具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法

2023-05-28 05:40:06 2

具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法【專利摘要】一種具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法，包括以下步驟：1)獲取城軌線路列車運行環境與需求參數；2)分別構建方向D和U的最大發車間隔函數FD(x)和FU(x)；3)確定全天開行列車的趟數；4)確定雙向列車的發車時間表和無車場端列車周轉方案。本發明基於車站斷面需求，結合旅客出行需求和服務水平，構造最大發車間隔函數，在旅客服務水平和最大發車間隔函數約束下優化列車的運行成本。引入最大發車間隔函數的列車運行計劃優化問題，隱去了車站斷面需求。本發明構建了列車發車時間優化模型和列車周轉方案優化模型，並最終得到列車發車時間表和和列車周轉方案，使得單一盡頭車場的列車運行成本低，並且滿足旅客出行需求和服務水平。【專利說明】具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法【
技術領域：
】[0001]本發明涉及公共運輸領域，具體涉及具有單一盡頭車場的城軌線路上的列車運行周轉方法。【
背景技術：
】[0002]隨著城市人口的快速增長，交通擁堵日趨嚴重，發展城市軌道交通是大中城市解決交通擁堵問題的發展戰略。作為大運量的城市公共運輸方式，城軌系統的運行效率與服務水平在很大程度上取決於列車運行計劃。[0003]列車運行計劃包括列車運行時間表與列車周轉方案，在給定運輸能力條件下，其為特定時空分布的出行需求提供有效的運輸方案。高品質的列車運行計劃通常需要權衡旅客和企業兩方面的利益，一方面需為旅客提供較高水平的服務，包括降低候車時間、上車擁擠和乘車擁擠；另一方面需為企業降低列車開行頻率、提高列車周轉效率，從而降低運營成本。[0004]近年來，結合考慮隨著時間波動的客流需求（時變需求），城軌運輸組織優化問題越來越受到人們的重視，不僅要考慮旅客服務水平和企業運輸成本的雙重製約，還注重列車開行密度與旅客出行強度的吻合程度。[0005]Albrecht以德國市郊鐵路為背景，強調指出需確定靈活的列車間距以適應客流的時變性（參見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律，進而設計了一種線性近似方法優化地鐵列車的發車間距（參見Assis，W.0.,Milani，B.E.A.，2004.Generationofoptimalschedulesformetrolinesusingmodelpredictivecontrol,Automatica40(8),1397-1404.)〇NiuandZhou基於時變客流研究列車運行時間表優化問題，分析了旅客站臺滯留人數和等車時間，在考慮列車趟數與上座率受限條件下構建了數學規劃模型，設計了優化列車發車間隔的方法，降低了旅客的等待時間（參見Niu，H.M.，Zhou，X.S.，2013·Optimizingurbanrailtimetableundertime-dependentdemandandoversaturatedconditions.TransportationResearchPartC36,2l2_23〇·)。Sunetal.討論了列車服務能力對時變客流下發車間隔優化的影響，數值分析表明，不考慮能力約束時發車間隔與客流規律吻合程度最好（參見Sun，L.，Jin，J.G.,Lee，D.,Axhausen，K.W.,Erath，A.，2014·Demand-driventimetabledesignformetroservices.TransportationResearchPartC46.284-299.)。[0006]上述研究結合出行需求的變化規律優化列車運行時間表，優化目標主要在提高旅客服務水平和優化發車間隔。但列車運行時間表的實施必須由列車周轉方案來保障。假若不考慮列車周轉方案，列車運行時間表可能具有很高的列車周轉成本，或者根本無法實施。即使單獨優化列車運行時間表，不僅運算量大，也不能保證列車運行時間表的質量。【
發明內容】[0007]本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種將具有單一盡頭車場城軌線路上的列車運行周轉方法，在本方法中分解成2個子問題，其一為列車發車時間優化問題，即在無車場端列車周轉方案約束下協同優化雙向列車發車時間，使列車對數最小化；其二為列車周轉方案優化問題，即在有車場端確定列車來源車場或車站，確定列車停放在車場或車站，並優化列車的接續關係，使得列車數量、往返車場次數及列車在站停留時間分層次最小化。同時，本發明還保證方案的最優性和計算的高效性。[0008]為解決上述技術問題本發明提供的技術方案為：一種具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法，包括以下步驟：[0009]步驟1:獲取城軌線路列車運行環境與需求參數[0010]測定城軌系統運營時間[T1,T2],城軌線路的車站數量N和車站集S，並記S=Is1,S2，…，SN}，其中S1=Sa為線路上的有車場的端點站，Sn=Sb為線路上無車場的端點站。將列車由Sa運行到Sb記為列車運行的下行方向D,列車由Sb運行到Sa記為列車運行的上行方向u。將下行和上行首班列車的最晚發車時間分別記為e[7\,γ2]，將下行和上行末班列車最早發車時間分別記為設,泛e〖7^,7^]。在無車場端點站Sb測定列車停放能力為hB、折返作業時間為4_4、停車飽和時列車發車與到達的最小間隔時間為τ&,,對於線路上任意2個車站sJPs」構成的區段，測定列車運行時間，並記為τ(si,Sj)，Si,SjGS;對於同一方向的相鄰列車，測定最小發車間隔Tmin和最大發車間隔τ_。測定列車載客定員C，最小載客係數α，最大載客係數β。在各個車站seS，分方向D和U，測定斷面需求分布[0011]由上述參數，可以獲得旅客服務水平，體現為以下三個方面。[0012]①首末班車發車時間限制：首班車下行、上行最晚發車時間分別為€,#￡[71,72],末班車下行、上行最早發車時間分別為^,^￡[7'1,7'2]。[0013]②發車間隔時間限制：發車間隔不小於最小發車間隔Tmin，不超過最大發車間隔Tmax；[0014]③發車間隔確定原則：若距前序列車發車時間為Tmin時，車站出行需求未超過最小載客量aC，則發車間隔時間既不超過，也不超過前序列車發車至車站累計需求正好達到aC的間隔時間，發車後無滯留客流；否則，發車間隔時間為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<a1)為最大載客係數。[0015]步驟2:分別構建方向D和U的最大發車間隔函數Fd(X)和Fu(X)，並按照指定預分段數生成最大間隔階梯函數PD〇)和戸1Oh其中最大間隔階梯函數F3(X)和I戸^X)滿足：FD〇)么Fd(X),在FdOO的每一段水平線上，至少存在一點使FD(x)=FdO);PuO)SFuO),在:Pu〇r)的每一段水平線上，至少存在一點使Fu(X)=Fu(x)。[0016]最大發車間隔函數是最大發車間隔τ_的擴展，在最大發車間隔函數約束下的列車運行計劃，不僅體現了最大發車間隔Tmax的限制，同時還體現了列車載客能力能夠滿足旅客出行需求，並且滿足程度達到旅客服務水平要求。[0017]步驟3:確定全天開行列車對數、雙向列車的發車時間表和無車場端列車周轉方案：在滿足首末班車發車時間、最小發車間隔、最大發車間隔、無車場端車站的列車接續與停放能力約束下，控制列車開行對數使線路全天開行的列車對數最少。通過列車發車時間的雙向關聯序列化優化算法，序列化確定列車最優發車時間，並根據該列車發車時間表控制列車的發車；同時，確定全天開行列車對數、控制該列車發車時間表下列車在無車場端的周轉過程。[0018]上述的具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法，優選的，確定最大發車間隔函數的方法如下：[0019]1)最大發車間隔時間的選擇[0020]對於下行方向D，一趟列車在始發站sA的發車時間為X，記該列車在車站SeS\{sB}的滯留人數為〇s(x)，發車時間為xs=x+T(sA，s)。下面在已知X和Os(X)的條件下，當對任何SeS\{sB}，滿足仁+T·⑴dt+as(x)SaC。[0021]對於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]當存在seS\{sB}，滿足jJS+Tmin奶(t)dt+>aC[0027]由旅客服務水平要求可得[0028]Fd(x)=Tmin(4)【權利要求】1.一種具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法，包括以下步驟：步驟1:獲取城軌線路列車運行環境與需求參數：測定城軌系統運營時間[1\，T2]，城軌線路的車站數量N和車站集S，並記S={Sl，S2,…，SN}，其中Si=sA為線路上的有車場的端點站，sN=sB為線路上無車場的端點站，將列車由SA運行到sB記為列車運行的下行方向D,列車由sB運行到sA記為列車運行的上行方向U，將下行和上行首班列車的最晚發車時間分別記為G〖7\,八]，將下行和上行末班列車最早發車時間分別記為設，沒e[T^R]，在無車場端點站sB測定列車停放能力為hB、折返作業時間為^匕、停車飽和時列車發車與到達的最小間隔時間為￡心，對於線路上任意2個車站sjpsj構成的區段，測定列車運行時間，並記為T(Si，Sj)，Si,SjGs;對於同一方向的相鄰列車，測定最小發車間隔Tmin和最大發車間隔T_，測定列車載客定員c，在各個車站seS，分方向D和U，測定斷面需求分布|_7\,八];步驟2:分別構建方向D和U的最大發車間隔函數FD(x)和Fu(x)，並按照指定預分段數生成最大間隔階梯函數FD(X^PFu〇)，其中最大間隔階梯函數FD(x)和戸〇)滿足：FD(x)SfD(x),在FD(x)的每一段水平線上，至少存在一點使FD(x)=FD(x)，Fu(x)SFu〇)，在？的每一段水平線上，至少存在一點使Fv(x)=Fu(x)；步驟3:確定全天開行列車對數、雙向列車的發車時間表和無車場端列車周轉方案：在滿足首末班車發車時間、最小發車間隔、最大發車間隔、無車場端車站的列車接續與停放能力約束下，控制列車開行對數使線路全天開行的列車對數最少；通過列車發車時間的雙向關聯序列化優化算法，序列化確定列車最優發車時間，並根據該列車發車時間表控制列車的發車；同時，確定全天開行列車對數、控制該列車發車時間表下列車在無車場端的周轉過程。2.根據權利要求1所述的具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法，其特徵在於：所述步驟2中，確定最大發車間隔函數的方法如下：1)最大發車間隔時間的選擇由旅客服務水平要求可得：e為最大載客係數，對於在上行方向U，最大間隔Fu(x)推導方法與下行方向完全相同；2)確定最大發車間隔函數其中，式（8)、（9)分別為下行和上行首班車發車時間約束，式（10)表示下行首班車到達終點站時間Xi+t(sA，Sb)必須接續上行首班車最晚發車時間巧，還須提前折返作業時間，式（11)、（12)分別為下行和上行末班車發車時間約束，式（13)、（14)分別為下行和上行最小發車間隔約束，式（15)、（16)分別為下行和上行最大發車間隔約束，式（17)為無車場端車站sB列車接續約束，式（18)為無車場端車站sBg放能力約束。4.根據權利要求1-3任一項所述的具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法，其特徵在於：所述列車運行周轉方法還包括有車場端的列車周轉方法，包括以下步驟：步驟一：獲取有車場端列車周轉相關參數：測定下行列車在始發站sA的發車時間：X=(x」i=1，2，...，n)，其中x!<x2<-<xn;上行列車在始發站sB的發車時間：Y=(yj|j=1，2,…，n)，其中yi<y2<…<yn，在有車場端的車站sA，測定停放列車數量的能力hA、折返時間t麼，測定列車全程運行時間t(Sa，Sb);步驟二：確定有車場端列車周轉方案：給定發車時間，在車場端車站s^l」車接續、停放能力約束下，確定列車周轉方案，控制列車數量、列車往返車場次數和所有列車在站停留時間，使得列車數量最少、列車往返車場次數最少以及所有列車在站停留時間最短；步驟三：通過求解初始指派集，並進行指派交換和剔除，使列車數量、列車往返車場次數和所有列車在站停留時間最少，並最終確定有車場端列車周轉方案；根據最終確定的有車場端列車周轉方案，控制列車在有車場端的周轉過程。5.根據權利要求4所述的所述的具有單一盡頭車場城軌線路的列車運行周轉方法，其特徵在於：所述步驟二的具體操作如下：記列車在車站sA的周轉方案為指派集=1,2,--?,?!}，其中（j，i)GM表示上行列車j接續下行列車i，列車對數量等於列車對數n扣除重複運用的列車對數，而重複運用的列車對數就是將車場PA和車站sA不加區分情況下列車的接續次數，這種接續關係表示為一個指派集M:Mc府，構建有車場端車站的列車周轉方案分層次多目標優化模型如下：其中，目標函數（19)表示列車數量Zi最少，目標函數（20)表示列車往返車場次數22最少，目標函數（21)表示列車在站停留時間&最少，式（22)表示列車接續約束，式（23)表示列車停放能力約束。【文檔編號】B61L27/00GK104477217SQ201410725318【公開日】2015年4月1日申請日期:2014年12月3日優先權日:2014年12月3日【發明者】史峰,周釗,徐光明,趙爍,秦進,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,萬廣琦,袁雋申請人:中南大學