本發明涉及交通運輸，尤其是涉及一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法。

背景技術：

1、城市軌道交通作為眾多城市中不可或缺的交通方式，以其安全、可靠、準時的服務特性，深受廣大出行者的青睞。針對城市軌道交通的規劃研究，大致可分為成本導向型與需求/服務導向型的列車運行計劃編制兩大類。過去幾十年間，成本導向型列車運行計劃編制率先受到關注，其核心在于降低勞動成本、能源消耗、車輛購置及維護等方面的運營成本。近年來，服務導向型規劃日益盛行，更側重于提升乘客服務水平，如最大化列車所吸引的總需求、最小化乘客等待/旅行時間，以及避免乘客擁堵等問題。眾多研究得出了相似結論：相較于固定發車間隔、單一停靠模式及固定車輛編組的時刻表，采用靈活發車間隔、靈活停靠模式及靈活車輛編組的時刻表，能為乘客提供更好的服務，同時節省更多運營成本。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，旨在確定考慮靈活車輛編組策略的列車時刻表和車輛調度計劃。與傳統固定的列車編組模式不同，靈活車輛編組策略意味著列車編組可根據軌道交通沿線不同乘客需求，在選定站點靈活調整，從而滿足不同地區和時段的乘客需求，并進一步提高車輛利用率。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，包括以下步驟：

3、s1、獲取城市軌道交通中的乘客流量信息及用于列車運行圖規劃的基礎數據；這里所提及的時變客流數據，是指因乘客到達的隨機性質而展現出的，在特定時間段內乘客到達的不均勻分布及時間相關性的數據，包括：城市軌道交通單日自動售檢票系統數據等；所述列車運行圖編制的基礎數據包括：列車解編/聯掛時間，區間運行時間、車輛類型、列車停站時間、最大/最小列車運行間隔時間、最大/最小折返時間；

4、s2、基于所述列車運行圖基礎數據建立靈活編組模式下的列車時刻表優化模型，采用guorbi商業求解器進行求解，并生成靈活編組列車時刻表；

5、s3、基于所述靈活編組列車時刻表建立客流分配與車底周轉計劃協同優化模型，采用guorbi商業求解器進行求解，并生成車底周轉計劃和客流分配計劃；

6、s4、記錄所述靈活編組列車時刻表相關數據、車底周轉計劃和客流分配計劃的相關數據，生成目標函數評價指標；

7、s5、基于所述評價指標，通過循環迭代優化，比選出滿足終止條件的迭代目標優化值及其靈活編組列車運行圖編制結果。

8、優選的，根據實際運行圖數據在列車服務的區間運行時間及停站時間固定的條件下，建立了靈活編組模式下的時刻表優化模型具體包括：

9、列車服務的車輛編組在運行過程中可能會發生聯掛和解編，列車到達終點站時的車輛編組可能與離開起點站時的車輛編組不同。為便于計算，本發明根據選定的編組站的數量，將一趟完整的列車服務分解成多個列車旅程并且建立一系列約束完成列車服務和列車旅程之間的轉換，以便后續進行列車服務在各區間的容量計算。

10、時刻表優化部分的變量是列車服務間的運行間隔和改編時間。該算法從初始出發車頭開始尋找最優出發車頭，并逐漸降低車頭的最大允許值，以避免乘客滯留在平臺上。最大出發車頭的初始值是根據實際最大車頭規律設置的(這通常由地鐵公司的運營指南給出，以確保乘客的最低服務頻率)。通常，在高峰時間和繁忙方向的最大出發時間要小于在非高峰時間和非繁忙方向。

11、此類靈活編組模式下的時刻表優化方法能夠優化列車到達/離開時間和車輛編組，更好地滿足時間依賴性和非平衡的乘客需求。

12、優選的，所述靈活編組模式下的時刻表優化模型為混合整數規劃模型，具體建模過程如下：

13、建立模型各階段所需約束條件，所述約束包括：列車服務運行間隔約束、列車服務到發時間約束、列車服務在編組站的改編時間約束、列車服務折返時間約束，建立列車離開時間與離開時段的映射；

14、設定時刻表優化模型的目標函數，具體包括：最大化相鄰列車服務之間的運行間隔。

15、優選的，所述靈活編組技術考慮了列車除了可在城市軌道交通線路起終點站(起終點站與車場相鏈接)進行聯掛/解編操作，也可以在那些擁有多條股道的中間站進行聯掛/解編操作，這極大程度上增加了列車編組的靈活性，使得所生成的列車運行圖能夠更好地滿足時間依賴性和非平衡的乘客需求，同時能夠有效的降低列車運營成本。

16、優選的，所述基于靈活編組列車時刻表優化結果建立的客流分配與車底周轉計劃協同優化模型，具體建模過程如下：

17、建立模型各階段所需約束條件，所述約束包括：車底周轉約束，編組站容量約束、列車服務改編約束、列車服務編組約束、列車服務與各列車旅程之間的映射約束、客流分配約束。

18、根據所述約束條件的數學性質，將非線性化的約束轉化為線性化約束；

19、設定時刻表優化模型的目標函數，具體包括：最小化滯留乘客數量、最小化列車單元的購買成本以及最小化列車的運營成本。并為這三個目標函數確定了優先級：第一優先級是滿足乘客的出行需求，第二優先級是降低列車單元的購買成本，第三優先級是降低列車的運營成本。

20、因此，本發明采用上述結構的一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，具備以下有益效果：

21、本發明通過建立并求解一種milp模型，生成與時空分布不均恒客流相匹配的列車服務編組計劃與時刻表，以減少滯留乘客數量、列車單元數量和運營成本。為了有效地解決綜合優化問題，本研究提出了一種逼近方法和一種兩階段啟發式算法，并結合gurobi商業求解器的混合求解。近似方法近似地放寬了一些計算和約束條件，以提高計算速度。兩階段啟發式方法將綜合優化問題劃分為兩個子問題，并采用啟發式搜索方法求解這兩個子問題。此外，在建模時充分考慮線路各站點的設備設施情況，結合客流分布特征，在保證列車車底周轉計劃可行性的同時，又能快速生成符合線路現有設施設備的且可與客流相匹配的靈活編組運行圖。可滿足運營企業對精準投放運力、降低運營成本、提高服務質量的靈活編組運行圖編制要求，這對于靈活編組在實際場景中的應用具有十分重要的理論指導意義。

22、下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，其特征在于：在步驟s1中，城市軌道交通中的乘客流量信息包括：城市軌道交通單日自動售檢票系統數據；列車運行圖編制的基礎數據包括：列車解編/聯掛時間，區間運行時間、車輛類型、列車停站時間、最大/最小列車運行間隔時間、最大/最小折返時間。

3.根據權利要求1所述的一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，其特征在于：在步驟s2中，建立靈活編組模式下的時刻表優化模型具體如下：

4.根據權利要求1所述的一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，其特征在于：在步驟s3中，靈活編組模式下的時刻表優化模型為混合整數規劃模型，具體建模過程如下：

5.根據權利要求1所述的一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，其特征在于：在步驟s4中，基于靈活編組列車時刻表優化結果建立的客流分配與車底周轉計劃協同優化模型，具體建模過程如下：

技術總結
本發明公開了一種考慮地鐵供需匹配的靈活列車編組運行圖編制方法，屬于交通運輸技術領域。可根據隨時間變化的客流需求，在某些站點實現不同列車單元的聯掛與解編。鑒于使用了多種列車單元，列車單元的聯掛與解編必須遵循可編組站特有的改編規則。其中的混合整數線性規劃模型，旨在優化車底編組與列車時刻表，還納入了乘客分配約束，以評估列車服務中的乘客數量或站內滯留乘客數量，減少滯留乘客數量、列車編組數量及運營成本。本發明通過近似方式放寬了部分計算與約束條件，以提升計算速度，并且通過兩階段啟發式方法將綜合優化問題分解為兩個子問題，采用啟發式搜索方法分別求解這兩個子問題，可實現在盡可能滿足乘客出行需求的同時降低運營成本。

技術研發人員：肖曉芳,王鵬玲,葉雨濤,葛健豪,陳力與,陳藴祺,朱梓桐
受保護的技術使用者：同濟大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24