一种列车运行调整方案生成方法、设备及储存介质与流程

1.本发明涉及列车信号控制系统，尤其是涉及一种城市轨道交通部分区间中断下的列车运行调整方案生成方法、设备及储存介质。


背景技术：

2.城市轨道交通一般只有两条主要股道供上下行方向分别运行，而不可避免的供电、线路等故障往往会导致一条股道部分区段列车运行中断，且难以快速排除。此时，已进入故障区间的列车无法继续运行，只能待故障排除后加入运行；同时，中断方向上游容易出现车队积聚而下游出现列车数不足的现象。
3.在该类情况下，为了保障运营秩序，运营管理通常采用小交路折返和单线双向运行的组合列车运行模式。小交路折返是指使计划通过故障区段的列车在故障区段前的车站提前折返，保障正常区段的通过能力。单线双向运行则是安排一列车在故障区段的正常股道上往返运行，确保故障区段不完全中断。由于通勤客流量大、行车密度攀高、运力资源有限、运营模式复杂，部分区间中断下的列车运行调整工作是一项艰巨的挑战，其难度更是随着路网规模扩大和客流出行特征的影响而不断升级。
4.运营实践中，故障下的应急预案针对若干个特定区段行车中断给出调整的交路和正常区段的行车间隔，但并没有提供故障区段的救援方案和详细的列车运用方案。自动列车监控(ats)系统中的“自动等间隔调整”模式虽然可用于故障情况下保证均匀行车间隔，但因其将大大降低通过能力而很少被使用。目前，故障情况下仍然主要依靠调度员人工控制、依次调整列车运行，这不仅意味着较大的工作压力和挑战，也无法保证调整的效率和结果的优化。因此，调度实践需要能够生成故障下列车运行调整方案的方法。
5.经检索，中国专利公开号cn110203257a、名称为《一种轨道交通事件下列车运行调度方法和系统》的发明专利提出根据轨道交通线网列车的实时运行状态数据判断发生的交通事件类型，根据预先设置的交通事件类型和列车调度策略之间的对应关系来调整交通事件情况下的列车运行计划，根据调整之后的列车运行计划预测交通事件持续期间轨道交通网络中的客流变化趋势。该专利侧重于基于列车运行调整规则库产生辅助调度信息，对于影响较大的故障区段中断运行，即本专利所指的部分区间中断情况，未考虑故障区段的另一条股道可往返行车的措施，也未提及调整运行图中车次时刻的具体计算方法。
6.xu等人在rescheduling subway trains by a discrete event model considering service balance performance[j].applied mathematical modelling,2016,40(2):1446-1466一文中，针对线路部分区段行车中断的情况，考虑故障区段单线双向交替运行、保持长交路不变的模式，设计了基于离散事件的模型和启发式能力检测算法，能够得到近似优化的调整运行图，但由于未考虑列车在正常区段小交路折返，通过能力明显损失，且正常方向的列车容易出现较多延误。


技术实现要素：

[0007]
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列车运行调整方案生成方法、设备及储存介质，旨在解决对不同区段、不同阶段的列车运行进行调整优化的问题，为调度人员提供决策支持，以提高部分区间中断情况下的运营管理水平和服务质量。
[0008]
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]
根据本发明的第一方面，提供了一种列车运行调整方案生成方法，该方法包括以下步骤：
[0010]
步骤s1、根据故障原因、发生的时间和位置，确定形成的故障区段和受困的列车信息，并预估故障持续时间；
[0011]
步骤s2、获取故障前实际列车信息和故障后计划列车信息，并按车底、车次序列进行结构化读取；
[0012]
步骤s3、构建整合故障前、故障期间和故障恢复各阶段模式的列车运行方案调整模型；
[0013]
步骤s4、求解列车运行方案调整模型；
[0014]
步骤s5、输出并应用调整运行图。
[0015]
作为优选的技术方案，所述的步骤s1中的故障区段根据故障发生的具体地点和线路拓扑结构综合确定，为了使故障区段和正常区段之间的交路完全独立，确定的故障区段必须是两端车站都可折返的区段。
[0016]
作为优选的技术方案，所述的步骤s1中的预估故障持续时间根据历史同类型故障的平均持续时间确定，在输入故障参数后系统自动调取数据给出故障持续时间和结束时刻预测值，同时允许人工修改，根据实际事态的变化更新故障结束时刻。
[0017]
作为优选的技术方案，所述的步骤s2、获取故障前实际列车信息和故障后计划列车信息具体为：
[0018]
基于实时列车监控数据和计划运行图，识别故障发生前一段时间的实际列车时刻信息和故障期间及之后一段时间的计划列车时刻信息，梳理故障前后实际与计划车次数据对车底的匹配关系。
[0019]
作为优选的技术方案，所述的识别故障发生前一段时间的实际列车时刻信息，为能识别出每个在线列车在至少一个车站有技术作业时间记录的任意一个时间段。
[0020]
作为优选的技术方案，所述的步骤s3具体包括：
[0021]
s3.1、抽象故障阶段的停车处置、单线双向运行、小交路折返的调度策略；
[0022]
s3.2、创建以尽量保障正常区段运营服务水平为目标，考虑列车到发间隔、折返连接的行车约束的全阶段混合整数规划模型。
[0023]
作为优选的技术方案，所述的s3.1具体为：
[0024]
故障区段故障股道上受困列车停车处置，抽象为该类列车在就近车站停车直到故障结束再继续发车前行；
[0025]
故障区段另一侧正常股道上列车单线双向运行，抽象为故障后第一列进入该股道的列车在其间往返运营；
[0026]
正常区段小交路折返，抽象为其他列车运行到故障边缘车站时直接折返为服务反
方向。
[0027]
作为优选的技术方案，所述的s3.2中的全阶段混合整数规划模型具体为：
[0028]
(1)决策变量：表示调整后的列车到发时刻的整数变量，表示列车到发事件是否取消的0-1变量，表示折返或出入库活动是否存在的0-1变量，表示列车是否分配在某一折返股道的0-1变量，表示在故障期间还是恢复阶段的0-1变量；
[0029]
(2)目标函数：最小化取消计划服务和偏离计划服务的加权和，其中对取消计划服务的惩罚系数远大于偏离计划服务的惩罚系数；
[0030]
(3)约束条件：受困列车停车时间约束、延误范围约束、运行线取消约束、运行和停站时间约束、小交路折返约束、单线双向运行折返约束、终点站折返约束、同向运行间隔约束、同站发到间隔约束、股道能力约束。
[0031]
作为优选的技术方案，所述的步骤s4中，求解列车运行方案调整模型借助优化求解工具，寻找最优解。
[0032]
作为优选的技术方案，所述的步骤s5中，输出并应用调整运行图是指编写运行图绘制函数，将求解结果通过可视化在计划运行图界面显示为调整运行图，通过数据表导出新的时刻表。
[0033]
根据本发明的第二方面，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。
[0034]
根据本发明的第三方面，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。
[0035]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0036]
1、识别匹配故障下的多种列车运行调整策略，将停车处置、单线双向运行、小交路折返策略进行抽象，应用于对不同列车的运行控制。
[0037]
2、兼顾各阶段的列车运行模式，整合故障前、故障期间和故障恢复阶段的列车运行方案，保证列车信息的衔接连贯。
[0038]
3、通过优化求解、快速计算，给出调整运行图，为调度指挥提供决策支持，提高调度处置效率。
附图说明
[0039]
图1为本发明的部分区间中断下列车运行调整方案生成方法流程图；
[0040]
图2为本发明的部分区间中断下列车运行模式切换原理图；
[0041]
图3为本发明的部分区间中断下列车运行调整图举例；
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0043]
本发明提供了一种城市轨道交通部分区间中断下的列车运行调整方案生成方法，对故障下不同区段、不同阶段的列车运行调整策略进行抽象，通过建立模型、求解优化，快
速得出调整运行图，本发明融合多种调度策略、整合衔接多个阶段，从而提高了调度处置效率。
[0044]
以下对本发明作进一步的说明，本发明的方法包括以下实施步骤(图1)：
[0045]
s1、根据故障原因、发生的时间和位置，确定形成的故障区段和受困的列车信息，并预估故障持续时间。
[0046]
其中，故障区段根据故障发生的具体地点和线路拓扑结构综合确定，因为城市轨道交通线路只有个别车站具有渡线等可供折返的设备实施，为了使故障区段和正常区段之间的交路完全独立，确定的故障区段必须是两端车站都可以折返的区段，这往往比真正失效的区段长。
[0047]
其中，预估故障持续时间根据历史同类型故障的平均持续时间确定，在输入故障参数后系统自动调取数据给出故障持续时间和结束时刻预测值，同时允许人工修改，根据实际事态的变化更新故障结束时刻。
[0048]
s2、获取故障前实际列车信息和故障后计划列车信息，并按车底、车次序列进行结构化读取。
[0049]
基于实时列车监控数据和计划运行图，识别故障发生前一段时间的实际列车时刻信息和故障期间及之后一段时间的计划列车时刻信息，梳理故障前后实际与计划车次数据对车底的匹配关系。
[0050]
其中，识别故障发生前一段时间的实际列车时刻信息，应为能识别出每个在线列车在至少一个车站有技术作业时间记录的任意一个时间段，为了系统快速读取和计算，应越短越好，最好为所有单位停站时间、区间运行时间或折返时间中的最大值，但为了便于调度人员查看和检验，可以在此基础上适当扩大几分钟。
[0051]
s3、构建整合故障前、故障期间和故障恢复各阶段的列车运行方案调整模型。
[0052]
在统一的调整目标、行车约束条件下，对故障阶段的列车信息加载停车处置、单线双向运行、小交路折返等调度策略，并追踪故障前正常运营阶段与故障阶段、故障阶段与恢复阶段的过渡段的列车时刻信息，保证列车信息连贯。(图2)
[0053]
s3.1、抽象故障阶段的停车处置、单线双向运行、小交路折返、取消运行线、时刻调整、车底运用调整等调度策略：
[0054]
故障区段故障股道上受困列车停车处置，抽象为该类列车在就近车站停车直到故障结束再继续发车前行；故障区段另一侧正常股道上列车单线双向运行，抽象为故障后第一列进入该股道的列车在其间往返运营；正常区段小交路折返，抽象为其他列车运行到故障边缘车站时直接折返为服务反方向。
[0055]
s3.2、创建以尽量保障正常区段运营服务水平为目标，考虑列车到发间隔、折返连接等行车约束的全阶段混合整数规划模型：
[0056]
(1)决策变量：表示调整后的列车到发时刻的整数变量，表示列车到发事件是否取消的0-1变量，表示折返或出入库活动是否存在的0-1变量，表示列车是否分配在某一折返股道的0-1变量，表示在故障期间还是恢复阶段的0-1变量。
[0057]
(2)目标函数：最小化取消计划服务和偏离计划服务的加权和，其中对取消计划服务的惩罚系数应远大于偏离计划服务的惩罚系数，以避免显著的能力损失，尽量保障正常区段运营服务水平。
[0058]
(3)约束条件：受困列车停车时间约束、延误范围约束、运行线取消约束、运行和停站时间约束、小交路折返约束、单线双向运行折返约束、终点站折返约束、同向运行间隔约束、同站发到间隔约束、股道能力约束等。
[0059]
s4、求解列车运行方案调整模型，通过借助优化求解工具，寻找最优解。
[0060]
s5、输出并应用调整运行图
[0061]
编写运行图绘制函数，将求解结果通过可视化在计划运行图界面显示为调整运行图，通过数据表导出新的时刻表。
[0062]
如图3所示为调整运行图举例。其中，灰色矩形表示中断的时空范围，表明故障阶段；其左侧的故障前15min的列车信息，表明中断发生前正常运营的行车状态，右侧经过一段时间后按计划图行车，表明恢复阶段和再次正常运营阶段，按计划图行车。运行线方面，实线表示计划或调整确定要执行的运行线；点线表示调整后有偏离的计划行程；虚线表示取消的计划行程，这两类不需再执行；点划线表示小交路折返后的运行线，需要执行。两端终点站的折线表示车底折返折返连接关系，其中两个不同高度用以区分两条站后折返股道，当两条都空闲时，认为列车可以自由选择其一。可见，故障前列车按计划图运行，故障故障期间两边全部小交路折返运行，中间一列车单线双向往返运行，故障结束后进入恢复阶段，贴合计划图运行，直至再次按计划图正常运营。
[0063]
以上是关于方法实施例的介绍，以下通过电子设备及储存介质实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
[0064]
本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
[0065]
设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0066]
处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s1～s5。例如，在一些实施例中，方法s1～s5可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s1～s5的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s1～s5。
[0067]
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
[0068]
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的
功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0069]
在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0070]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤s1、根据故障原因、发生的时间和位置，确定形成的故障区段和受困的列车信息，并预估故障持续时间；步骤s2、获取故障前实际列车信息和故障后计划列车信息，并按车底、车次序列进行结构化读取；步骤s3、构建整合故障前、故障期间和故障恢复各阶段模式的列车运行方案调整模型；步骤s4、求解列车运行方案调整模型；步骤s5、输出并应用调整运行图。2.根据权利要求1所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的步骤s1中的故障区段根据故障发生的具体地点和线路拓扑结构综合确定，为了使故障区段和正常区段之间的交路完全独立，确定的故障区段必须是两端车站都可折返的区段。3.根据权利要求1所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的步骤s1中的预估故障持续时间根据历史同类型故障的平均持续时间确定，在输入故障参数后系统自动调取数据给出故障持续时间和结束时刻预测值，同时允许人工修改，根据实际事态的变化更新故障结束时刻。4.根据权利要求1所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的步骤s2、获取故障前实际列车信息和故障后计划列车信息具体为：基于实时列车监控数据和计划运行图，识别故障发生前一段时间的实际列车时刻信息和故障期间及之后一段时间的计划列车时刻信息，梳理故障前后实际与计划车次数据对车底的匹配关系。5.根据权利要求4所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的识别故障发生前一段时间的实际列车时刻信息，为能识别出每个在线列车在至少一个车站有技术作业时间记录的任意一个时间段。6.根据权利要求1所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的步骤s3具体包括：s3.1、抽象故障阶段的停车处置、单线双向运行、小交路折返的调度策略；s3.2、创建以尽量保障正常区段运营服务水平为目标，考虑列车到发间隔、折返连接的行车约束的全阶段混合整数规划模型。7.根据权利要求6所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的s3.1具体为：故障区段故障股道上受困列车停车处置，抽象为该类列车在就近车站停车直到故障结束再继续发车前行；故障区段另一侧正常股道上列车单线双向运行，抽象为故障后第一列进入该股道的列车在其间往返运营；正常区段小交路折返，抽象为其他列车运行到故障边缘车站时直接折返为服务反方向。8.根据权利要求6所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的s3.2中的全阶段混合整数规划模型具体为：(1)决策变量：表示调整后的列车到发时刻的整数变量，表示列车到发事件是否取消的
0-1变量，表示折返或出入库活动是否存在的0-1变量，表示列车是否分配在某一折返股道的0-1变量，表示在故障期间还是恢复阶段的0-1变量；(2)目标函数：最小化取消计划服务和偏离计划服务的加权和，其中对取消计划服务的惩罚系数远大于偏离计划服务的惩罚系数；(3)约束条件：受困列车停车时间约束、延误范围约束、运行线取消约束、运行和停站时间约束、小交路折返约束、单线双向运行折返约束、终点站折返约束、同向运行间隔约束、同站发到间隔约束、股道能力约束。9.根据权利要求1所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的步骤s4中，求解列车运行方案调整模型借助优化求解工具，寻找最优解。10.根据权利要求1所述的一种列车运行调整方案生成方法，其特征在于，所述的步骤s5中，输出并应用调整运行图是指编写运行图绘制函数，将求解结果通过可视化在计划运行图界面显示为调整运行图，通过数据表导出新的时刻表。11.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～10中任一项所述的方法。12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～10中任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种列车运行调整方案生成方法、设备及储存介质，该方法包括以下步骤：步骤S1、根据故障原因、发生的时间和位置，确定形成的故障区段和受困的列车信息，并预估故障持续时间；步骤S2、获取故障前实际列车信息和故障后计划列车信息，并按车底、车次序列进行结构化读取；步骤S3、构建整合故障前、故障期间和故障恢复各阶段模式的列车运行方案调整模型；步骤S4、求解列车运行方案调整模型；步骤S5、输出并应用调整运行图。与现有技术相比，本发明具有融合多种调度策略、整合衔接多个阶段，提高调度处置效率等优点。调度处置效率等优点。调度处置效率等优点。


技术研发人员：刘峰博 周庭梁 钱江 周公建 颜红慧
受保护的技术使用者：卡斯柯信号有限公司
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/5/4