一种有轨电车全天运营时刻优化方法及系统与流程

本发明涉及城市智能公共交通系统系统领域，特别是涉及一种有轨电车全天运营时刻优化方法及系统。
背景技术：
：相比于普通公交车辆，国内外有轨电车运营的发车间隔时间普遍较大，早晚高峰时段发车间隔在10-15分钟左右，平峰时段在15-30分钟左右。当前已有的时刻表优化方法大多面向传统的普通公交车辆，而面向有轨电车的时刻表优化方法较少。传统的普通公交车辆与有轨电车之间存在一定的差异性，具体表现在有轨电车享有独立路权，因此路段行程时间具有较强的稳定性；而传统的普通公交车辆和社会车辆混行，其路段行程时间具有较强的波动性。传统的普通公交车辆和有轨电车的差异性使得当前已有的时刻表优化方法对路段行程时间考虑不足，尤其是忽略了交叉口对行程时间的影响，因此当前已有的方法往往需要制定较强的假设条件，如假设每条公交线路运行时间一定、车辆匀速且进出站时间一定、公交线路沿线交叉口信号配时周期时长一样等，这些假设条件在现实生活中很难满足，因此有轨电车系统的实际运行与所指定的时刻表存在一定差距。技术实现要素：本发明的目的是提供一种有轨电车全天运营时刻优化方法及系统，提高了有轨电车的到站准点率，增加了有轨电车系统的竞争力。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供了一种有轨电车全天运营时刻优化方法，所述有轨电车全天运营时刻优化方法包括：构建有轨电车全天运营时刻的目标优化函数；所述目标优化函数为关于全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和不同时段内的惩罚项系数的函数；构建有轨电车运营的约束条件；所述的有轨电车运营的约束条件包括：交叉口信号配时相位方案约束，有轨电车在路段上最小行驶时间约束，有轨电车在站点最小停站时间约束，全天多信号配时方案条件下有轨电车不停车通过信号周期长度不同的交叉口的约束，同向前后班次有轨电车车头时距约束，调头班次到达和发车时刻间换班时长约束；所述信号配时相位方案为社会车辆双向左转绿灯时间不同先后顺序形成的方案，所述多信号配时方案为早高峰、午高峰、晚高峰、平峰下的信号配时方案，所述信号周期长度是指一个交叉口的红绿灯时间之和；根据惩罚项系数的灵敏度确定不同时段内的惩罚项系数；根据所述惩罚项系数以及所述约束条件计算所述目标优化函数的最小值；根据所述最小值确定有轨电车全天运营时刻表。可选的，所述交叉口信号配时相位方案约束包括：其中，αn,k，βn,k和γn,k均为0-1变量，(αn,k,βn,k)表示了交叉口n在时段k内正反向左转绿灯顺序先后的不同四种组合；当αn,k＝0，βn,k＝1时，表示的通行顺序为先正向左转和正向直行同时进行，然后双向直行，接着反向左转和反向直行同时进行；当αn,k＝1，βn,k＝0时，表示的通行顺序为先反向左转和反向直行同时进行，然后双向直行，接着正向左转和正向直行同时进行；当αn,k＝0，βn,k＝0时，表示的通行顺序为正向左转和反向左转同时进行，然后双向直行；当αn,k＝1，βn,k＝1时，表示的通行顺序为先双向直行，然后正向左转和反向左转同时进行；tgd,n,k表示方向d上有轨电车在交叉口n时段k内的绿灯时间，gd,n,k表示方向d上社会车辆在交叉口n时段k内直行的绿灯时间，ld,n,k表示方向d上社会车辆在交叉口n时段k内左转的绿灯时间，γn,k表示交叉口n时段k内有轨电车绿灯时间是否受相位方案影响的系数。可选的，所述有轨电车在路段上最小行驶时间约束包括：其中，ttn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车在路段n上的行驶时间，N是所有路段的集合，是在路段n上沿方向d以允许的最大速度行驶的时间，是在路段n上沿方向d以规定的最小速度行驶的时间。可选的，所述有轨电车在站点最小停站时间约束包括：其中，dtn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车在站点n上的停站时间，S是所有站点的集合，是在站点n方向d上满足乘客上下车需求的最小时间，是在站点n方向d上规定的最大停站时间。可选的，所述全天多信号配时方案条件下有轨电车不停车通过信号周期长度不同的交叉口的约束包括：其中，xn,k,(m,d)为0-1变量，表示方向d的第m次有轨电车班次是否在时段k通过交叉口n；Tk表示时段k的起始时间；san,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次通过交叉口n的时间；tθd,n,k表示方向d上交叉口n在时段k内有轨电车绿灯第一次起亮时刻与Tk的时间差；表示交叉口n所在子区z在时段k的周期时长；yn,k,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次在时段k通过交叉口n所在信号周期的编号；twn,k,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次在时段k通过交叉口n时与有轨电车绿灯起亮时间的时间差；san,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次到达交叉口或站点n的时刻；sdn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次离开交叉口或站点n的时刻；表示方向d的第m次有轨电车班次到达交叉口或站点n下游交叉口或站点n+的时刻；I表示所有交叉口的集合；S表示所有站点的集合；M是充分大的数。可选的，所述同向前后班次有轨电车车头时距约束包括：其中，sdu(d),(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次离开起点站u(d)的时间；表示第k时段内方向d的第m次有轨电车班次与后一班有轨电车发车间隔的最小值；表示第k时段内方向d的第m次有轨电车班次与后一班有轨电车发车间隔的最小值；可选的，所述调头班次到达和发车时刻间换班时长约束包括：其中，sav(d),(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次到达终点站v(d)的时间，表示相应反方向掉头车辆的发车时间，F表示方向d投入运营的有轨电车数量，L表示换班所需要的最小时间。所述根据所述惩罚项系数以及所述约束条件计算所述目标优化函数的最小值，具体包括：调整双向各班次有轨电车的发车时刻、路段上的行驶速度以及在站点的停靠时间、沿线交叉口有轨电车绿灯起亮时间以及相位方案，获得所述目标优化函数的最小值。可选的，在建立有轨电车全天运营时刻的目标优化函数之前还包括：获取有轨电车的相关参数和有轨电车沿线的信号配时方案，所述相关参数包括：起终点有轨电车蓄车数、有轨电车允许的最大行驶速度、规定的最小行驶速度以及有轨电车在不同时段内各个站点所需的最小停站时间、规定的最大停站时间；所述信号配时方案包括：各个交叉口在不同时段内信号配时方案的周期时长、各路口转向的绿灯时间、各个所述信号控制子区不同时段的起始时间和结束时间；根据所述相关参数和所述信号配时方案确定正向和反向有轨电车在各个路段上行驶的时间以及在各个站点停靠时间。本发明还提供了一种有轨电车全天运营时刻优化系统，所述有轨电车全天运营时刻优化系统包括：目标优化函数构建模块，用于构建有轨电车全天运营时刻的目标优化函数；所述目标优化函数为关于全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和不同时段内的惩罚项系数的函数；约束条件构建模块，用于构建有轨电车运营的约束条件；所述约束条件包括：交叉口信号配时相位方案约束，有轨电车在路段上最小行驶时间约束，有轨电车在站点最小停站时间约束，全天多信号配时方案条件下有轨电车不停车通过不同周期时长的交叉口约束，同向前后班次有轨电车车头时距约束，调头班次到达和发车时刻间换班时长约束；所述信号配时周期是指一个交叉口的红绿灯时间之和；惩罚项系数确定模块，用于根据惩罚项系数的灵敏度确定不同时段内的惩罚项系数；最小值计算模块，用于根据所述惩罚项系数以及所述约束条件计算所述目标优化函数的最小值；全天运营时刻表确定模块，用于根据所述最小值确定有轨电车全天运营时刻表。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开一种有轨电车全天运营时刻优化方法及系统，考虑了不同交叉口在不同时段内不同的信号周期时长的影响，通过调整双向各班次有轨电车的发车时刻、路段上的行驶速度以及在站点的停靠时间、沿线交叉口有轨电车绿灯起亮时间以及相位方案，同时优化全天双向有轨电车的运营时间以及时刻表的鲁棒性，进而保证有轨电车不仅能够以较快的速度运行，同时也能维持较高的到站准点率。根据优化结果确定双向各班次有轨电车在站点的离站时间，最终得到有轨电车全天运营时刻表。通过本发明得到的有轨电车全天运营时刻表与实际的运行情况相匹配，与现有方法相比，提高了有轨电车的到站准点率，增加了有轨电车系统的竞争力；以最小化全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和为目标优化设计有轨电车时刻表，提高了有轨电车运行速度，减小了有轨电车的运营成本。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一种有轨电车全天运营时刻优化方法的实施例的流程图；图2是基于双向左转绿灯顺序的不同相位方案示意图；图3是不同惩罚项系数条件下行程时间与到终点站延误关系示意图；图4是有轨电车全天运行图；其中，图4中横线表示交叉口处该时刻有轨电车的红灯时间，“*”表示正向有轨电车离站时间，“+”表示反向有轨电车离站时间；图5是有轨电车全天运行图局部放大图；其中，图5中横线表示交叉口处该时刻有轨电车的红灯时间，“*”表示正向有轨电车离站时间，“+”表示反向有轨电车离站时间；图6为本发明一种有轨电车全天运营时刻优化系统的实施例的结构连接图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的目的是提供一种有轨电车全天运营时刻优化方法及系统，提高了有轨电车的到站准点率，增加了有轨电车系统的竞争力。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明一种有轨电车全天运营时刻优化方法的实施例的流程图。如图1所示，一种有轨电车全天运营时刻优化方法，包括以下步骤：步骤101，构建有轨电车全天运营时刻的目标优化函数；所述目标优化函数为关于全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和不同时段内的惩罚项系数的函数。所述目标优化函数的具体表达式为：∑(m,d)∈M(∑n∈Nttn,(m,d)+∑n∈Stdn,(m,d))+∑(m,d)∈M∑n∈I∑k∈Kμn,k,(m,d)tw2n,k,(m,d)(1)其中(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班车，方向d取值为out或in，分别代表正向有轨电车班次和反向有轨电车班次；ttn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车在路段n上的行驶时间，N是所有路段的集合；tdn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车在站点n上的停靠时间，S是所有站点的集合；twn,k,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车在时段k通过交叉口n的时刻与有轨电车绿灯起亮时刻的时间差，K是所有时段的集合，I是所有交叉口的集合，M是所有有轨电车班次的集合；μn,k,(m,d)是twn,k,(m,d)相应的非负惩罚系数。本实施例以最小化全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和为目标优化设计有轨电车时刻表，提高了有轨电车运行速度，提高了有轨电车的服务水平，同时减小了有轨电车的运营成本。可选的，在建立有轨电车全天运营时刻的目标优化函数之前还包括以下步骤：步骤A1，获取有轨电车的相关参数和有轨电车沿线的信号配时方案，所述相关参数包括：起终点有轨电车蓄车数、有轨电车允许的最大行驶速度、规定的最小行驶速度以及有轨电车在不同时段内各个站点所需的最小停站时间、规定的最大停站时间；所述信号配时方案包括：各个交叉口在不同时段内信号配时方案的周期时长、各路口转向的绿灯时间、各个所述信号控制子区不同时段的起始时间和结束时间。步骤A2，根据所述相关参数和所述信号配时方案确定正向和反向有轨电车在各个路段上行驶的时间以及在各个站点停靠时间。步骤102，构建有轨电车运营的约束条件。所述约束条件包括：约束条件1：交叉口信号配时相位方案约束，所述交叉口信号配时相位方案区别主要在双向左转绿灯先后顺序位置。约束表达式为：其中αn,k，βn,k和γn,k均为0-1变量，(αn,k,βn,k)表示了交叉口n在时段k内正反向左转绿灯顺序先后的不同四种组合。图2是基于双向左转绿灯顺序的不同相位方案示意图。如图2所示，相位方案1：当αn,k＝0，βn,k＝1时，表示的通行顺序为先正向左转和正向直行同时进行，然后双向直行，接着反向左转和反向直行同时进行。相位方案2：当αn,k＝1，βn,k＝0时，表示的通行顺序为先反向左转和反向直行同时进行，然后双向直行，接着正向左转和正向直行同时进行。相位方案3：当αn,k＝0，βn,k＝0时，表示的通行顺序为正向左转和反向左转同时进行，然后双向直行。相位方案4：当αn,k＝1，βn,k＝1时，表示的通行顺序为先双向直行，然后正向左转和反向左转同时进行。因为有轨电车通常在道路中央行驶，所以有轨电车的绿灯时间受正反向社会车辆左转绿灯顺序影响。tgd,n,k表示方向d上有轨电车在交叉口n时段k内的绿灯时间，gd,n,k表示方向d上社会车辆在交叉口n时段k内直行的绿灯时间，ld,n,k表示方向d上社会车辆在交叉口n时段k内左转的绿灯时间，γn,k表示交叉口n时段k内有轨电车绿灯时间是否受相位方案影响。约束条件2:有轨电车在路段上最小行驶时间约束,所述行驶时间为有轨电车在交叉口之间或交叉口与站点之间的行驶时间，不包括停站时间，约束表达式为:其中，ttn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车在路段n上的行驶时间，N是所有路段的集合，是在路段n上沿方向d以允许的最大速度行驶的时间，是在路段n上沿方向d以规定的最小速度行驶的时间。约束条件3:有轨电车在站点最小停站时间约束，所述的最小停站时间是指要满足乘客上下车所需要的最小时间,约束表达式为:其中，dtn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车在站点n上的停站时间，S是所有站点的集合，是在站点n方向d上满足乘客上下车需求的最小时间，是在站点n方向d上规定的最大停站时间。约束条件4:全天多信号配时方案条件下有轨电车不停车通过不同交叉口约束。所述多信号配时方案是指为了全天交通流量的时变性，在早高峰，午高峰，晚高峰，平峰时段所相应制定的信号配时方案,所述的信号控制子区指具有相同的信号配时周期的沿线交叉口组成的区域，所述信号配时周期是指一个交叉口的红绿灯时间之和。所述全天多信号配时方案条件下有轨电车不停车通过不同交叉口约束的表达式为：其中，xn,k,(m,d)为0-1变量，表示方向d的第m次有轨电车班次是否在时段k通过交叉口n；Tk表示时段k的起始时间；san,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次通过交叉口n的时间；tθd,n,k表示方向d上交叉口n在时段k内有轨电车绿灯第一次起亮时刻与Tk的时间差；表示交叉口n所在子区z在时段k的周期时长；yn,k,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次在时段k通过交叉口n所在信号周期的编号；twn,k,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次在时段k通过交叉口n时与有轨电车绿灯起亮时间的时间差；san,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次到达交叉口或站点n的时刻，sdn,(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次离开交叉口或站点n的时刻，表示方向d的第m次有轨电车班次到达交叉口或站点n下游交叉口或站点n+的时刻，I表示所有交叉口的集合；S表示所有站点的集合；M是充分大的数。约束条件5:同向前后班次有轨电车车头时距约束，约束表达式为：其中，sdu(d),(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次离开起点站u(d)的时间；表示第k时段内方向d的第m次有轨电车班次与后一班有轨电车发车间隔的最小值；表示第k时段内方向d的第m次有轨电车班次与后一班有轨电车发车间隔的最小值；约束条件6:调头班次到达和发车时刻间换班时长约束，约束表达式为：其中，sav(d),(m,d)表示方向d的第m次有轨电车班次到达终点站v(d)的时间，表示相应反方向掉头车辆的发车时间，F表示方向d投入运营的有轨电车数量，L表示换班所需要的最小时间。步骤103：根据惩罚项系数的灵敏度确定不同时段内的惩罚项系数。在实际运营时，有轨电车会受到一些随机干扰的影响，如速度的波动性等。随机干扰可能会延误有轨电车到达交叉口的时间，因此有轨电车可能会受随机干扰影响无法按规定的时间通过交叉口，进而在交叉口停车等待下一个绿灯。为了提高有轨电车抗随机干扰的能力，应尽量使有轨电车在绿灯早期通过交叉口。增大惩罚项系数可以使有轨电车能尽量在绿灯早期通过，然而过大的惩罚项系数会导致有轨电车在站点较大的停站时间(为了能在绿灯起亮时通过交叉口)，进而增加有轨电车的行程时间。因此需要均衡有轨电车的行程时间和抗随机干扰能力。令惩罚系数从零不断增大。针对每一个惩罚系数，在所述约束条件下计算目标函数的最小值，具体包括调整双向各班次有轨电车的发车时刻，不同信号控制子区里各个交叉口在不同时段内有轨电车绿灯起亮时间以及相位方案，获得所述目标优化函数的最小值。可用的优化方法包括但不限于分支定界法、割平面法等。得到给定惩罚系数的有轨电车时刻表方案，利用交通仿真软件从行程时间和到终点站延误两个指标评价时刻表，并且绘制到终点站延误和行程时间的关系图，如图3所示，选择行程时间显著降低而且到终点站延误降低空间有限的惩罚系数。本实施例不仅提高了有轨电车运行速度，提高了有轨电车的服务水平，同时减小了有轨电车的运营成本，同时增加了时刻表的鲁棒性，使得有轨电车能够很好的维持时刻表的准点率，减少乘客的等待时间。步骤104，根据所述惩罚项系数以及所述约束条件计算所述目标优化函数的最小值。调整双向各班次有轨电车的发车时刻、路段上的行驶速度以及在站点的停靠时间、沿线交叉口有轨电车绿灯起亮时间以及相位方案，获得所述目标优化函数的最小值。步骤105，根据所述最小值确定有轨电车全天运营时刻表，具体包括：步骤B1，根据所述最小值确定双向各班次有轨电车离开所述信号控制子区的时刻并绘制双向有轨电车全天运行图；如图4所示，局部放大图如图5所示。图4和图5中横线表示交叉口处该时刻有轨电车的红灯时间，“*”表示正向有轨电车离站时间，“+”表示反向有轨电车离站时间。步骤B2，根据所述双向有轨电车全天运行图确定有轨电车全天运营时刻表。表1为图4中正向第5班次有轨电车的离站时刻表，精确到分钟。站点离站时间站点离站时间起点站8:34站点108:53站点18:36站点118:55站点28:39站点129:01站点38:40站点139:03站点48:42站点149:04站点58:43站点159:06站点68:47站点169:07站点78:48站点179:09站点88:50站点189:11站点98:51终点站9:13本发明还提供了一种有轨电车全天运营时刻优化系统，图6为本发明一种有轨电车全天运营时刻优化系统的实施例的结构连接图，如图6所示，所述有轨电车全天运营时刻优化系统包括：目标优化函数构建模块601，用于构建有轨电车全天运营时刻的目标优化函数；所述目标优化函数为关于全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和不同时段内的惩罚项系数的函数；约束条件构建模块602，用于构建有轨电车运营的约束条件；所述约束条件包括：1)交叉口信号配时相位方案约束，2)有轨电车在路段上最小行驶时间约束，3)有轨电车在站点最小停站时间约束，4)全天多信号配时方案条件下有轨电车不停车通过不同周期时长的交叉口约束，5)同向前后班次有轨电车车头时距约束，6)调头班次到达和发车时刻间换班时长约束。所述信号配时周期是指一个交叉口的红绿灯时间之和；惩罚项系数确定模块603，用于根据惩罚项系数的灵敏度确定不同时段内的惩罚项系数；最小值计算模块604，用于根据所述惩罚项系数以及所述约束条件计算所述目标优化函数的最小值；全天运营时刻表确定模块605，用于根据所述最小值确定有轨电车全天运营时刻表。本发明提供的有轨电车全天运营时刻优化方法及系统，考虑了不同交叉口在不同时段内不同的信号周期时长的影响，通过调整双向各班次有轨电车的发车时刻、沿线信号控制子区间的相位差、沿线信号控制子区内的相位差，最小化全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和，并根据优化结果确定双向各班次有轨电车离开信号控制子区的时刻，最终得到有轨电车全天运营时刻表。通过本发明得到的有轨电车全天运营时刻表与实际的运行情况相匹配，提高了有轨电车的到站准点率，增加了有轨电车系统的竞争力；以最小化全天双向有轨电车从起点到终点的运行时间之和为目标优化设计有轨电车时刻表，提高了有轨电车运行速度，提高了有轨电车的服务水平，同时减小了有轨电车的运营成本。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页1 2 3