[發明專利]復雜約束條件的高速列車運行計劃編制優化方法與系統

有效

• 申請號: 201310236698.2
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103390196A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 白紫熙;周磊山
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明涉及列車運行圖編制。更具體地，本發明涉及復雜約束條件的高速列車運行計劃編制優化方法與系統。?

背景技術

列車運行計劃（或稱為運行圖）是在開行方案規定的列車服務頻率、停站方案的基礎上，根據固定運輸資源（比如路網結構）和移動運輸資源（比如動車組、乘務人員）屬性，確定列車在始發、終到站以及途徑車站的通過順序和詳細到發時刻。?

高速鐵路列車運行計劃優化是指在滿足高速鐵路各類作業時間標準等約束條件下，確定開行方案中運行在此線路上的各次列車在車站到達、出發和通過作業時間，在保證旅客列車于合理時間范圍內始發、終到的同時，使得所選取的運行圖優化目標達到最優。?

高速鐵路列車運行計劃的編制問題是一個復雜的、多約束、多維度、多目標的大規模求解問題。通過大量對運行圖編制的研究和實踐，可總結出3點關鍵：（1）高速鐵路上，不同速度列車的運行線相互制約會引起旅速降低；（2）不同停站方案列車的到發順序將有著不同的運行圖結構，考慮到高中速混跑模式下列車的鋪劃順序，應兼顧高速列車的有利發到時刻以及中速列車在既有線上時間的銜接。（3）列車初始布點方案的合理與否，直接影響著列車運行圖的編制質量與實際使用價值，而且與機車交路、車站設備能力、車站作業進度和車流來源有關。?

高速鐵路列車運行圖結構（也就是運行線間的排列關系）有四種表現形式：（1）運行圖可以用表格形式表示，叫時刻表；（2）運行圖可以用矩陣的形式表示，主要有：停站方案矩陣、停站時間矩陣、區間運行時間矩陣、越行矩陣；（3）列車運行過程可以離散化為列車在車站和區間的到發作業，因此可以用離散事件動態系統來表示；（4）運行圖可以用“二維時空”圖解形式表示，就是傳統意義的運行圖。因此優化高速鐵路列車運行圖結構是非常必要和重要的。?

現有技術中的方法中，國外的方法包括：（1）基于周期運行圖的PESP模型及其變種；（2）在傳統運行圖模型基礎上，改進求解算法效率；（3）運行圖均衡性。國內的方法比較典型的有：（1）運行圖開行模式，如基于周期運行圖的PESP模型；（2）運行圖編制算法，主要有定序優化算法；（3）運行圖優化及調整，有滾動優化策略及分層并行策略；（4）運行圖均衡穩定性，如極大代數法的應用；（5）運行圖的評價方面，如建立了高速鐵路列車運行圖的評價指標體系和計算方法。?

綜上目前國內外的研究大都通過建立數學規劃模型求解，由于我國高速鐵路具有：“點多、線長、面廣、客流分布不均勻”，在現有研究的基礎上很難求得最優解。對于運行圖優化問題來說，很難單線程的通過數學規劃方法來優化，數學規劃方法求得的是靜態最優解，由于系統的動態性，難以實覡。此外，由于系統牽涉的因素多，導致變量數、約束條件增加，使得求解的迭代過程復雜化，極大地降低了求解效率，滿足不了實時性要求，在現有研究的基礎上無法求得最優解。因而，必須尋求一種新的優化方法。?

發明內容

本發明目的在于提供一種復雜約束條件的高速列車運行計劃編制優化方法和系統，動態實現運行圖的合理優化。?

具體技術方案如下：?

一種復雜約束條件的高速列車運行計劃編制優化方法，包括以下步驟：?

將運行線鋪劃時間分成多個初始的時間模塊；?

對各個時間模塊進行運行圖結構優化；?

輸出最優運行圖。?

所述對各個時間模塊進行運行圖結構優化進一步包括：?

S1、對列車發車組合進行優化；?

S2、對當前時間模塊的發車排序進行優化；?

S3、通過運行線結構優化獲得沖突最少的初始運行圖作為備選方案；?

S4、通過對所述備選方案進行沖突化解獲得該時間模塊的最優運行圖；?

S5、判斷是否存在未優化的時間模塊，如存在則進入S6，若不存在則執行步驟三輸出最優運行圖；?

S6、將該未優化的時間模塊作為當前時間模塊，重復執行步驟S2-S5。?

所述對列車發車組合進行優化進一步包括：?

根據列車服務頻率、客流出行規律及客流適應度，并結合列車總停站次數一致的原則，對每個時間模塊的列車組合進行劃分。?

所述對當前時間模塊的發車排序進行優化進一步包括以下步驟：?

根據Stirling公式，對列車排列采用序列法進行優化。?

所述通過運行線結構優化獲得沖突最少的初始運行圖作為備選方案進一步包括以下步驟：?

在不考慮沖突時進行運行線遞推，獲得初始運行圖；?