一种基于灵活编组的网络化列车运行图编制方法

本发明涉及城市轨道交通运营管理，尤其涉及一种基于灵活编组的网络化列车运行图编制方法。

背景技术：

1、随着城市轨道交通的发展，城市轨道交通网络化运营的快速推进，换乘站点的增加与线路间列车的衔接不佳影响了乘客的出行体验。同时，由于城市轨道交通通勤客流职住分离的特征，客流时间分布不均衡性凸显，高峰时段运力不足、平峰时段运力过剩的现象明显，对网络化列车运行图的编制与优化提出了更高要求。

2、为应对客流时间不均衡性，优化客流换乘衔接，提高乘客出行效率，现有列车运行图普遍考虑首末班车发车时间、列车发车时间间隔、列车发到时间间隔和列车折返时间等约束，采用大小交路、快慢车和大小编组等复杂的开行方案与列车运行方式。但笼统的首末班车发车时间调整、时段性的大小编组应用难以聚焦路网中个体车站于特定时段的客流变化，而个体列车调整又往往“牵一发而动全身”，对网络服务水平的提升效果甚微。

3、因此，需要考虑实际客流时空需求，提出一种基于灵活编组的网络化列车运行图编制方法，满足大小交路、灵活编组等复杂开行方案条件，显著提高运力运量匹配程度及优化换乘衔接，提升路网运营服务水平，减少运力资源浪费。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于灵活编组的网络化列车运行图编制方法，以实现有效地优化路网列车运行图。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

3、一种基于灵活编组的网络化列车运行图编制方法，包括：

4、设置路网的线路、车站、区间、换乘车站和换乘时间，设置发车间隔约束、发到时间约束、列车折返时间约束、编组约束、列车容量约束和满载率上限约束，获取各线路的初始列车时刻表；

5、对路网各线路根据客流时间分布差异进行大小编组适应性时段划分，调整各线路的列车编组，得到各线路的初步优化的列车时刻表；

6、基于调整后的列车编组通过网络化配流获取各线路的客流需求，进行各线路的列车时刻表运力运量匹配优化和线间换乘衔接优化，得到各线路的进一步优化的列车时刻表；

7、基于各线路的进一步优化的列车时刻表计算路网运力运量指标统计结果，勾画车底，输出各线路的最终优化后的列车时刻表及运行图。

8、优选地，所述的对路网各线路根据客流时间分布差异进行大小编组适应性时段划分，调整各线路的列车编组，得到各线路的初步优化的列车时刻表，包括：

9、输入各线路的初始时刻表，网络化配流得到各线路的客流需求；

10、基于各线路的发车时间和发车间隔，对各线路上下行分时客流时间不均衡性分别进行计算，如下：

11、

12、式中：αt为单向分时客流不均衡系数；qmax为单向高峰小时最大断面客流量；qt为单向分时最大断面客流量；t为全日运营总时段数；

13、αt≥1.5的时段为高峰时段，αt＜1.5的时段为平峰时段，将列车运行交路内列车到发时间全部位于高峰时段的列车调整为大编组，位于平峰时段的列车调整为小编组列车，对于跨越大小编组适应时段的列车，即平峰与高峰过渡时段的列车，暂时调整为大编组，其中，大编组数量为线路当前编组，即编组上限，小编组数量为编组上限的一半；

14、基于调整编组的列车时刻表进行单线客流仿真，处于高峰时段且列车最大满载率大于50％的列车保持大编组，否则调整为小编组；处于平峰时段且列车最大满载率小于100％的列车保持小编组，否则调整为大编组；

15、输出各线路的初步优化的列车时刻表及编组数量。

16、优选地，所述的基于调整后的列车编组通过网络化配流获取各线路的客流需求，进行各线路的列车时刻表运力运量匹配优化和线间换乘衔接优化，得到各线路的进一步优化的列车时刻表，包括：

17、步骤s31：输入初步调整后的列车时刻表，网络化配流得到各线路分时的换入换出和本线起点到终点od客流；

18、步骤s32：按车次发车前后顺序遍历车次，基于列车容量约束及满载率约束对各线路依次进行线路客流仿真，计算该车次与其后续车次的发车间隔，记录客流仿真下列车经过所有区间的列车满载率；

19、步骤s33：基于计算所得发车间隔与列车满载率大小，进行列车时刻表加车及编组调整；

20、步骤s34：对加车后的列车时刻表进行调整，保证列车时刻表满足发车间隔约束和发到时间约束；

21、步骤s35：每完成一条线路的优化，将该线优化时刻表替换当前网络化配流时刻表，重新进行网络化配流，接着返回至步骤s32，进行下一条线路的优化，循环步骤s32至s34直至所有线路完成单线运力运量优化，进入步骤s36；

22、步骤s36：进行网络化配流，筛选换乘客流量大且换乘时间衔接不佳的换乘方向，形成包含换入换出线路信息、车次号与换乘方向的待优化换乘集合，进行换乘时间优化，并更新换乘时间优化时刻表；

23、步骤s37：基于换乘时间优化时刻表进行网络化配流，得到各线路的本线与换乘客流量，再依次进行各线路客流仿真，记录各车次在各列车到达换乘站时的车站滞留乘客数量，以滞留乘客数量或换乘乘客数量为标准调整编组；

24、步骤s38：计算各线路运力运量匹配程度，对不满足优化需求的线路，返回步骤s32再次进行运力运量匹配优化，直到所有线路运力运量匹配程度满足优化需求，结束循环，得到各线路的进一步优化的列车时刻表。

25、优选地，所述的步骤s33中的基于计算所得发车间隔与列车满载率大小，进行列车时刻表加车及编组调整，包括：

26、当发车间隔为小间隔时，平均满载率大于100％的区间占到一定比例，在当前列车后，在满足安全行车间隔和列车发到间隔的情况下加入以大交路运行的新车次，并调整后续列车满足行车相关约束；基于该列车在经过的所有区间的最大列车满载率计算列车编组数量，编组计算公式如下：

27、nc＝min(max(amax×n/2/adown,nmin),nmax) f/2＜fmin  (2)

28、式中：amax为最大列车满载率；adown为满载率达标下限；n为当前列车编组；nmin为该线路最小编组；nmax为该线路最大编组；f为当前发车间隔；fmin为该线路最小发车间隔。

29、当发车间隔为中间隔时，计算该列车满载率达到中满载及以上满载率的区间占比，若中满载及以上满载率的区间在所有区间中的占比达到可后续加车的标准p，则在当前列车后，在满足安全行车间隔和列车发到间隔的情况下加入新的车次，根据中高满载断面分布位置，结合线路折返条件与车辆场站位置确定交路，该交路为包含所有中高满载率区间的最小交路，调整列车的编组计算公式如下所示：

30、nc＝min(max(amax×n/2/adown,nmin),nmax)fmin≤f/2≤(fmin+fmax)/4(3)

31、式中：fmax为该线路最大发车间隔；

32、若中满载及以上满载率的区间在所有区间中的占比未能达到可后续加车的标准p，则按照公式2调整列车编组大小；

33、当发车间隔为大间隔时，即当f/2＞(fmin+fmax)/4且列车于始发站发车时间或于终点站到站时间在午平峰时段内时满足加车条件，直接在当前列车后以发车间隔的一半插入与当前车次发车区间相同的新车次，加车的列车编组数量按照公式(3)计算；

34、优选地，所述的步骤s36中的筛选换乘客流量大且换乘时间衔接不佳的换乘方向，形成包含换入换出线路信息、车次号与换乘方向的待优化换乘集合，进行换乘时间优化，并更新换乘时间优化时刻表，包括：

35、step1：初始化禁忌线路集合和基准线路集合为空；

36、step2：根据待优化换乘集合，选择换入客流量最多且不在禁忌线路表中的线路为基准线路，将其加入基准线路集合，若基准线路集合为空，结束循环；

37、step3：依次遍历与基准线路存在换乘关系的线路并将其线路及方向加入禁忌线路集合，对每条线路调整换出该线路并换入基准线路的列车到达与出发时刻，同时调整该线路后续列车到达与出发时刻以满足行车安全约束与发到时间约束，将调整列车到发的线路从待优化换乘方向集合中移除。

38、step4：当待优化换乘集合不为空时，则设定基准线路为空，返回step2，否则，结束循环。

39、优选地，所述的步骤s37中的以滞留乘客数量或换乘乘客数量为标准调整编组，包括：对换入线路在某换乘站滞留乘客较多的车次，增加编组数量，并使编组数量满足最大编组约束，编组计算公式如下所示：

40、nc＝min(n+[r/lin],nmax)  (4)

41、式中：r为滞留乘客数量；lin为换入线路的车厢定员；

42、对由于换乘线路换出客流过多引起换入线路滞留乘客较多的车次，减少换乘线路的对应车次编组，并使车次编组满足最小编组约束，编组计算公式如下所示：

43、nc＝min(max(nmin,n-[d/lout]),nmax)  (5)

44、式中：d为换出乘客数量；lout为换出线路的车厢定员。

45、优选地，所述的基于各线路的初步优化后的列车时刻表计算路网运力运量指标统计结果，勾画车底，输出各线路的最终优化后的列车时刻表及运行图，包括：

46、初步设定高峰时段满载率标准为80％-100％，平峰时段满载率标准为50％-80％，将不满足满载率标准的满载率计入路网运力运量指标中进行统计，路网运力运量指标的计算公式如下：

47、

48、式中：m为优化后的时刻表运力运量不匹配值；为t时刻第i个不满足指标要求的列车满载率；i为不满足指标要求的列车满载率的个数；j为所有列车驶过区间的列车满载率个数；γ为满载率指标边界取值，根据t时刻及t时刻断面的满载率取值；tpeak为高峰时刻；

49、将所有离开交路起点的车底初始标定为发车，将所有到达交路终点的车底初始标定为收车，当由交路起点发车的车底i′的发车时间与对向到达交路终点的前序列车i的到达时间满足折返时间约束且编组相同时，将两车底勾连，取消勾连车底的备选收车状态，由列车运行图左侧开始依次向右勾连；

50、对于所有的始发无勾连的列车车底最终标定为发车，终到无勾连的列车车底最终标定为收车，输出各线路的最终优化后的列车时刻表及运行图。

51、由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明为利用灵活编组技术进行城市轨道交通网络化运力运量匹配的运行图编制提供共性支撑，为科学运营组织提供技术条件，提升路网运营服务水平，减少运力资源浪费。

52、本发明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，或通过本发明的实践了解到。