CN109377037B - 基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统，该方法包括：根据地铁出行起讫点客流数据，计算每一时段区间的断面客流量，获取线路各时段的最大断面客流量；根据最大断面客流量，计算单一交路的同一满载率条件下的分时列车开行数量，形成分时列车开行数量序列；根据分时列车开行数量序列，确定每个时段所属峰期的分时列车开行数量的判别标准；根据判别标准，确定各时段的峰期类型。本发明能够为城市轨道交通运营过程中峰期设置提供可靠的制定方法。

Description

基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统

技术领域

本发明涉及列车运行计划技术领域，尤其涉及一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统。

背景技术

城市轨道交通作为大运量的城市公共交通方式，其运行效率与服务水平在很大程度上取决于列车运行计划，而峰期设置作为列车运行计划重要一部分，对列车运行计划制定起着关键作用。

由于城市轨道交通线路全日客流需求具有时变特征(如图1所示)，需要根据客流的波动规律制定列车运行计划，合理安排运力，以使得列车开行数量与客流需求间具有较好的对应关系。列车运行计划需要按照所属峰期对各时段予以差别设置，由于不同峰期客流出行需求和运输组织要求不同，具有不同的满载率控制标准。在客流集中出行的高峰时段，应尽可能提供足够大的运力，在运力足够的情况下，控制高峰时段满载率，客流对高峰期拥挤程度有较大的宽容性；在客流出行量较少的时段，应使列车开行间隔保持在合理水平，以使得客流候车等待时间不至于过大，列车满载率可能处于较低水平。因而峰期设置是城市轨道交通运营组织和客流组织工作的基础，也是列车运行计划和列车运行图等制定的前提条件。

城市轨道交通的峰期可按线路分别设置，峰期可分为高峰期、次高峰、平峰以及低峰等不同种类。但从总体上，峰期可划分为高峰和非高峰期两大类，主要依据各时段的客流需求强度和持续时间设置。也即一个时段属于高峰期的判别条件是，该时段客流需求强度对应的列车开行数量达到高峰时段标准，属于同一峰期的各个毗连时段满足设置峰期的连续时长标准。在峰期设置数量方面，通常表现为若干个高峰期，若全线客流强度较高、波动频繁，则峰期数量较为复杂，反之若客流需求较低、客流平缓，则峰期划分数量则较少，也可出现全日无高峰期的情形。峰期数量通常以早高峰和晚高峰两个高峰期的情形最为典型。

目前，峰期设置往往由运营人员，根据客流需求量和运能紧张程度进行主观判断，无法给出普遍适用的峰期设置标准和设置方法。

发明内容

本发明提供了一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统，用以解决目前缺乏普遍适用的峰期设置标准和设置方法的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，包括以下步骤：

根据地铁出行起讫点客流数据，计算每一时段区间的断面客流量，获取线路各时段的最大断面客流量；

根据最大断面客流量，计算单一交路的同一满载率条件下的分时列车开行数量，形成分时列车开行数量序列；

根据分时列车开行数量序列，确定每个时段所属峰期的分时列车开行数量的判别标准；

根据判别标准，确定各时段的峰期类型。

优选地，在确定各时段的峰期类型后，方法还包括：

判断峰期类型的各时段的峰期持续时长是否符合峰期持续时长标准，在不满足峰期持续时长标准时，调整时段的峰期类型，峰期类型包括高峰期和非高峰期。

优选地，在确定各时段的峰期类型后，方法还包括：将同一峰期类型的相邻出行时段合并为一个峰期。

优选地，每个时段所属峰期的分时列车开行数量的判别标准为分时列车开行数量序列的中位数；

根据判别标准，判断各时段的峰期类型，包括以下情况：

当分时列车开行数量大于中位数时，则设置该时段为高峰期；

当列车分时开行数量小于等于中位数时，则设置该时段为非高峰期。

优选地，确定各时段的峰期类型之后，方法还包括输出峰期设置方案；峰期设置方案包括峰期数量、峰期集合以及每一峰期的峰期时长、起止时间和峰期类型。

优选地，根据最大断面客流量，计算单一交路的同一满载率条件下的分时列车开行数量，采用以下公式进行计算：

其中，

为分时列车开行数量；g^*(k,ω)为

时段内线路最大断面流量；

为每一车辆

的最大允许满载率；V为线路所采用车型的列车载客能力。

优选地，分时列车开行数量计算完成后，方法还包括：根据列车开行间隔的上下限要求调整分时列车开行数量，公式如下：

其中，T^k为经调整后的分时列车开行数量；||P^k||为峰期P^k的持续时长；

和τ分别为列车开行间隔上限和下限。

优选地，分时列车开行数量序列为列车开行数量观察值的有序集，通过如下方式形成：

对于分时列车开行数量的集合，将集合中所有列车数量集合元素的观察值按由大到小顺序排序后，形成列车开行数量观察值的有序集；当分时列车开行数量的集合存在多个数值相等的列车开行数量值时，多个列车开行数量值均选入的有序集。

本发明还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统，基于城市轨道交通运输组织实际要求，依据断面客流量计算分时列车开行数量，形成分时列车数量序列；依据分时列车数量的分布规律和分位数情况，确定每个时段所属峰期的列车数量判别标准，建立了一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法。本方法依据列车数量序列和相对的分位数作为峰期设置的基础，克服了以往峰期设置以主观因素和经验判断为主，缺乏科学性的问题。这种设置方法既考虑了峰期与时段客流需求量、列车开行数量间的对应关系，又避免了单纯依赖时段客流量或列车开行数量设置峰期造成的峰期波动频繁对运输组织的干扰。

2、在优选方案中，本发明的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法及系统，提出峰期设置的列车数量中位数阈值条件，依据列车满载率、列车开行间隔、峰期设置的时长标准，将列车数量相差不大的若干连续时段设置为同一峰期，能够为城市轨道交通运营过程中峰期设置提供可靠的制定方法。在广州地铁一号线的实地实验表明，该设置方法具有较好的实用性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是背景技术的某城市轨道交通线路全日分时客流最大断面流量分布示意图；

图2是本发明优选实施例的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法的流程示意图；

图3是本发明优选实施例1的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法的流程示意图；

图4是本发明优选实施例的列车运行计划和运输能力以及服务频率间的关系示意图，其中，(a)为列车运行计划；(b)为列车运行计划能力分析。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图2，本发明的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，包括以下步骤：

根据地铁出行起讫点客流数据，计算每一时段区间的断面客流量，获取线路各时段的最大断面客流量；

根据最大断面客流量，计算单一交路的同一满载率条件下的分时列车开行数量，形成分时列车开行数量序列；

根据分时列车开行数量序列，确定每个时段所属峰期的分时列车开行数量的判别标准；

根据判别标准，确定各时段的峰期类型。

上述步骤，基于城市轨道交通运输组织实际要求，依据断面客流量计算分时列车开行数量，形成分时列车数量序列；依据分时列车数量的分布规律和分位数情况，确定每个时段所属峰期的列车数量判别标准，建立了一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法。

实际实施时，以上的方法还能进行以下的扩充或应用，以下实施例中的技术特征都能相互组合，实施例仅作为示例，不作为对技术特征的正常组合限制。

实施例1：

考虑城市轨道交通实际运营需要，本实施例以出行起讫点客流的时空推送所获得的分时区间断面客流量为数据基础。参见图3，本实施例的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，包括以下步骤：

步骤1：峰期设置参数的初始化。每一峰期最短持续时长||P||，如早、晚列车出入车厂等原因造成的特殊要求，峰期最短持续时长也可分别设置。列车满载率标准

最大开行间隔

最小开行间隔τ。

对于城市轨道交通线路N＝(S,E)，其中S＝{s₁,…,s_|S|}为车站集，E＝{e(i,j)|i,j∈S}为路段集，|S|为线路上车站数量。记ω＝0表示上行方向；ω＝1表示下行方向，令s¹,…,s^|S|为该线路的下行方向。

考虑到城市客流需求的波动性和在短时间内客流的相对稳定性，通常采用阶梯函数将城市轨道交通的运营时间跨度[T_s,T_e]划分成

个客流量相对稳定的时段，在每一时段内，客流需求可视为等强度均匀分布，这种时段称之为客流出行时段。全天客流出行时段集合可表示为

其中

分别为

的开始、结束时刻，

的时段长度为

每一客流出行时段对应一个分时的OD需求矩阵，其中客流出行时段

内车站i至j的客流量为f(i,j,k)，i,j∈S，

城市轨道交通线路的峰期应覆盖所有时段，考虑运输组织的稳定性，一个峰期时段可采用若干相邻客流出行时段表示，也即1个峰期时段可以包括1个以上完整的客流出行时段。在全日运营时段

内

为峰期时段的集合，其中

分别为P^k的起讫时间，|P|为设置的峰期数量。峰期P^k的持续时长||P^k||为：

若客流出行时段

包括在

内，可记作

记P^k的峰期类型为h^k，定义：

若一个峰期的最短持续时长为||P||，则设置该峰期应满足条件：

||P^k||≥||P|| (5)。

与客流出行时段集合

中每一客流出行时段对应，按照一定满载率要求

确定的分时列车开行数量的集合

该线路所采用车型的列车载客能力为V，每一车辆的最大允许满载率为

列车开行间隔上下限分别为

τ。

步骤2：每一时段区间断面客流量计算和最大断面流量获取。

步骤2.1：每一时段区间断面客流量计算。置

时段区间e(i,i+1)的ω方向断面客流量为g(i,i+1,k,ω)＝0。根据式(6)，将各OD的分时客流量f(i,j,k)按照线路方向ω，逐区间e(i′,i′+1),i≤i′＜j加载到区间断面流量。

时段区间e(i,i+1)的ω方向断面客流量为g(i,i+1,k,ω)，满足：

步骤2.2：每一时段最大断面流量获取。采用式(7)确定每一客流出行时段

内的最大断面客流。

时段内线路最大断面流量g^*(k,ω)，满足：

步骤3：根据断面客流g(i,ω)和列车开行数量情况，初步判断各基本时段的高峰与非高峰时段属性(峰期类型)。

步骤3.1：对各客流出行时段

根据分时最大断面客流g^*(k,ω)，按满载率标准

计算全天各时段开行数量，根据公式(1)进行向上取整，并考虑式(2)的开行间隔要求对列车数量进行调整，确定列车开行数量T^k的合理取值。

分时列车数量T^k应考虑客流输送能力要求和列车开行间隔上下限要求，也即满足：

可首先依据客流输送能力，采用下式计算初始列车数量

再根据列车开行间隔上下限要求进行调整确定列车开行数量T^k：

根据上述列车开行数量条件，计算所得的某城市轨道交通线路分时列车对数的如图4(a)所示，其运输能力如图4(b)所示。若考虑分方向设置峰期的情形，也可按照ω＝0,1分别设置分方向的列车数量T^k(ω)。上下行统一计算时列车数量的单位是对数，分方向设置时单位是列数。

步骤3.2：根据式(10)求取列车开行数量的中位数M_Q。

对于分时列车开行数量集T，定义该集合中所有列车数量集合元素的观察值按由大到小顺序排序后的列车开行数量观察值有序集Q＝{q,≥|q∈T}。在T存在多个数值相等的列车数量值T^k时，这些数值均选入有序集Q。

选取有序集Q中各列车数量观察值的中位数M_Q作为高峰期列车数量的判别标准。如果观察值有偶数个，则取最中间的两个数值的平均数作为中位数)。有

其中，q_i表示Q中的第i个元素。本实施例中，式(10)实际上是以中位数作为峰期类型判别标准，也可根据实际情况，调高或者调低该标准。

步骤3.3：对各时段，若列车开行数量大于中位数，即若T^k≥M_Q，初步判定其峰期类型为高峰期，也即

若T^k＜M_Q，初步判断其峰期类型为非高峰期，

由此，获得了由客流出行时段构成的初始峰期设置序列，也即有

步骤4：根据峰期持续时长要求，调整线路峰期。

步骤4.1：对同一峰期类型的相邻出行时段合并为一个峰期。对k＝1,2,…|P|-1，若h^k＝h^k+1，则将其合并为一个峰期，也即P^k＝P^k∪P^k+1，|P|＝|P|-1。

步骤4.2：对每一h^k＝1的峰期时段，判断同一峰期最短持续时长是否满足式(5)的要求。若满足要求，则确认该时段属于高峰期；否则置h^k＝0，将其与相邻峰期合并。

再对每一h^k＝0的峰期时段，判断同一峰期最短持续时长是否满足式(5)的要求。若满足要求，则确认该时段属于非高峰期；否则置h^k＝1，将其与相邻峰期合并。

步骤5：输出峰期设置方案，包括峰期数量|P|和峰期集合

以及每一峰期k＝1,2,…|P|的峰期时长||P^k||和峰期类型h^k。

实施例2：

本实施例是实施例1的应用例，本实施例以中国广州地铁一号线为例，对峰期设置方法进行说明，本实施例的步骤和计算公式与实施例1基本相同。中国广州地铁一号线，线路包括16个车站，全长18.48公里，全天运营时段为6:00-23:30。客流分时需求按每0.5小时作为一个客流出行时段。

(1)峰期设置参数。

根据目前广州地铁运输管理要求，该线路所采用车型的列车载客能力为V＝1860(单位：人)，每一车辆的最大允许满载率为

列车最小和最大发车间隔分别为

和τ＝168s。峰期需要区分线路方向设置。

该线路峰期时长标准：除早、晚列车出入车厂时段，同一峰期持续时长须达最小时长标准(如1.5小时)或以上，方可设置峰期，否则判定与上一峰期为相同峰期。早、晚列车出入车厂时段，同一峰期持续时长须达亦需达到最小时长标准(如1.0小时)，方可设置峰期。

(2)断面客流量计算和最大断面客流量确定。

按照分时OD，对每一OD客流量按其乘车路径将流量加载到各乘车区间，各OD叠加形成线路的区间断面客流量。对每一客流出行时段，比较各区间断面客流量得到分时最大断面客流量，其具体数值如表1所示。

表1各时段最大断面客流量表

(3)依据最大断面流量计算各时段列车开行数量。

根据分时最大断面客流量情况，先按满载率100％计算全天各时段列车开行数量，再考虑约束条件公式(7)-(2)调整确定列车数量取值。城市轨道交通线路各时段的列车开行数量的计算结果如表2所示。

表2分时列车开行数量计算表

(4)依据列车开行数量有序集确定峰期设置的中位数标准M_Q。

根据表2中的各时段的列车开行数量结果构造列车开行数量观察值有序集Q，其相关统计分析结果如表3所示，求得上下行方向列车开行数量的中位数均为M_Q＝4。

表3开行对数统计分析结果

(5)根据峰期设置的中位数标准M_Q，确定各时段的初始峰期类型。

从全日运营时间内第一个客流出行时段开始，将分时列车开行数量与中位数标准M_Q比较，判断每一时段所属的峰期类型。分时列车开行数量大于中位数时，则设置该时段为高峰期；若列车分时开行数量小于等于中位数时，则设置该时段为非高峰期，该线路的各时段峰期类型如表4所示。图中，0和1分别代表非高峰期和高峰期两种峰期类型。

表4各时段的初始峰期类型

(6)检验峰期持续时长要求，调整线路峰期。

经检验，表4所示的峰期类型取值满足峰期设置时长要求，故而峰期设置不需要调整。

因而，该城市轨道交通线路上下行方向均设置早、晚各一个高峰期，全日各设置5个峰期。其中上行方向的早高峰期时段为7:30-9:30，晚高峰时段为17:00-18:30；下行方向的早高峰时段为7:00-9:00，晚高峰时段为17:00-19:00。其余时段为非高峰期。

表5为早晚两个高峰期所对应的时段列表，其中列车开行数量仅为峰期运力配置参考，在列车运行计划中还需根据具体的满载率标准、服务水平和上线列车数综合确定。

表5各高峰期与时段对应关系

综上可知，本发明基于城市轨道交通运输组织实际要求，依据断面客流量计算分时列车开行数量，形成分时列车数序列，依据分时列车数量分布规律和分位数情况，确定每个时段所属峰期的列车数量判别标准，将列车数量相差不大的若干连续时段设置为同一峰期，建立了一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法。广州地铁一号线峰期设置实例表明，基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法结果合理，设置方法具有较好的实用性。

本文采用列车开行数量序列的中位数作为峰期类型的判别标准，也可根据实际情况采用其他分位数作为判别标准。同时可结合实际运营状况变化灵活调整和重新标定列车满载率标准、峰期时长标准、列车开行间隔等参数取值，调整峰期设置方案。

本发明依据列车数量序列和相对的分位数作为峰期设置的基础，克服了以往峰期设置以主观因素和经验判断为主，缺乏科学性的问题。这种设置方法既考虑了峰期与时段客流需求量、列车开行数量间的对应关系，又避免了单纯依赖时段客流量或列车开行数量设置峰期造成的峰期波动频繁对运输组织的干扰。虽然本发明是以城市轨道交通线路的单一交路模式为基础的，但峰期设置结果对大小交路、快慢车交路等更复杂运输模式同样适用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据地铁出行起讫点客流数据，计算每一时段区间的断面客流量，获取线路各时段的最大断面客流量；包括：按照分时OD，对每一OD客流量按其乘车路径将流量加载到各乘车区间，各OD叠加形成线路的区间断面客流量；对每一客流出行时段，比较各区间断面客流量得到分时最大断面客流量；

根据最大断面客流量，计算单一交路的同一满载率条件下的分时列车开行数量，形成分时列车开行数量序列；所述分时列车开行数量序列为列车开行数量观察值的有序集，通过如下方式形成：对于分时列车开行数量的集合，将所述集合中所有列车数量集合元素的观察值按由大到小顺序排序后，形成列车开行数量观察值的有序集；当分时列车开行数量的集合存在多个数值相等的列车开行数量值时，所述多个列车开行数量值均选入所述的有序集；

根据分时列车开行数量序列，确定每个时段所属峰期的分时列车开行数量的判别标准；所述每个时段所属峰期的分时列车开行数量的判别标准为分时列车开行数量序列的中位数；所述根据判别标准，判断各时段的峰期类型，包括以下情况：当分时列车开行数量大于中位数时，则设置该时段为高峰期；当列车分时开行数量小于等于中位数时，则设置该时段为非高峰期；

根据所述判别标准，确定各时段的峰期类型；

判断所述峰期类型的各时段的峰期持续时长是否符合峰期持续时长标准，在不满足所述峰期持续时长标准时，调整所述时段的峰期类型，所述峰期类型包括高峰期和非高峰期。

2.根据权利要求1所述的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，其特征在于，在确定各时段的峰期类型后，所述方法还包括：将同一峰期类型的相邻出行时段合并为一个峰期。

3.根据权利要求1所述的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，其特征在于，所述确定各时段的峰期类型之后，所述方法还包括输出峰期设置方案；所述峰期设置方案包括峰期数量、峰期集合以及每一峰期的峰期时长、起止时间和峰期类型。

4.根据权利要求1所述的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，其特征在于，所述根据最大断面客流量，计算单一交路的同一满载率条件下的分时列车开行数量，采用以下公式进行计算：

其中，

为分时列车开行数量；g^*(k,ω)为

时段内线路最大断面流量；

为每一车辆的最大允许满载率；V为线路所采用车型的列车载客能力。

5.根据权利要求4所述的基于分时列车数量序列的地铁峰期设置方法，其特征在于，所述分时列车开行数量计算完成后，所述方法还包括：根据列车开行间隔的上下限要求调整所述分时列车开行数量，公式如下：

其中，T^k为经调整后的分时列车开行数量；||P^k||为峰期P^k的持续时长；

和τ分别为列车开行间隔上限和下限。

6.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5中任一所述方法的步骤。

Images