一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法技术

本发明专利技术提供了一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法，包括以城市轨道交通网络中各条线路间的始发列车的冗余发车间隔最小化为目标函数，以各条线路的始发列车的发车时刻为决策变量，以始发列车的站间区间运行时间、始发列车的停站时间和始发列车在始发站的发车时刻范围为约束条件，根据城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化模型得到各条线路的始发列车的发车时刻。本方法通过对模型的目标、约束的分析，将复杂的非线性约束简化为线性约束，提出始发列车冗余发车间隔的概念，通过将模型的传统目标函数的最小乘客换乘等待时间转化为更易计算的最小首发列车冗余发车间隔，大大减少模型的复杂度，提高计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法
本专利技术涉及轨道交通
，尤其涉及一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法。
技术介绍
20世纪70年代以来，随着能源危机以及城市化进程带来的资源短缺、道路交通拥挤、交通事故和环境污染等的加剧，城市公共交通受到发达国家及发展中国家的普遍重视。城市公共交通是大众出行的主要载体，是城市功能正常运转的重要支撑，各大城市一直高度重视公共交通的发展。以北京市为例，2007年以来，北京市轨道交通运营线路由2007年的5条增加到2015年的19条，增长3.8倍；运营线路里程由2007年的142公里突破到700公里，增长4.9倍；运营车站由2007年的93座增加到318座，增长3.4倍。由此可见，各大城市轨道交通系统已由单一线路发展成为纵横交错、经纬贯穿的轨道交通路网。轨道交通的总发展趋势呈现了集中型、网络化和多模式的发展态势。从系统工程角度出发，城市轨道交通网络化是一个由设施、设备、管理以及信息等诸多要素共同构建的复杂系统。进入网络化运营阶段后，凸显了协调配合、统筹规划、集中管理以及信息共享等新挑战。因此，充分发挥网络系统整体效能、完善网络规划，研究网络化城市轨道交通运营问题，构建一个系统完整、管理科学的运营体系是各大城市发展的迫切需求。从北京地铁网络始发列车时刻表中可以发现，实际的轨道交通始发列车发车时刻编制，一般通过人工经验及手动推算获得。其前提假设是列车严格按图进行，即列车的区间运行时间及在站停站时间不受环境影响。然而，由于列车运行过程中存在诸多不确定因素，如上下车客流量的变化，列车在各站的停站时间有一定的偏差，进而影响列车在各站的到发时刻。现有的网络化城市轨道交通运营的缺陷主要包括三点：首先，始发列车在换乘站的衔接力度不大，主要表现为始发列车间的换乘等待时间冗长。这使得轨道交通网络的可达性较低并导致始发乘客在换乘站滞留；第二，长时间的换乘滞留将会造成乘客集聚，增加安全隐患；第三，传统的始发列车编制模型计算效率低下，如具有5条线路和5个换乘站的小型网络，计算时间高达数小时，其主要原因是由于模型中包含非线性约束，使得优化软件在求解该模型时占用大部分时间。因此，本专利技术提出了一种用于避免换乘集聚和减少换乘等待时间的城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法，以解决现有技术问题中的缺陷。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本专利技术实施例提供了一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法，包括：以城市轨道交通网络中各条线路间的始发列车的冗余发车间隔最小化为目标函数，以各条线路的始发列车的发车时刻为决策变量，以始发列车的站间区间运行时间、始发列车的停站时间和始发列车在始发站的发车时刻范围为约束条件，根据城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化模型得到各条线路的始发列车的发车时刻；所述的城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化模型如下式(1)所示：其中，表示l线路的始发列车离开换乘站s的时刻；表示l线路的始发列车到达换乘站s的时刻；表示线路l与l′的在换乘站s的换乘走行时间；Hl′表示线路l′的列车发车间隔；表示l线路的始发列车从线路始发站出发的最早发车时刻；表示l线路的始发列车从线路始发站出发的最晚发车时刻；表示l线路的始发列车在站间区间k-1到k的运行时间；表示l线路的始发列车在车站k的停站时间；tl表示l线路的始发列车从线路始发站出发的发车时刻；nsll′表示l线路的始发列车在换乘站s换乘至l′线路的始发列车的冗余发车间隔，所述的始发列车的冗余发车间隔为在始发换入列车到达时刻与始发换出列车出发时刻的时间差内，该期间在换出线路的发车数。优选地，始发列车的站间区间运行时间在设定的第一阈值和第二阈值之间。优选地，始发列车停站时间包括始发列车在非换乘站的停站时间和始发列车在非换乘站的停站时间。优选地，始发列车的站间区间运行时间在列车运行的基础运行时间的80％-120％之间。优选地，始发列车在换乘站的停站时间不超过第三设定阈值；始发列车在非换乘站的停站时间不超过第四设定阈值。优选地，第三设定阈值为1分钟，所述的第四设定阈值为0.5分钟。优选地，为4:50:00，为6:10:00。由上述本专利技术的城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法提供的技术方案可以得到以下优点：本专利技术方法利用列车运行参数与线路发车时刻间的耦合关系，确定始发列车在各站的到发时刻，满足乘客换乘的同时，考虑网络可达性要求，从而有效减少乘客换乘滞留现象；本专利技术方法能够智能计算各方向的始发列车换乘等待时间，提醒乘客搭乘始发列车需恰当安排出行时间；本专利技术方法采用计算机辅助计算，通过优化软件替代人工推算，使得网络化条件下的始发列车发车时刻计算更加自动化、智能化；由于本专利技术主要控制各线路始发列车的发车时刻、列车区间运行时间和停站时间，而以上参数获取的精确度较高，因此最终得到的结果也具有很高的准确性；本专利技术方法通过对模型的目标、约束的分析，将复杂的非线性约束简化为线性约束，提出始发列车冗余发车间隔的概念，通过将模型的传统目标函数的最小换乘等待时间转化为更易计算的最小首发列车冗余发车间隔，大大减少模型的复杂度，提高计算效率。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法流程示意图；图2为截取的北京城市轨道交通网络示例图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤和/或操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤和/或操作的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法，其特征在于，包括：/n以城市轨道交通网络中各条线路间的始发列车的冗余发车间隔最小化为目标函数，以各条线路的始发列车的发车时刻为决策变量，以始发列车的站间区间运行时间、始发列车的停站时间和始发列车在始发站的发车时刻范围为约束条件，根据城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化模型得到各条线路的始发列车的发车时刻；/n所述的城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化模型如下式(1)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化方法，其特征在于，包括：
以城市轨道交通网络中各条线路间的始发列车的冗余发车间隔最小化为目标函数，以各条线路的始发列车的发车时刻为决策变量，以始发列车的站间区间运行时间、始发列车的停站时间和始发列车在始发站的发车时刻范围为约束条件，根据城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化模型得到各条线路的始发列车的发车时刻；
所述的城市轨道交通网络始发列车发车时刻优化模型如下式(1)所示：



其中，表示l线路的始发列车离开换乘站s的时刻；表示l线路的始发列车到达换乘站s的时刻；表示线路l与l′的在换乘站s的换乘走行时间；Hl′表示线路l′的列车发车间隔；表示l线路的始发列车从线路始发站出发的最早发车时刻；表示l线路的始发列车从线路始发站出发的最晚发车时刻；表示l线路的始发列车在站间区间k-1到k的运行时间；表示l线路的始发列车在车站k的停站时间；tl表示l线路的始发列车从线路始发站出发的发车时刻；nsll′表示l线路的始发列车在换乘站s换乘至l′线路的始发列车的冗余发车...

【专利技术属性】
技术研发人员：康柳江，孙会君，吴建军，高自友，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11