CN106096828A - 基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于非直线系数的跨线列车路径确定方法，包括以下步骤：1)获取铁路列车运行环境和需求参数；2)计算指定跨线O‑D之间路径的非直线系数并确定可行路径集；3)基于全有全无的客流分配方法，计算可行路径上的人公里数；4)可行路径中人公里数最大的即为点对之间列车开行路径。本发明克服了“按流开车”的传统方法中一旦客流需求发生变化就要在网络中重新搜索列车路径的缺点，本发明原理简单，操作易行高效，而且确定出的跨线列车开行路径更加合理、科学，对更好地满足铁路旅客需求、提高列车运行效率具有重要意义。

Description

基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法
技术领域
本发明涉及一种列车开行路径的确定方法，具体涉及一种基于特定参数的跨线列车路径确定方法。
背景技术
高铁运营网络由多条高铁线路组成，在各条线路上开行高铁列车是自然的。在高铁线路逐渐连接成网的过程中，确定跨线列车的开行路径是我们需要解决的问题。确定列车开行路径之前首先要解决高速铁路运输组织模式这个宏观战略问题，其核心内容是高速铁路网络与既有线路网络之间的网间衔接模式，包括分网运行和跨网运行两种衔接模式。在我国高速铁路建设成网过程中，相当长的一段时间内大部分列车都会采用分网运行模式，因此本文基于分网运行模式展开研究，即限定高铁列车路径仅在高速铁路网上。在分网运营模式下，主要开行本线列车，适度开行跨线列车，这里的跨线列车仅指在高速铁路线路之间互相开行的列车。
满足跨线旅客的出行需求主要有两种模式，一是通过本线列车换乘的模式，二是开行跨线直达列车的模式。旅客希望尽可能的减少换乘次数甚至无换乘，然而高铁列车的开行是无法满足任意跨线O-D间客流的直达需求。高铁跨线直达列车在哪些O-D间开行及其运行路径受旅客出行需求、线路能力及网络拓扑结构的影响。刘晨光根据客运节点等级的划分与节点间列车开行的原则，制定旅客列车始发、终到站的确定原则，建立始发、终到站选配的优化模型，并从线路条件、经济合理性和旅客需求等方面考虑，对旅客列车的运行路径进行优选(参见快速客运网旅客列车运行区段确定方法研究[D]刘晨光,北京交通大学,2010.)。
Corbusier曾说过“人走直线是因为他有一个目的地并且知道往哪走”，这句话阐述了一个简单道理：人通常希望自己出行从起点到终点的路径比较径直。同样的，无论对于高铁旅客还是铁路运输企业，从效率和效益的角度而言都希望高铁列车的运行路径较为径直。我国高速铁路网络密度较既有线铁路网低，且远低于道路网络，但其网络密度随线路不断建成通车而逐渐增大。高铁线路走向也受主要节点城市的地理位置、沿线是否有山脉、湖泊、海洋等障碍物以及整个国家或地区的地形特征等因素影响。网络距离与欧式距离的比值非直线系数在道路网络的相关研究中常用于分析网络结构与效率，非直线系数越大说明出行路径越曲折。但现有基于非直线系数对路径选择的研究主要集中在道路交通，在铁路列车路径选择的研究中多局限于最短路径等，如何在铁路运营中引入非直线系数并改进和优化列车的开行方法，这对于更好地满足铁路旅客需求、提高列车运行效率都具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种原理简单、操作易行高效、开行路径更加合理科学、可更好地满足铁路旅客需求及提高列车运行效率的基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法，包括以下步骤：
步骤1：获取相关数据信息(主要包括铁路列车运行环境与需求参数)；
获取铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流需求信息等，一般可通过铁路售票系统获得全体O-D客流需求信息；其中V为车站节点集，A为区间集，区间a∈A的里程记为La，O-D客流需求为qrs，(r，s)∈RS，其中RS为铁路网络的交通需求点对集；
选定分属于两条铁路线的车站节点r0和s0，获取点对(r0，s0)之间的路径集路径里程及其通过区间里程(区间是指两个相邻车站之间的铁路线路段)；对于路径路径里程为Lk＝∑a∈ALa；路径可用路径向量表示，其中为路径k依次通过的区间；
可通过GIS地理信息系统获取车站节点r0和s0的经纬度信息，记为其中
步骤2：获取点对(r0，s0)之间各路径的非直线系数；
根据步骤1中获取的车站节点r0和s0的经纬度信息，计算点r0和s0之间的空间距离；空间距离其中R为地球半径；
根据步骤1中获取的点对(r0，s0)之间的路径集、路径里程信息，对于任何路径计算点对(r0，s0)之间各条路径的路径里程与前述空间距离的比值获得各条路径的非直线系数Ck；
步骤3：获取点对(r0，s0)之间的可行路径集；
给定非直线系数的阈值根据步骤2中获得的各条路径的非直线系数，选定其中非直线系数的路径k构成点对(r0，s0)之间的可行路径集
步骤4：获取r0至s0可行路径上的人公里数；
利用全有全无的客流分配方法将铁路网络N＝(V，A)的所有交通需求(即步骤1获取的铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流需求)分配到路网上，然后针对步骤3中获取的可行路径集中的各条路径分别计算各路径的人公里数；
具体优选的，将整个铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流需求全部加载到相应的最短路径上，最短路径上的流量记为再根据路径和区间的关联关系计算获得各个区间的客流需求a∈A，其中，RS为铁路网络的交通需求点对集；路径通过区间a时否则 为点对(r0，s0)之间的路径集；所述可行路径集中各条路径对应的人公里数La为区间a∈A的里程。
步骤5：确定点对(r0，s0)之间跨线列车开行路径：
根据步骤4中获取的人公里数信息，在步骤3获取的可行路径集中，选择人公里数最大的路径作为点对(r0，s0)之间跨线列车开行路径。
对于基于“按流开车”原则确定列车路径的传统方法，总是首先将客流分配到铁路网络上，在具有足够多客流量的路径上开行列车。本发明基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法中，根据旅客出行路径尽可能径直的原则，兼顾客流需求，确定铁路跨线列车的开行路径。具体的，本发明首先利用路径非直线系数约束筛选出了点对之间的一些可行路径；然后在备选路径中选择路径人公里数最大的路径作为列车开行路径。鉴于铁路网络是静态的，所搜索出来的所有路径同样具有不变性，本发明只需要根据动态客流进行路径客流量判定即可确定列车开行路径。
总体来说，与现有技术相比，本发明克服了“按流开车”的传统方法中一旦客流需求发生变化就要在网络中重新搜索列车路径的缺点。本发明原理简单，理论依据充分，操作易行高效，而且确定出的跨线列车开行路径更加合理、科学，对更好地满足铁路旅客需求、提高列车运行效率具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明跨线列车开行路径确定方法的流程图。
图2为本发明列车路径的非直线系数计算参考图。
图3为本发明实施例中跨线O-D间路径的示意图。
具体实施方式
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
一种如图1所示本发明的基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法，具体包括以下步骤：
步骤1：获取相关数据信息(主要包括铁路列车运行环境与需求参数)；
获取铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流需求信息等，一般可通过铁路售票系统获得全体O-D客流需求信息；其中V为车站节点集，A为区间集，区间a∈A的里程记为La，O-D客流需求为qrs，(r，s)∈RS，其中RS为铁路网络的交通需求点对集；
选定分属于两条铁路线的车站节点r0和s0，获取点对(r0，s0)之间的路径集路径里程及其通过区间里程；对于路径路径里程为可利用依次所通过的区间表示为路径向量表示；
可通过GIS地理信息系统获取车站节点r0和s0的经纬度信息，记为其中
步骤2：获取点对(r0，s0)之间各路径的非直线系数；
根据步骤1中获取的车站节点r0和s0的经纬度信息，计算点r0和s0之间的空间距离；空间距离其中R为地球半径；
根据步骤1中获取的点对(r0，s0)之间的路径集、路径里程信息，对于任何路径计算点对(r0，s0)之间各条路径的路径里程与前述空间距离的比值获得各条路径的非直线系数Ck(参见图2)；
步骤3：获取点对(r0，s0)之间的可行路径集；
给定非直线系数的阈值根据步骤2中获得的各条路径的非直线系数，选定其中非直线系数的路径k构成点对(r0，s0)之间的可行路径集
步骤4：获取r0至s0可行路径上的人公里数；
将整个铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流需求全部加载到相应的最短路径上，最短路径上的流量记为再根据路径和区间的关联关系计算获得各个区间的客流需求a∈A，其中，RS为铁路网络的交通需求点对集；路径通过区间a时否则 为点对(r0，s0)之间的路径集；所述可行路径集中各条路径对应的人公里数La为区间a∈A的里程；
步骤5：确定点对(r0，s0)之间跨线列车开行路径：
根据步骤4中获取的人公里数信息，在步骤3获取的可行路径集中，选择人公里数最大的路径作为点对(r0，s0)之间跨线列车开行路径。
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例：
测定一个铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流。现计划在分属于两条铁路线路的车站r0和s0之间开行跨线列车，获取点对(r0，s0)之间的路径集，测定路径里程及其所通过的区间里程。给定非直线系数的阈值为1.85。
如图3所示，已知跨线O-D对(r0，s0)之间存在的路径有4条，分别是：
k1：r0→A→B→F→K→s0，
k2：r0→A→B→H→J→L→s0，
k3：r0→D→I→J→L→s0，
k4：r0→C→E→G→J→L→s0；
路径通过14个车站节点，16个区间，具体路径示意图及区间里程如图3所示。
通过GIS地理信息系统测定车站节点r0，s0的经纬度分别为(113.02,28.20)，(104.08,30.70)，转化为弧度制(1.98,0.49)，(1.82,0.54)。
按照非直线系数的测定方法获得以上四条路径的非直线系数分别为1.90,1.92,1.34和1.58，可见路径k3，k4为可行路径。
再通过全有全无客流分配，获得各个区间上的流量如下表1所示。
表1：各区间流量
再按照人公里数的测算方法获得路径k3，k4的人公里数分别为1062060人公里和1665720人公里，如下表2所示。
表2：跨线O-D对(R，S)之间可行路径的非直线系数及其人公里数
据此即可判断路径k4为本实施例中跨线O-D对(r0，s0)之间开行列车的路径。

Claims (3)

1.一种基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法，包括以下步骤：
步骤1：获取相关数据信息；
获取铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流需求；其中，V为车站节点集，A为区间集；
选定分属于两条铁路线的车站节点r0和s0，获取点对(r0，s0)之间的路径集、路径里程及其通过的区间里程；
获取车站节点r0和s0的经纬度信息；
步骤2：获取点对(r0，s0)之间各路径的非直线系数；
根据步骤1中获取的车站节点r0和s0的经纬度信息，计算点r0和s0之间的空间距离；
根据步骤1中获取的点对(r0，s0)之间的路径集、路径里程信息，计算点对(r0，s0)之间各条路径的路径里程与前述空间距离的比值，获得各条路径的非直线系数；
步骤3：获取点对(r0，s0)之间的可行路径集；
给定非直线系数的阈值，根据步骤2中获得的各条路径的非直线系数，选定其中非直线系数不高于给定阈值的路径构成可行路径集；
步骤4：获取r0至s0可行路径上可能运输的人公里数；
利用全有全无的客流分配方法将铁路网络N＝(V，A)的所有交通需求分配到路网上，然后针对步骤3中获取的可行路径集中的各条路径分别计算各路径上可能运输的人公里数；
步骤5：确定点对(r0，s0)之间跨线列车开行路径：
根据步骤4中获取的人公里数信息，在步骤3获取的可行路径集中，选择人公里数最大的路径作为点对(r0，s0)之间跨线列车开行路径。
2.根据权利要求1所述的跨线列车开行路径确定方法，其特征在于，所述步骤4中，利用全有全无的客流分配方法将铁路网络N＝(V，A)的所有交通需求分配到路网上的具体操作方式为：
将整个铁路网络N＝(V，A)的全体O-D客流需求全部加载到相应的最短路径上，最短路径上的流量记为再根据路径和区间的关联关系计算获得各个区间的客流需求a∈A，其中，RS为铁路网络的交通需求点对集；路径通过区间a时否则 为点对(r0，s0)之间的路径集。
3.根据权利要求2所述的跨线列车开行路径确定方法，其特征在于，所述步骤4中，所述可行路径集中各条路径对应的人公里数La为区间a∈A的里程。
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