一种基于在线编解的城市轨道交通Y型线路运营优化方法

本发明涉及轨道交通运营组织，更具体的，涉及一种基于在线编解的城市轨道交通y型线路运营优化方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断加速，城市轨道交通网络作为公共交通体系的核心组成部分，其规模迅速扩大，服务范围也延伸至郊区、卫星城镇以及中心城区以外的区域，极大地拓展了城市居民的生活半径。在这一背景下，y型线路凭借其独特的线路布局，能够有效覆盖较大区域并满足多样化的客流需求，在城市轨道交通网络中得到了广泛应用，典型案例包括上海地铁10号线、11号线以及广州地铁3号线等。然而，相较于传统的单一线路，y型线路的运输组织模式更显复杂与灵活，因此，设计科学合理的列车运营模式对于提升y型线路运营效率、满足乘客出行需求至关重要。

2、目前，y型线路运营模式主要分化为两大类别：一是“并线贯通运营”，即主线与支线列车按特定比例交替运行，如上海地铁10号线、11号线，但这种模式有时可能导致郊区乘客的候车时间增加；二是“支线独立运营”，即主线与支线列车各自独立运行，如深圳地铁6号线及6支线，但此模式又可能引发主线与支线间换乘衔接不畅。鉴于上述挑战，如何优化y型线路的运营模式，以提升其整体运营水平，已成为当前城市轨道交通领域亟待解决的关键问题。随着车辆、信号等技术的持续进步，尤其是灵活编组运输组织模式的出现，特别是在线联挂/解体（简称在线编解）技术的应用，为设计更加灵活、高效的y型线路运营模式提供了新的视角与途径。例如，上海地铁16号线、北京地铁3号线以及广州地铁3号线等线路均已开始应用这一模式。在线编解模式为设计更加灵活和多样化的y型线路运营模式提供了新的思路。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于在线编解的城市轨道交通y型线路运营优化方法，以实际运营的客流需求为基础，为城市轨道交通y型线路的高效运营提供了新的策略和方法。通过车站侧线与正线交替办理列车编解作业，以时段客流需求为基础，构建了一个两阶段混合整数非线性规划模型。模型的第一阶段旨在求解各时段内适应客流需求的列车开行间隔，第二阶段则衔接车底周转计划，形成基于在线编解策略的地铁y型线路开行计划。模型同时考虑了列车运行计划与车底周转计划的协同优化，确保求解结果符合实际工程应用的需求。

2、本发明提供了一种基于在线编解的城市轨道交通y型线路运营优化方法，包括：

3、步骤s1：采集待优化线路的基础信息并定义初始化模型相关参量；

4、步骤s2：提出车站正线与侧线交替办理编解作业的在线编解运营模式，分析不同模式对正线通过能力的影响，建立相应的约束关系；

5、步骤s3：构建两阶段在线编解灵活编组运行组织优化模型，第一阶段基于时段客流需求，构建列车开行方案优化模型，第二阶段在第一阶段基础上，结合列车编解的时间衔接要求和车底周转衔接要求，构建列车运行计划与车底周转计划的协同优化模型；

6、步骤s4：对所述组织优化模型进行线性化，利用cplex求解器进行求解，得到在线编解的城市轨道交通y型线路灵活编组运行组织优化方案；

7、步骤s5：将获取的城市轨道交通y型线路灵活编组运行组织优化方案运用预设维度进行综合评价。

8、本方案中，所述步骤s1具体包括：

9、采收集待优化线路的基础信息，所述基础信息包括车站数量、站间距、线路最大通过能力、列车定员、客流量；

10、记为车站，为车站索引，记线路主线和支线的交汇车站为改编车站；

11、利用、和分别表示主线支线共线区段、主线单独区段和支线单独区段，其区间的车站集合则分别由、和表示。

12、本方案中，所述步骤s2具体包括：

13、y型线路列车灵活编组运营模式利用车站正线侧线交替办理列车的在线联挂作业，在该模式下的列车运营场景为，

14、s201：列车和分别从主线车站和支线车站出发；列车先抵达车站，根据股道空闲情况选择停靠在股道1或股道2，执行清客作业；列车随后到达并停靠相同股道，执行清客作业，下车的乘客可直接在对向站台乘坐已联挂完毕的列车；之后，列车与在该股道上进行联挂，形成大编组列车，随后站台上乘客上车，列车继续行驶至车站并折返；

15、s202：列车从车站出发，行驶至车站在线解体为列车与；列车继续向前行驶到主线车站后进行折返，列车则前往支线车站后进行折返；其中，在线解体作业无需进行乘客清客作业；

16、s203：列车从主线车站出发，列车从支线车站出发；两列车在空闲股道停靠，执行清客作业并完成在线联挂，随后重复步骤s1的过程。

17、本方案中，所述步骤s3具体包括：

18、s301：模型前提条件设定；

19、假设乘客到达服从均匀分布，乘客平均候车时间近似等于开行间隔的一半；

20、假设所有列车均采用站站停的模式，同一线路上列车的区间运行时间和停站时间相同；

21、假设列车采用全自动机械编解方式进行联挂和解体作业；

22、s302：第一阶段决策变量与约束条件定义；

23、s303：第一阶段目标函数定义与模型组合构建；

24、s304：第二阶段决策变量与约束条件定义；

25、s305：第二阶段目标函数与模型组合构建。

26、本方案中，所述第一阶段决策变量与约束条件定义具体包括：

27、以研究时段内列车发车间隔、列车和编组数为决策变量；

28、综合考虑线路发车间隔约束、客流服务约束以及车辆运用约束构建第一阶段约束条件。

29、本方案中，所述第一阶段目标函数定义与模型组合构建具体包括：

30、以企业运营成本和乘客出行成本的综合最小化为优化目标，确保运输效益最大化，第一阶段目标函数表示为：其中，和分别为企业运营成本和乘客出行成本，和分别为两者的权重，且；

31、根据第一阶段目标函数与由线路发车间隔约束、客流服务约束以及车辆运用约束组成的第一阶段约束条件构建列车开行方案优化模型。

32、本方案中，所述第二阶段决策变量与约束条件定义具体包括：

33、在已知各时段的列车开行方案下，以上行车次在车站的始发时刻，以及下行车次在车站的始发时刻为决策变量；

34、综合考虑列车到发车站的运行时间约束、最小发车间隔约束、最小折返时间约束、折返股道占用约束以及联挂解体作业到发时间约束构建第二阶段约束条件。

35、本方案中，所述第二阶段目标函数与模型组合构建具体包括：

36、以最小化列车出入库次数和列车始发时刻偏差值为目标，确保列车发车间隔的均匀性，第二阶段目标函数表示为：；

37、根据第二阶段目标函数与由列车到发车站的运行时间约束、最小发车间隔约束、最小折返时间约束、折返股道占用约束以及联挂解体作业到发时间约束组成的第二阶段约束条件构建列车运行计划与车底周转计划的协同优化模型。

38、本方案中，所述步骤s4具体包括：

39、将所述两阶段在线编解灵活编组运行组织优化模型进行线性化，转化为混合整数线性规划模型，调用求解器cplex对所述混合整数线性规划模型进行求解，得到在线编解的城市轨道交通y型线路灵活编组运行组织优化方案。

40、本方案中，所述步骤s5具体包括：

41、获取两阶段在线编解灵活编组运行组织优化模型所得最优解，所述最优解包括列车开行间隔、列车编组数；

42、利用乘客出行成本、列车运用数和企业运营成本方面构建评估体系，利用所述评估体系从多个维度评估所述城市轨道交通y型线路灵活编组运行组织优化方案的适用性和综合效益。

43、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

44、（1）该发明在城市轨道交通y型线路的运输组织中采用了基于在线编解模式的灵活编组技术，通过在车站正线与侧线之间交替进行列车编解作业，确保了作业安全，显著减少了乘客等待时间。

45、（2）考虑了在线编解作业对正线运营的影响，对列车在线联挂/解体作业的过程进行解析，并量化了该模式的时间占用对正线最大通过能力的影响。

46、（3）基于时段客流需求，考虑列车运行和车底周转的协同优化，构建在线编解的y型线路灵活编组运行组织优化模型，引入列车始发时刻偏差值作为优化目标之一，实现了列车发车间隔的均匀性，提高了运输效率与乘客满意度。

47、（4）通过设计适用于模型特点的线性化求解算法，确保了求解时间上的确定性，提升了求解效率，为实际工程中的快速决策提供了有力的技术支持。