基于目标满载率控制的城轨列车运行方案优化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于目标满载率控制的城轨列车运行方案优化方法，该方法是在线路既定最大列车满载率控制要求的条件下，充分考虑客流时空分布状态，以运力运量匹配为目标，确定最优列车运行间隔和交路方案。在案例应用中，基于客流数据优化早高峰列车运行方案，其下行大小交路共线段最大列车满载率降低21%，非共线段最大列车满载率达到了既定目标满载率80%要求，运力运量匹配效果更好，优化后下行方向的最大列车满载率为80%，满足既定目标满载率控制要求。本发明专利技术对于均衡各个断面满载率、实现客流和车辆的最佳耦合具有很重要的作用，为进一步优化列车运行方案，提升城市轨道交通运输能力提供了参考依据。交通运输能力提供了参考依据。交通运输能力提供了参考依据。

【技术实现步骤摘要】
基于目标满载率控制的城轨列车运行方案优化方法


[0001]本专利技术涉及城市轨道交通领域，尤其涉及一种基于目标满载率控制的城轨列车运行方案优化方法。

技术介绍

[0002]随着城市轨道交通客流需求的不断增长，在线路供电、信号等固定设施设备能力的限制条件下，行车组织优化成为缓解客流压力、进一步提升城市轨道交通运输能力的主要研究方向。
[0003]现有技术包括，1)针对城市轨道交通线路不同客流特征进行复杂行车组织方式(多交路、快慢车、变编组)的理论研究；2)面向具有多个车辆段或停车场的线路，基于客流需求构建了城市轨道交通列车调度混合整数规划模型；3)以城际铁路为研究对象，在考虑线路客流需求的基础上，以乘客总体旅行时间最小为目标函数，建立了城际铁路多编组列车开行方案优化模型；4)考虑时变的客流需求及列车跳停策略，提出了具有线性约束的非线性整数规划模型，以最小化乘客的平均等待时间为优化目标；5)基于运营企业生产效益和乘客出行服务方面对列车运行方案进行评估优化。6)考虑线路输送能力利用的空间不均衡性，建立以线路输送能力利用率最大化、上线车组数和乘客出行费用最小化为目标，以交路形式、发车频率、列车编组为决策变量的多交路列车开行方案优化模型。还有一些将列车能耗、列车运行时间或乘客等待时间费用最小化作为目标函数进行研究，具体不在此赘述。
[0004]国内外对列车运行方案优化的理论研究较多，为运行方案优化工作奠定了理论基础，但是由于理论模型假设性强、约束条件不够具体，尚难以完全应用到运行图优化实践中，特别是针对重大突发事件期间特殊满载率目标约束前提。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术在线路既定最大满载率控制要求下，通过分析客流时空分布状态，以运力运量匹配为目标，提出一种基于目标满载率控制的城轨列车运行方案优化方法，以期为常态化运输组织提供方法支撑，为后续提高运营服务水平和智慧城轨的建设运营提供借鉴。具体采用如下技术方案：
[0006]一种基于目标满载率控制的城轨列车运行方案优化方法，该方法包括如下步骤：
[0007](1)确定列车运行方案编制策略
[0008]分析断面客流、进出站客流、换乘客流等客流时空分布特征，确定客流在时间和空间的不均衡性，计算出不同时段的列车运行间隔、列车运行交路和各站站停时间，并根据线路设备设施基本条件，考虑线路间换乘衔接对列车运行方案进行优化调整，最终形成列车运行方案，具体包括步骤：
[0009](1.1)客流时间不均衡性分析
[0010]根据时间不均衡系数对客流在时间上的均衡性进行判定：
[0011][0012]式中，为s方向第t个时段的时间不均衡系数；为s方向第t个时段最大断面客流量，单位为人；T为线路运营总时长；
[0013](1.2)客流空间不均衡性分析
[0014]根据空间不均衡系数对客流在空间上的均衡性进行判定，通过空间不均衡系数确定是否具备多交路运行的客流条件：
[0015][0016]式中，为某时段内s方向第e个断面的空间不均衡系数；为s方向第e个断面最大断面客流量；E为断面总数；
[0017](2)建立列车运行方案优化模型
[0018]根据步骤(1)中列车运行方案编制策略，在既定满载率控制要求下，建立以运力运量匹配为目标的列车运行方案优化模型；
[0019](2.1)模型目标
[0020][0021]式中，D为列车定员；L
t
为第t个时段的列车既定满载率要求；N
t
为第t个时段的列车数；
[0022](2.2)约束条件
[0023](2.2.1)列车运行间隔约束
[0024][0025]式中，为s方向第t个时段的列车运行间隔；I
max
为列车最大运行间隔；I
min
为列车最小运行间隔；T为统计时段；
[0026]列车最小运行间隔约束包含供电系统能力约束和信号系统能力约束，即：
[0027]I
min
≥max(I
′
min
,I
″
min
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0028]式中，I
′
min
表示供电系统能力满足的最小行车间隔；I
″
min
表示信号系统能力满足的最小行车间隔；
[0029](2.2.2)最大断面列车满载率约束
[0030]T时段最大断面列车满载率满足：
[0031][0032]式中，L
max
为最大列车满载率要求值；
[0033](2.2.3)运用车总量约束
[0034][0035]式中，k
r
表示第r种交路的列车对数；K表示可运用车总量；
[0036](2.2.4)小交路列车运行区段的距离约束
[0037]Z
min
≤S
end
‑
S
start
+1≤Z
max
,1≤S
start
＜S
end
≤N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0038]式中，S
start
和S
end
为小交路的起讫点，N是线路所含车站总数，当N≥25时，Z
min
＝(1/4)
·
N，Z
max
＝(3/4)
·
N；当线路所含车站总数N＜25时，Z
min
＝(1/3)
·
N，Z
max
＝(3/4)
·
N；
[0039](2.2.5)小交路列车在折返站清客折返满载率约束
[0040]L
z
≤L
′ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0041]式中，L
z
为折返列车满载率；L
′
为清客折返前列车最大满载率；
[0042](2.2.6)交路数量的限制
[0043]将交路数量的最大值设为m，交路数量限制约束条件为：
[0044][0045]式中，Q为具有行车折返条件的车站数量；X
i,j
为0
‑
1变量。
[0046]优选地，该方法还包括如下步骤：
[0047](3)基于备选交路集合的列车运行交路方案求解算法
[0048]算法中以q
e,max
表示T时段第e个断面最大断面客流量，具体计算步骤如下：
[0049]Step1：如果某时段的线路空间不均衡系数则仅开行单一大交路，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于目标满载率控制的城轨列车运行方案优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)确定列车运行方案编制策略分析断面客流、进出站客流、换乘客流等客流时空分布特征，确定客流在时间和空间的不均衡性，计算出不同时段的列车运行间隔、列车运行交路和各站站停时间，并根据线路设备设施基本条件，考虑线路间换乘衔接对列车运行方案进行优化调整，最终形成列车运行方案，具体包括步骤：(1.1)客流时间不均衡性分析根据时间不均衡系数对客流在时间上的均衡性进行判定：式中，为s方向第t个时段的时间不均衡系数；为s方向第t个时段最大断面客流量，单位为人；T为线路运营总时长；(1.2)客流空间不均衡性分析根据空间不均衡系数对客流在空间上的均衡性进行判定，通过空间不均衡系数确定是否具备多交路运行的客流条件：式中，为某时段内s方向第e个断面的空间不均衡系数；为s方向第e个断面最大断面客流量；E为断面总数；(2)建立列车运行方案优化模型根据步骤(1)中列车运行方案编制策略，在既定满载率控制要求下，建立以运力运量匹配为目标的列车运行方案优化模型；(2.1)模型目标式中，D为列车定员；L
t
为第t个时段的列车既定满载率要求；N
t
为第t个时段的列车数；(2.2)约束条件(2.2.1)列车运行间隔约束式中，为s方向第t个时段的列车运行间隔；I
max
为列车最大运行间隔；I
min
为列车最小运行间隔；T为统计时段；列车最小运行间隔约束包含供电系统能力约束和信号系统能力约束，即：I
min
≥max(I
′
min
,I
″
min
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，I
′
min
表示供电系统能力满足的最小行车间隔；I
″
min
表示信号系统能力满足的最
小行车间隔；(2.2.2)最大断面列车满载率约束T时段最大断面列车满载率满足：式中，L
max
为最大列车满载率要求值；(2.2.3)运用车总量约束式中，k
r
表示第r种交路的列车对数；K表示可运用车总量；(2.2.4)小交路列车运行区段的距离约束Z
min
≤S
end
‑
S
start
+1≤Z
max
,1≤S
start
＜S
end
≤N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中，S
start
和S
end
为小交路的起讫点，N是线路所含车站总数，当N≥25时，Z
min

【专利技术属性】
技术研发人员：豆飞，魏运，张惠茹，刘洁，宁尧，朱鸿涛，尹浩东，
申请(专利权)人：北京市地铁运营有限公司技术创新研究院分公司，
类型：发明
国别省市：