束；建立基于列车时刻表的动态客流模型；建立解编和交路运行相关约束；建立目标函数。2.根据权利要求1所述的一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法，其特征在于，所述建立与列车运行相关约束的具体方式为：建立式(1)：其中，t
i,k
表示列车服务k在i站的发车时间，r
i
‑1表示列车服务在i
‑
1站与i站之间的运行时间，x
i,k
表示列车服务k在i站的停站时间；对于在a+1站的列车服务的发车时间通过列车服务k2到达a+1站的时间与在其在a+1站停留的时间之和得到式(2)：式(3)表示b站的发车时间：定义变量d
i,k
表示列车服务k到达i站的时间，由式(4)计算得到：列车服务k到达i站的时间由其在i
‑
1站的发车时间以及在i
‑
1站到i站的站间运行时间相加得到，其中r
i
‑1表示i
‑
1站到i站的运行时间是一个常量。3.根据权利要求2所述的一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法，其特征在于，还包括增加衔接约束，用于表明服务k1,k2,k3之间的列车承接关系；对于k2的列车服务都来自于k1，对于列车服务k2到达a+1站的时间表示为列车服务k1在a站的发车时间加上列车在a站与a+1站之间的运行时间r
a
，表示为式(5)：对于k3中来自k1的列车服务，k3到达b站的时间表示为其承接的列车服务k1在a站的发车时间加上列车在a站与b站之间的运行时间T
a,b
，表示为式(6)：对于k3来自k2的列车服务，通过式(7)来表示：其中r
b
‑1表示列车在车站b
‑
1到车站b之间的运行时间。4.根据权利要求2所述的一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法，其特征在于，
列车服务之间的追逐间隔满足式(8)：其中表示最小的追逐间隔，表示最大的追逐间隔。5.根据权利要求1所述的一种面向灵活编组的时刻表和运行交路联合调整方法，其特征在于，所述建立基于列车时刻表的动态客流模型的具体方式为：在k
‑
1与k服务之间到达i站的乘客数量与相邻两个服务的时间间隔以及当前车站的乘客到达率有关，表示为式(9)：其中，μ
i,k
表示在列车服务k
‑
1发车与列车服务k发车期间，i站的乘客到达率；定义w
i,k
表示在i站等待列车服务k的乘客数量，表示为式(10)：所述式(10)由两部分构成，一部分是在k
‑
1服务离开之后k服务到达之前这段时间到达i站的乘客a
i,k
，第二部分为在高峰时期，除到站乘客外，候车乘客还包括因没有列车服务通过车站或运力有限而未能成功登上前一趟列车的滞留乘客，定义为s
i,k
；线路的终点站没有等待乘客，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王悉，王洪伟，卢学永，朱力，林思雨，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：