基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法及系统

1.本发明涉及城市轨道交通运维管理技术领域，具体涉及一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法及系统。


背景技术：

2.随着城市轨道交通线路里程持续增加，线路重叠的现象日益突显，导致列车运行组织的复杂性也不断增大。城市轨道交通的共线运营是指一条轨道交通线路上不仅有本线路的列车运行，还有通过跨线驶入本线路的其他城市轨道交通的列车运行，形成在某些区段存在有两条及以上线路的列车共同驶入同一条线路的一种列车运行组织方式。采用共线运营方式，对于新修建的线路从工程上看可以减少建设成本，且可以提高列车的直达性，减少乘客的换乘次数，同时也可以节约车辆和车辆段资源。
3.但是目前客流分布在时间和空间上存在明显的不均衡现象，使得共线运营方式的问题也日益突显。尤其是并线贯通运营模式下，列车分别交替驶入各支线，在高峰时段客流需求较大，由于共线区段的通过能力有限，难以满足支线区段的运营需求，导致乘客在支线站台等待时间长，甚至客流在站台堆积；在平峰时段客流需求较小的情况下，为了满足支线区段的运营需求，反而导致共线区段列车的满载率过低，增加了运营方的运营成本。
4.针对共线运行下的问题，现有解决方案通过根据不同时间的客流需求，改变列车之间的发车间隔或者采用混合编组方式，来适应客流在时间上分布不均衡的情况。可以采用灵活编组(仅仅在过轨站具备编组/解编能力。其中过轨站是指支线和干线的交汇车站)以适应客流在空间上分布不均衡的需求，通过对交路方案进行优化，提高线路通过能力和减少车底运用。但是上述现有解决方案仍存在以下几点缺陷：由于受到轨道交通现有信号系统以及设备的限制，列车之间发车间隔将不能无限缩小，因此无法有效地缓解支线上乘客的需求以及共线区段通过能力趋于饱和的问题；为了保证乘客的出行体验，即使客流很小时也不能无限扩大列车之间的发车间隔，因此无法有效缓解在平峰时段共线区段列车满载率过低的问题；针对共线运营模式下干线、支线乘客的出行问题，仅仅通过对交路方案进行优化，可以在一定程度上满足干线、支线上乘客的需求，但是无法有效缓解共线区段通过能力不足的问题。
5.综上，现有的缓解客流不均衡引发的共线运营问题的方法，一方面受限于现有的轨道交通信号设备和无法同时兼顾降低运营成本和满足乘客的需求，即由于闭塞制式的存在使得列车之间的发车间隔不能过小，以及考虑到支线上乘客的等待时间不能过于长，导致列车之间的间隔不能过大。另一方面不能缓解共线区段通过能力趋于饱和的现象，采用仅仅过轨站具备编组/解编能力，能够提高支线上列车的密度，但是不能缓解共线区段列车之间间隔过大导致其通过能力不足的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法
及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
8.一方面，本发明提供一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，包括：
9.基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；
10.求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。
11.优选的，所述共线线路拓扑结构，干线线路用l1表示，支线线路分别用l2和l3表示，其中以l1线路的第一座车站为车站1依次对l1线路的j1座车站进行编号，并以l2支线的第一座车站为车站j1+1，依次对l2线路的车站进行编号，以l3支线的第一座车站为车站j1+j2+1，依次对l3线路的车站进行编号；
12.车站集合表示为：j＝{1,2,...,j1,j1+1,...,j1+j2,j1+j2+1,...,j1+j2+j3}；
13.车站编号用j表示，j∈j，车次编号用i表示，i∈i；
14.对于位置相邻的车站，车次i在车站j的出站时间和到站时间有如下关系：其中，表示停站时间，表示区间运行时间，up表示列车上行运行方向。
15.优选的，引入决策变量分别表示车次i是否由l1干线驶入l2支线或者l3支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l2支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l3支线；
16.当列车经由干线与支线的过轨站j1，将驶入任意一条支线到达该支线的首站，考虑到任何车次经过过轨站之后，只能驶入其中的一条支线，因此需要对支线的首站到站时间有如下公式：
[0017][0018][0019]
其中，m表示一个足够大的整数，当车次i选择驶入l2支线时，在l2支线的首站j1+1的到站时间取决于在过轨站j1的出站时间和区间运行时间；
[0020]
当车次i选择驶入其他支线时，由于m使得不等式恒成立，l2支线的首站到站时间不由过轨站的发车时间决定；
[0021]
同理，当列车经由过轨站驶入l3支线时：
[0022][0023][0024]
优选的，引入决策变量来表示列车是否完成一个全周转后继续运行；当时，表示车次i1在下行方向最后一站进行了折返作业转换至上行方向继续运行，并衔接至一个新的车次i2：
[0025][0026]
其中，r
turn,max
为最大折返作业时间，r
turn,min
为最小折返作业时间，m表示为一个足够大的正数；
[0027]
相邻列车在同一站的到站时间和出站时间都满足运行间隔的时间约束：
[0028][0029][0030][0031][0032]
其中，为布尔变量，用来表示车次i与车次i+1(后车)离开/到达车站j时是否处于编组状态；为车次i离开/到达车站j的时间。
[0033]
优选的，在两列车进行编组时，要求前车的停站时间在规定的范围内额外增加编组作业时间；在两列车进行解编时，要求后车的停站时间在规定的范围内额外增加解编作业时间，其公式表述为：
[0034][0035][0036]
其中，d为编组/解编作业额外需要的时间。
[0037]
优选的，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数作为优化目标的目标函数为：
[0038][0039]
其中，表示上行方向上的站台等待人数，表示下行方向上的站台等待人数，表示上行方向上列车内的乘客数，表示下行方向上列车内的乘客数。
[0040]
第二方面，本发明提供一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制系统，包括：
[0041]
构建模块，用于基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；
[0042]
求解模块，用于求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。
[0043]
第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法。
[0044]
第四方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现如上所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法。
[0045]
第五方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如上所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法的指令。
[0046]
本发明有益效果：采用共线区段站内灵活编组的方式，针对地铁线路在不同区段和时段具有的客流特征，灵活调整线路中列车的编组数，更好地适应支线上的客流需求和缓解共线区段通过能力不足的问题；以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建基于站内灵活编组的列车运行图编制模型，绘制出的列车运行图运用到运营管理系统，降低了运营成本，提高了乘客服务水平。
[0047]
本发明附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，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。
[0049]
图1为本发明实施例所述的在干线一端尽头岔分出两条支线的共线运行拓扑结构图。
[0050]
图2为本发明实施例所述的在干线两端尽头岔分出两条支线的共线运行拓扑结构图。
[0051]
图3为本发明实施例所述的在干线中间岔分出两条支线的共线运行拓扑结构图。
[0052]
图4为本发明实施例所述的在干线中间具有环形支线的共线运行拓扑结构图。
[0053]
图5为本发明实施例所述的支线不在干线尽头延伸的共线运行形式示意图。
[0054]
图6为本发明实施例所述的支线在干线尽头延伸的共线运行形式示意图。
[0055]
图7为本发明实施例所述的基于灵活编组条件下的y型线路共线运营方式的列车运行图示意图。
具体实施方式
[0056]
下面详细叙述本发明的实施方式，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。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0057]
本技术领域技术人员可以理解，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)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
[0058]
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，不会用理想化或过于正式的含
义来解释。
[0059]
本技术领域技术人员可以理解，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，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
[0060]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0061]
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0062]
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
[0063]
实施例1
[0064]
本实施例1提供一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制系统，包括：
[0065]
构建模块，用于基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；
[0066]
求解模块，用于求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。
[0067]
本实施例1中，利用上述的系统，实现了基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，包括：
[0068]
基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；
[0069]
求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。
[0070]
其中，所述共线线路拓扑结构，干线线路用l1表示，支线线路分别用l2和l3表示，其中以l1线路的第一座车站为车站1依次对l1线路的j1座车站进行编号，并以l2支线的第一座车站为车站j1+1，依次对l2线路的车站进行编号，以l3支线的第一座车站为车站j1+j2+1，依次对l3线路的车站进行编号；
[0071]
车站集合表示为j＝{1,2,...,j1,j1+1,...,j1+j2,j1+j2+1,...,j1+j2+j3}；
[0072]
车站编号用j表示，j∈j，列车集合表示为i＝{1,2,...,i}，车次编号用i表示，i∈i；
[0073]
对于位置相邻的车站，车次i在车站j的出站时间和到站时间有如下关系：
其中，表示停站时间，表示区间运行时间，up表示列车上行运行方向。
[0074]
引入决策变量分别表示车次i是否由l1干线驶入l2支线、l3支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l2支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l3支线；
[0075]
当列车经由干线与支线的过轨站j1，将驶入任意一条支线到达该支线的首站，考虑到任何车次经过过轨站之后，只能驶入其中的一条支线，因此需要对支线的首站到站时间有如下公式：
[0076][0077][0078]
其中，m表示一个足够大的正数，当车次i选择驶入l2支线时，在l1支线的首站j1+1的到站时间取决于在过轨站j1的出站时间和区间运行时间；
[0079]
当车次i选择驶入其他支线时，由于m使得不等式恒成立，l1支线的首站到站时间不由过轨站的发车时间决定；
[0080]
同理，当列车经由过轨站驶入l3支线时：
[0081][0082][0083]
引入决策变量来表示列车是否完成一个全周转后继续运行；当时，表示车次i1在下行方向最后一站进行了折返作业转换至上行方向继续运行，并衔接至一个新的车次i2：
[0084][0085]
其中，r
turn,max
为最大折返作业时间，r
turn,min
为最小折返作业时间，r表示不同于m的一个足够大的正数；
[0086]
相邻列车在同一站的到站时间和出站时间都满足运行间隔的时间约束：
[0087][0088][0089][0090][0091]
其中，为布尔变量，用来表示车次i与车次i+1(后车)离开/到达车站j时是否处于编组状态；为车次i离开/到达车站j的时间。
[0092]
在两列车进行编组时，要求前车的停站时间在规定的范围内额外增加编组作业时间；在两列车进行解编时，要求后车的停站时间在规定的范围内额外增加解编作业时间，其公式表述为：
[0093]
[0094][0095]
其中，d为编组/解编作业额外需要的时间。
[0096]
以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数作为优化目标的目标函数为：
[0097][0098]
其中，表示上行方向上的站台等待人数，表示下行方向上的站台等待人数，表示上行方向上列车内的乘客数，表示下行方向上列车内的乘客数。
[0099]
实施例2
[0100]
目前城市轨道交通线路的共线形式可大致分为两种线路结构：支线在干线尽头延伸和支线不在干线尽头延伸。
[0101]
如图1、图2为支线在干线尽头延伸的共线形式示意图，其中图1表示在干线尽头的一端岔分出两条支线，此种线路被称为y型线路。y型线路主要应用在连接城市中心和郊区，通过在城市中心线路的尽头岔分出不同方向的线路，可以更好地满足不同乘客的需要。图2表示在干线尽头的两端分别延伸出不同方向的支线，此种共线形式可以满足更多乘客的不同需求，减少乘客之间的换乘次数，提高乘客的服务水平，同时也一定程度上减少城市轨道交通线路的占地面积。但是此种共线形式要求干线具有较高的通过能力，且需要保证任何一条线路上列车的运行不会影响到其他线路
[0102]
图3、图4为支线不在干线尽头延伸的共线形式，其中图3为在一条线路的中间区域岔分出多条线路，此种情况下乘客可以选择经任意一条路径实现从车站a到车站b或从车站b到车站a。此种共线形式可以提高a站和b站之间的运输能力，同时也能更好地满足乘客的不同需求。图4为环线和非环线部分重叠的共线形式。
[0103]
为了构建共线运营条件下列车灵活编组运行图编制模型，本实施例2中，先对问题进行简化，并提出合理的假设：
[0104]
(1)线路仅有一个车辆段且与干线的第一座车站相连。
[0105]
(2)干线的第一座车站为始发车站，列车经由过轨站抵达支线尽头的折返站，并在折返站进行折返作业改变列车的运行方向，经由过轨站再次返回干线时始发站，等待指令选择回段或者折返。
[0106]
(3)车底保有量可以满足投入运营的需求，列车最小编组单元车型、长度均相同。
[0107]
(4)列车在各区间的运行时间确定且已知，列车在不具备编组/解编能力的车站的停站时间已知。
[0108]
(5)线路上干线区段的车站具备编组/解编条件，可以进行编组/解编作业。支线区段的车站不具备编组/解编条件。
[0109]
(6)列车在线路上不可以越行，且采用站站停的停站方案。
[0110]
(7)同一车站乘客下车率不随时间改变，为恒定值。
[0111]
(8)所有乘客具有相同的乘客属性，具有相同的时间价值，进入车站后不会因为等待时间过长在列车到达前离开车站，进入列车后不会更换车厢。
[0112]
(9)乘客已知列车编组情况，会提前选择驶向目的地的列车车厢。
[0113]
(10)根据假设(8)乘客不会更换车厢，因此为保证乘客可以到达各自的目的地，要求从干线驶向支线的过轨站，乘客需要先下车，在站台对乘客去向进行重新分配再乘坐对应支线方向的列车。
[0114]
支线不在干线尽头延伸的共线形式可通过支线在干线尽头延伸的共线形式拓展得到。对于图5所示，表示了支线不在干线尽头延伸的线路结构示意图，其中车站a、b、c和d位于干线，车站b为过轨站，从过轨站b岔分出两条支线l2和l3,然后支线l2和l3经过过轨站c汇合为一条干线。在该共线形式下，所有车次从车辆段出发，进入干线然后经过过轨站b驶入任意一条支线中，随后经过过轨站c返回干线运营，到达折返站d之后进行折返作业再次经过过轨站c驶入任意一条支线，随后到达过轨站b进入干线回到车站a。对于图6所示，表示了支线在干线尽头延伸的线路结构示意图，其中车站a、b位于干线上，车站b为过轨站，从过轨站b岔分出两条支线l2和l3。在该共线形式下，所有车次从车辆段出发，首先经过车站a，然后经过过轨站b驶入其中一条支线中，到达折返站c或者d之后，进行折返作业运行至下行方向，随后经过过轨站b进入干线返回到车站a。如果假设列车在折返站c或者d进行折返作业之后所到达的车站为上行方向的下一站，在线路中不存在折返作业的话，支线在干线尽头延伸的共线形式可以拓展为支线不在干线尽头延伸的共线形式。即有折返作业且支线在干线尽头延伸的共线形式在一定参数设置的条件下等效于支线不在干线尽头延伸的共线形式。
[0115]
在本实施例2中，基于上述假设条件，提供了一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，本方法基于支线在干线尽头延伸的共线形式，构建列车灵活编组运行图编制模型如下所示：
[0116]
地铁中的共线线路结构，干线线路用l1表示，支线线路分别用l2和l3表示，其中以l1线路的第一座车站为车站1依次对l1线路的j1座车站进行编号，并以l2支线的第一座车站为车站j1+1，依次对l2线路的车站进行编号，以l3支线的第一座车站为车站j1+j2+1，依次对l3线路的车站进行编号；
[0117]
车站集合表示为：j＝{1,2,...,j1,j1+1,...,j1+j2,j1+j2+1,...,j1+j2+j3}；
[0118]
车站编号用j表示，j∈j，列车集合表示为i＝{1,2,...,i}，车次编号用i表示，i∈i；
[0119]
对于位置相邻的车站，车次i在车站j的出站时间和到站时间有如下关系：其中，表示停站时间，表示区间运行时间，up表示列车上行运行方向。
[0120]
本实施例中，所有列车在线路中进行全周转，包含上行和下行两个方向，下行方向的建模方法与上行方向的形式相同。
[0121]
在共线线路中列车经过过轨站之后，可以驶入l2支线或l3支线，因此需要对列车从过轨站发出的状态进行区分和描述，以判断该列车进入的是哪条支线，引入决策变量分别表示车次i是否由l1干线驶入l2支线或者l3支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l2支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l3支线；
[0122]
任何车次途径过轨站之后，只能驶入其中的一条支线，因此有：
[0123][0124]
当列车经由干线与支线的过轨站j1，将驶入任意一条支线到达该支线的首站，考虑到任何车次经过过轨站之后，只能驶入其中的一条支线，因此需要对支线的首站到站时间有如下公式：
[0125][0126][0127]
其中m为一个足够大的正整数，当车次i选择驶入l2支线时，在l1支线的首站j1+1的到站时间取决于在过轨站j1的出站时间和区间运行时间。当车次i选择驶入其他支线时，由于m使得不等式恒成立，l1支线的首站到站时间不由过轨站的发车时间决定。同样当列车经由过轨站驶入l3支线时有：
[0128][0129][0130]
列车在线路中进行全周转，当下行列车运行到最后一站(上行方向第一站)后，可以选择返回车辆段或者进行折返作业继续运行，因此需要引入一个新的决策变量来表示列车完成一个全周转后是否继续运行。当时，表示车次i1在下行方向最后一站进行了折返作业转换至上行方向继续运行，并衔接至一个新的车次i2。可以表述为：
[0131][0132][0133]
其中，r
turn,max
为最大折返作业时间，r
turn,min
为最小折返作业时间，r为不同于m一个足够大的正数。
[0134]
为保障列车行车安全，相邻的两列车之间须保证一定的时间间隔。考虑到列车在车站可以进行编组/解编作业，因此本方法同时参考到站时间点和出站时间点来确定运行间隔，即同时保证相邻列车在同一站的到站时间和出站时间都满足运行间隔的时间约束：
[0135][0136][0137][0138][0139]
其中为布尔变量，用来表示车次i与车次i+1(后车)离开/到达车站j时是否处于编组状态；m为一个足够大的正数；为车次i离开/到达车站j的时间。
[0140]
考虑到在共线条件下无法保证相邻车次运行在相同的支线上，因此为了保证同一支线上运行的车次编号不相邻的相邻车次之间的运行间隔满足要求，需要引入新的约束：
[0141][0142][0143]
[0144]
对于车次未运行的支线，假设未开行的支线车次与后方开行车次处于编组状态，则再此支线上，未开行车次的到站出站时间与后方开行车次的到站出站时间相同，以便可以保证已开行的支线车次即便不连续仍然满足运行间隔。
[0145]
在l1干线线路中，一个列车编队中最大编组数为则最多有连续个编组状态变量处于编组状态，可以表述为：
[0146][0147]
假设(5)规定了支线上的车站不具备编组/解编能力，因此在支线上列车的编组数不会改变，有如下公式：
[0148][0149]
处于同一编队的所有列车，其到站时间和出站时间一定是相同的，但是未处于编组状态的前后列车之间不需要满足时间相同的关系，表述为：
[0150][0151][0152]
在两列车进行编组时，要求前车的停站时间在规定的范围内额外增加编组作业时间；在两列车进行解编时，要求后车的停站时间在规定的范围内额外增加解编作业时间，其公式表述为：
[0153][0154][0155]
其中d为编组/解编作业额外需要的时间。
[0156]
假设(6)规定了列车在线路上不可以越行，其模型表述为：
[0157][0158]
为了使共线运营优化结果有意义，任何存在的支线都需要有列车驶入，并且为了保证各线路正常运营，需要每条支线内至少运营过两列以上的列车，由此可得到约束：
[0159][0160][0161]
为了更好地描述在时间和空间上客流变化的情况，将列车在车站的运营时段划分为较小的时间段，用符号m来表征，时间段集合表示为m＝{1,2,
……
,m}。在各小时段内，该站的乘客到站率可以认为是常数。任何列车在出站时间一定落在某个时间段之内，可以表述为：
[0162][0163]
其中为上行方向车站j在时间段m的结束时间，为整数变量，若则出站时间处于时间段m，否则
[0164]
新抵达站台的乘客数被定义为前一车次i-1的出站时间至该车次i的出站时间之间，新抵达车站j的全部乘客数，计算公式可以表述为：
[0165][0166]
其中表示为在时间段m上行方向车站j的到站率。
[0167]
上车的乘客数被定义为车次i的到站时间至出站时间之间上车的全部乘客，可以计算为：
[0168][0169]
其中，t
cap
表示列车定员数，表示在车站j的乘客平均下车率。
[0170]
站台等待人数可以简单计算为前一车次发出后站台滞留的乘客数与本车次发出前新到达站台的乘客数之和减去本车次列车上车乘客数，可以计算为：
[0171][0172]
位于列车上的乘客数可以简单计算为车次i到达车站j乘客下车后的乘客数加上新登上列车的乘客数，可以表示为如下约束：
[0173][0174]
本实施2所述的方法，旨在提高乘客服务水平以及减少运营方的运行成本，因此以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数作为优化目标，有目标函数：
[0175][0176]
如图7是一个基于灵活编组条件下的y型线路共线运营方式的列车运行图示意图。车站a、b、c位于干线线路上，其中车站c为过轨站，经过c站线路岔分出两条支线l2和l3，其中车站d、e位于l2支线上，车站e、g位于l3支线上。车站a、e、g为折返站。其中车次1经过干线a、b、c站，然后驶入l2支线到达车站e之后，进行折返作业返回到车站a；对于车次02经过干线a、b、c站，然后驶入l3支线到达车站g之后，进行折返作业返回到车站a；车次3和车次4在干线中的车站b进行解编作业，拆分为两列独立的列车，然后经过过轨站c之后分别进入l2支线和l3支线；而对于车次8和车次9在干线中的过轨站c站进行解编作业，拆分为两列独立的列车，分别进入不同的支线。
[0177]
综上，本实施例2中，采用灵活编组的运营模式优化地铁列车共线运营，首先对地
铁线路的共线形式和列车运行方式进行分析，然后考虑采用灵活编组共线运营条件下各干线和支线上列车的编组状态，以及列车的出站、到站时间新特点，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建混合整数非线性模型并求出最优解，最后绘制出面向共线运营的灵活编组列车运行图。
[0178]
实施例3
[0179]
本发明实施例3提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，该方法包括：
[0180]
基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；
[0181]
求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。
[0182]
实施例4
[0183]
本发明实施例4提供一种计算机程序(产品)，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，该方法包括：
[0184]
基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；
[0185]
求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。
[0186]
实施例5
[0187]
本发明实施例5提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法的指令，该方法包括：
[0188]
基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；
[0189]
求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。
[0190]
综上所述，本发明实施例所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法及系统，通过表征列车(前车)在干线以及支线上的到站和出站时刻与后车的编组状态建立了共线条件下列车灵活编组运行图模型；基于该模型优化获得的结果绘制共线条件下列车灵活编组的列车运行图；实现了将支线在干线尽头延伸的共线形式与支线不在干线尽头延伸的共线形式进行等效的方法。
[0191]
采用灵活编组的运营模式，通过在干线区段的车站上实现列车的编组/解编作业，可以在高峰时期将列车进行编组来缩小列车之间的运行间隔进而提高共线区段的通过能
力，在平峰时期将编组进行解编可以缓解列车满载率过低的问题；也可以通过在过轨站对列车进行编组和解编作业，将列车拆分为两列列车分别驶向不同支线的方式，满足支线区段的运营需求，减少支线站台上乘客的等待时间。也可将来自不同支线的列车编组为同一列列车在干线区段运行，缩小列车间的运行间隔，提高共线区段的通过能力。
[0192]
本发明实施例中，只允许列车在车站内进行编组和解编作业以改变列车编组数，如果采取“不允许在站内进行编组、解编，但允许在区间内进行编组、解编”或“既允许在站内进行编组、解编，也允许在区间内进行编组、解编”，同样可以实现地铁线路灵活编组运行图。关于客流数据使用的是客流断面数据，如果采用od客流数据，同样可以通过计算得到客流断面数据，并完成后续计算。关于共线形式依据的是y型线路建立的模型，如果利用本发明实施例所述的提供的等效方式，可将y型线路的共线形式等效为其他共线形式，其模型也可以得到其他共线形式的优化结果。
[0193]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0194]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0195]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0196]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0197]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，其特征在于，包括：基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。2.根据权利要求1所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，其特征在于，所述共线线路拓扑结构，干线线路用l1表示，支线线路分别用l2和l3表示，其中以l1线路的第一座车站为车站1依次对l1线路的j1座车站进行编号，并以l2支线的第一座车站为车站j1+1，依次对l2线路的车站进行编号，以l3支线的第一座车站为车站j1+j2+1，依次对l3线路的车站进行编号；车站集合表示为：j＝{1,2,...,j1,j1+1,...,j1+j2,j1+j2+1,...,j1+j2+j3}；车站编号用j表示，j∈j，列车集合表示为i＝{1,2,...,i}，车次编号用i表示，i∈i；对于位置相邻的车站，车次i在车站j的出站时间和到站时间有如下关系：其中，表示停站时间，表示区间运行时间，up表示列车上行运行方向。3.根据权利要求2所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，其特征在于，引入决策变量分别表示车次i是否由l1干线驶入l2支线或者l3支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l2支线；若表示车次i由l1干线经过轨站驶入l3支线；当列车经由干线与支线的过轨站j1，将驶入任意一条支线到达该支线的首站，考虑到任何车次经过过轨站之后，只能驶入其中的一条支线，因此需要对支线的首站到站时间有如下公式：如下公式：其中，m表示一个整数，当车次i选择驶入l2支线时，在l1支线的首站j1+1的到站时间取决于在过轨站j1的出站时间和区间运行时间；当车次i选择驶入其他支线时，由于m使得不等式恒成立，l1支线的首站到站时间不由过轨站的发车时间决定；同理，当列车经由过轨站驶入l3支线时：同理，当列车经由过轨站驶入l3支线时：4.根据权利要求3所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，其特征在于，引入决策变量来表示列车是否完成一个全周转后继续运行；当时，表示车次i1在下行方向最后一站进行了折返作业转换至上行方向继续运行，并衔接至一个新的车次i2：
其中，r
turn,max
为最大折返作业时间，r
turn,min
为最小折返作业时间，r表示不同于m的一个足够大的正数；相邻列车在同一站的到站时间和出站时间都满足运行间隔的时间约束：相邻列车在同一站的到站时间和出站时间都满足运行间隔的时间约束：相邻列车在同一站的到站时间和出站时间都满足运行间隔的时间约束：相邻列车在同一站的到站时间和出站时间都满足运行间隔的时间约束：其中，为布尔变量，用来表示车次i与车次i+1(后车)离开/到达车站j时是否处于编组状态；为车次i离开/到达车站j的时间。5.根据权利要求4所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，其特征在于，在两列车进行编组时，要求前车的停站时间在规定的范围内额外增加编组作业时间；在两列车进行解编时，要求后车的停站时间在规定的范围内额外增加解编作业时间，其公式表述为：式表述为：其中，d为编组/解编作业额外需要的时间。6.根据权利要求5所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法，其特征在于，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数作为优化目标的目标函数为：其中，表示上行方向上的站台等待人数，表示下行方向上的站台等待人数，表示上行方向上列车内的乘客数，表示下行方向上列车内的乘客数。7.一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制系统，其特征在于，包括：构建模块，用于基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；求解模块，用于求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法。9.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多
个处理器上运行时，用于实现如权利要求1-6任一项所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法。10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-6任一项所述的基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法的指令。

技术总结
本发明提供一种基于灵活编组的地铁共线运营列车运行图编制方法及系统，属于城市轨道交通运维管理技术领域，基于共线线路拓扑结构特点，结合列车在不同时段的客流特征，调整灵活编组列车的编组数，通过表征编组中的前车在干线上的到站时间、干线上的出站时间、支线上的到站时间、支线上的出站时间以及与后车的编组状态，以最小化车底运用数、最小化站内等待人数和最大化列车载客数为目标函数，构建列车灵活编组运行图编制模型；求解列车灵活编组运行图编制模型，得到共线条件下列车灵活编组列车运行图。本发明构建了基于站内灵活编组的列车运行图编制模型，绘制出的列车运行图运用到运营管理系统，降低了运营成本，提高了乘客服务水平。务水平。务水平。


技术研发人员：王义惠 丁苗苗 赵康祺 孟令云
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/5/4