[發(fā)明專利]基于矩陣表征的高鐵網(wǎng)絡(luò)延誤傳播定量分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011283428.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112249101B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桂衛(wèi)華;馬駿峰;馬山;胡文峰;彭濤;陽春華
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B61L27/10
• 分類號: B61L27/10;G06F17/16
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李喆

1.一種基于矩陣表征的高鐵網(wǎng)絡(luò)延誤傳播定量分析方法，其特征在于，包括：

步驟1，收集高速鐵路站點與區(qū)間信息，根據(jù)高速鐵路站點與區(qū)間信息構(gòu)建高鐵地理網(wǎng)絡(luò)；

步驟2，獲取高速鐵路中的突發(fā)事件的類型、突發(fā)事件持續(xù)的時間、列車初始延誤、列車初始時刻表、列車在不同站點到發(fā)時間關(guān)系和不同列車在同一站點到發(fā)時間關(guān)系；

步驟3，根據(jù)突發(fā)事件的類型、突發(fā)事件持續(xù)的時間和列車初始時刻表，獲取列車在各站點的補(bǔ)充時間與緩沖時間；

步驟4，根據(jù)列車在不同站點到發(fā)時間關(guān)系和不同列車在同一站點到發(fā)時間關(guān)系，建立單線條件下列車到發(fā)線的時間關(guān)系矩陣；

步驟5，將調(diào)度員對列車初始時刻表的調(diào)度操作進(jìn)行運(yùn)算量化，構(gòu)建調(diào)度員操作矩陣函數(shù)；

步驟6，將調(diào)度員操作矩陣函數(shù)引入單線條件下列車到發(fā)線的時間關(guān)系矩陣中，得到經(jīng)調(diào)度后的列車到發(fā)線時間關(guān)系矩陣；

步驟7，根據(jù)列車運(yùn)行約束條件、列車在各站點的補(bǔ)充時間與緩沖時間、列車初始延誤和經(jīng)調(diào)度后的列車到發(fā)線時間關(guān)系矩陣構(gòu)建單線列車延誤傳播關(guān)系矩陣模型；

步驟8，將高鐵地理網(wǎng)絡(luò)以單線列車延誤傳播關(guān)系矩陣模型為基礎(chǔ)，以樞紐車站為界，將高鐵地理網(wǎng)絡(luò)中的線路劃分為若干區(qū)段，并采用分塊矩陣形式構(gòu)建高鐵網(wǎng)絡(luò)延誤傳播模型；

步驟9，根據(jù)高鐵網(wǎng)絡(luò)延誤傳播模型，分析不同的調(diào)度方案對列車延誤的影響，得到最優(yōu)調(diào)度方案；

所述步驟2具體包括：

列車初始延誤為：

其中，表示列車t_k在站點i的初始延誤，表示列車t_k在站點i的實際發(fā)車時間，表示列車t_k在站點i的計劃發(fā)車時間,k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m，m表示高鐵運(yùn)行線路中的總站點數(shù)，n表示高鐵運(yùn)行線路中的總列車數(shù)；

所述步驟3具體包括：

列車在各站點的補(bǔ)充時間表示為：

其中，表示列車t_k在站點i-1和站點i間的補(bǔ)充時間，表示列車t_k的區(qū)間運(yùn)行補(bǔ)充時間，表示列車t_k的停站補(bǔ)充時間，表示列車t_k計劃到達(dá)站點i-1的時間，表示列車t_k計劃到達(dá)站點i的時間；表示列車t_k在站點i-1的計劃出發(fā)時間，表示列車t_k在站點i的最小停車時間,k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m，列車t_k從站點i-1到站點i的最小運(yùn)行時間；

列車在各站點的緩沖時間表示為：

其中，表示在站點i列車t_k-1與列車t_k間的緩沖時間，表示列車t_k-1在站點i的出發(fā)時間,表示列車t_k在站點i的出發(fā)時間，表示在站點i列車t_k-1與列車t_k間的最小間隔時間,k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

所述步驟4具體包括：

列車運(yùn)行約束條件：

考慮時刻表約束，在實際的列車運(yùn)行中，考慮到旅客外部因素，列車的實際發(fā)車時間不能早于列車的計劃發(fā)車時間：

D(m,n)-Y(m,n)≥0 (6)

其中，D(m,n)表示列車在站點的實際發(fā)車時間矩陣，Y(m,n)表示列車在站點的計劃發(fā)車時間矩陣，m表示高鐵運(yùn)行線路中的總站點數(shù)，n表示高鐵運(yùn)行線路中的總列車數(shù)；

考慮列車運(yùn)行約束，根據(jù)列車運(yùn)行速度與停站時間的限制，得到列車在區(qū)間的運(yùn)行約束與列車在站點的運(yùn)行約束：

D(m,n)-W(m,n)-E(m,n)≥0 (7)

W(m,n)-D(m-1,n)-R(m-1,n)≥0 (8)

其中，W(m,n)表示列車到達(dá)站點的時間矩陣，R(m-1,n)表示列車在兩個站點之間的最小運(yùn)行時間矩陣，E(m,n)表示列車在站點的最小停車時間矩陣，D(m-1,n)表示n輛列車在m-1個站點的實際發(fā)車時間矩陣；

考慮列車之間的間隔約束，在列車的實際運(yùn)行中，兩列車之間的時間間隔應(yīng)始終大于最小安全間隔：

D(m,n)-T[D(m,n-1)]≥T[L(m,n-1)] (9)

其中，L(m,n-1)表示列車在站點的最小發(fā)車間隔時間矩陣，D(m,n-1)表示n-1輛列車在m個站點的實際發(fā)車時間矩陣；

考慮車站容量約束，在同一時刻，停站列車的數(shù)量不能超過站點的停車股道數(shù)量：

其中，表示列車t_k在站點i的實際發(fā)車時間，表示列車t_z到達(dá)站點i的時間，F(xiàn)表示所有列車的集合，C_i表示站點i的停車股道數(shù)，sgn(·)表示符號函數(shù)表示列車t_z在站點i的實際發(fā)車時間；

所述步驟4具體包括：

其中，τ(m,n)表示單線列車延誤傳播關(guān)系矩陣，表示列車t_k在站點i的初始延誤，k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，U(m-1,n)表示列車在兩站點間的補(bǔ)充時間矩陣，表示列車t_k在站點i-1和站點i間的補(bǔ)充時間，k＝1,2,…,n；i＝2,3,…,m；

其中，B(m,n-1)表示兩列車在同一站點的緩沖時間矩陣，表示列車t_k-1與列車t_k在站點i的緩沖時間，k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，D(m,n)表示列車在站點的實際發(fā)車時間矩陣，表示列車t_k在站點i的實際發(fā)車時間，t_k表示列車信息，i表示站點信息，k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m,當(dāng)列車t_k沒有經(jīng)過站點i時，當(dāng)列車t_k經(jīng)過站點i沒有停站或站點i為列車終點站時，列車t_k在站點i的到達(dá)時間約等于列車的發(fā)車時間；

其中，ε表示負(fù)無窮，表示列車t_k在站點i-1的實際發(fā)車時間，k＝1,2,…,n；i＝2,3,…,m；

其中，表示列車t_k-1在站點i的實際發(fā)車時間，k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，Y(m,n)表示列車在站點的計劃發(fā)車時間矩陣，表示列車t_k在站點i的計劃發(fā)車時間，k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，R(m-1,n)表示列車在兩個站點之間的最小運(yùn)行時間矩陣，表示列車t_k從站點i-1到站點i的最小運(yùn)行時間,k＝1,2,…,n；i＝2,3,…,m；

其中，E(m,n)表示列車在站點的最小停車時間矩陣，表示列車t_k在站點i的最小停車時間,k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，L(m,n-1)表示列車在站點的最小發(fā)車間隔時間矩陣，列車t_k-1與列車t_k在站點i的最小發(fā)車間隔時間,k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，W(m,n)表示列車到達(dá)站點的時間矩陣，表示列車t_k到達(dá)站點i的時間；

根據(jù)列車在不同站點到發(fā)時間關(guān)系和不同列車在同一站點到發(fā)時間關(guān)系，建立單線條件下列車到發(fā)線的時間關(guān)系矩陣：

其中，D(m,n)表示列車在站點的實際發(fā)車時間矩陣，Y(m,n)表示列車在站點的計劃發(fā)車時間矩陣，R(m-1,n)表示列車在兩個站點之間的最小運(yùn)行時間矩陣，E(m,n)表示列車在站點的最小停車時間矩陣，L(m,n-1)表示列車在站點的最小發(fā)車間隔時間矩陣，m表示高鐵運(yùn)行線路中的總站點數(shù)，n表示高鐵運(yùn)行線路中的總列車數(shù)。