[發(fā)明專利]一種有軌電車發(fā)車時(shí)刻表設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811010226.4
• 申請(qǐng)日: 2018-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN109522584B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉茂;盛蕊;錢思名;熊祎;馬靈玲;陳雅婧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N3/12;G06F111/04
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學(xué)彪

1.一種有軌電車發(fā)車時(shí)刻表設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法基于遺傳-模擬退火算法程序支持，包括以下五大步驟：

(一).將現(xiàn)代有軌電車一天的運(yùn)營(yíng)時(shí)間劃分為K個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段，構(gòu)建設(shè)計(jì)列車發(fā)車時(shí)刻表所需的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括以下步驟：

a.獲取線路參數(shù)數(shù)據(jù)，獲取相關(guān)聯(lián)的有軌電車線路參數(shù)，其包括有軌電車線路長(zhǎng)度L，有軌電車車站數(shù)N,有軌電車平均運(yùn)行速度V，有軌電車最小滿載率ρ_min，有軌電車最大滿載率ρ_max，車隊(duì)可調(diào)配有軌電車數(shù)量d_ko，有軌電車核載人數(shù)C_a；

b.設(shè)定目標(biāo)函數(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)，其包括乘客時(shí)間價(jià)值系數(shù)μ，其中，μ∈[0,10],運(yùn)營(yíng)時(shí)間價(jià)值系數(shù)η，其中，η∈[10,100]，乘客成本權(quán)重α，其中，α∈[0,0.4],運(yùn)營(yíng)成本權(quán)重β，其中，β∈[0.6,1]；

c.設(shè)定算法參數(shù)數(shù)據(jù)，其包括交叉概率P_c＝0.9，變異概率P_m＝0.0004，種群規(guī)模M＝200，迭代次數(shù)S＝600，初始溫度T₀＝6000，

(二).構(gòu)建設(shè)計(jì)列車發(fā)車時(shí)刻表所需的目標(biāo)函數(shù)，包括以下步驟：

a.構(gòu)建總目標(biāo)函數(shù)，采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法，以乘客出行成本C_p和運(yùn)營(yíng)成本C_o的線性加權(quán)構(gòu)成的總成本最小為目標(biāo)構(gòu)建總目標(biāo)函數(shù)，全天K個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段中第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段的總目標(biāo)函數(shù)表示為：

minC_k＝αC_p+βC_o (1)

(1)式中：

(2)式中，Q_i：第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)第i站候車人數(shù)；T_k：第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)；f_k：第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段的發(fā)車頻率；Q_ij：第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)在第i站候車，準(zhǔn)備在j站下車的乘客人數(shù)；L_ij為第i站到j(luò)站的線路長(zhǎng)度；

b.構(gòu)建客流到達(dá)函數(shù)，設(shè)在第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段，從第i站到第j站的客流服從泊松分布，到達(dá)的概率為p_ij(λ_k)，在第i站聚集的乘客人數(shù)Q_i表示為：

c.基于上述函數(shù)求得第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)間段的目標(biāo)函數(shù)：

d.基于上述函數(shù)求得全天K個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段的總目標(biāo)函數(shù)：

e.構(gòu)建約束條件，約束條件包括發(fā)車時(shí)間間隔限制h_k、有軌電車核載人數(shù)限制Q_ij(k)和車隊(duì)可調(diào)配有軌電車數(shù)量限制d_k，表示為：

(7).(8).(9)式中：h_k：第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)的發(fā)車頻率；h_kmin：最小發(fā)車頻率；h_kmax：最大發(fā)車頻率；C_a：電車核載人數(shù)；ρ_min：最小滿載率；ρ_max：最大滿載率；d_k：第k個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段需要的運(yùn)營(yíng)車總數(shù)量；d_ko：車隊(duì)運(yùn)營(yíng)車可調(diào)配數(shù)量；

(三).構(gòu)建設(shè)計(jì)發(fā)車時(shí)刻表所需的算法模塊，算法采用遺傳-模擬退火算法：

a.編碼，染色體采用實(shí)數(shù)編碼表示，所述各實(shí)數(shù)代表各運(yùn)營(yíng)時(shí)段的發(fā)車頻率，各個(gè)基因依次表示全天運(yùn)營(yíng)時(shí)間中各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)的發(fā)車頻率；

b.確定算法參數(shù)，根據(jù)第(一)大步驟的c步驟確定算法的各類參數(shù)值；

c.確定適應(yīng)度，若染色體解碼后符合第(二)大步驟中的e步驟中(7)式、(8)式約束條件，則確定此染色體為可行染色體，只對(duì)可行染色體進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算，適應(yīng)度函數(shù)表示為：

F＝C_max-c(k) (10)

(10)式中：C_max為同一代種群中所有目標(biāo)函數(shù)的最大值，c(k)為個(gè)體目標(biāo)函數(shù)，按照概率p_ij(λ_k)隨機(jī)模擬生成M個(gè)樣本，然后利用這M個(gè)樣本的目標(biāo)值計(jì)算適應(yīng)度；

d.選擇，按照輪盤賭的方式進(jìn)行選擇操作，對(duì)個(gè)體進(jìn)行優(yōu)勝劣汰，根據(jù)步驟c中所確定的適應(yīng)度，若F(p_m)＞F(p_n)，則選擇適應(yīng)度高的p_m遺傳到下一代，適應(yīng)度低的p_n淘汰；

e.交叉、模擬退火，p₁、p₂按照交叉概率生成子代c₁、c₂，計(jì)算c_m、p_m的適應(yīng)度F(c_m)、F(p_m)并進(jìn)行模擬退火操作；

f.變異、模擬退火，p₁、p₂按照變異概率生成子代c₁、c₂，計(jì)算c_m、p_m的適應(yīng)度F(c_m)、F(p_m)并進(jìn)行模擬退火操作；

g.降溫，根據(jù)降溫公式：

對(duì)種群進(jìn)一步優(yōu)化；

(11)式中：為[0，1]之間的常數(shù)，S為迭代次數(shù)；

h.檢驗(yàn)，判斷優(yōu)化種群的性能是否達(dá)到終止條件，若達(dá)到迭代次數(shù)的上限600，則輸出最優(yōu)值，否則轉(zhuǎn)步驟d；

(四).計(jì)算不同運(yùn)營(yíng)時(shí)段有軌電車的調(diào)度運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)：

a.根據(jù)第(一)大步驟中設(shè)定的參數(shù)、第(二)大步驟中構(gòu)建的模型及第(三)大步驟中設(shè)計(jì)的算法，采用MATLAB軟件仿真求得不同運(yùn)營(yíng)時(shí)段有軌電車的調(diào)度運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)；

(五).生成有軌電車發(fā)車時(shí)刻表：

a.根據(jù)第(四)大步驟求得出的不同運(yùn)營(yíng)時(shí)段有軌電車的調(diào)度運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，生成全天候的現(xiàn)代有軌電車列車發(fā)車時(shí)刻表。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有軌電車發(fā)車時(shí)刻表設(shè)計(jì)方法，其特征在于：按每個(gè)小時(shí)為一個(gè)運(yùn)行時(shí)間段對(duì)有軌電車一天的運(yùn)營(yíng)時(shí)間段進(jìn)行劃分。