轨道交通列车运行图的优化调整方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及轨道交通信号系统，尤其是涉及一种轨道交通列车运行图的优化调整方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、城市轨道交通系统中的列车牵引供电、通风空调、电扶梯、照明、给排水、弱电等各个方面都会影响系统的总能量消耗，其中地铁牵引能耗约占总能耗的40％-50％，减少牵引能耗是降低地铁系统总能耗的重要途径。列车牵引能耗受多方面影响，如列车的牵引制动特性、列车车重、列车能量转化损失、线路条件、再生制动以及列车的驾驶操纵。因此，降低地铁系统的牵引能耗可从基础设施改善和列车运行节能控制这两方面进行考虑。

2、基础设施的改善措施包括线路条件优化(设计节能坡、较少弯道)、列车性能优化(优化列车牵引制动特性、减轻车体重量、优化列车动能转换率)，安装储能装置和可逆变电站等。这些降低能耗措施的实施会面临下列问题：

3、1、实施难度大，可行性低。涉及土建及车辆等，在线路初期设计建设或制造完成，线路开通运营后再进行节能改造的难度大、可行性低。

4、2、投入成本高。安装储能装置和可逆变站等，投入费用高。

5、3、改造范围大，影响运营。改变线路条件，或在运营设备上安装部署新设备，会对正常运营带来一定影响。

6、列车运行节能控制是利用信号列控设备对于列车运行过程的精确控制能力，从计划、执行和反馈调整等多个环节提升行车牵引能源利用效率；相比于基础设施改善方式，列车运行节能控制实施起来相对容易，但就目前已有方案来说或多或少涉及现场在用设备软件升级，仍旧会对运营产生一定影响。

7、经过检索中国专利公开号cn107368920a公开了一种非高峰时段多列车运行节能优化方法，具体公开了首先设置非高峰时段多列车运行的线路数据、列车数据、运营数据以及遗传算法的基本参数；其次构建非高峰时段多列车的运行能耗计算模型；然后以停站时间的压缩值为优化变量，以节能指标和准时指标为优化目标，以单向总运行时间和停站时间变化范围为约束条件，建立非高峰时段多列车优化模型；接着利用pareto多目标遗传算法求解优化模型，得到一组pareto非支配解集；最后通过提取全局最优解，求出优化后区间运行时间和各站停站时间，从而得出优化后的时刻表，完成非高峰时段多列车节能优化模型求解。

8、即上述现有专利利用pareto多目标遗传算法求解优化模型，求出优化后区间运行时间和各站停站时间，从而得出优化后的时刻表。但是该现有专利并未考虑列车载客量动态变化影响，也没有对既有运行图的富裕时间进行调节优化，因此如何来使运行图节能调整更精准，并对运营没影响，成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精准高效、经济节约、易于实施的轨道交通列车运行图的优化调整方法、装置、设备及介质。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种轨道交通列车运行图的优化调整方法，该方法首先以既有的列车运行图数据、运行图使用日期相匹配的客流数据、列车在各区间运行的列车牵引能耗数据为输入，获取运行图优化调整的分时段划分情况及其对应采用的调整策略，然后采用结合客流情况的富裕时间分配算法进行运行图单程的优化调整。

4、作为优选的技术方案，该方法具体包括以下步骤：

5、步骤s1，输入待调整优化的列车运行图数据、跟运行图使用日期相匹配的客流数据和列车在各区间运行的列车牵引能耗数据，并执行步骤s2；

6、步骤s2，获取运行图调整优化使用的策略选项和时段范围，其中所述策略选项包括策略一、策略二和策略三，并执行步骤s3；

7、步骤s3，判断是否使用了策略一，仅调整运行图正线的区间运行时间，若为是，执行步骤s5，否则执行步骤s4；

8、步骤s4，判断是否使用了策略二，调整运行图各站停站时间和正线区间运行时间，若为是，执行步骤s6，否则执行步骤s7；

9、步骤s5，使用策略一对相应时段列车运行图进行节能优化调整，其中策略一具体为：在满足运行图各车次的正线区间运行时间的总和不变的情况下，各正线区间运行时间进行延长或缩短，产生调整优化后的运行图；

10、步骤s6，使用策略二对相应时段列车运行图进行节能优化调整，其中策略二具体为：在满足运行图各车次的正线区间运行时间与各站停站时间的总和不变的情况下，调整各站停站时间和正线区间运行时间，通过缩短车站停站时间，但不小于最小停站时间，将停站富裕时间调整至正线区间运行时间上，各正线区间运行时间进行延长或缩短，产生调整优化后的运行图；

11、步骤s7，使用策略三对相应时段列车运行图进行节能优化调整，其中策略三具体为：在满足运行图各车次的正线区间运行时间、各站停站时间及终到折返时间的总和不变的情况下，调整正线区间运行时间、各站停站时间和终到折返时间，通过缩短车站停站时间，但不小于最小停站时间，并缩短终到折返时间，但不小于最小折返时间，将停站富裕时间和终到折返富裕时间调整至正线区间运行时间上，各正线区间运行时间进行延长或缩短，产生调整优化后的运行图。

12、作为优选的技术方案，所述步骤s2中，整个运营日的列车运行图使用单一的策略进行调整优化或者分时段采用不同的策略进行调整优化。

13、作为优选的技术方案，所述策略一、策略二或策略三对相应时段列车运行图进行节能优化调整具体过程如下：

14、步骤s11，提取需调整优化的运行图单程数据；

15、步骤s12，调用结合客流情况的富裕时间分配算法进行运行图单程的调整优化；

16、步骤s13，判断所有需要调整优化的单程是否都完成调整优化了，若为是，则执行步骤s14，否则返回步骤s11；

17、步骤s14，输出经调整优化产生的运行图，并输出优化前后的能耗情况。

18、作为优选的技术方案，所述步骤s12中的结合客流情况的富裕时间分配算法具体过程如下：

19、步骤s121，获取一个需要调整优化的运行图单程数据；

20、步骤s122，建立单程各区间的“区间运行时间-能耗”映射关系；

21、步骤s123，建立单程各区间与载客量的匹配；

22、步骤s124，计算单程总富裕运行时间；

23、步骤s125，根据各区间能耗变化情况，按单位分配富裕运行时间至相应区间。

24、作为优选的技术方案，所述步骤s122，建立单程各区间的“区间运行时间-能耗”映射关系具体为：

25、读取列车在各区间运行的列车牵引能耗数据，取数据内的最小运行时间值作为区间最小运行时间，取数据内的最大运行时间值作为区间最大运行时间；

26、对于初始列车牵引能耗数据中区间运行时间值有离散的可能，利用插值法计算得到从区间最小运行时间到最大运行时间所有运行时间取值下的能耗值，建立完整的“区间运行时间-能耗”映射关系。

27、作为优选的技术方案，所述步骤s123中载客量具体计算如下：

28、读取跟运行图使用日期相匹配的客流数据，获得单程对应的客流数据，得到单程各区间的载客量。

29、作为优选的技术方案，所述步骤s124中的单程总富裕运行时间包括单程总区间运行富裕时间、单程总停站富裕时间和单程终到折返富裕时间。

30、作为优选的技术方案，所述单程总区间运行富裕时间计算方法为：将运行图中单程各区间的实际运行时间与区间最小运行时间相减得到区间运行富裕时间，再将单程内全部区间的区间运行富裕时间相加，得到该单程总区间运行富裕时间。

31、作为优选的技术方案，所述单程总停站富裕时间计算方法为：将运行图单程内中间各车站的实际停站时间与最小停站时间相减得到车站停站富裕时间，单程内中间各车站停站时间调整为最小停站时间，再将单程内中间各车站停站富裕时间相加，得到该单程总停站富裕时间。

32、作为优选的技术方案，所述单程终到折返富裕时间计算方法为：将该单程实际终到折返时间与最小折返时间相减得到单程终到折返富裕时间。

33、作为优选的技术方案，使用所述策略一对列车运行图进行节能调整优化时，所述单程总富裕运行时间仅包含单程总区间运行富裕时间。

34、作为优选的技术方案，使用所述策略二对列车运行图进行节能调整优化时，单程总富裕运行时间包含单程总区间运行富裕时间和单程总停站富裕时间；

35、若执行富裕时间分配算法后，若各区间均达到了最大运行时间，富裕时间仍旧有剩余，则将剩余的富裕时间均分到各站停站时间上，其中各站停站时间满足不大于调整优化前运行图单程中间各车站的实际停站时间。

36、作为优选的技术方案，使用所述策略三对列车运行图进行节能调整优化时，单程总富裕运行时间包含单程总区间运行富裕时间、单程总停站富裕时间和单程终到折返富裕时间；

37、若执行富裕时间分配算法后，若各区间均达到了最大运行时间，富裕时间仍旧有剩余，则优先考虑将剩余的富裕时间返还到该单程终到折返时间上，仍旧有剩余时，再考虑将剩余的富裕时间返还到各站停站时间上；其中终到折返时间满足不大于调整优化前运行图该单程实际终到折返时间，各站停站时间满足不大于调整优化前运行图单程中间各车站的实际停站时间。

38、作为优选的技术方案，所述步骤s125，根据各区间能耗变化情况，按单位分配富裕运行时间至相应区间具体为：

39、单程内各区间当前起始运行时间设置为该区间的最小运行时间，确定总富裕运行时间中一个单位的运行时间，并计算各区间当前的运行时间增加一个单位运行时间后的能耗值变化；

40、比较全部区间的能耗值变化，选择能耗值变化最大且未达到区间最大运行时间的区间，该区间的当前运行时间增加一个单位的运行时间，总富裕运行时间减少一个单位的运行时间；重复该过程直到总富裕运行时间归零或各区间均达到最大运行时间，此时得到的单程各区间当前运行时间为调整后的区间运行时间。

41、根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述轨道交通列车运行图的优化调整方法的装置，该装置包括：

42、对外接口模块，用于读取并解析外部输入的待调整优化运行图数据、列车牵引能耗数据、客流数据；

43、调整参数输入模块，用于接收使用者输入的调整策略参数；

44、运行图调整优化模块，分别与对外接口模块和调整参数输入模块连接，用于根据策略选项对运行图进行节能调整优化，并输出调整优化后的运行图和调整优化前后能耗数据及比对情况；

45、调整结果查看展示模块用于展示调整优化后的运行图及优化前后能耗数据情况，并与运行图调整优化模块连接。

46、根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。

47、根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。

48、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

49、1)本发明在进行运行图节能调整优化过程中，考虑了列车载客量动态变化影响，使运行图节能调整更精准；

50、2)本发明利用区间运行富裕时间、停站富裕时间和终到折返富裕时间来调整优化运行图，保持列车全周转时间不变，保持既有开行方案不变，对运营没影响；

51、3)本发明调整优化运行图为离线进行，不涉及在线运营设备，实施方便且成本低；

52、4)本发明采用列车运行图调整优化来实现节能降耗，既可应用在新建线路，也可应用在既有已开通线路，应用范围广；

53、5)本发明通过对既有运行图进行分时段采用不同策略，在结合客流的情况下，对既有运行图的富裕时间进行调节优化，得到新的节能运行图。