一种城市轨道交通大小交路列车开行方案优化方法

技术特征：
1.一种城市轨道交通大小交路列车开行方案优化方法，其特征在于：所述优化方法包括以下步骤：针对城市轨道交通线路早高峰时段客流量拥挤的问题，以乘客总候车时间成本、列车走行公里数最小为目标，建立城市轨道交通大小交路开行方案优化模型；通过线性加权和法化多目标为单目标，并采用遗传算法求解城市轨道交通大小交路开行方案优化模型，得到最优列车开行方案与目标函数值。2.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通大小交路列车开行方案优化方法，其特征在于：以乘客总候车时间成本、列车走行公里数最小为目标,建立城市轨道交通大小交路开行方案优化模型的具体过程包括如下步骤：步骤1：设定双向城市轨道交通列车含n个车站，s*＝{1，2，
…
，n}为车站集合，其中，小交路区间的折返站为[s
a
，s
b
]，位于此区间的od客流总量为q2，位于其他区间的od客流总量为q1，则客流总量q1、q2的表达式分别为：的表达式分别为：式中，q
i,j
代表起始站i至终点站j的od客流量；步骤2：计算起点和终点都是在[s
a
，s
b
]这一区段内的乘客平均等待时间t
w2
，以及其余区间的乘客平均等待时间t
w1
：步骤3：以列车走行公里数最小为目标，设定乘客整体等待时间最小的目标函数z1和车辆运行公里数最小的目标函数z2，满足：minz1＝q1·
t
w1
q2·
t
w2
；minz2＝2f1·
n1·
l1·
t
t
2f2·
n2·
l2·
t
t
；式中，f1、f2代表大交路和小交路的发车频率，n1、n2代表大交路的列车编组数和小交路的列车编组数，l1、l2代表大交路的线路长度与小交路的线路长度，t
t
代表所研究的运营时段的时长；步骤3：为保证列车的行车安全和保障城市轨道交通运行的效率，根据目标函数的约束条件建立城市轨道交通大小交路开行方案优化模型，其约束条件满足：min{z1，z2}其中，f1 f2≤f
max
为线路最大发车频率约束，f1≥f
min
为线路最小发车频率约束；f1,f2∈n表示各交路的列车发车频率应为整数；n1·
[t
z，1
·
f1] n2·
[t
z,2
·
f2]≤n0为运用列车车辆数约束；
1≤a≤b≤n为折返站位置约束；表示大交路列车周转时间为；表示小交路列车周转时间；t
t,m
为在区间m上列车的走行时间，t
t,k
为列车在车站k上的停站时间，t
z
为列车在折返站的折返作业时间。3.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通大小交路列车开行方案优化方法，其特征在于：采用遗传算法求解城市轨道交通大小交路开行方案优化模型包括如下步骤：步骤2.1：初始化信息：选择大小交路的发车频率f1、f2，小交路折返站位置s
a
、s
b
为决策变量，输入地铁列车的客流出行矩阵od、线路和站点信息矩阵jl以及设置遗传算法参数：主要包括种群规模n、变异概率pm、交叉概率pc及循环次数gmax；步骤2.2：初始解生成：采用随机生成的方式生成初始解，以遗传算法中生成的初始解为相邻两列车在首站的发车间隔，为便于遗传操作，将始解转换为不同形式一维二进制编码；即对列车发车间隔的每个解进行编码后，再进行解码操作，得到遗传算法中的初始种群个体对应的调度方案；步骤2.3：目标函数处理：采用线性加权和法将乘客整体等待时间最小的目标函数z1和车辆运行公里数最小的目标函数z2转化为单目标函数模型minz；步骤2.4：建立适应度函数，通过适应度函数来表征个体对已有约束的适应性，以乘客等待时间和车辆运行公里数最小构建适应度函数为：步骤2.5：运用轮盘赌选择算子，挑选出合适的个体进入下一代子种群，用遗传算法的交叉算子进行个体最优位置与全局最优位置的更新，通过交叉算子产生新的粒子；然后计算粒子在适应度函数的数值，将数值与历史的个体最优位置、群体的历史全局最优位置进行先后比较，用遗传算法的变异算子进行个体最优位置与全局最优位置的更新；循环后得到更新后的个体最优位置与全局最优位置；步骤2.6：通过遗传算法求解单目标非线性优化模型的最优列车发车频率f1、f2，并计算模型目标函数值和适应度函数值；步骤2.7：记录列车开行方案值s
a
、s
b
、f1、f2、n1、n2以及对应的z值；步骤2.8：重复步骤2.3至步骤2.7，完成最大迭代次数为止；步骤2.9：迭代结束后就输出最小的z值，输出z值最小的为最优列车开行方案。4.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通大小交路列车开行方案优化方法，其特征在于：所述步骤2.3中采用线性加权和法将多目标模型转化为单目标模型的具体过程包括如下步骤：步骤2.3.1：采用线性加权和法将乘客整体等待时间、车辆运行公里数两个目标转化为单目标，表示为：minz＝θ1·
z1 θ2·
z2，式中，θ1和θ2为各目标函数的权重系数；步骤2.3.2：以城市轨道交通线路只开行单一交路为背景，假设乘客到达车站是均匀分
布的，且列车的发车间隔不变，列车的发车频率为f0；那么乘客的平均候车时间是列车发车间隔的1/2，则乘客整体等待时间为：车辆运行公里数为：s
km
＝2f0·
n0·
l1·
t
t
。5.根据权利要求4所述的一种城市轨道交通大小交路列车开行方案优化方法，其特征在于：在步骤2.3.2中，计算权重系数θ1和θ2的过程按如下过程进行：先令θ1·
t
w
＝θ2·
s
km
，并取θ1＝1，则θ2＝θ1·
t
w
/s
km
；然后对权重系数进行归一化处理，得到θ1＝θ1/(θ1 θ2)，θ2＝θ2/(θ1 θ2)。

技术总结
本发明公开了一种城市轨道交通大小交路列车开行方案优化方法，所述优化方法包括以下步骤：针对城市轨道交通线路早高峰时段客流量拥挤的问题，以乘客总候车时间成本、列车走行公里数最小为目标，建立城市轨道交通大小交路开行方案优化模型；通过线性加权和法化多目标为单目标，并采用遗传算法求解城市轨道交通大小交路开行方案优化模型，得到最优列车开行方案与目标函数值。本发明提出的方法理论与实际相结合，有利于加速列车周转，减少车辆运用数，均衡客流、改善列车空间负荷不均衡性，使运营企业能够更加精准投放运力、降低运营成本。降低运营成本。降低运营成本。


技术研发人员：贺德强 何彥 刘旗扬 孙政 苗剑 邓建新 陈彦君 李先旺 李宏伟
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：2022.08.18
技术公布日：2022/10/25