CN114179873A - 一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法和***，方法包括：按照先高峰、后平峰的顺序，依次自动铺画各个时段的多交路列车运行图；以相邻时段的列车勾连对数最多为目标，依次编制不同时段的列车运行线衔接方案；针对还未确定出段方案或回段方案的列车，在满足出入段约束条件下，生成全日所有列车的出入段方案。本发明根据编图基础数据、断面客流数据等快速实现多时段多交路全日运行图的自动编制，大大减少了编图人员的工作量。

Description

一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法和***

技术领域

本发明属于城市轨道交通技术领域，具体涉及一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法和***。

背景技术

城市轨道交通由于具有运量大、速度快、准时性高、安全舒适等优势，对缓解城市拥堵具有重要的作用。随着国内部分城市的轨道交通线网规模逐步扩大和客流量不断攀升，对城市轨道交通运营组织工作提出了更高要求。列车运行图作为城市轨道交通运输组织中的核心内容之一，是乘务计划编制、行车调度等工作的基础。列车运行图规定了各趟列车的运行交路方案、停站方案、出入车辆段（或停车场）方案，以及列车在各站台的到达时刻和出发时刻。

目前，现有的列车运行图编制技术主要分为两类，一类是国内外各个信号***厂商提供的辅助编图***，此类***无法实现自动编图，只能由编图工程师输入详细指令（增加、删除、移动某条运行线等），类似AutoCAD的功能。在这种方式下，一个经验丰富的编图工程师编制一条运行交路相对复杂、线路能力相对紧张的线路需要花费的时间少则数天，多则十来天。费时费力的编图过程造成运行图的更迭缓慢，难以满足地铁运营部门对运行图频繁调整的需求。另一类是国内科研单位研发的运行图编制***，此类***能够实现较高自动化程度的运行图编制，包括运行线的自动铺画、交路的自动勾连、运行间隔的自动调整等功能，然而这种方式不能实现高平峰转换、最优出入段方案的自动生成等关键功能。

发明内容

针对上述现有技术存在的局限性，本发明提供了一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法。本发明根据编图基础数据、断面客流数据等快速实现多时段多交路全日运行图的自动编制，大大减少了编图人员的工作量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，包括：

按照先高峰、后平峰的顺序，依次自动铺画各个时段的多交路列车运行图；

以相邻时段的列车勾连对数最多为目标，依次编制不同时段的列车运行线衔接方案；

针对还未确定出段方案或回段方案的列车，在满足出入段约束条件下，生成全日所有列车的出入段方案。

目前，现有依靠编图工程师绘制的列车运行图编制技术，耗时耗力，难以满足轨道交通运营部门对运行图频繁调整的需求；而现有的列车运行图自动编制技术，仅能解决单一交路运行图等的编制问题，且没有兼顾运行图编制中的诸多现实因素，适应范围有限。基于此，本实施例提出的多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，能够实现多时段多交路全日运行图的自动编制，提高了编制效率，为相关运营部门提供有力的技术支撑。

优选的，本发明自动铺画各个时段的多交路列车运行图步骤具体包括：

获取用户配置的交路集合方案，生成单时段多交路开行的常规比例集合；

遍历所述常规比例集合中的每一种开行比例，再遍历每一个基准行车间隔，形成该时段的开行方案集合；

针对所述开行方案集合中的可行方案，依次计算上线车底数，从中选取使用车底数最少的一种方案，作为该时段的开行方案；

确定运行铺画线的基准车站；

根据所述开行方案，计算所述基准车站的平均行车时间间隔；

确定所述基准车站及其平均行车时间间隔后，遍历得到最佳发车顺序；

基于所述基准车站及其平均行车时间间隔、以及最佳发车顺序，在该时段时间范围内分别绘制上下行列车运行线；

固定下行方向运行线，通过不断平移上行方向的运行线，生成车底折返交路；

在生成的所述车底折返交路中，以发生站前折返的冲突个数最少及总折返时间最小为目标，找到最佳的上行运行线平移方案，进而生成该时段的列车运行图。

优选的，本发明获取所述开行方案集合的可行方案的方法为：

遍历所述开行方案集合中的每一种方案；

判断其输送能力是否满足该时段内对应的客流需求以及共线区段的平均行车时间间隔是否满足最小追踪间隔；

如果满足，则该方案为可行方案，否则为不可行方案。

优选的，本发明确定运行铺画线的基准车站的方法为：

获取所有交路的重叠区段作为繁忙区段；

将距离所述繁忙区段中心位置最近的车站作为运行铺画线的基准车站。

优选的，本发明的基准车站的平均行车时间间隔等于所有交路行车间隔倒数之和的倒数。

优选的，本发明编制不同时段的列车运行线衔接方案步骤具体包括：

分别统计相邻两个时段的上线车底数；

根据两个时段的车底是否有条件被勾连，生成可达性矩阵；

构建以衔接列车数最大为目标的线性规划模型P1，该模型P1的决策变量为相邻两个时段是否勾连；

采用分支定界法求解所述线性规划模型P1，得到最佳勾连方案。

优选的，本发明的线性规划模型P1的约束条件包括：

（a）可达性矩阵中的值为0时，表示相邻两个时段的车底不能被勾连；可达性矩阵中的值为1时，表示相邻两个时段的车底既可以相勾连，也可以不勾连；

（b）每条运行线只能被衔接一次；

（c）若存在出入段一致约束，则同一个车底的驶出车辆段和驶入车辆段必须相同。

优选的，本发明生成全日所有列车的出入段方案步骤具体包括：

针对待入段列车i，根据该列车i的最后一个停站及时刻、各车辆段位置、转换轨形式，获取该列车每一种可行的入段方案，形成该列车i的入段方案集合I_i；

针对待出段列车j，根据该列车j的第一个停站及时刻、各车辆段位置、转换轨形式，获取该列车每一种可行的出段方案，形成该列车j的出段方案集合O_j；

针对所有时段的所有出入段列车，构建以出入段列车走行距离最短为目标的线性规划模型P2，该模型的决策变量为各个入段列车的入段方案和各个出段列车的出段方案；

采用分支定界法求解模型P2，得到所有列车的最佳出入段方案。

优选的，本发明的线性规划模型P2的约束条件包括：

（a）列车i的入段方案必须在I_i中选取，列车j的出段方案必须在O_j中选取；

（b）针对任意车辆段，保证出段列车数量等于回段列车数量；

（c）针对任意车辆段，其连续出段的两列车的时间间隔不能小于最小出车间隔；其连续回段的两列车的时间间隔必须不能小于最小回车间隔。

另一方面，本发明提出了一种多交路多时段全日列车运行图自动编制***，包括单时段多交路编制模块、过渡衔接模块和出入段编制模块；

所述单时段多交路编制模块按照先高峰、后平峰的顺序，依次自动铺画各个时段的多交路列车运行图；

所述过渡衔接模块以相邻时段的列车勾连对数最多为目标，依次编制不同时段的列车运行线衔接方案；

所述出入段编制模块针对还未确定出段方案或回段方案的列车，在满足出入段约束条件下，生成全日所有列车的出入段方案。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够在几分钟内实现一条复杂线路运行图的全自动编制，为一日一图的运营需求提供了技术支撑。

2、本发明可以实现一天当中不同时段的运行交路、运行间隔差异化设置，也可以实现不同时段的列车运行线无缝衔接和转换，从而精准匹配一天当中不同时段的客流差异性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的编制方法流程示意图。

图2为本发明实施例的单时段多交路列车运行图铺画流程示意图。

图3为本发明实施例的繁忙区段及关键站示意图。

图4为本发明实施例的最佳交路发生顺序示意图。

图5为本发明实施例的分时段多交路运行图编制结果示意图。

图6为本发明实施例的不同时段的列车运行线衔接流程示意图。

图7为本发明实施例的不同时段列车运行线衔接结果示意图。

图8为本发明实施例的全时段出入段列车运行线自动铺画流程示意图。

图9为本发明实施例的出入段列车运行线自动铺画结果示意图。

图10为本发明实施例的计算机设备结构示意图。

图11为本发明实施例的***原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

现有依靠编图工程人员编制运行图的方式费事费力，无法满足地铁运营部门对运行图频繁调整的需求，而现有自动编制运行图的方式没有兼顾高平峰过渡衔接、出入段能力限制、出入段列车数量一致等因素，同时无法铺画时段划分过细情况下的运行图，也无法铺画对称型行车间隔情况下的运行图，不利于工程实践。基于此，本实施例提出了一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法。本实施例根据编图基础数据、断面客流数据等快速实现多时段多交路全日运行图的自动编制，提高了编制速度。

如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：

S1，按照先高峰、后平峰的顺序，依次自动铺画各个时段的多交路列车运行图。

S2，以相邻时段的列车勾连对数最多为目标，依次编制不同时段的列车运行线衔接方案。

S3，针对还未确定出段方案或回段方案的列车，在满足出入段约束条件下，生成全日所有列车的出入段方案。

本实施例的步骤S1中，针对各个时段，铺画该时段的列车运行图，包括上行、下行两个方向多个交路的列车运行线铺画以及折返站的折返方案勾连，具体步骤如图2所示，包括：

S11，获取用户配置的交路集合方案，生成单时段多交路开行的常规比例集合C_routes。

如果有2个交路，则C_routes={(1:1),(1:2),(1:3),(2:1),(3:1)}；若有3个交路，则C_routes={(1:1:1),(1:1:2),(1:1:3),(1:2:1),(1:3:1),……}；以此类推。

S12，遍历常规比例集合C_routes中的每一种开行比例，再遍历每一个基准行车间隔（单位取分钟，取值范围为最小追踪间隔I_min和最大政策间隔I_max之间，以15秒为划分粒度，即：I_min,I_min+0.25,I_min+0.5,……,I_max-0.25,I_max），形成该时段的开行方案集合C_plans。以2个交路、I_min=3min、I_max=5min为例，C_plans={(3:00,3:00),(3:15,3:15),(3:30:3:30),……,(3:00,6:00),(3:15,6:30),……}。

S13，针对开行方案集合C_plans的可行方案，依次计算上线车底数，从中选出使用车底数量最少的一种方案，定为该时段的开行方案。

本实施例通过遍历开行方案集合C_plans中的每一种方案，判断其输送能力是否满足时段内对应的客流需求；判断共线区段的平均行车间隔是否满足最小追踪间隔。如果任意一个条件不满足，则该方案是不可行方案，从开行方案集合C_plans中删除。

S14，确定运行铺画线的基准车站。本实施例将所有交路的重叠区段记为繁忙区段，再将距离繁忙区段中心位置最近的车站记为关键站，作为运行线铺画的基准车站。以图3为例，涉及A-F共6个车站、3个交路，则繁忙区段为C-E区段，关键站为D站。

S15，根据S13得到的开行方案，计算基准车站的平均行车时间间隔，其值等于所有交路行车间隔倒数之和的倒数。以3个交路为例，3个交路行车间隔时间分别为10 min、10min、5 min，则基准车站的平均行车间隔时间为1/(1/10+1/10+1/5)=2.5 min。

S16，确定基准车站及该车站的平均行车时间间隔后，遍历得到最佳发车顺序。最佳发车顺序应满足相同交路的行车时间间隔方差最小。例如，图4的（a）和（b）为所遍历发车顺序中的两种方案。图4（a）中B-E交路的行车时间间隔是不均匀的，应被排除；图4（b）中每个交路的行车时间间隔都是均匀的，因此为最佳发车顺序方案。

S17，基于基准车站及该车站的平均行车间隔、以及最佳发车顺序，在该时段时间范围内分别绘制上下行列车运行线。

S18，固定下行方向运行线，通过不断平移上行方向的运行线（每次平移5s），生成车底折返交路。本实施例在满足最小折返间隔的基础上，尽可能勾画出更多的车底折返交路。

S19，在生成的车底折返交路中，以发生站前折返的冲突个数最少及总折返时间最小为目标，找到最佳的上行运行线平移方案，进而生成该时段的列车运行图。

本实施例通过上述步骤S11~S19实现了各个时段的运行图铺画，但不同时段之间的列车运行线还未能衔接，如图5所示。

本实施例为解决不同时段的列车衔接问题，以相邻的时段A和时段B为例，具体如图6所示，步骤S2具体包括以下子步骤：

S21，分别统计时段A的上线车底数Na和时段B的上线车底数Nb。

S22，生成可达性矩阵U=[u_ij]^Na×Nb，其中u_ij表示时段A的第i个车底是否具备与时段B的第j个车底勾连上的条件。在最小折返时间、区间运行时分、最小停站时间等约束条件下，判断时段A的各条列车运行线的到达点是否能和相邻时段B中列车运行线的起始点相勾连（勾连方式可为本站直接勾连、延伸到其他站勾连及截断其他运行线等）。如果高平峰段内的车底交路具有勾连条件，则对应的u_ij取值1；不具有勾连条件，则对应的u_ij取值0。例如在该可达性矩阵里的（12，22）位置处的值为1，表示平峰时段的第12个车底交路可与高峰时段的第22个车底交路勾连起来。

S23，构建以衔接列车数最大为目标的线性规划模型P1，该模型的决策变量为时段A与时段B是否勾连。

该模型的约束条件包括：

约束条件（a）：若u_ij=0，则时段A的车底i和时段B的车底j不能被勾连；若u_ij=1，则时段A的车底i和时段B的车底j既可以相勾连，也可以不勾连。

约束条件（b）：每条运行线只能被衔接一次，即平峰时段的每个车底最多只能被一个高峰时段车底连接、高峰时段的每个车底最多只能连接一个平峰时段的车底。

约束条件（c）：若存在出入段一致约束，则同一个车底的驶出车辆段和驶入车辆段必须相同。

S24，采用分支定界法求解线性规划模型P1，得到最佳的勾连方案。

本实施例通过上述步骤S21~S24实现了相邻时段的列车运行线衔接，如图7所示。

为了解决高平峰列车过渡、早上列车出段、晚上列车出入段线自动铺画难题，具体如图8所示，本实施例的S3包括以下子步骤：

S31，针对各待入段列车i，根据该列车的最后一个停站及时刻、各车辆段位置、转换轨形式，获取该列车每一种可行的入段方案，包括进入哪一个车辆段（车辆段A、车辆段B、……）、如何进入车辆段（运行线向前延伸、运行线折返后向前延伸、运行线截断），形成列车i的入段方案集合I_i。

S32，针对各待出段列车j，根据该列车的第一个停站及时刻、各车辆段位置、转换轨形式，获取该列车每一种可行的出段方案，包括从哪一个车辆段出车（车辆段A、车辆段B、……）、如何从车辆段出车（运行线反向延伸、运行线反向延伸后折返、运行线截断），形成列车j的出段方案集合O_j。

S33，针对所有时段的所有出入段列车，构建以出入段列车走行距离最短为目标的线性规划模型P2，该模型的决策变量为各个入段列车的入段方案和各个出段列车的出段方案。该模型的约束条件包括：

约束条件（a）：列车i的入段方案必须在I_i中选取，列车j的出段方案必须在O_j中选取。

约束条件（b）：针对任意车辆段，保证出段列车数量等于回段列车数量，以保证“出入段数量一致”的运营要求；

约束条件（c）：针对任意车辆段，其连续出段的两列车的时间间隔不能小于最小出车间隔；其连续回段的两列车的时间间隔必须不能小于最小回车间隔。

S34，采用分支定界法求解线性规划模型P2，得到所有列车的最佳出入段方案。

本实施例通过上述步骤S31~S34实现了所有出入段列车运行线的铺画，如图9所示，该图中的最后一个车站为出入场站。

本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。

具体如图10所示，计算机设备包括处理器、内存储器和***总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到***总线上。处理器是一个用来通过计算机***中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。***总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过***总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(ROM)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(RAM)，RAM通常是指加载了操作***和计算机程序的主存储器。

计算机设备一般包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型SD卡)，CD-ROM，数字通用光盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。

计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口（局域网LAN接口）与网络终端相连接。局域网(LAN)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。WiFi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。

应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子***的计算机***也能适用于发明。

如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行多交路多时段全日列车运行图自动编制方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。

实施例2

本实施例提出了一种多交路多时段全日列车运行图自动编制***，如图11所示，包括单时段多交路编制模块10、过渡衔接模块20和出入段编制模块30。

其中，该单时段多交路编制模块10按照先高峰、后平峰的顺序，依次自动铺画各个时段的多交路列车运行图。

该过渡衔接模块20以相邻时段的列车勾连对数最多为目标，依次编制不同时段的列车运行线衔接方案。

该出入段编制模块30针对还未确定出段方案或回段方案的列车，在满足出入段约束条件下，生成全日所有列车的出入段方案。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，包括：

按照先高峰、后平峰的顺序，依次自动铺画各个时段的多交路列车运行图；

以相邻时段的列车勾连对数最多为目标，依次编制不同时段的列车运行线衔接方案；

针对还未确定出段方案或回段方案的列车，在满足出入段约束条件下，生成全日所有列车的出入段方案。

2.根据权利要求1所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，自动铺画各个时段的多交路列车运行图步骤具体包括：

获取用户配置的交路集合方案，生成单时段多交路开行的常规比例集合；

遍历所述常规比例集合中的每一种开行比例，再遍历每一个基准行车间隔，形成该时段的开行方案集合；

针对所述开行方案集合中的可行方案，依次计算上线车底数，从中选取使用车底数最少的一种方案，作为该时段的开行方案；

确定运行铺画线的基准车站；

根据所述开行方案，计算所述基准车站的平均行车时间间隔；

确定所述基准车站及其平均行车时间间隔后，遍历得到最佳发车顺序；

基于所述基准车站及其平均行车时间间隔、以及最佳发车顺序，在该时段时间范围内分别绘制上下行列车运行线；

固定下行方向运行线，通过不断平移上行方向的运行线，生成车底折返交路；

在生成的所述车底折返交路中，以发生站前折返的冲突个数最少及总折返时间最小为目标，找到最佳的上行运行线平移方案，进而生成该时段的列车运行图。

3.根据权利要求2所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，获取所述开行方案集合的可行方案的方法为：

遍历所述开行方案集合中的每一种方案；

判断其输送能力是否满足该时段内对应的客流需求以及共线区段的平均行车时间间隔是否满足最小追踪间隔；

如果满足，则该方案为可行方案，否则为不可行方案。

4.根据权利要求2所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，确定运行铺画线的基准车站的方法为：

获取所有交路的重叠区段作为繁忙区段；

将距离所述繁忙区段中心位置最近的车站作为运行铺画线的基准车站。

5.根据权利要求2所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，所述基准车站的平均行车时间间隔等于所有交路行车间隔倒数之和的倒数。

6.根据权利要求1所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，编制不同时段的列车运行线衔接方案步骤具体包括：

分别统计相邻两个时段的上线车底数；

根据两个时段的车底是否有条件被勾连，生成可达性矩阵；

构建以衔接列车数最大为目标的线性规划模型P1，该模型P1的决策变量为相邻两个时段是否勾连；

采用分支定界法求解所述线性规划模型P1，得到最佳勾连方案。

7.根据权利要求6所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，所述线性规划模型P1的约束条件包括：

（a）可达性矩阵中的值为0时，表示相邻两个时段的车底不能被勾连；可达性矩阵中的值为1时，表示相邻两个时段的车底既可以相勾连，也可以不勾连；

（b）每条运行线只能被衔接一次；

（c）若存在出入段一致约束，则同一个车底的驶出车辆段和驶入车辆段必须相同。

8.根据权利要求1所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，生成全日所有列车的出入段方案步骤具体包括：

针对待入段列车i，根据该列车i的最后一个停站及时刻、各车辆段位置、转换轨形式，获取该列车每一种可行的入段方案，形成该列车i的入段方案集合I_i；

针对待出段列车j，根据该列车j的第一个停站及时刻、各车辆段位置、转换轨形式，获取该列车每一种可行的出段方案，形成该列车j的出段方案集合O_j；

针对所有时段的所有出入段列车，构建以出入段列车走行距离最短为目标的线性规划模型P2，该模型的决策变量为各个入段列车的入段方案和各个出段列车的出段方案；

采用分支定界法求解模型P2，得到所有列车的最佳出入段方案。

9.根据权利要求8所述的一种多交路多时段全日列车运行图自动编制方法，其特征在于，所述线性规划模型P2的约束条件包括：

（a）列车i的入段方案必须在I_i中选取，列车j的出段方案必须在O_j中选取；

（b）针对任意车辆段，保证出段列车数量等于回段列车数量；

（c）针对任意车辆段，其连续出段的两列车的时间间隔不能小于最小出车间隔；其连续回段的两列车的时间间隔必须不能小于最小回车间隔。

10.一种多交路多时段全日列车运行图自动编制***，其特征在于，包括单时段多交路编制模块、过渡衔接模块和出入段编制模块；

所述单时段多交路编制模块按照先高峰、后平峰的顺序，依次自动铺画各个时段的多交路列车运行图；

所述过渡衔接模块以相邻时段的列车勾连对数最多为目标，依次编制不同时段的列车运行线衔接方案；

所述出入段编制模块针对还未确定出段方案或回段方案的列车，在满足出入段约束条件下，生成全日所有列车的出入段方案。

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