CN108583626A - 基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，涉及城轨列车运行控制技术领域，该方法首先建立城轨列车线路运营过程的参量描述集合；根据所述参量描述集合，确立列车‑乘客行为关系表征指数；根据所述列车‑乘客行为关系表征指数，建立基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型；根据所述基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型，确定城轨线路列车群协同运营控制方案。本发明以效能作为表达线路运营能力的综合指标，并提供定量计算与表征方法，能够在保证安全的情况下，提高线路的运输能力和服务水平，节约运营成本，为城轨线路的日常运营调整提供了理论支撑，具有很高的实用价值。

Description

基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法

技术领域

本发明涉及城轨列车运行控制技术领域，具体涉及一种基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法。

背景技术

列车运行指挥的管理实现是以线路为单位、以列车时刻表为依据的，在列车时刻表中，发车间隔和列车停站时间是重要的组成部分。然而，在现有的列车时刻表中，发车间隔和停站时间的制定大多依靠线路运营工作人员的经验。为了减少工作量，在不同时间段，同一车站的停站时间被设置为固定值，这显然是不科学的，是线路运营的运输能力不足或资源浪费的主要原因之一，造成了一些乘客滞留、列车过于拥挤或空载、运营资源浪费的现象。

因此，在城市轨道交通运营研究方面，国内外众多学者已经将在保证安全的前提下提高运营时间内的客流运量、优化列车运营过程中的满载率和舒适性，并在此基础上节约发车和用电成本视为研究过程中的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将效能作为表达线路运营能力的综合指标，以发车间隔和停站时间为决策变量的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，以解决上述背景技术中的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤S110：建立城轨列车线路运营过程的参量描述集合；

步骤S120：根据所述参量描述集合，确立列车-乘客行为关系表征指数；

步骤S130：根据所述列车-乘客行为关系表征指数，建立基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型；

步骤S140：根据所述基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型，确定城轨线路列车群协同运营控制方案。

进一步的，所述建立城轨列车线路运营过程的参量描述集合包括：

根据城轨线路上的车站集合S＝(S₁,S₂，…S_j,…S_n)以及统计时间段内所述城轨线路上按照时间顺序运营的列车集合 TR＝(tr₁,tr₂，…tr_i,…tr_m)，确定所述城轨线路运营过程参量描述集合为：

其中，代表编号为tr_i的列车在(S_j-1,S_j)区间内的列车承载人数和列车运行时间，分别代表编号为tr_i的列车到达S_j站的等待人数、上车人数、下车人数、停站时间，代表上下车结束后的车站滞留人数，h_i为列车tr_i-1与tr_i之间在首发站的发车间隔， I_i,j表示列车tr_i-1的发车时刻与列车tr_i在S_j站的到站时刻之差。

进一步的，所述列车-乘客行为关系表征指数包括客流运量指数 PQ、运营满载率满意指数LC、发车间隔指数HW和单位能耗指数 UC。

进一步的，所述根据所述列车-乘客行为关系表征指数，建立基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型包括：

通过所述客流运量指数PQ、运营满载率满意指数LC、发车间隔指数HW和单位能耗指数UC加权来表征城轨线路运营效能EA，

EA＝ξ₁PQ+ξ₂LC+ξ₃HW+ξ₄UC

其中，ξ₁,ξ₂,ξ₃,ξ₄分别表示客流运量指数、运营满载率满意指数、发车间隔指数和单位能耗指数的权重。

进一步的，所述根据所述基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型，确定城轨线路列车群协同运营控制方案包括：

确定所述城轨线路列车群协同运营优化模型的目标函数为：

maxEA＝ξ₁PQ+ξ₂LC+ξ₃HW+ξ₄PC

其中，max EA表示城轨线路运的运营效能EA在约束条件下的最高值。

进一步的，所述约束条件包括：

决策变量约束，所述决策变量包括发车间隔和停站时间；H_min为满足安全条件下的最小发车间隔，H为列车在不同时段内列车最大发车间隔，H∈{H_t,H_f,H_p}，则发车间隔满足约束为H_min≤h_j≤H；

停站时间满足约束为其中，为停站时间的最小和最大阈值，

列车运输能力约束为其中，C_max表示列车最大载客量；

列车到发间隔约束为I_i,j≥I_min，其中，I_min表示相邻列车的到站时刻之差最小值。

进一步的，所述确定客流运量指数PQ包括：

通过所述城轨线路在统计时段内实际运输量与乘客的运输需求之间的关系来表征其运输能力，客流运量指数表征公式为：

进一步的，所述确定所述运营满载率满意指数LC包括：

确定列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的区间满载率为：

确定城轨线路l的线路满载率为：

其中，C_fixed表示列车定员数，d_j表示区间(S_j-1,S_j)的里程数；确定列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的列车满载率满意指数为：

其中，表示列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间的最佳区间满载率；确定运营满载率满意指数为：

其中，表示城轨线路l中车站区间的平均里程。

进一步的，所述确定所述发车间隔指数HW包括：

发车间隔指数为各个时段分别的实际发车间隔与地铁设计规范规定的最大发车间隔的比值的平均值，确定发车间隔指数为：

其中，表示列车的发车间隔，M_t代表在低谷时段发车列车的集合，M_f代表在平峰时段发车列车的集合，M_p代表在高峰时段发车列车的集合，H_t代表低谷时段的最大发车间隔，H_f代表平峰时段的最大发车间隔，H_p代表高峰时段的最大发车间隔。

进一步的，所述确定所述单位能耗指数UC包括：

单位能耗指数为：

其中，uc_optimal表示最优单位能耗量，e_i，j表示列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的总耗电量，表示列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的客运周转量。

本发明有益效果：将效能作为表达线路运营能力的综合指标，对狭义的城轨线路运营效能进行了全面、严谨、科学的阐述，并提供了定量计算与表征方法，在保证安全的情况下提高了线路的运输能力和乘客的服务水平，并在此基础上节约运营成本，为城轨线路的日常运营调整提供了理论支撑，具有很高的实用价值。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法流程图。

图2为本发明实施例所述的城轨线路列车群协同运营优化模型的计算流程示意图。

图3为本发明实施例所述的北京地铁亦庄线线路图。

图4为本发明实施例所述的北京地铁亦庄线在平峰时段的表征指数分组计算结果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供了基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、城市轨道交通线路运营效能EA表征方法：

步骤1.1：建立城轨线路运营过程参量描述集合：

设S＝(S₁,S₂，…S_j,…S_n)为城轨线路上车站集合， TR＝(tr₁,tr₂，…tr_i,…tr_m)为统计时间段内线路上按照时间顺序运营列车的集合。城轨线路运营过程参量描述集合为：

其中，代表编号为tr_i的列车在(S_j-1,S_j)区间内的列车承载人数和列车运行时间，分别代表编号为tr_i的列车到达S_j站的等待人数、上车人数、下车人数、停站时间，代表上下车结束后的车站滞留人数，h_i为列车tr_i-1与tr_i之间在首发站的发车间隔， I_i,j为编号为tr_i-1的列车的发车时刻与编号为tr_i的列车在S_j站的到站时刻之差。

步骤1.2：确定城轨线路运营效能的研究对象为单条线路列车群在某个时间段内的运营过程中列车和客流的行为和关系，不考虑线路建设、车站内部运营等相关问题。表征指标为包括客流运量指数 PQ、运营满载率满意指数LC、发车间隔指数HW和单位能耗指数UC在内的四大表征指数。

步骤S1.3：客流运量指数PQ表征方法为：

本发明中，使用城市轨道交通线路在统计时段内实际运输量与乘客的运输需求之间的关系来表征其运输能力。客流运量指数表征公式为：

步骤S1.4：运营满载率满意指数LC表征方法为：

车辆区间满载率是指在某一个区间内某一辆列车的车辆的载客量与其定员量之间的比值；线路满载率考虑是一条运营线路在附上运营里程权值情况下的平均满载率。设编号为tr_i的列车在(S_j-1,S_j)区间内的区间车辆满载率为线路l的线路满载率c^l，列车的车辆定员数量C_fixed，(S_j-1,S_j)的区间里程d_j，车辆区间满载率与线路满载率计算公式分别为：

根据《地铁设计规范》中的列车定员标准和乘客服务水平确定方法可知，列车站席的最佳密度为6p/m²，可接受的站席密度临界值为9p/m²。以B型车为例，C_fixed＝1460，C_max＝2062。

当列车站席密度为6p/m²，列车载客量为C_fixed＝1460人时，此时的区间车辆满载率为最佳满载率，线路运营满载率满意指数是由实际线路满载率与最佳满载率的偏离程度决定的。

区间车辆运营满载率满意指数的计算公式为：

代表编号为tr_i的列车在(S_j-1,S_j)区间内的满载率满意指数。

根据公式(4)城市轨道交通线路运营满载率满意指数的计算公式为：

代表线路中区间平均里程。

步骤S1.5：发车间隔指数HW表征方法为：

列车的发车间隔计算公式为：

本方案中，将轨道交通的运营时段分为三类：平峰时段、高峰时段和低谷时段，以分时段的方式分别取其发车间隔指数，可以使计算结果更加符合实际。发车间隔指数是由各个时段分别的实际发车间隔与地铁设计规范规定的最大发车间隔的比值的平均值来表示的，发车间隔指数的表征公式为：

其中，M_t代表在低谷时段发车列车的集合，M_f代表在平峰时段发车列车的集合，M_p代表在高峰时段发车列车的集合，H_t代表低谷时段的最大发车间隔，H_f代表平峰时段的最大发车间隔，H_p代表高峰时段的最大发车间隔。

步骤S1.6：单位能耗指数UC表征方法为：

单位能耗(Unit power consumption,UC)是指单位里程、单位乘客的城轨车辆运营中用电能耗量。根据定义，可知，单位能耗的计算公式为：

列车在运行过程中的能耗与很多的因素相关：能量利用技术、运行里程、运行时间、运行速度、运行工况、列车载客量等。列车能耗是一个非常复杂的问题，本方法不对其进行深究，主要根据调研相关资料得到在不同技术速度和不同运行区间内的列车能耗情况，及区间运行能耗总量是根据其技术速度对相关调研资料进行查阅的。

客运周转量RPK的计算公式为：在统计时段内，其计算公式如下：

RPK＝∑乘客×里程

针对线路中一辆列车在某一运营区间来说，编号为tr_i的列车在 (S_j-1,S_j)区间内的客运周转量rpk_i,j可以表示为：

设编号为tr_i的列车在(S_j-1,S_j)区间内的总耗电量e_i,j，国际地铁协会(Communityof Metros，简称CoMET)中最优单位能耗量uc_optimal，表征单位能耗指数公式如下：

步骤S1.7：城轨线路运营效能EA表征方法为：

城轨线路运营效能EA是由客流运量指数、运营满载率满意指数、发车间隔指数和单位能耗指数加权来表征的，即：

EA＝ξ₁PQ+ξ₂LC+ξ₃HW+ξ₄UC

ξ₁,ξ₂,ξ₃,ξ₄表示客流运量指数、运营满载率满意指数、发车间隔指数和单位能耗指数的权重，且：

ξ₁+ξ₂+ξ₃+ξ₄＝1

ξ₁,ξ₂,ξ₃,ξ₄由轨道交通运营企业的运营情况与客流实际情况决定。

步骤二、构建以效能最优为目标、安全和实际运输能为约束的基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型。

步骤2.1：确定决策变量。本方法中，决策变量为发车间隔和停站时间。设H_min为满足安全条件下的最小发车间隔，H为在不同时段内(高峰，平峰，低谷)列车最大发车间隔，H∈{H_t,H_f,H_p}，则发车间隔必须满足约束H_min≤h_j≤H。

对于停站时间来说，实际停站时间应大于乘客上下车时间。不仅如此，一般来说，地铁运营公司的规定，停站时间均应保持在一定区间之内。设为停站时间的最小、最大阈值，停站时间需要满足的约束为

步骤2.2：确定目标函数。在统计时间段内，城轨线路运营效能最高是本文的目标函数，根据公式(13)，即：

maxEA＝ξ₁PQ+ξ₂LC+ξ₃HW+ξ₄PC

根据公式(15)可知，线路列车群协同运营控制模型的目标函数即是使客流运量指数、运营满载率满意指数、发车间隔指数和单位能耗指数按照一定的权重加和得到的城轨线路运营效能在一定的约束内最大。城轨线路运营效能最大化可以使线路运营过程达到列车与列车协同、客流与列车协同和降低运营成本的目的，同时将多个指数优化的多目标优化问题转换为了单目标优化问题。

步骤2.3：确定相关约束条件。线路列车群协同运营控制模型约束条件主要有三点：

(1)决策变量约束：决策变量约束的问题已经在步骤2.1中提及。

(2)列车运输能力约束：列车可以承受的最大站席密度为 9p/m²，以B型车为例，最大载客量为C_max＝2062，列车的载客量不能大于该阈值。

(3)列车到发间隔约束：为了避免列车追尾的事故发生，并满足行车安全，列车到发间隔需要满足：

I_i,j≥I_min

综上所述，线路列车群协同运营控制模型的约束条件为：

实施例二

本发明实施例二以北京地铁亦庄线为例，提供了一种对线路列车群协同运营控制模型的计算方法，如图2所示，为基于改进动态规划的计算流程图，计算步骤如下：

Step1：划分阶段矩阵K。

本发明提出了矩阵式的阶段划分方法：

k_i,j是指编号为tr_i的车辆在车站S_j的停站过程及其在(S_j,S_j+1)区间的运行过程。

因此，在公式(18)中，矩阵的每一行代表的是列车群在同一个区间、同一个车站的运行过程，每一列代表的是同一辆列车在不同车站的运行过程，其每行、每列均会产生关系。

Step2：确定初始状态变量组X_1,1。

在本文中，初始状态指的是在阶段k_1,1，编号为tr₁的列车在始发站S₁的停站过程及(S₁,S₂)区间的运行过程。根据初始的输入值，假设编号为tr_i的列车到达S_j车站后，等待上车的乘客为tr_i到达时间与 tr_i-1到达时间之间到达的乘客，列车停站期间进站的乘客被认为是等待下一辆列车的乘客；特别地，对于编号为tr₁的列车在始发站S₁，设列车tr₁停站时间确定，且上车等待人数为0。列车在始发站的停站时间是确定的，因此k_1,1阶段的初始状态变量组X_1,1是已知的。

Step3：确定决策变量h₂、

根据初始状态X_1,1和乘客进站速率，可计算在编号为tr₁的列车离开始发站S₁后车站内的客流变化情况。又根据目标函数和相关的约束条件，即可计算编号为tr₂的列车到达始发站S₁的最优时刻，即可得到最优发车间隔h₂。

同理，在初始状态X_1,1确定后，由于区间运营时间已知，即可计算编号为tr₁的列车车站S₂的到站时刻根据时刻的乘客等待人数和车内的载客量，又根据目标函数和相关约束条件，即可计算编号为tr₁的列车在车站S₂的最优离站时刻，即可确定其停站时间

在这种情况下，目标函数就应当按照相应的阶段划分进行分解，以寻求每个阶段的目标函数。因此，根据阶段划分方法，将城轨线路运营效能同样按照阶段划分原理划分：

根据目标函数公式，每阶段的目标函数为：

max(ea_i,j)＝ξ₁(pq_i,j)+ξ₂(lc_i,j)+ξ₃(hw_i,j)+ξ₄(uc_i,j)

pq_i,j代表k_i,j阶段的客流运量指数，lc_i,j代表k_i,j阶段的运营满载率满意指数，hw_i,j代表k_i,j阶段的发车间隔指数，uc_i,j代表k_i,j阶段的单位能耗指数。

Step4：写出状态转移方程。

根据Step1可知，阶段k_i,j与阶段k_i+1,j和阶段k_i,j+1均有关，阶段k_i,j即可向阶段k_i+1,j转移，由可向阶段k_i,j+1转移。因此，状态转移方程应该有两个。但是，由于状态变量组X_i,j是一个七元组，其中每个组分的转移计算公式各不相同，因此无法形成一个具体、统一的状态转移方程，这里将其抽象为：

X_i+1,j＝u₁(X_i,j)

X_i,j+1＝u₂(X_i,j)

在状态转移之前，根据Step4，对于始发站而言，h_i+1已经根据目标函数和约束条件得到最优解，同样，对于其它车站而言也已经计算得到。根据以上已知变量，来建立状态变量组中各个元素的状态转移公式。

Step5：重复Step3—Step4，当列车离开终点站，阶段矩阵中该行的阶段终止；当统计时段结束，算法终止。

根据图3所示，北京地铁亦庄线的线路基本信息如下：

(1)线路信息

不考虑暂未开通的亦庄火车站车站，北京地铁亦庄线共设有13 个车站，其中，只有上行线的终点站宋家庄站是亦庄线中的换乘站，可换乘5号线及10号线，其它车站均为非换乘站。亦庄线全长约 23.3km，途经北京市丰台区、朝阳区、大兴区和通州区。

对于亦庄线上行方向来说，车站编号及区间编号如表1所示：

表1亦庄线上行方向车站编号及区间编号

将线路的相关信息带入模型相对应的符号中，可得线路信息相关参量，如表2所示：

表2线路信息相关参量

(2)列车型号及编组方式

亦庄线运营采取B型车6节编组，与列车型号及编组方式相关的参数的值如表3所示：

表3列车型号及编组方式相关参量

根据进出口闸机数据和实际调查得到的上行线候车人数占车站相对应人数的比例，得到2017年9月14日北京地铁亦庄线车站5:30- 12:00上行的候车人数到达速率。

在调研的过程中，得到了2017年9月14日(星期四)北京地铁亦庄线5:30-12:00的列车时刻表。从列车时刻表中可得，在实际运行过程中，不同列车在同一区间的运行时间都是固定的。因此，根据列车时刻表即可得到亦庄线各个区间的运行时间、技术速度。

同样，在调研过程中，通过对于现场人员的询问和对相关规定、文献的查阅，得到了与本文中相关参量的阈值，如表4所示。

表4相关参量阈值

基于客流数据、能耗数据等实际数据，将现行平日列车时刻表 5:30-12:00这一统计时间段内的发车间隔、区间运行时间和停站时间等数据带入前文中所分析的线路列车运行过程和效能计算公式中，对其与本发明得到的结果进行对比分析。

以平峰时段为例，在分析过程中，对于权重的取值如表5所示：

表5平峰时段权重取值

针对各个组别进行模型计算，得到各个组别的四大表征指数和效能的变化如图3。根据图3可知，在平峰时段，当权重按照表5的组别分别取值时，对于效能和其四大表征指数的分别分析如下：

(1)客流运量指数(PQ)

根据图4(a)，平峰时段的线路的客流运量指数均为1，表示了其可以满足时段内乘客的运输需求，没有出现客流由于列车承载能力有限而发生滞留的现象。这是由于对于北京地铁亦庄线来说，在平峰时段的客流量相对较小，运输压力不大。

(2)满载率满意指数(LC)

根据图4(b)，平峰时段的满载率满意指数相对较低，而且在不同权重取值时的差距也相对较大。在平峰时段，满载率满意指数与1的偏离主要是由于实际满载率小于最佳满载率造成的，说明此时的北京地铁亦庄线的运输能力还是远远大于出行需求的，乘客的舒适性和安全性能够得以保证。

(3)发车间隔指数(HW)

根据图4(c)，对模型计算结果进行分析，发现发车间隔指数也相当对较大，说明模型得到的发车间隔与最大发车间隔值相差不大，在统计时间段内的列车发车数量不高，并能够满足平峰时段的乘客出行需求。

(4)单位能耗指数(UC)

根据图4(d)，平峰时段单位能耗指数较高，说明在平峰时段的列车载客量增大对于效能造成的影响。在不影响乘客舒适性和安全性的前提下，列车载客量的提高可以提高线路的运营效率，节省运营成本，是提升运营效能和综合能力的表现。

对于不同权重下模型计算出的效能比较可知，当取组别1时，效能的计算结果最优，即：ξ₁＝0.1,ξ₂＝0.2,ξ₃＝0.2,ξ₄＝0.2,EA＝0.753。组别1在(6:00-7:00)的决策变量结果计算结果见表6。

表6(a)发车间隔(s)

表6(b)停站时间(s)

综上所述，本发明实施例通过将效能引入城市轨道交通线路运营中，以其作为表达线路运营能力的综合指标，对狭义的城轨线路运营效能进行了全面、严谨、科学的阐述，并提供定量计算与表征方法。同时，建立了基于效能的城轨线路列车群协同运营控制模型，从客流运量、满载率、发车间隔、单位能耗四个方面对运营过程中的停站时间和发车间隔进行全面的控制和优化，能够在保证安全的情况下提高线路的运输能力和乘客的服务水平，节约运营成本，为城轨线路的日常运营调整提供了理论支撑。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S110：建立城轨列车线路运营过程的参量描述集合；

步骤S120：根据所述参量描述集合，确立列车-乘客行为关系表征指数；

步骤S130：根据所述列车-乘客行为关系表征指数，建立基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型；

步骤S140：根据所述基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型，确定城轨线路列车群协同运营控制方案。

2.根据权利要求1所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述建立城轨列车线路运营过程的参量描述集合包括：

根据城轨线路上的车站集合S＝(S₁,S₂，…S_j,…S_n)以及统计时间段内所述城轨线路上按照时间顺序运营的列车集合TR＝(tr₁,tr₂，…tr_i,…tr_m)，确定所述城轨线路运营过程参量描述集合为：

其中，分别表示列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的列车承载人数和列车运行时间，分别表示列车tr_i到达S_j站的等待人数、上车人数、下车人数、停站时间，代表上下车结束后的车站滞留人数，h_i为列车tr_i-1与tr_i之间在首发站的发车间隔，I_i,j表示列车tr_i-1的发车时刻与列车tr_i在S_j站的到站时刻之差。

3.根据权利要求2所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述列车-乘客行为关系表征指数包括客流运量指数PQ、运营满载率满意指数LC、发车间隔指数HW和单位能耗指数UC。

4.根据权利要求3所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述根据所述列车-乘客行为关系表征指数，建立基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型包括：

通过所述客流运量指数PQ、运营满载率满意指数LC、发车间隔指数HW和单位能耗指数UC加权来表征城轨线路运营效能EA，

EA＝ξ₁PQ+ξ₂LC+ξ₃HW+ξ₄UC

其中，ξ₁,ξ₂,ξ₃,ξ₄分别表示客流运量指数、运营满载率满意指数、发车间隔指数和单位能耗指数的权重。

5.根据权利要求4所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述根据所述基于效能的城轨线路列车群协同运营优化模型，确定城轨线路列车群协同运营控制方案包括：

确定所述城轨线路列车群协同运营优化模型的目标函数为：

max EA＝ξ₁PQ+ξ₂LC+ξ₃HW+ξ₄PC

其中，max EA表示城轨线路运的运营效能EA在约束条件下的最高值。

6.根据权利要求5所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述约束条件包括：

决策变量约束，所述决策变量包括发车间隔和停站时间；H_min为满足安全条件下的最小发车间隔，H为列车在不同时段内列车最大发车间隔，H∈{H_t,H_f,H_p}，则发车间隔满足约束为H_min≤h_j≤H；

停站时间满足约束为其中，为停站时间的最小和最大阈值，

列车运输能力约束为其中，C_max表示列车最大载客量；

列车到发间隔约束为I_i,j≥I_min，其中，I_min表示相邻列车的到站时刻之差最小值。

7.根据权利要求6所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述确定客流运量指数PQ包括：

通过所述城轨线路在统计时段内实际运输量与乘客的运输需求之间的关系来表征其运输能力，客流运量指数表征公式为：

8.根据权利要求6所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述确定所述运营满载率满意指数LC包括：

确定列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的区间满载率为：

确定城轨线路l的线路满载率为：

其中，C_fixed表示列车定员数，d_j表示区间(S_j-1,S_j)的里程数；

确定列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的列车满载率满意指数为：

其中，表示列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间的最佳区间满载率；

确定运营满载率满意指数为：

其中，表示城轨线路l中车站区间的平均里程。

9.根据权利要求6所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述确定所述发车间隔指数HW包括：

发车间隔指数为各个时段分别的实际发车间隔与地铁设计规范规定的最大发车间隔的比值的平均值，确定发车间隔指数为：

其中，表示列车的发车间隔，M_t代表在低谷时段发车列车的集合，M_f代表在平峰时段发车列车的集合，M_p代表在高峰时段发车列车的集合，H_t代表低谷时段的最大发车间隔，H_f代表平峰时段的最大发车间隔，H_p代表高峰时段的最大发车间隔。

10.根据权利要求6所述的基于效能的城轨线路列车群协同运营控制方法，其特征在于，所述确定所述单位能耗指数UC包括：

单位能耗指数为：

其中，uc_optimal表示最优单位能耗量，e_i,j表示列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的总耗电量，表示列车tr_i在(S_j-1,S_j)区间内的客运周转量。