具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法【專利摘要】一種具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，包括以下步驟：1)獲取城軌線路列車運(yùn)行環(huán)境與需求參數(shù)；2)分別構(gòu)建方向D和U的最大發(fā)車間隔函數(shù)FD(x)和FU(x)；3)確定全天開(kāi)行列車的趟數(shù)；4)確定雙向列車的發(fā)車時(shí)間表和無(wú)車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)方案。本發(fā)明基于車站斷面需求，結(jié)合旅客出行需求和服務(wù)水平，構(gòu)造最大發(fā)車間隔函數(shù)，在旅客服務(wù)水平和最大發(fā)車間隔函數(shù)約束下優(yōu)化列車的運(yùn)行成本。引入最大發(fā)車間隔函數(shù)的列車運(yùn)行計(jì)劃優(yōu)化問(wèn)題，隱去了車站斷面需求。本發(fā)明構(gòu)建了列車發(fā)車時(shí)間優(yōu)化模型和列車周轉(zhuǎn)方案優(yōu)化模型，并最終得到列車發(fā)車時(shí)間表和和列車周轉(zhuǎn)方案，使得單一盡頭車場(chǎng)的列車運(yùn)行成本低，并且滿足旅客出行需求和服務(wù)水平。【專利說(shuō)明】具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及公共交通領(lǐng)域，具體涉及具有單一盡頭車場(chǎng)的城軌線路上的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法。【
背景技術(shù)：
】[0002]隨著城市人口的快速增長(zhǎng)，交通擁堵日趨嚴(yán)重，發(fā)展城市軌道交通是大中城市解決交通擁堵問(wèn)題的發(fā)展戰(zhàn)略。作為大運(yùn)量的城市公共交通方式，城軌系統(tǒng)的運(yùn)行效率與服務(wù)水平在很大程度上取決于列車運(yùn)行計(jì)劃。[0003]列車運(yùn)行計(jì)劃包括列車運(yùn)行時(shí)間表與列車周轉(zhuǎn)方案，在給定運(yùn)輸能力條件下，其為特定時(shí)空分布的出行需求提供有效的運(yùn)輸方案。高品質(zhì)的列車運(yùn)行計(jì)劃通常需要權(quán)衡旅客和企業(yè)兩方面的利益，一方面需為旅客提供較高水平的服務(wù)，包括降低候車時(shí)間、上車擁擠和乘車擁擠；另一方面需為企業(yè)降低列車開(kāi)行頻率、提高列車周轉(zhuǎn)效率，從而降低運(yùn)營(yíng)成本。[0004]近年來(lái)，結(jié)合考慮隨著時(shí)間波動(dòng)的客流需求（時(shí)變需求），城軌運(yùn)輸組織優(yōu)化問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，不僅要考慮旅客服務(wù)水平和企業(yè)運(yùn)輸成本的雙重制約，還注重列車開(kāi)行密度與旅客出行強(qiáng)度的吻合程度。[0005]Albrecht以德國(guó)市郊鐵路為背景，強(qiáng)調(diào)指出需確定靈活的列車間距以適應(yīng)客流的時(shí)變性（參見(jiàn)Albrecht，T.，2〇〇9·Automatedtimetabledesignfordemand-orientedserviceonsuburbanrailways.PublicTransport1(1),5-20.)〇Assis和Milani分析了地鐵列車間距與流量分布的演化規(guī)律，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種線性近似方法優(yōu)化地鐵列車的發(fā)車間距（參見(jiàn)Assis，W.0.,Milani，B.E.A.，2004.Generationofoptimalschedulesformetrolinesusingmodelpredictivecontrol,Automatica40(8),1397-1404.)〇NiuandZhou基于時(shí)變客流研究列車運(yùn)行時(shí)間表優(yōu)化問(wèn)題，分析了旅客站臺(tái)滯留人數(shù)和等車時(shí)間，在考慮列車趟數(shù)與上座率受限條件下構(gòu)建了數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，設(shè)計(jì)了優(yōu)化列車發(fā)車間隔的方法，降低了旅客的等待時(shí)間（參見(jiàn)Niu，H.M.，Zhou，X.S.，2013·Optimizingurbanrailtimetableundertime-dependentdemandandoversaturatedconditions.TransportationResearchPartC36,2l2_23〇·)。Sunetal.討論了列車服務(wù)能力對(duì)時(shí)變客流下發(fā)車間隔優(yōu)化的影響，數(shù)值分析表明，不考慮能力約束時(shí)發(fā)車間隔與客流規(guī)律吻合程度最好（參見(jiàn)Sun，L.，Jin，J.G.,Lee，D.,Axhausen，K.W.,Erath，A.，2014·Demand-driventimetabledesignformetroservices.TransportationResearchPartC46.284-299.)。[0006]上述研究結(jié)合出行需求的變化規(guī)律優(yōu)化列車運(yùn)行時(shí)間表，優(yōu)化目標(biāo)主要在提高旅客服務(wù)水平和優(yōu)化發(fā)車間隔。但列車運(yùn)行時(shí)間表的實(shí)施必須由列車周轉(zhuǎn)方案來(lái)保障。假若不考慮列車周轉(zhuǎn)方案，列車運(yùn)行時(shí)間表可能具有很高的列車周轉(zhuǎn)成本，或者根本無(wú)法實(shí)施。即使單獨(dú)優(yōu)化列車運(yùn)行時(shí)間表，不僅運(yùn)算量大，也不能保證列車運(yùn)行時(shí)間表的質(zhì)量?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路上的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，在本方法中分解成2個(gè)子問(wèn)題，其一為列車發(fā)車時(shí)間優(yōu)化問(wèn)題，即在無(wú)車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)方案約束下協(xié)同優(yōu)化雙向列車發(fā)車時(shí)間，使列車對(duì)數(shù)最小化；其二為列車周轉(zhuǎn)方案優(yōu)化問(wèn)題，即在有車場(chǎng)端確定列車來(lái)源車場(chǎng)或車站，確定列車停放在車場(chǎng)或車站，并優(yōu)化列車的接續(xù)關(guān)系，使得列車數(shù)量、往返車場(chǎng)次數(shù)及列車在站停留時(shí)間分層次最小化。同時(shí)，本發(fā)明還保證方案的最優(yōu)性和計(jì)算的高效性。[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，包括以下步驟：[0009]步驟1:獲取城軌線路列車運(yùn)行環(huán)境與需求參數(shù)[0010]測(cè)定城軌系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間[T1,T2],城軌線路的車站數(shù)量N和車站集S，并記S=Is1,S2，…，SN}，其中S1=Sa為線路上的有車場(chǎng)的端點(diǎn)站，Sn=Sb為線路上無(wú)車場(chǎng)的端點(diǎn)站。將列車由Sa運(yùn)行到Sb記為列車運(yùn)行的下行方向D,列車由Sb運(yùn)行到Sa記為列車運(yùn)行的上行方向u。將下行和上行首班列車的最晚發(fā)車時(shí)間分別記為e[7\,γ2]，將下行和上行末班列車最早發(fā)車時(shí)間分別記為設(shè),泛e〖7^,7^]。在無(wú)車場(chǎng)端點(diǎn)站Sb測(cè)定列車停放能力為hB、折返作業(yè)時(shí)間為4_4、停車飽和時(shí)列車發(fā)車與到達(dá)的最小間隔時(shí)間為τ&,,對(duì)于線路上任意2個(gè)車站sJPs」構(gòu)成的區(qū)段，測(cè)定列車運(yùn)行時(shí)間，并記為τ(si,Sj)，Si,SjGS;對(duì)于同一方向的相鄰列車，測(cè)定最小發(fā)車間隔Tmin和最大發(fā)車間隔τ_。測(cè)定列車載客定員C，最小載客系數(shù)α，最大載客系數(shù)β。在各個(gè)車站seS，分方向D和U，測(cè)定斷面需求分布[0011]由上述參數(shù)，可以獲得旅客服務(wù)水平，體現(xiàn)為以下三個(gè)方面。[0012]①首末班車發(fā)車時(shí)間限制：首班車下行、上行最晚發(fā)車時(shí)間分別為€,#￡[71,72],末班車下行、上行最早發(fā)車時(shí)間分別為^,^￡[7'1,7'2]。[0013]②發(fā)車間隔時(shí)間限制：發(fā)車間隔不小于最小發(fā)車間隔Tmin，不超過(guò)最大發(fā)車間隔Tmax；[0014]③發(fā)車間隔確定原則：若距前序列車發(fā)車時(shí)間為Tmin時(shí)，車站出行需求未超過(guò)最小載客量aC，則發(fā)車間隔時(shí)間既不超過(guò)，也不超過(guò)前序列車發(fā)車至車站累計(jì)需求正好達(dá)到aC的間隔時(shí)間，發(fā)車后無(wú)滯留客流；否則，發(fā)車間隔時(shí)間為Tmin，超出最大載客量3C的部分為滯留客流。其中，C為列車額定載客能力，α(0<a<1)為最小載客系數(shù)，β(>1)為最大載客系數(shù)。[0015]步驟2:分別構(gòu)建方向D和U的最大發(fā)車間隔函數(shù)Fd(X)和Fu(X)，并按照指定預(yù)分段數(shù)生成最大間隔階梯函數(shù)PD〇)和戸1Oh其中最大間隔階梯函數(shù)F3(X)和I戸^X)滿足：FD〇)幺Fd(X),在FdOO的每一段水平線上，至少存在一點(diǎn)使FD(x)=FdO);PuO)SFuO),在:Pu〇r)的每一段水平線上，至少存在一點(diǎn)使Fu(X)=Fu(x)。[0016]最大發(fā)車間隔函數(shù)是最大發(fā)車間隔τ_的擴(kuò)展，在最大發(fā)車間隔函數(shù)約束下的列車運(yùn)行計(jì)劃，不僅體現(xiàn)了最大發(fā)車間隔Tmax的限制，同時(shí)還體現(xiàn)了列車載客能力能夠滿足旅客出行需求，并且滿足程度達(dá)到旅客服務(wù)水平要求。[0017]步驟3:確定全天開(kāi)行列車對(duì)數(shù)、雙向列車的發(fā)車時(shí)間表和無(wú)車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)方案：在滿足首末班車發(fā)車時(shí)間、最小發(fā)車間隔、最大發(fā)車間隔、無(wú)車場(chǎng)端車站的列車接續(xù)與停放能力約束下，控制列車開(kāi)行對(duì)數(shù)使線路全天開(kāi)行的列車對(duì)數(shù)最少。通過(guò)列車發(fā)車時(shí)間的雙向關(guān)聯(lián)序列化優(yōu)化算法，序列化確定列車最優(yōu)發(fā)車時(shí)間，并根據(jù)該列車發(fā)車時(shí)間表控制列車的發(fā)車；同時(shí)，確定全天開(kāi)行列車對(duì)數(shù)、控制該列車發(fā)車時(shí)間表下列車在無(wú)車場(chǎng)端的周轉(zhuǎn)過(guò)程。[0018]上述的具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，優(yōu)選的，確定最大發(fā)車間隔函數(shù)的方法如下：[0019]1)最大發(fā)車間隔時(shí)間的選擇[0020]對(duì)于下行方向D，一趟列車在始發(fā)站sA的發(fā)車時(shí)間為X，記該列車在車站SeS\{sB}的滯留人數(shù)為〇s(x)，發(fā)車時(shí)間為xs=x+T(sA，s)。下面在已知X和Os(X)的條件下，當(dāng)對(duì)任何SeS\{sB}，滿足仁+T·⑴dt+as(x)SaC。[0021]對(duì)于seS\{sB}，如果存在τ.+Xs，使得[0022]Q.?(i)dt+σ-9(χ)=aC(I)[0023]則令ts=τs，否則令ts=c?。由此可得：[0024]FD(x)=min{τmax，min{ts-xs|seS\{sB}}}(2)[0025]σs(x+FD(X))=0,seS\{sB}(3)[0026]當(dāng)存在seS\{sB}，滿足jJS+Tmin奶(t)dt+>aC[0027]由旅客服務(wù)水平要求可得[0028]Fd(x)=Tmin(4)【權(quán)利要求】1.一種具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，包括以下步驟：步驟1:獲取城軌線路列車運(yùn)行環(huán)境與需求參數(shù)：測(cè)定城軌系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間[1\，T2]，城軌線路的車站數(shù)量N和車站集S，并記S={Sl，S2,…，SN}，其中Si=sA為線路上的有車場(chǎng)的端點(diǎn)站，sN=sB為線路上無(wú)車場(chǎng)的端點(diǎn)站，將列車由SA運(yùn)行到sB記為列車運(yùn)行的下行方向D,列車由sB運(yùn)行到sA記為列車運(yùn)行的上行方向U，將下行和上行首班列車的最晚發(fā)車時(shí)間分別記為G〖7\,八]，將下行和上行末班列車最早發(fā)車時(shí)間分別記為設(shè)，沒(méi)e[T^R]，在無(wú)車場(chǎng)端點(diǎn)站sB測(cè)定列車停放能力為hB、折返作業(yè)時(shí)間為^匕、停車飽和時(shí)列車發(fā)車與到達(dá)的最小間隔時(shí)間為￡心，對(duì)于線路上任意2個(gè)車站sjpsj構(gòu)成的區(qū)段，測(cè)定列車運(yùn)行時(shí)間，并記為T(Si，Sj)，Si,SjGs;對(duì)于同一方向的相鄰列車，測(cè)定最小發(fā)車間隔Tmin和最大發(fā)車間隔T_，測(cè)定列車載客定員c，在各個(gè)車站seS，分方向D和U，測(cè)定斷面需求分布|_7\,八];步驟2:分別構(gòu)建方向D和U的最大發(fā)車間隔函數(shù)FD(x)和Fu(x)，并按照指定預(yù)分段數(shù)生成最大間隔階梯函數(shù)FD(X^PFu〇)，其中最大間隔階梯函數(shù)FD(x)和戸〇)滿足：FD(x)SfD(x),在FD(x)的每一段水平線上，至少存在一點(diǎn)使FD(x)=FD(x)，F(xiàn)u(x)SFu〇)，在？的每一段水平線上，至少存在一點(diǎn)使Fv(x)=Fu(x)；步驟3:確定全天開(kāi)行列車對(duì)數(shù)、雙向列車的發(fā)車時(shí)間表和無(wú)車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)方案：在滿足首末班車發(fā)車時(shí)間、最小發(fā)車間隔、最大發(fā)車間隔、無(wú)車場(chǎng)端車站的列車接續(xù)與停放能力約束下，控制列車開(kāi)行對(duì)數(shù)使線路全天開(kāi)行的列車對(duì)數(shù)最少；通過(guò)列車發(fā)車時(shí)間的雙向關(guān)聯(lián)序列化優(yōu)化算法，序列化確定列車最優(yōu)發(fā)車時(shí)間，并根據(jù)該列車發(fā)車時(shí)間表控制列車的發(fā)車；同時(shí)，確定全天開(kāi)行列車對(duì)數(shù)、控制該列車發(fā)車時(shí)間表下列車在無(wú)車場(chǎng)端的周轉(zhuǎn)過(guò)程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，其特征在于：所述步驟2中，確定最大發(fā)車間隔函數(shù)的方法如下：1)最大發(fā)車間隔時(shí)間的選擇由旅客服務(wù)水平要求可得：e為最大載客系數(shù)，對(duì)于在上行方向U，最大間隔Fu(x)推導(dǎo)方法與下行方向完全相同；2)確定最大發(fā)車間隔函數(shù)其中，式（8)、（9)分別為下行和上行首班車發(fā)車時(shí)間約束，式（10)表示下行首班車到達(dá)終點(diǎn)站時(shí)間Xi+t(sA，Sb)必須接續(xù)上行首班車最晚發(fā)車時(shí)間巧，還須提前折返作業(yè)時(shí)間，式（11)、（12)分別為下行和上行末班車發(fā)車時(shí)間約束，式（13)、（14)分別為下行和上行最小發(fā)車間隔約束，式（15)、（16)分別為下行和上行最大發(fā)車間隔約束，式（17)為無(wú)車場(chǎng)端車站sB列車接續(xù)約束，式（18)為無(wú)車場(chǎng)端車站sBg放能力約束。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，其特征在于：所述列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法還包括有車場(chǎng)端的列車周轉(zhuǎn)方法，包括以下步驟：步驟一：獲取有車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)相關(guān)參數(shù)：測(cè)定下行列車在始發(fā)站sA的發(fā)車時(shí)間：X=(x」i=1，2，...，n)，其中x!<x2<-<xn;上行列車在始發(fā)站sB的發(fā)車時(shí)間：Y=(yj|j=1，2,…，n)，其中yi<y2<…<yn，在有車場(chǎng)端的車站sA，測(cè)定停放列車數(shù)量的能力hA、折返時(shí)間t么，測(cè)定列車全程運(yùn)行時(shí)間t(Sa，Sb);步驟二：確定有車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)方案：給定發(fā)車時(shí)間，在車場(chǎng)端車站s^l」車接續(xù)、停放能力約束下，確定列車周轉(zhuǎn)方案，控制列車數(shù)量、列車往返車場(chǎng)次數(shù)和所有列車在站停留時(shí)間，使得列車數(shù)量最少、列車往返車場(chǎng)次數(shù)最少以及所有列車在站停留時(shí)間最短；步驟三：通過(guò)求解初始指派集，并進(jìn)行指派交換和剔除，使列車數(shù)量、列車往返車場(chǎng)次數(shù)和所有列車在站停留時(shí)間最少，并最終確定有車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)方案；根據(jù)最終確定的有車場(chǎng)端列車周轉(zhuǎn)方案，控制列車在有車場(chǎng)端的周轉(zhuǎn)過(guò)程。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的所述的具有單一盡頭車場(chǎng)城軌線路的列車運(yùn)行周轉(zhuǎn)方法，其特征在于：所述步驟二的具體操作如下：記列車在車站sA的周轉(zhuǎn)方案為指派集=1,2,--?,?!}，其中（j，i)GM表示上行列車j接續(xù)下行列車i，列車對(duì)數(shù)量等于列車對(duì)數(shù)n扣除重復(fù)運(yùn)用的列車對(duì)數(shù)，而重復(fù)運(yùn)用的列車對(duì)數(shù)就是將車場(chǎng)PA和車站sA不加區(qū)分情況下列車的接續(xù)次數(shù)，這種接續(xù)關(guān)系表示為一個(gè)指派集M:Mc府，構(gòu)建有車場(chǎng)端車站的列車周轉(zhuǎn)方案分層次多目標(biāo)優(yōu)化模型如下：其中，目標(biāo)函數(shù)（19)表示列車數(shù)量Zi最少，目標(biāo)函數(shù)（20)表示列車往返車場(chǎng)次數(shù)22最少，目標(biāo)函數(shù)（21)表示列車在站停留時(shí)間&最少，式（22)表示列車接續(xù)約束，式（23)表示列車停放能力約束。【文檔編號(hào)】B61L27/00GK104477217SQ201410725318【公開(kāi)日】2015年4月1日申請(qǐng)日期:2014年12月3日優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日【發(fā)明者】史峰,周釗,徐光明,趙爍,秦進(jìn),鄧連波,肖龍文,黎茂盛,周文梁,魏堂建,蘇煥銀,張佩,樊佳俊,彭瑾蓉,錢曉彤,胡心磊,萬(wàn)廣琦,袁雋申請(qǐng)人:中南大學(xué)