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

本发明涉及城市轨道交通运维管理，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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、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。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、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：

4、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；

5、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。

6、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；

7、车站集合表示为：j＝{1,2,...,j1,j1+1,...,j1+j2,j1+j2+1,...,j1+j2+j3}；

8、车站编号用j表示，j∈j，车次编号用i表示，i∈i；

9、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。

10、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；

11、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：

12、

13、

14、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；

15、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；

16、同理，当列车经由过轨站驶入l3支线时：

17、

18、

19、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：

20、

21、其中，rturn,max为最大折返作业时间，rturn,min为最小折返作业时间，m表示为一个足够大的正数；

22、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：

23、

24、

25、

26、

27、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。

28、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：

29、

30、

31、其中，d为编组/解编作业额外需要的时间。

32、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：

33、

34、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。

35、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：

36、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；

37、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。

38、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。

39、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。

40、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。

41、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。

42、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。