本發(fā)明涉及軌道交通運(yùn)營(yíng)組織，更具體的，涉及一種基于在線編解的城市軌道交通y型線路運(yùn)營(yíng)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)作為公共交通體系的核心組成部分，其規(guī)模迅速擴(kuò)大，服務(wù)范圍也延伸至郊區(qū)、衛(wèi)星城鎮(zhèn)以及中心城區(qū)以外的區(qū)域，極大地拓展了城市居民的生活半徑。在這一背景下，y型線路憑借其獨(dú)特的線路布局，能夠有效覆蓋較大區(qū)域并滿足多樣化的客流需求，在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用，典型案例包括上海地鐵10號(hào)線、11號(hào)線以及廣州地鐵3號(hào)線等。然而，相較于傳統(tǒng)的單一線路，y型線路的運(yùn)輸組織模式更顯復(fù)雜與靈活，因此，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的列車(chē)運(yùn)營(yíng)模式對(duì)于提升y型線路運(yùn)營(yíng)效率、滿足乘客出行需求至關(guān)重要。

2、目前，y型線路運(yùn)營(yíng)模式主要分化為兩大類(lèi)別：一是“并線貫通運(yùn)營(yíng)”，即主線與支線列車(chē)按特定比例交替運(yùn)行，如上海地鐵10號(hào)線、11號(hào)線，但這種模式有時(shí)可能導(dǎo)致郊區(qū)乘客的候車(chē)時(shí)間增加；二是“支線獨(dú)立運(yùn)營(yíng)”，即主線與支線列車(chē)各自獨(dú)立運(yùn)行，如深圳地鐵6號(hào)線及6支線，但此模式又可能引發(fā)主線與支線間換乘銜接不暢。鑒于上述挑戰(zhàn)，如何優(yōu)化y型線路的運(yùn)營(yíng)模式，以提升其整體運(yùn)營(yíng)水平，已成為當(dāng)前城市軌道交通領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。隨著車(chē)輛、信號(hào)等技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，尤其是靈活編組運(yùn)輸組織模式的出現(xiàn)，特別是在線聯(lián)掛/解體（簡(jiǎn)稱(chēng)在線編解）技術(shù)的應(yīng)用，為設(shè)計(jì)更加靈活、高效的y型線路運(yùn)營(yíng)模式提供了新的視角與途徑。例如，上海地鐵16號(hào)線、北京地鐵3號(hào)線以及廣州地鐵3號(hào)線等線路均已開(kāi)始應(yīng)用這一模式。在線編解模式為設(shè)計(jì)更加靈活和多樣化的y型線路運(yùn)營(yíng)模式提供了新的思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于在線編解的城市軌道交通y型線路運(yùn)營(yíng)優(yōu)化方法，以實(shí)際運(yùn)營(yíng)的客流需求為基礎(chǔ)，為城市軌道交通y型線路的高效運(yùn)營(yíng)提供了新的策略和方法。通過(guò)車(chē)站側(cè)線與正線交替辦理列車(chē)編解作業(yè)，以時(shí)段客流需求為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個(gè)兩階段混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型。模型的第一階段旨在求解各時(shí)段內(nèi)適應(yīng)客流需求的列車(chē)開(kāi)行間隔，第二階段則銜接車(chē)底周轉(zhuǎn)計(jì)劃，形成基于在線編解策略的地鐵y型線路開(kāi)行計(jì)劃。模型同時(shí)考慮了列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃與車(chē)底周轉(zhuǎn)計(jì)劃的協(xié)同優(yōu)化，確保求解結(jié)果符合實(shí)際工程應(yīng)用的需求。

2、本發(fā)明提供了一種基于在線編解的城市軌道交通y型線路運(yùn)營(yíng)優(yōu)化方法，包括：

3、步驟s1：采集待優(yōu)化線路的基礎(chǔ)信息并定義初始化模型相關(guān)參量；

4、步驟s2：提出車(chē)站正線與側(cè)線交替辦理編解作業(yè)的在線編解運(yùn)營(yíng)模式，分析不同模式對(duì)正線通過(guò)能力的影響，建立相應(yīng)的約束關(guān)系；

5、步驟s3：構(gòu)建兩階段在線編解靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化模型，第一階段基于時(shí)段客流需求，構(gòu)建列車(chē)開(kāi)行方案優(yōu)化模型，第二階段在第一階段基礎(chǔ)上，結(jié)合列車(chē)編解的時(shí)間銜接要求和車(chē)底周轉(zhuǎn)銜接要求，構(gòu)建列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃與車(chē)底周轉(zhuǎn)計(jì)劃的協(xié)同優(yōu)化模型；

6、步驟s4：對(duì)所述組織優(yōu)化模型進(jìn)行線性化，利用cplex求解器進(jìn)行求解，得到在線編解的城市軌道交通y型線路靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化方案；

7、步驟s5：將獲取的城市軌道交通y型線路靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化方案運(yùn)用預(yù)設(shè)維度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

8、本方案中，所述步驟s1具體包括：

9、采收集待優(yōu)化線路的基礎(chǔ)信息，所述基礎(chǔ)信息包括車(chē)站數(shù)量、站間距、線路最大通過(guò)能力、列車(chē)定員、客流量；

10、記為車(chē)站，為車(chē)站索引，記線路主線和支線的交匯車(chē)站為改編車(chē)站；

11、利用、和分別表示主線支線共線區(qū)段、主線單獨(dú)區(qū)段和支線單獨(dú)區(qū)段，其區(qū)間的車(chē)站集合則分別由、和表示。

12、本方案中，所述步驟s2具體包括：

13、y型線路列車(chē)靈活編組運(yùn)營(yíng)模式利用車(chē)站正線側(cè)線交替辦理列車(chē)的在線聯(lián)掛作業(yè)，在該模式下的列車(chē)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景為，

14、s201：列車(chē)和分別從主線車(chē)站和支線車(chē)站出發(fā)；列車(chē)先抵達(dá)車(chē)站，根據(jù)股道空閑情況選擇?？吭诠傻?或股道2，執(zhí)行清客作業(yè)；列車(chē)隨后到達(dá)并?？肯嗤傻?，執(zhí)行清客作業(yè)，下車(chē)的乘客可直接在對(duì)向站臺(tái)乘坐已聯(lián)掛完畢的列車(chē)；之后，列車(chē)與在該股道上進(jìn)行聯(lián)掛，形成大編組列車(chē)，隨后站臺(tái)上乘客上車(chē)，列車(chē)?yán)^續(xù)行駛至車(chē)站并折返；

15、s202：列車(chē)從車(chē)站出發(fā)，行駛至車(chē)站在線解體為列車(chē)與；列車(chē)?yán)^續(xù)向前行駛到主線車(chē)站后進(jìn)行折返，列車(chē)則前往支線車(chē)站后進(jìn)行折返；其中，在線解體作業(yè)無(wú)需進(jìn)行乘客清客作業(yè)；

16、s203：列車(chē)從主線車(chē)站出發(fā)，列車(chē)從支線車(chē)站出發(fā)；兩列車(chē)在空閑股道?？?，執(zhí)行清客作業(yè)并完成在線聯(lián)掛，隨后重復(fù)步驟s1的過(guò)程。

17、本方案中，所述步驟s3具體包括：

18、s301：模型前提條件設(shè)定；

19、假設(shè)乘客到達(dá)服從均勻分布，乘客平均候車(chē)時(shí)間近似等于開(kāi)行間隔的一半；

20、假設(shè)所有列車(chē)均采用站站停的模式，同一線路上列車(chē)的區(qū)間運(yùn)行時(shí)間和停站時(shí)間相同；

21、假設(shè)列車(chē)采用全自動(dòng)機(jī)械編解方式進(jìn)行聯(lián)掛和解體作業(yè)；

22、s302：第一階段決策變量與約束條件定義；

23、s303：第一階段目標(biāo)函數(shù)定義與模型組合構(gòu)建；

24、s304：第二階段決策變量與約束條件定義；

25、s305：第二階段目標(biāo)函數(shù)與模型組合構(gòu)建。

26、本方案中，所述第一階段決策變量與約束條件定義具體包括：

27、以研究時(shí)段內(nèi)列車(chē)發(fā)車(chē)間隔、列車(chē)和編組數(shù)為決策變量；

28、綜合考慮線路發(fā)車(chē)間隔約束、客流服務(wù)約束以及車(chē)輛運(yùn)用約束構(gòu)建第一階段約束條件。

29、本方案中，所述第一階段目標(biāo)函數(shù)定義與模型組合構(gòu)建具體包括：

30、以企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本和乘客出行成本的綜合最小化為優(yōu)化目標(biāo)，確保運(yùn)輸效益最大化，第一階段目標(biāo)函數(shù)表示為：其中，和分別為企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本和乘客出行成本，和分別為兩者的權(quán)重，且；

31、根據(jù)第一階段目標(biāo)函數(shù)與由線路發(fā)車(chē)間隔約束、客流服務(wù)約束以及車(chē)輛運(yùn)用約束組成的第一階段約束條件構(gòu)建列車(chē)開(kāi)行方案優(yōu)化模型。

32、本方案中，所述第二階段決策變量與約束條件定義具體包括：

33、在已知各時(shí)段的列車(chē)開(kāi)行方案下，以上行車(chē)次在車(chē)站的始發(fā)時(shí)刻，以及下行車(chē)次在車(chē)站的始發(fā)時(shí)刻為決策變量；

34、綜合考慮列車(chē)到發(fā)車(chē)站的運(yùn)行時(shí)間約束、最小發(fā)車(chē)間隔約束、最小折返時(shí)間約束、折返股道占用約束以及聯(lián)掛解體作業(yè)到發(fā)時(shí)間約束構(gòu)建第二階段約束條件。

35、本方案中，所述第二階段目標(biāo)函數(shù)與模型組合構(gòu)建具體包括：

36、以最小化列車(chē)出入庫(kù)次數(shù)和列車(chē)始發(fā)時(shí)刻偏差值為目標(biāo)，確保列車(chē)發(fā)車(chē)間隔的均勻性，第二階段目標(biāo)函數(shù)表示為：；

37、根據(jù)第二階段目標(biāo)函數(shù)與由列車(chē)到發(fā)車(chē)站的運(yùn)行時(shí)間約束、最小發(fā)車(chē)間隔約束、最小折返時(shí)間約束、折返股道占用約束以及聯(lián)掛解體作業(yè)到發(fā)時(shí)間約束組成的第二階段約束條件構(gòu)建列車(chē)運(yùn)行計(jì)劃與車(chē)底周轉(zhuǎn)計(jì)劃的協(xié)同優(yōu)化模型。

38、本方案中，所述步驟s4具體包括：

39、將所述兩階段在線編解靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化模型進(jìn)行線性化，轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，調(diào)用求解器cplex對(duì)所述混合整數(shù)線性規(guī)劃模型進(jìn)行求解，得到在線編解的城市軌道交通y型線路靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化方案。

40、本方案中，所述步驟s5具體包括：

41、獲取兩階段在線編解靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化模型所得最優(yōu)解，所述最優(yōu)解包括列車(chē)開(kāi)行間隔、列車(chē)編組數(shù)；

42、利用乘客出行成本、列車(chē)運(yùn)用數(shù)和企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本方面構(gòu)建評(píng)估體系，利用所述評(píng)估體系從多個(gè)維度評(píng)估所述城市軌道交通y型線路靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化方案的適用性和綜合效益。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開(kāi)的有益效果為：

44、（1）該發(fā)明在城市軌道交通y型線路的運(yùn)輸組織中采用了基于在線編解模式的靈活編組技術(shù)，通過(guò)在車(chē)站正線與側(cè)線之間交替進(jìn)行列車(chē)編解作業(yè)，確保了作業(yè)安全，顯著減少了乘客等待時(shí)間。

45、（2）考慮了在線編解作業(yè)對(duì)正線運(yùn)營(yíng)的影響，對(duì)列車(chē)在線聯(lián)掛/解體作業(yè)的過(guò)程進(jìn)行解析，并量化了該模式的時(shí)間占用對(duì)正線最大通過(guò)能力的影響。

46、（3）基于時(shí)段客流需求，考慮列車(chē)運(yùn)行和車(chē)底周轉(zhuǎn)的協(xié)同優(yōu)化，構(gòu)建在線編解的y型線路靈活編組運(yùn)行組織優(yōu)化模型，引入列車(chē)始發(fā)時(shí)刻偏差值作為優(yōu)化目標(biāo)之一，實(shí)現(xiàn)了列車(chē)發(fā)車(chē)間隔的均勻性，提高了運(yùn)輸效率與乘客滿意度。

47、（4）通過(guò)設(shè)計(jì)適用于模型特點(diǎn)的線性化求解算法，確保了求解時(shí)間上的確定性，提升了求解效率，為實(shí)際工程中的快速?zèng)Q策提供了有力的技術(shù)支持。