地铁路网中列车调度优化方法、装置、设备及存储介质

本公开涉及计算机，尤其涉及一种地铁路网中列车调度优化方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、地铁是当下的一种主要运输方式，它可以帮助缓解地面上的交通压力、能够促进区域经济的协调发展、同时在便利民生等方面也能发挥重要作用。但是目前地铁服务在乘客体验上还有很大可以提高的空间，例如在高峰期时容易发生车厢过于拥挤或需要排队等候多趟才能上车的情况；以及在低谷期时容易遇到发车间隔较长而需要等待很久才能乘车的情况，这些情况都会给乘客带来不好的地铁乘车体验。

2、地铁线路上列车的调度一般使用时刻表的形式，通过调度时刻表控制着每趟列车的发车时刻、到达各个车站的到站时刻等。调度时刻表的制定一般是依据一些时空和设备限制，例如安全运行速度不能超过上限；防止追尾发车间隔不能过短；同一时刻在线路上运行的列车数不能超过总车数等。

3、由于目前制定调度时刻表没有依据地铁上中实际的客流情况，并且通常只针对单条线路或者单运行方向，缺乏不同线路之间列车的协同配合，容易产生上述不好的乘车体验。因此，如何对地铁路网中各线路上列车进行调度优化，从而保证乘客服务质量，方便乘客出行，提升地铁乘车体验，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提出了一种地铁路网中列车调度优化方法、装置、设备及存储介质，能够缩短地铁路网中乘客的等待时长，提升地铁运行效率，进而提升乘客服务质量、地铁乘坐体验。

2、根据本公开的一方面，提供了一种地铁路网中列车调度优化方法，包括：获取地铁路网在指定时段内的路网数据，所述路网数据包括线路信息、列车信息以及客流信息，所述线路信息包括：地铁线路的线路编号、运行方向、不同地铁线路之间的换乘信息、地铁线路上车站的车站编号；所述列车信息包括：不同地铁线路不同运行方向上列车的列车编号、列车容量、列车在相邻两车站之间的站间运行时长、列车在车站的停站时长；所述客流信息包括所述指定时段的每个单位时段内从地铁路网中任一出发车站进站去往任一目的车站的乘客数量；根据所述路网数据，构建以所述地铁路网中各地铁线路在各运行方向上列车的发车间隔为自变量的优化模型，所述优化模型表征所述指定时段内乘客等待上车所消耗的乘客总等待时长；基于针对发车间隔所预设的约束条件，以最小化所述优化模型为目标，确定所述地铁路网中各地铁线路在各运行方向上各列车的目标发车间隔，所述目标发车间隔用于制定所述地铁路网在所述指定时段内各地铁线路在各运行方向上列车的调度时刻表。

3、在一种可能的实现方式中，所述根据所述路网数据，构建以所述地铁路网中各地铁线路在各运行方向上列车的发车间隔为自变量的优化模型，包括：根据所述客流信息、所述换乘信息以及所述列车容量，确定各地铁线路的各运行方向上各趟列车离开各个车站时的滞留人数，以及各地铁线路的各运行方向上各趟列车进入车站的进站时刻与上一趟列车离开车站的离站时刻之间的进站人数；根据各地铁线路的各运行方向上各趟列车离开各个车站时的滞留人数，以及各趟列车到达各个车站的到站时刻与离开各个车站的离站时刻，构建各地铁线路的各运行方向上各趟列车离开各个车站后滞留乘客的滞留等待时长；根据各地铁线路的各运行方向上从各趟列车的上一趟列车离开车站到各趟列车进入车站期间的进站人数、各趟列车到达各个车站的到站时刻，以及各趟列车的到站时刻与上一趟列车的离站时刻之间的各个时刻，构建各地铁线路的各运行方向上各趟列车到达各个车站前新进站乘客的进站等待时长；其中，到站时刻是基于代表发车间隔的自变量参数、停站时长以及站间运行时长所构建的，所述离站时刻是基于所述到站时刻以及停站时长所构建的；所述优化模型包括：所述滞留等待时长与所述进站等待时长之和。

4、在一种可能的实现方式中，任一地铁线路的任一运行方向上第i趟列车离开第x个车站时的滞留人数包括：第i趟列车到达第x个车站时的站台人数与第i趟列车离开第x个车站时的上车人数之间的差，1≤i≤i，i是任一地铁线路上任一运行方向上的列车总数，1≤x≤n，n是任一地铁线路上的车站总数；其中，第i趟列车到达第x个车站时的站台人数是基于第i-1趟列车离开第x个车站时的滞留人数以及从第i-1趟列车离开第x个车站到第i趟列车进入第x个车站期间进入第x个车站的进站人数所确定的；其中，第i趟列车离开第x个车站时的上车人数是基于第i趟列车到达第x个车站时的站台人数、列车容量、第i趟列车到达第x个车站时在列车上的车上人数以及第i趟列车到达第n个车站时的下车人数所确定的，其中，第i趟列车到达第i个车站时已在列车上的车上人数是基于第i趟列车已途经的各个车站的上车人数与下车人数所确定的，第i趟列车到达第n个车站时的下车人数是基于所述客流信息以及所述换乘信息所确定的。

5、在一种可能的实现方式中，所述换乘信息包括：地铁路网中地铁线路之间的直接换乘信息与间接换乘信息，所述直接换乘信息包括任一地铁线路上的用于直接换乘到另一地铁线路的换乘车站的车站编号，所述间接换乘信息包括任一地铁线路上的用于间接换乘到另一地铁线路的换乘车站的车站编号；其中，任一地铁线路的任一运行方向上从第i-1趟列车离开第x个车站到第i趟列车进入第x个车站期间进入第x个车站的进站人数是根据任一地铁线路的任一运行方向上从第x个车站出发所能到达的全部目的车站以及从第i-1趟列车离开第x个车站到第i趟列车进入第x个车站期间的客流信息所确定的；其中，所述任一运行方向上从第x个车站出发所能到达的全部目的车站包括：在第x个车站所属地铁线路任一运行方向上的从第x个车站出发所能到达车站以及从第x个车站进站后所能换乘到的其它地铁线路上的全部车站，所述从第x个车站进站所能换乘到的其它地铁线路上的全部车站是根据所述直接换乘信息、所述间接换乘信息以及所述线路信息所确定的。

6、在一种可能的实现方式中，所述换乘信息包括：地铁路网中地铁线路之间的直接换乘信息、间接换乘信息以及换乘时长信息，所述换乘时长信息包括从任一地铁线路上的换乘车站直接换乘到另一地铁线路上的换乘车站所需的换乘时长，所述方法还包括：针对地铁路网中的任一当前地铁线路，根据所述换乘信息，确定从所述当前地铁线路能直接换乘到的邻接地铁线路、所述当前地铁线路上的当前换乘站与所述邻接地铁线路上的邻接换乘站、从所述当前换乘站换乘到所述邻接换乘站所需的换乘时长以及从所述邻接换乘站换乘到所述当前换乘站所需的换乘时长；根据所述当前地铁线路的任一运行方向上第1趟列车到第j趟列车之间每两趟列车的目标发车间隔、所述当前地铁线路上列车在相邻两车站之间的站间运行时长以及列车在车站的停站时长，确定第j趟列车到达所述当前换乘站的到站时刻，1＜j≤j，j是当前地铁线路上任一运行方向上的列车总数；根据第j趟列车到达所述当前换乘站的到站时刻以及从所述当前换乘站换乘到所述邻接换乘站所需的换乘时长，确定第j趟列车到达所述当前换乘站时下车的换乘乘客到达所述邻接换乘站的第一到达时刻；根据所述第一到达时刻，确定所述邻接地铁线路的任一运行方向上的在所述第一到达时刻之前离开所述邻接换乘站的第k趟列车以及在所述第一到达时刻之后离开所述邻接换乘站的第k+1趟列车，1≤k≤k，k是邻接地铁线路上任一运行方向上的列车总数；根据所述邻接地铁线路上每两趟列车之间的目标发车间隔、所述邻接地铁线路上列车在相邻两车站之间的站间运行时长与列车在车站的停站时长，以及从所述邻接换乘站换乘到所述当前换乘站所需的换乘时长，确定从所述邻接换乘站下车并在第j趟列车离开所述当前换乘站的离站时刻之前到达所述当前换乘站的换乘乘客的第二到达时刻以及在第j趟列车离开所述当前换乘站的离站时刻之后到达所述当前换乘站的换乘乘客的第三到达时刻；根据所述第k趟列车与所述第k+1趟列车各自离开所述邻接换乘站的离站时刻、所述第一到达时刻、所述第二到达时刻、所述第三到达时刻以及针对发车间隔所预设的边界阈值，对第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的目标发车间隔进行优化，得到第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的优化发车间隔；其中，任一地铁线路的任一运行方向上各趟列车对应的优化发车间隔用于制定任一地铁线路的任一运行方向上各列车的调度时刻表。

7、在一种可能的实现方式中，所述根据所述第k趟列车与所述第k+1趟列车各自离开所述邻接换乘站的离站时刻、所述第一到达时刻、所述第二到达时刻、所述第三到达时刻以及针对发车间隔所预设的边界阈值，对第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的目标发车间隔进行优化，得到第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的优化发车间隔，包括：根据所述边界阈值、第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的目标发车间隔，确定第j趟列车对应的目标发车间隔的初始增加上界以及初始减小上界；根据所述第k+1趟列车离开所述邻接换乘站的离站时刻、所述第一到达时刻以及所述初始增加上界，确定第j趟列车对应的目标发车间隔的目标增加上界，所述目标增加上界用于使从所述当前换乘站换乘到所述邻接换乘站的换乘乘客不错过所述第k+1趟列车；根据所述第k趟列车离开所述邻接换乘站的离站时刻以及所述第一到达时刻，确定第j趟列车对应的目标发车间隔的目标减小下界，所述目标减小下界用于使从所述当前换乘站换乘到所述邻接换乘站的换乘乘客恰好赶上所述第k趟列车；根据第j趟列车对应的目标发车间隔、所述第二到达时刻以及所述初始减小上界，确定第j趟列车对应的目标发车间隔的目标减小上界，所述目标减小上界用于使在所述第二到达时刻到达所述当前换乘站的换乘乘客不错过第j趟列车；根据第j趟列车对应的目标发车间隔以及所述第三到达时刻，确定第j趟列车对应的目标发车间隔的目标增加下界，所述目标增加下界用于使在所述第三到达时刻到达所述当前换乘站的换乘乘客恰好赶上第j趟列车；根据第j趟列车对应的目标发车间隔的目标增加上界、目标增加下界、目标减小上界以及目标减小下界，对第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的目标发车间隔进行优化，得到第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的优化发车间隔。

8、在一种可能的实现方式中，所述根据第j趟列车对应的目标发车间隔的目标增加上界、目标增加下界、目标减小上界以及目标减小下界，对第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的目标发车间隔进行优化，得到第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的优化发车间隔，包括：在所述目标减小下界小于或等于所述目标减小上界，且所述目标增加下界大于所述目标增加上界的情况下，将第j趟列对应的目标发车间隔与所述目标减小下界之差确定为第j趟列车对应的优化发车间隔，以及将第j+1趟列车对应的目标发车间隔与所述目标减小下界之和确定为第j+1趟列车对应的优化发车间隔；或，在所述目标增加下界小于或等于所述目标增加上界，且所述目标减小下界大于所述目标减小上界的情况下，将第j趟列对应的目标发车间隔与所述目标增加下界之和确定为第j趟列车对应的优化发车间隔，以及将第j+1趟列车对应的目标发车间隔与所述目标增加下界之差确定为第j+1趟列车对应的优化发车间隔；或，在所述目标增加下界小于或等于所述目标增加上界，且所述目标减小下界小于或等于所述目标减小上界的情况下，根据所述目标增加下界与所述目标减小下界中的最小值，对第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的目标发车间隔进行优化，得到第j趟列车与第j+1趟列车各自对应的优化发车间隔。

9、在一种可能的实现方式中，所述基于针对发车间隔所预设的约束条件，以最小化所述优化模型为目标，确定所述地铁路网中各地铁线路在各运行方向上各列车的目标发车间隔，包括：基于针对发车间隔所预设的约束条件，生成初代种群，所述初代种群包括多个个体，每个个体包括所述地铁路网中各个地铁线路在各运行方向上各列车对应的发车间隔，其中，所述约束条件包括：任一地铁线路在任一运行方向上的全部列车对应的目标发车间隔之和等于所述指定时段，任一目标发车间隔不超出预设的边界阈值；基于上述初代种群，执行以下m轮迭代处理，m为正整数：在第m轮迭代处理中，使用所述优化模型计算第m代种群中μ个个体各自对应的乘客总等待时长，并基于第m代种群中μ个个体各自对应的乘客总等待时长，从所述第m代种群中随机选取y个个体，其中，1≤m≤m，第1代种群为所述初代种群，μ为正整数，1≤y≤μ；使用预设的交叉算子和/或变异算子对从所述第m代种群中选取的y个个体进行处理，得到λ个子代个体，λ为正整数；从所述λ个子代个体与所述第m代种群中μ个个体构成的父代种群中选取μ个子代个体，得到第m+1代种群；针对经第m轮迭代处理后得到的第m+1代种群，将所述第m+1代种群中乘客总等待时长最小的个体，确定为所述地铁路网中各地铁线路在各运行方向上各列车的目标发车间隔。

10、在一种可能的实现方式中，所述变异算子包括以下至少一种：单点变异算子、交换变异算子、翻转变异算子、平移变异算子；其中，单点变异算子用于对个体中的任一发车间隔进行增加或减小的单点变异处理并对相邻的发车间隔进行相反的单点变异处理；所述交换变异算子用于对个体中的同一地铁线路的同一运行方向上的任意两个发车间隔进行交换处理；所述翻转变异算子用于对个体中的同一地铁线路的同一运行方向上任意区间内的至少两个发车间隔进行翻转处理；所述平移变异算子用于对个体中的同一地铁线路的同一运行方向的全部发车间隔进行首尾相连的平移处理；所述交叉算子用于基于从指定范围内随机选取的随机数，对从所述第m代种群中选取的y个个体中的每两个个体进行加权求和处理。

11、在一种可能的实现方式中，在使用预设的交叉算子和/或变异算子对从所述第m代种群中选取的y个个体进行处理之前，所述方法还包括：基于迭代轮数与变异概率之间的第一预设关系，以及迭代轮数与交叉概率之间的第二预设关系，确定第m轮迭代处理对应的变异概率与交叉概率，并分别判断所述第m轮迭代处理对应的变异概率与交叉概率是否大于从指定范围内随机选取的随机数；其中，所述第一预设关系表征变异概率与迭代轮数之间呈负相关，所述第二预设关系表征交叉概率与迭代轮数呈正相关；在所述第m轮迭代处理对应的变异概率大于所述随机数的情况下，确定使用预设的变异算子对从所述第m代种群中选取的y个个体进行处理；在所述第m轮迭代处理对应的交叉概率大于所述随机数的情况下，确定使用预设的交叉算子对从所述第m代种群中选取的y个个体进行处理。

12、根据本公开的另一方面，提供了一种获取模块，用于获取地铁路网在指定时段内的路网数据，所述路网数据包括线路信息、列车信息以及客流信息，所述线路信息包括以下至少一种：地铁线路的线路编号、运行方向、不同地铁线路之间的换乘信息、地铁线路上车站的车站编号；所述列车信息包括以下至少一种：不同地铁线路不同运行方向上列车的列车编号、列车容量、列车在相邻两车站之间的站间运行时长、列车在车站的停站时长；所述客流信息包括所述指定时段的每个单位时段内从地铁路网中任一出发车站进站去往任一目的车站的乘客数量；构建模块，用于根据所述路网数据，构建以所述地铁路网中各地铁线路在各运行方向上列车的发车间隔为自变量的优化模型，所述优化模型表征所述指定时段内乘客等待上车所消耗的乘客总等待时长；优化模块，用于基于针对发车间隔所预设的约束条件，以最小化所述优化模型为目标，确定所述地铁路网中各地铁线路在各运行方向上各列车的目标发车间隔，所述目标发车间隔用于制定所述地铁路网在所述指定时段内各地铁线路在各运行方向上列车的调度时刻表。

13、根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为在执行所述存储器存储的指令时，实现上述方法。

14、根据本公开的另一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。

15、根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，或者承载有计算机可读代码的非易失性计算机可读存储介质，当所述计算机可读代码在电子设备的处理器中运行时，所述电子设备中的处理器执行上述方法。

16、根据本公开实施例，通过根据整个地铁路网的线路信息、列车信息以及客流信息，建立优化模型，并基于预设的约束条件，以最小化优化模型为目标，也即以最小化乘客总等待时长为目标，确定优化后的目标发车间隔，不仅实现地铁路网中列车发车间隔的整体优化，也即实现地铁路网中列车调度时刻表的整体优化，在使用基于目标发车间隔制定的调度时刻表进行列车调度时，能够缩短地铁路网中乘客的等待时长，提升地铁运行效率，进而提升乘客服务质量、地铁乘坐体验。

17、根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。