一种基于城市轨道交通运行图的列车延迟调整方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轨道交通列车运行控制，特别是涉及一种基于城市轨道交通运行图的 列车延迟调整方法及系统。
【背景技术】
[0002] 进入新世纪以来，我国的城市化发展进程不断加快，根据国家统计局的数据，2011 年我国的城市化率已超过50%，并在继续快速发展。城市区域的不断扩大，城市人口的急剧 增长，使得城市交通问题日益凸显，尤其是大中型城市的道路交通状况非常严峻。在这种形 势下，国内外大城市都纷纷选择大力发展城市轨道交通系统，城市轨道交通的优点是运量 大、速度快、乘坐方便、节能环保，且很少占用地面道路交通资源，已经成为解决大中型城市 交通问题最有效的途径之一。然而，与传统干线铁路相比，城市轨道交通发车密度大、行车 间隔小。如果列车在运行过程中发生故障，不但该车在后续站点的准时性会受影响，后续列 车为了行车安全也需要减速或延长停站时间，其结果就是很短的初始延迟经过逐车逐站的 累积，可以导致整条线路大面积延迟。所以当发生突发状况时，如何有效处理这些突发状况 并将其延迟影响逐步消除显得尤为重要。但是在实际中，现有列车调度管理系统的自动化 调整功能一直不能满足实际需求，调度员大多数仍然采用人工调整方式来进行调整。因此， 列车运行调整优化方案的问题仍然需要进行深入的研宄，应尽快建立起行之有效的优化理 论与方法。而如何恰当地描述问题并建立优化模型和设计相应的优化算法是进行城市轨道 交通运行调整方案优化的关键所在。
[0003] 现有技术中轨道交通列车运行调整研宄方法主要是有基于运筹学优化理论的调 整方法、基于人工智能的调整方法以及基于离散事件动态系统理论的调整方法这三个方 法，其中基于人工智能的调整方法是如今常用的调整方法。目前已有的研宄主要侧重于不 同条件下的列车运行调整建模以及求解方法的设计，在建模时目标函数多采用传统的减小 运行总延迟时间或总延迟次数，但这种目标函数并不完善。在实际运行中，还需要考虑列车 在车站的到发时间间隔是否合理，因为短时间的高密度到站和发车并不利于疏散客流，反 而有可能导致延迟进一步扩散。
[0004] 因此，需要提供一种完善的交通运行图延迟调整方法，对延迟列车运行调整，以满 足对列车调控的需求。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种城市轨道交通运行图调整方法及系统，以解决现有技术 中对于列车到发时间分布不合理和列车延迟状态下运行图调整的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明对列车延迟状态下的运行图进行建模，该模型由目 标函数和约束条件组成，其中，目标函数通过对由到站总延迟时间与发车总延迟时间之和、 到站总延迟次数与发车总延迟次数之和、列车到站和发车时间分布合理性三部分进行分析 获得；利用本发明改进的遗传算法对上述构建的模型进行求解。
[0007] 上述具体方案如下：
[0008] -种基于城市轨道交通运行图的列车延迟调整方法，该方法的步骤包括
[0009] S1、获取列车运营参数，所述运营参数包括列车运行图数据、车站最小停站时间和 区间最小运行时间等信息；
[0010] S2、利用上述列车运营参数，建立列车运行图延迟调整模型；
[0011] S3、
[0012] 基于交叉和变异概率的自适应改进公式：
[0013]
【主权项】
1. 一种基于城市轨道交通运行图的列车延迟调整方法，其特征在于，该方法的步骤包 括 51、 基于ATS系统，获取列车运营参数，所述运营参数包括列车运行图数据、车站最小 停站时间和区间最小运行时间等?目息； 52、 利用上述列车运营参数，建立基于列车到发时间分布的运行图延迟调整模型； 53、 基于自适应改进遗传算法中的交叉和变异概率的公式：
其中，Pi为当前待求个体的交叉和 变异概率，Pmax为最大交叉和变异率，ρ min为最小交叉和变异概率，F 当前待求个体的适应 度值，avgF为当代种群的平均适应度值，Fmax为当代种群的最大适应度值，A为可调节参数， 对所述列车运行图延迟调整模型进行计算，获得最优调整运行图。
2. 根据权利要求1所述的列车延迟调整方法，其特征在于，所述列车运行图延迟调整 模型的建立步骤包括 521、 建立列车到站总延迟时间与发车总延迟时间之和：
522、 建立列车到站总延迟次数与发车总延迟次数之和：
^中，sng(X)为符号函数，当X大于零 时，函数值为1，当X小于等于零时，函数值为〇 ; 523、 分析列车到站和发车时间分布合理性：C = (Ca+Cd)/2, Ca= aXGa+bXDeva，Cd = aXGd+bXDevd，其中，Ca为到站时间分布合理性，C d为发车时间分布合理性； 524、 基于上述延迟调整目标，建立目标函数，即列车运行图延迟调整模型：f = Min(W1XfAw2Xffw3XC)，其中，W 1, W2, ?3分别为总延迟时间、总延迟次数和到发时间分布 的权值。
3. 根据权利要求2所述的列车延迟调整方法，其特征在于，对建立的列车运行图延迟 调整模型进行条件约束，所述约束条件包括 对发车时间的约束：实际发车时间不能早于计划发车时间； 对区间运行时间的约束：实际区间运行时间应在最大和最小区间运行时间区间内； 对停站时间的约束：实际停站时间应在最大和最小停站时间区间内； 对列车追踪间隔的约束：实际的发车间隔和到站间隔都应在最大和最小运行间隔区间 内。
4. 根据权利要求2所述的列车延迟调整方法，其特征在于， 所述列车发车和到站时间分布合理性计算模型的建立步骤包括 根据列车在各站的到发时间和作业性质，建立列车运行图矩阵； 基于基尼系数，来计算列车到发时间分布合理性
5. 根据权利要求4所述的列车延迟调整方法，其特征在于，计算列车实际运行图的到 站和发车间隔与计划运行图间隔的偏差：= 。 ?
6. 根据权利要求1所述的列车延迟调整方法，其特征在于，采用所述改进的遗传算法 对列车运行图延迟调整模型进行求解的步骤包括 551、 对运行图进行编码，建立初始种群； 552、 计算初始种群中每一条染色体的适应度的值； 553、 利用轮盘赌算法对初始种群进行选择； 554、 利用改进交叉方法对群体中某两个个体进行部分染色体交换； 555、 利用改进变异方法对个体的某一个或某一些基因座上的基因值按某一较小的概 率进行改变，获得新个体； 556、 重复步骤S52至S55,直至达到收敛或用户预先设定的约束条件终止循环，获得最 优解。
7. -种基于城市轨道交通运行图的列车延迟调整系统，其特征在于，该系统包括 运行参数获取模块，基于ATS系统，获取列车运行图数据、车站最小停站时间和区间最 小运行时间等信息； 列车运行图延迟调整模型建立单元，基于列车运营参数，利用列车到站总延迟时间与 发车总延迟时间之和、列车到站总延迟次数与发车总延迟次数之和以及列车到站和发车时 间分布合理性，建立目标函数，即列车运行图延迟调整模型； 列车运行图优化单元，基于改进遗传算法：
对列车运行图延迟调整模型进行 计算，获得最优调整运行图。
8. 根据权利要求7所述的列车延迟调整系统，其特征在于，所述列车运行图延迟调整 模型建立单元包括 总延迟时间计算模块，利用么
_气,_)，计算列车到站 总延迟时间与发车总延迟时间之和； 总延迟次数计算模块，利用公式.
I-?〇)，计算列 车到站总延迟次数与发车总延迟次数之和； 合理性分析模块，利用 C = (Ca+Cd)/2, Ca= aXG a+bXDeva，Cd= aXG d+bXDevd， 对列车到站和发车时间分布合理性进行分析，其中G是基尼系数的计算模型：
?列车发车间隔进行调整； 目标函数建立模块，基于上述数据，建立列车运行图延迟调整模型：f = Min (W1X f\+W2 X f2+w3 X C) 〇
9.根据权利要求7所述的列车延迟调整系统，其特征在于，所述列车发车和到站间隔 利用基于基尼系数的列车发车间隔序列的计算模型 吋列车发车间隔进行调整。 很据仪利安豕
'/所还的列半她把调整系统，其特征在于，所述列车运行图优化单元 的优化步骤包括 551、 对运行图进行编码，建立初始种群； 552、 计算初始种群中每一条染色体的适应度的值； 553、 利用轮盘赌算法对初始种群进行选择； 554、 利用改进交叉方法对群体中某两个个体进行部分染色体交换； 555、 利用改进变异方法对个体的某一个或某一些基因座上的基因值按某一较小的概 率进行改变，获得新个体； 556、 重复步骤S52至S55,直至达到收敛或用户预先设定的约束条件终止循环，获得最 优解。
【专利摘要】本发明公开了一种城市轨道交通运行图延迟调整方法，该方法的步骤包括获取列车运营参数，所述运营参数包括列车运行图数据、车站最小停站时间和区间最小运行时间等信息S1；利用上述运营参数，建立基于列车到发时间分布的运行图延迟调整模型S2；基于交叉和变异概率公式，利用改进的自适应遗传算法，对所述列车运行图延迟调整模型进行计算，获得最优调整运行图S3。本发明进一步公开了一种城市轨道交通运行图调整系统。本发明与现有技术相比，延迟列车在车站的到站和发车时间分布更加均匀，防止了过于密集的到发时间导致的客流累积，能改善和帮助行车调度员的调度工作。
【IPC分类】G06N3-12, B61L27-00
【公开号】CN104875774
【申请号】CN201510332884
【发明人】董海荣, 孙绪彬, 瞿驰, 郭亮
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月16日