一种考虑停运的城际铁路列车运行计划调整方法和系统与流程

1.本发明涉及列车运行计划调整技术领域，尤其涉及一种考虑停运的城际铁路列车运行计划调整方法和系统。


背景技术：

2.城际铁路是指运行于相邻城际及城市群之间，设计时速不超过200km/h的新一代客运专线铁路（中级型快速铁路）和设计时速在250
‑
350km/h的老一代城际铁路（区域型高速铁路），如京津城际等。城际铁路通常采用公交化运营方式，具有小编组、高频率、高密度、规律化、区域性、短距离等特点。
3.在城际铁路列车运行过程中，不可避免地会受到一些如大风、强降雨、降雪等恶劣天气、车辆故障、信号设备故障、运营事故等不确定因素的影响，迫使城际铁路列车偏离原计划正点有序运行。由于城际铁路列车行车密度大、公交化运营、多交路并存、停站方式多样化等特点，使得一旦产生列车初始晚点，其连带晚点会迅速在城际铁路中传播，严重时可能造成晚点跨线沿路网传播。中国发明专利申请公布号cn110920700a公开了一种高铁调度优化方法，根据历史数据计算各类突发事件造成的区间中断的起止时间，并确定区间中断的延误传播规律；获取高铁的路网信息，根据区间中断的延误传播规律计算所述路网信息中受影响的延误传播范围信息；建立列车运行调整模型，根据设定的优化目标和约束条件优化所述列车运行调整模型得到混合整数非线性规划模型；根据所述延误传播范围信息和所述混合整数非线性规划模型计算列车运行图，并根据所述列车运行图进行调度。现有技术中，仅通过调整列车在车站的接发车顺序、接发车时刻及运用股道的方法，对受到干扰的列车运行计划进行调整，这对于城际铁路列车运行计划的调整具有局限性。
4.如何克服上述现有技术中列车运行计划调整没有细分列车类型，列车运行计划调整策略的运用没有考虑城际铁路及其列车运行的特点，列车运行计划调整过程中没有考虑停运列车的调整策略等不足，成为本技术领域亟待解决的课题。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种考虑停运的城际铁路列车运行计划调整方法和系统，本发明采用如下技术方案：一种考虑停运的城际铁路列车运行计划调整方法，包括如下步骤：步骤1：按照不运用停运策略对列车运行计划进行调整，即采用下层规划模型l直接调整，得到调整结果，计算列车运行计划调整后的列车晚点率和目标函数值，记为初始最优解;步骤2：判断是否需要运用停运策略，若不需要，则直接输出调整结果，否则继续进行步骤3;步骤3：生成停运列车计划方案备选集，表示停运列车计划方案的数量;
步骤4：针对停运列车计划方案备选集中的每一个列车停运方案进行列车运行计划调整，即在停运列车计划已知的前提下求解对应的下层规划模型l的目标函数值;步骤5：对每一个列车停运方案得到的目标函数值与当前最优解比较，如果，则更新最优解;步骤6：重复执行步骤4至步骤5，直至停运列车计划方案备选集中所有的停运方案均完成列车运行计划调整，输出最优调整结果及其对应的列车停运方案。
6.本发明还涉及一种考虑停运的城际铁路列车运行计划调整系统，包括处理器，以及存储器；所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令从而执行如上所述的考虑停运的城际铁路列车运行计划调整方法。
7.本发明还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的考虑停运的城际铁路列车运行计划调整方法。
8.本发明的技术方案获得了下列有益效果：城际铁路列车运行计划调整中，考虑了停运列车调整策略的运用，考虑停运的城际铁路列车运行计划调整模型的构建，考虑停运的城际铁路列车运行计划调整模型的求解。对于城际铁路列车运行计划的调整需要综合考虑城际铁路列车运行与运营的特点，必要时运用停运策略，通过停运一对/组或多对/组列车后再对列车运行计划进行调整与优化，及时控制晚点传播，减少晚点时分，保障城际铁路列车安全运营，提高旅客乘客满意度。
附图说明
9.图1为本发明考虑停运策略的城际列车运行计划调整模型的求解流程图。
具体实施方式
10.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。
11.除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
12.本发明的模型构建思路及说明如下。
13.构建城际铁路列车运行计划调整的双层规划模型。上层规划模型为列车停运优化模型，输出列车的停运计划。下层规划模型为列车运行计划调整模型，输出列车在车站的到发时刻。在上层规划模型中，综合考虑列车停运条件，创建列车运行停运方案备选集，结合停运相关约束，做出列车停运计划决策。在下层规划模型中，根据上层规划模型做出的停运决策，结合列车在运行过程中的制约特点，输出优化后的列车在车站的到发时刻。上层规划模型和下层规划模型共同参与优化，各自都有着各自的优化目标和约束条件，两层模型之间存在着相互作用的关系，上层规划模型向下层规划模型输出决策方案，下层规划模型依
据此决策方案并结合自身情况进行优化，输出的其最优化结果反馈给上层规划模型，上层规划模型在下层规划模型最优化的反馈结果上进一步优化，以此往复得到最终的优化结果。
14.针对考虑停运的城际铁路列车运行计划调整模型的构建：（1）在城际铁路列车运行计划调整过程中，对于城际铁路列车运行所属的调度区段，除大量的本调度区段内的城际铁路列车运行计划外，若存在少量的跨调度区段或跨线列车运行计划，则将这些跨调度区段或跨线列车运行计划视为高等级列车，优先调整，尽量减少城际调度区段内的跨台、跨线列车在此台交出的晚点，控制晚点在路网中的传播。
15.（2）模型中停运特指始发停运，因列车自身故障或外界干扰导致列车在运行途中无法继续行程的，必须终止运行的，视为对晚点干扰发生源的应急处置。而非运用停运策略产生的停运计划。
16.（3）模型中的城际铁路列车均正向运行，不考虑方向运行。
17.（4）模型中的车站封锁场景，视车站封锁为全站封锁，全站丧失通过能力，一旦故障就不再具备接发车能力，直到故障恢复。
18.（5）除停运的列车外，调整模型中优化不涉及动车组车底担当运营车次的改变。
19.（6）模型中计算的晚点特指营业站的晚点。
20.（7）城际铁路列车运行计划不含转圈、折返、拉锯等场景，即列车最多经过相关的车站一次，不会过相同的车站两次及以上。
21.本发明求解考虑停运策略的城际列车运行计划调整模型的流程如附图1所示。首先按照不运用停运策略对列车运行计划进行调整，根据得出的调整结果判定是否要采用停运策略。若运用停运策略，则生成停运列车计划备选集。然后分别针对备选集中每一个可行停运方案，计算其目标函数，不断更新最优值，直至输出最后方案。具体步骤如下：步骤1：首先按照不运用停运策略对列车运行计划进行调整，即采用下层规划模型l直接调整，得到调整结果，计算列车运行计划调整后的列车晚点率和目标函数值，记为初始最优解。
22.步骤2：根据公式(1)判断是否需要运用停运策略，若不需要，则直接输出调整结果，否则继续进行步骤3。
23.通常在铁路上遇突发事件且造成的影响比较严重的情况下，故障的车站或线路区间通过能力完全丧失且在短时间范围内无法恢复，列车通过迂回径路也无法完成原计划的运输任务时，铁路部门将对已出发的列车适时终止运行，未始发的相关列车停止运行，即停运。
24.对于城际铁路及其所属调度区段的特征分析，可知绝大部分列车在本调度区段内运行。台内列车停运对其他调度区段及路网中其他列车运行影响较小。城际铁路列车呈公交化运营，开行频率高，含有大量相同径路的列车，部分列车的停运对乘客出行的影响不大。在城际铁路调度区段内，动车组通常仅在此城际铁路调度区段上运行，同一车底担当该调度区段内的多趟列车运输任务。停运部分列车后，动车组接续交路容易实现，且不影响动车组运用及检修等。因此，在干扰城际铁路列车正点运行的突发事件，如城际铁路车站或区间设备异常、列车运行途中故障、遇恶劣天气及自然灾害等发生时，可根据客运售票情况，在保证完成旅客运输任务的前提下，采用停运部分列车的策略调整城际铁路列车运行计
划，尽快让受到连带晚点的城际铁路列车恢复正点运行，减少晚点时分，控制晚点传播。
25.城际铁路列车在运行过程中受到的干扰因素有很多，且受到的干扰的程度也不尽相同，然而并不是所有的情况都需要运用停车策略来进行列车运行计划的调整。本发明设置运用停运调整策略的晚点列车率阈值为。在城际铁路列车运行计划调整过程中，先按不采取停运策略对城际铁路列车运行计划进行调整，得到参与列车运行计划调整范围内的晚点列车率，若满足式(1)，则运用停运策略。
[0026] (1)步骤3：生成停运列车计划方案备选集，，表示停运列车计划方案的数量。
[0027]
城际铁路列车停运方案备选集是基于城际铁路的一组或几组可能停运的列车集合。停运列车计划方案备选集的子集间，可能相交、不相交，也可能存在包含关系。
[0028]
城际铁路列车停运方案备选集的基本要素是列车的起讫点、动车组车底接续关系、列车运行径路和停站方案。按照先要素生成、再整体生成的原则生成停运列车计划备选集。
[0029]
1、要素生成。
[0030]
（1）列车的起讫点。城际铁路列车一般成对、成组停运，即停运的这一对/组列车是连续的，也可以同时停运多组列车，但是各组内停运的列车时接续的。要保证停运的这对/组列车的前一趟列车的终到站和后一趟列车的始发站为同一车站。
[0031]
（2）动车组车底接续。以相同动车组车底为停运列车计划备选集的生成基础，在保证停运的这对/组列车的前一趟列车的终到站和后一趟列车的始发站为同一车站的前提下，尽量保证停运的这对/组列车的前一趟列车在其终到站使用的股道与后一趟列车在始发站使用的股道一致，避免由于变更股道导致旅客误乘及漏乘的情况发生。
[0032]
（3）列车运行径路和停站方案。由于城际铁路列车担当旅客运输任务，当某一趟列车停运时，要保证后续仍开行的列车与此停运列车存在相同运行径路和停站方向，即确保存在后续仍开行的列车与此停运列车存在相同od流，保证因购买停运列车车票的旅客可以通过改签仍然能够继续行程，提高旅客乘客满意度。
[0033]
2、整体生成。
[0034]
按照上层规划模型u，以停运列车的数量最少为目标函数，以城际铁路列车的接续关系和旅客运输等为约束条件，运用分支定界方法对要素生成的各备选集进行综合优化，输出最优城际铁路列车停运方案备选集。
[0035]
所述上层规划模型u具体为：取停运列车的数量最少作为城际铁路列车运行计划调整模型之上层规划模型u的优化目标函数其中，表示列车运行线的停运标志，取值为，0表示列车正常运行，1表示列车停运。表示列车运行线，表示列车运行线id，唯一表示一趟列车。表示列车运
行线的总数量。
[0036]
城际铁路列车运行计划调整上层规划模型的约束条件有：（1）城际铁路列车一般成对、成组停运，即停运的这一对/组列车是连续的，也可以同时停运多组列车，但是各组内停运的列车时接续的。要保证停运的这对/组列车的前一趟列车的终到站和后一趟列车的始发站为同一车站。举例说明：若停运的车组为的某一对列车和，则这对停运列车的前一趟列车的终到站和后一趟列车的始发站必须为同一车站，即；若停运的车组为的某一组列车、、和，则这对停运列车的前一趟列车的终到站和后一趟列车的始发站必须为同一车站，即；其中，表示第个车组，是该车组在列车运行计划调整范围内担当运营车次的集合，，，，表示车组数量，表示第个车组担当运营列车车次的个数。
[0037]
（2）若停运的这一对/组列车后，这对/组列车的后一趟列车在始发站的股道与其前一趟列车在终到站的股道不一致，则后一趟列车在始发站的股道将变更为其前一趟列车在终到站的股道，即如果，则有；其中，表示列车运行线在车站节点的股道。
[0038]
（3）确保列车停运后，已购买火车票的旅客都能达到目的地。即保证原已购买停运列车车票的旅客，可以通过改签乘坐开行的且需求相同o
‑
d的列车，即如果，则有，；其中，表示列车的od客流集合，，表示列车包含的od客流类型数量；表示列车运行线集合；表示停运列车集合，，表示停运列车的数量。
[0039]
（4）运输任务约束。（4）运输任务约束。
[0040]
确保列车停运后，仍开行列车的运送旅客能力满足既有客运需求且列车不超员。
其中，表示运用停运策略后将已停运列车的旅客行程改签至未停运列车上后，任一相邻车站区间的子od中的最大可载旅客数量；表示列车的定员数；表示列车的超员率; 表示列车在上的已购买车票的旅客数量;表示按原计划列车在任一相邻车站区间的子od中的最大已购买车票的旅客数，;表示运用停运策略后将已停运列车的旅客行程改签至未停运列车上后列车在上的可载旅客的数量; 。
[0041]
（5）运用列车停运策略后，调整后的列车晚点率约束。
[0042]
步骤4：针对停运列车计划方案备选集中的每一个列车停运方案进行列车运行计划调整，即在停运列车计划已知的前提下求解对应的下层规划模型l的目标函数值。
[0043]
所述下层规划模型l具体为：在列车停运计划已知的前提下，取营业站晚点时分最小和晚点列车率最小作为城际铁路列车运行计划调整模型之下层规划模型l的优化目标函数，如下公式所示如下公式所示如下公式所示其中，和是和采用极差化归一法统一量纲后的值。表示营业站晚点时分最小指标的权重，表示晚点列车率最小指标的权重，。
[0044]
其中，表示列车运行线的总晚点时分,的总晚点时分,表示列车运行线在车站节点的到达晚点时分，的到达晚点时分，表示列车运行线在车站节点的出发晚点时分，
表示列车运行线晚点标志，晚点标志，表示列车运行线在车站节点的到达时刻；表示列车运行线在车站节点的出发时刻;表示列车运行线在车站节点的图定到达时刻;表示列车运行线在车站节点的图定出发时刻；表示列车运行线的第个车站节点，个车站节点，表示列车运行线的节点总数，表示列车运行线的车站节点集合。
[0045]
城际铁路列车运行计划调整下层规划模型的约束条件有：（1）满足列车在区间运行的最小时分其中，表示列车运行线在车站节点与车站节点与之间的最小运行时分，表示区间集合，表示车站与车站之间的区间。
[0046]
（2）满足列车在车站的最小停站/作业时分其中，表示列车运行线在车站节点的最小作业时分。
[0047]
（3）满足动车组列车在车站的最小接续时分如果，那么其中，表示列车运行线与列车运行线在车站节点接续，为接续的前车，为接续的后车，，，表示列车运行线的始发站节点，表示列车运行线的终到站节点，表示列车运行线与列车运行线在车站的最小接续时分，。
[0048]
（4）车站接车时间间隔约束，
其中，表示车站的最小接车间隔，表示车站集合，表示车站，表示车站id，唯一表示一个车站，自上而下顺序编号，表示车站的数量。
[0049]
（5）车站发车时间间隔约束，其中，表示车站的最小发车间隔。
[0050]
（6）车站接发车时间间隔约束，其中，表示车站的最小接发车间隔。
[0051]
（7）营业站客车发车时刻不早于其图定发车时刻。
[0052]
如果或，则。
[0053]
（8）区间封锁约束。
[0054]
如果、、、，则有或。
[0055]
如果、、、， 则有或。
[0056]
其中，表示列车运行线的运行方向，可取值，表示区间的第个区间封锁，，表示区间区间封锁的总数量，表示区间封锁的封锁方向，可取值，表示区间封锁的开始时间，表示区间封锁的结束时间。
[0057]
（9）车站封锁约束。
[0058]
如果，那么 或其中， 表示车站封锁的开始时间，表示车站封锁的结束时间，表示车站的第个车站封锁， ，表示车站车站封锁的总数量。
[0059]
（10）区间越行约束。
[0060]
若且，则若且，则（11）列车在车站占用股道的唯一性约束。
[0061]
若，则或。
[0062]
步骤5：对每一个列车停运方案得到的目标函数值与当前最优解比较，如果，则更新最优解。
[0063]
步骤6：执行步骤4和步骤5直至停运列车计划方案备选集中所有的停运方案均完
成列车运行计划调整，输出最优调整结果及其对应的列车停运方案。
[0064]
本发明实施例的列车运行计划调整算法，采用既有成熟改进人工智能算法，即基于逻辑自映射的变尺度混沌萤火虫算法，作为考虑停运的城际铁路列车运行计划调整模型中的下层规划模型l的求解算法。基于逻辑自映射的变尺度混沌萤火虫算法是将混沌优化思想引入基本萤火虫算法中，利用混沌行为的遍历性和随机性提升算法执行效率。该算法的基本思想是先利用映射规则将待优化变量映射到混沌空间中得到混沌序列，然后进行混沌优化，之后将得到的优化解再次转换到原解空间。
[0065]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。