CN115384585B - 一种等间隔调整运行图的自动生成方法及系统 - Google Patents

一种等间隔调整运行图的自动生成方法及系统 Download PDF

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CN115384585B CN202211043254.2A CN202211043254A CN115384585B CN 115384585 B CN115384585 B CN 115384585B CN 202211043254 A CN202211043254 A CN 202211043254A CN 115384585 B CN115384585 B CN 115384585B
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Abstract

本发明公开了一种等间隔调整运行图的自动生成方法及系统，方法包括：1)计算列车的待调整时长；2)生成每辆列车的预测计划线；3)令调整次数C＝0；4)令调整次数加1；5)计算预测计划线中任务线的可调整因子，选择可调整因子最大的任务线；6)调整选择任务线中每个车站的到、离站时间，使对应列车的待调整时长趋向于0；7)判断是否存在未处理的任务线，如果存在，则返回第5)步；否则下一步；8)判断是否改变了任何一条任务线上车站的到、离站时间；如果改变，则下一步；9)判断调整次数C是否小于最大调整次数Cmax，如果是，则执行第4)步。本发明能够在列车运行紊乱时自动生成等间隔调整运行图以实现快速实现等间隔行车。

Description

一种等间隔调整运行图的自动生成方法及系统
技术领域
本发明主要涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种等间隔调整运行图的自动生成方法及系统。
背景技术
在城市轨道交通系统中，当出现车站火灾、列车故障、突发大客流等突发情况导致列车运行紊乱时，使用等间隔行车调整可有效恢复运营秩序，缓解调度人员的压力。等间隔行车调整通过调整列车在区间的运行等级、在站台的停站时长，使运行交路中列车之间的追踪间隔保持一致。
目前存在多个等间隔行车调整方法，但都是通过列车自动监控系统(ATS)直接调整运行等级和停站时长实现的，调度人员无法提前了解整个调整过程、以及调整结束的预测时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种快速有效恢复运营秩序，缓解调度人员压力的等间隔调整运行图的自动生成方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种等间隔调整运行图的自动生成方法，包括步骤：
1)计算所有列车的待调整时长τ；
2)生成每辆列车从当前时刻开始至晚班车时刻的预测计划线；
3)令调整次数C＝0；
4)令调整次数加1，并将所有任务线标记为未处理；
5)计算每条预测计划线中第一条未处理任务线的可调整因子，并选择其中可调整因子最大的任务线；
6)通过调整可调整因子最大的任务线中每个车站的到、离站时间，使执行该任务线的列车的待调整时长趋向于0，再将此任务线标记为已处理；
7)判断是否存在未处理的任务线，如果存在，则返回第5)步；否则继续执行下一步；
8)判断是否改变了任何一条任务线上任何一个车站的到、离站时间；如果改变了，则执行下一步；否则结束；
9)判断调整次数C是否小于最大调整次数Cmax，如果是，则执行第4)步；否则结束。
优选地，步骤6)具体包括步骤：
6.1)计算该任务线受前、后任务线限制，在每个车站允许的到、离站时间范围；
6.2)选择运行方向上第一个可以调整离站时间的车站；
6.3)调整被选择车站的离站时间，并更新待调整时长；
6.4)选择运行方向上被选择车站的后一车站；
6.5)调整被选择车站的到站时间，并更新待调整时长；
6.6)判断被选择车站是否为任务线运行方向上最后一个车站；如果是，则结束；否则执行步骤6.3)。
优选地，步骤6.1)的具体过程为：
从任务线运行方向的最后一个车站开始，依次向前计算每个车站受其它任务线限制的到、离站时间范围。
受与前一任务线最小发到间隔的限制，任务线中车站j可允许的最早到站时间、离站时间为：
Figure BDA0003821621680000021
Figure BDA0003821621680000022
受与后一任务线最小发到间隔的限制，任务线中车站j可允许的最晚离站时间、到站时间为：
Figure BDA0003821621680000023
Figure BDA0003821621680000024
其中：
Figure BDA0003821621680000025
为某任务线与其前一任务线在车站j的发到间隔，单位秒；
Figure BDA0003821621680000026
为某任务线与其后一任务线在车站j的发到间隔，单位秒(见图4；若后方无任务线，该值为无穷大)；
Figure BDA0003821621680000027
为车站j可允许的最小发到间隔，单位秒；
Figure BDA0003821621680000028
为车站j可允许的最小停站时长，单位秒；
Figure BDA0003821621680000029
为车站j可允许的最大停站时长，单位秒；
Figure BDA00038216216800000210
为在车站j至其行驶方向后一车站以运行等级L行驶所需的区间运行时长，单位秒；
Taj为某任务线在车站j的到站时间；
Figure BDA0003821621680000031
为某任务线在车站j可允许的最早到站时间；
Figure BDA0003821621680000032
为某任务线在车站j可允许的最晚到站时间；
Tdj为某任务线在车站j的离站时间；
Figure BDA0003821621680000033
为某任务线在车站j可允许的最早离站时间；
Figure BDA0003821621680000034
为某任务线在车站j可允许的最晚离站时间。
优选地，在步骤6.2)中，若被选择的任务线是预测计划线中第一条任务线，则第一个可调整车站为列车当前所在的车站或即将到达的车站；若不为预测计划线中第一条任务线，则第一个可调整车站为任务线上第一个车站。
优选地，步骤6.3)的具体过程为：
最早、最晚的离站时间更新为：
Figure BDA0003821621680000035
Figure BDA0003821621680000036
调整离站时间的原则为：在可允许的调整范围内选取一个值，使调整后与调整前的离站时间之差尽量接近当前的待调整时长τi，调整后的离站时间Td′j为：
Figure BDA0003821621680000037
待调整时长τi更新为：
τi＝τi-(Td′j-Tdj)。
优选地，步骤6.5)的具体过程为：
可选择的到站时间集合为：
Figure BDA0003821621680000038
调整到站时间的原则为：从可选择的到站时间集合中选取一个值，使调整后与调整前的到站时间之差尽量接近当前的待调整时长τi，调整后的到站时间Ta′j满足下式：
Figure BDA0003821621680000039
待调整时长τi更新为：
τi＝τi-(Ta′j-Taj)。
优选地，在步骤1)中，列车的待调整时长为从初始紊乱状态至等间隔行驶状态的过程中，在每个车站的停站时长和每个区间的运行时长相对于默认时长的改变量之和；若待调整时长为正数，则需要增加停站时长、或通过调整运行等级增加运行时长；若待调整时长为负数，则需要减少停站时长、或通过调整运行等级减少运行时长；待调整时长为零，则不需要调整。
优选地，可调整因子的计算方法为：
Figure BDA0003821621680000041
Gp为某任务线与其前一任务线的发车间隔，单位秒；Gn为某任务线与其后一任务线的发车间隔，单位秒；
当待调整时长为负数时，可调整范围受前一任务线的限制，令可调整因子为与前一任务的发车间隔；反之，当待调整时长为正数时，令可调整因子为与后一任务线的发车间隔。
本发明还公开了一种等间隔调整运行图的自动生成系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在列车运行紊乱时自动生成等间隔调整运行图，运营中的列车根据上述运行图快速实现等间隔行车，快速有效恢复运营秩序，缓解调度人员压力。
附图说明
图1为本发明的方法在实施例的流程图。
图2为本发明当前时刻之后的预测计划线。
图3为本发明的步骤6)在实施例的方法流程图。
图4为本发明中部分列车等间隔调整示意图。
图5为本发明所有列车等间隔调整示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
为方便描述，先定义以下符号：
τi：列车i的待调整时长，单位秒；
C：调整次数；
Cmax：最大调整次数(如取值20)；
Gp：某任务线与其前一任务线的发车间隔，单位秒(见图4；若前方无任务线，该值为无穷大)；
Gn：某任务线与其后一任务线的发车间隔，单位秒(见图4；若后方无任务线，该值为无穷大)；
Figure BDA0003821621680000051
某任务线与其前一任务线在车站j的发到间隔，单位秒(见图4；若前方无任务线，该值为无穷大)；
Figure BDA0003821621680000052
某任务线与其后一任务线在车站j的发到间隔，单位秒(见图4；若后方无任务线，该值为无穷大)；
Figure BDA0003821621680000053
车站j可允许的最小发到间隔，单位秒(由编图人员根据线路情况确定)；
Figure BDA0003821621680000054
车站j的默认停站时长，单位秒(由编图人员根据线路情况确定)；
Figure BDA0003821621680000055
车站j可允许的最小停站时长，单位秒(由编图人员根据线路情况确定)；
Figure BDA0003821621680000056
车站j可允许的最大停站时长，单位秒(由编图人员根据线路情况确定)；
Figure BDA0003821621680000057
在车站j至其行驶方向后一车站的默认区间运行等级(由编图人员根据线路情况确定)；
Lmax：运行等级的最大值(由线路的真实情况确定)；
Figure BDA0003821621680000058
在车站j至其行驶方向后一车站以运行等级L行驶所需的区间运行时长，单位秒(由线路的真实情况确定)；
Taj：某任务线在车站j的到站时间；
Figure BDA0003821621680000059
某任务线在车站j可允许的最早到站时间；
Figure BDA00038216216800000510
某任务线在车站j可允许的最晚到站时间；
Figure BDA00038216216800000511
某任务线在车站j可选择的到站时间集合；
Tdj：某任务线在车站j的离站时间；
Figure BDA00038216216800000512
某任务线在车站j可允许的最早离站时间；
Figure BDA00038216216800000513
某任务线在车站j可允许的最晚离站时间。
其中发车间隔:两相邻任务线在首站的发车时间之差；
发到间隔:两相邻任务线中，前一任务线在某站台的发车时间与后一任务线在该站台的到站时间之差。
再进行如下约定：
列车的数量为N，编号分别为1,2…N，其中2车在1车前方，3车在2车前方，以此类推；
车站的数量为S，编号分别为1,2...S，按上行行驶方向递增；
运行等级数量为Lmax，编号分别为1,2...Lmax，编号越大，运行时长越长；
折返站的停站时长为折返时长。
如图1所示，本发明实施例的等间隔调整运行图的自动生成方法，包括步骤：
1)计算所有列车的待调整时长τ；
2)生成每辆列车从当前时刻开始至晚班车时刻的预测计划线；
3)令调整次数C＝0；
4)令调整次数加1，并将所有任务线标记为未处理；
5)计算每条预测计划线第一条未处理任务线的可调整因子，并选择其中可调整因子最大的任务线；
6)通过调整被选择的任务线中每个车站的到、离站时间，使执行该任务线的列车的待调整时长趋向于0，并将此任务线标记为已处理；
7)判断是否存在未处理的任务线，如果存在，则返回第5)步；否则继续执行下一步；
8)判断是否改变了任何一条任务线上任何一个车站的到、离站时间；如果改变了，则执行下一步；否则结束；
9)判断调整次数C是否小于最大调整次数Cmax，如果是，则执行第4)步；否则结束。
在步骤1)中，列车的待调整时长为从初始紊乱状态至等间隔行驶状态的过程中，在每个车站的停站时长和每个区间的运行时长相对于默认时长的改变量之和。待调整时长的计算方法属于现有技术，如通过计算每辆列车间的追踪间隔，得到列车群在时间维度的相对位置，再以列车群最短时间达到等间隔行驶效果为优化目标，依次计算得到每辆列车的最优待调整时长。若待调整时长为正数，则需要增加停站时长、或通过调整运行等级增加运行时长(增加的时长之和为待调整时长)；若待调整时长为负数，则需要减少停站时长、或通过调整运行等级减少运行时长(减少的时长之和为待调整时长的绝对值)；待调整时长为零，则不需要调整。
在步骤2)中，生成运行交路中所有在线列车从当前时刻开始、至晚班车时刻结束的预测计划线。其中预测计划线的特征包括：
(1)一条计划线对应一辆在线列车；
(2)计划线中只有单一交路，不存在大小交路；
(3)计划线中运行等级和停站时长(包括折返时长)皆为默认值；
(4)若列车当前停车于车站j，且已持续t1秒，则该列车的第一条预测任务线于
Figure BDA0003821621680000061
(若该值为负数，则改为0)秒之后离开车站j，且任务线方向与当前列车行驶方向一致；
(5)若列车当前行驶在车站j至车站j+1的区间中，且已持续t2秒，则该列车的第一条预测任务线于
Figure BDA0003821621680000071
(若该值为负数，则改为0)秒之后到达车站j+1，且任务线方向与当前列车行驶方向一致；
(6)每条计划线最后一条任务线的发车时间不可大于晚班车时间。
假设5辆列车随机分布在7个车站的运行交路上，生成的预测计划线如图2所示，其中竖直虚线的直线为当前时刻，黑色圆点为列车预计下一到/离站时刻与车站的交点。
通过上述步骤生成了预测计划线后，通过调整预测计划线中每条任务线在各个车站的到、离站时间，最终可得到按等间隔行驶的运行图。
在步骤5)中，由于受前、后两任务线最小发到间隔的限制，不能按任意顺序调整任务线的时刻表。例如，有两条发车间隔很小的相邻任务线A、B，B与其后一条任务线的发车间隔较大，且执行A、B任务线的列车的待调整时长都大于0。因为A、B之间车站的发车间隔较小，A很难增加运行时长和停站时长；但如果优先调整B，B中车站的到、离站时间延后，A、B之间车站的发车间隔也变大，再调整A就更容易了。因此，优先选择可调整范围更广的任务线进行时刻表的调整，可有效解决任务线之间相互约束的难题。
选出每条计划线中发车时间最早的未处理任务线(如果计划线中所有任务线都已处理，则跳过该计划线)，计算这些任务线的可调整因子Fenable，再选择其中可调整因子最大的任务线。
可调整因子的计算方法为：
Figure BDA0003821621680000072
当待调整时长为负数时，可调整范围受前一任务线的限制，令可调整因子为与前一任务的发车间隔；反之，当待调整时长为正数时，令可调整因子为与后一任务线的发车间隔。
如图3所示，在步骤6)中，在调整一条任务线时，其它任务线的时刻表保持不变。调整一条任务线时刻表的流程为：
6.1)计算该任务线受前、后任务线限制，在每个车站允许的到、离站时间范围；
6.2)选择运行方向上第一个可以调整离站时间的车站；
6.3)调整被选择车站的离站时间，并更新待调整时长；
6.4)选择运行方向上被选择车站的后一车站；
6.5)调整被选择车站的到站时间，并更新待调整时长；
6.6)判断被选择车站是否为任务线运行方向上最后一个车站；如果是，则结束；否则执行步骤6.3)步。
进一步地，在步骤6.1)中，从任务线运行方向的最后一个车站开始，依次向前计算每个车站受其它任务线限制的到、离站时间范围。
受与前一任务线最小发到间隔的限制，任务线中车站j可允许的最早到站时间、离站时间为：
Figure BDA0003821621680000081
Figure BDA0003821621680000082
受与后一任务线最小发到间隔的限制，任务线中车站j可允许的最晚离站时间、到站时间为：
Figure BDA0003821621680000083
Figure BDA0003821621680000084
在步骤6.2)中，若被选择的任务线是预测计划线中第一条任务线，则第一个可调整车站为列车当前所在的车站或即将到达的车站；若不为预测计划线中第一条任务线，则第一个可调整车站为任务线上第一个车站。
在步骤6.3)中，在调整列车i的任务线中车站j的离站时间Tdj时，该车在该站的到站时间Taj已调整完毕或无需调整。离站时间的可允许调整范围不仅受其它任务线的限制，还受当前车站的到站时间及停站时长的限制。因此，最早、最晚的离站时间更新为：
Figure BDA0003821621680000085
Figure BDA0003821621680000086
调整离站时间的原则为：在可允许的调整范围内选取一个值，使调整后与调整前的离站时间之差尽量接近当前的待调整时长τi，调整后的离站时间Td′j为：
Figure BDA0003821621680000087
待调整时长τi更新为：
τi＝τi-(Td′j-Tdj) (9)。
在步骤6.5)中，在调整列车i的任务线中车站j的到站时间Taj时，该车在上一站的离站时间Tdj-1已调整完毕或无需调整。到站时间允许的取值不仅受其它任务线的限制，还受上一站的离站时间及运行等级的限制。可选择的到站时间集合为：
Figure BDA0003821621680000091
调整到站时间的原则为：从可选择的到站时间集合中选取一个值，使调整后与调整前的到站时间之差尽量接近当前的待调整时长τi。调整后的到站时间Ta′j满足下式：
Figure BDA0003821621680000092
待调整时长τi更新为：
τi＝τi-(Ta′j-Taj) (12)。
通过上述方法可将初始紊乱状态的运行图调整为等间隔行驶状态，图4为列车2计划线的调整示意图。图4中加粗线为经过等间隔调整后列车2的计划线，灰色虚线为按默认运行等级、默认停站时长行驶的列车2的参考计划线，加粗线与虚线的水平距离为列车2的待调整时长，图4中标示τ2为初始状态时列车2的待调整时长，可看出随着时间的推移，待调整时长逐渐调整至0。
所有列车的调整过程如图5所示，在图5中标示了所有列车在初始状态的待调整时长，其中列车5的待调整时长为负数。随着时间推移，待调整时长的绝对值逐渐减小。当所有列车的待调整时长调整至0时，列车群实现了等间隔行驶。
本发明的等间隔调整运行图的自动生成方法，在列车运行紊乱时自动生成等间隔调整运行图，运营中的列车根据上述运行图快速实现等间隔行车，有效恢复运营秩序，缓解调度人员压力，而且上述调整过程可以预览。
本发明还公开了一种等间隔调整运行图的自动生成系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种等间隔调整运行图的自动生成方法，其特征在于，包括步骤：
1）计算所有列车的待调整时长
Figure QLYQS_1
；
2）生成每辆列车从当前时刻开始至晚班车时刻的预测计划线；
3）令调整次数C=0；
4）令调整次数加1，并将所有任务线标记为未处理；
5）计算每条预测计划线中第一条未处理任务线的可调整因子，并选择其中可调整因子最大的任务线；
6）通过调整可调整因子最大的任务线中每个车站的到、离站时间，使执行该任务线的列车的待调整时长趋向于0，再将此任务线标记为已处理；
7）判断是否存在未处理的任务线，如果存在，则返回第5）步；否则继续执行下一步；
8）判断是否改变了任何一条任务线上任何一个车站的到、离站时间；如果改变了，则执行下一步；否则结束；
9）判断调整次数C是否小于最大调整次数C max，如果是，则执行第4）步；否则结束；
步骤6）具体包括步骤：
6.1）计算该任务线受前、后任务线限制，在每个车站允许的到、离站时间范围；
6.2）选择运行方向上第一个可以调整离站时间的车站；
6.3）调整被选择车站的离站时间，并更新待调整时长；
6.4）选择运行方向上被选择车站的后一车站；
6.5）调整被选择车站的到站时间，并更新待调整时长；
6.6）判断被选择车站是否为任务线运行方向上最后一个车站；如果是，则结束；否则执行步骤6.3）；
其中可调整因子的计算方法为：
Figure QLYQS_2
；
Figure QLYQS_3
为某任务线与其前一任务线的发车间隔，单位秒；/>
Figure QLYQS_4
为某任务线与其后一任务线的发车间隔，单位秒；/>
Figure QLYQS_5
为列车的待调整时长。
2.根据权利要求1所述的等间隔调整运行图的自动生成方法，其特征在于，步骤6.1）的具体过程为：
从任务线运行方向的最后一个车站开始，依次向前计算每个车站受其它任务线限制的到、离站时间范围；
受与前一任务线最小发到间隔的限制，任务线中车站j可允许的最早到站时间、离站时间为：
Figure QLYQS_6
Figure QLYQS_7
受与后一任务线最小发到间隔的限制，任务线中车站j可允许的最晚离站时间、到站时间为：
Figure QLYQS_8
Figure QLYQS_9
其中：
Figure QLYQS_10
为某任务线与其前一任务线在车站j的发到间隔，单位秒；
Figure QLYQS_11
为某任务线与其后一任务线在车站j的发到间隔，单位秒；
Figure QLYQS_12
为车站j可允许的最小发到间隔，单位秒；
Figure QLYQS_13
为车站j可允许的最小停站时长，单位秒；
Figure QLYQS_14
为车站j可允许的最大停站时长，单位秒；
Figure QLYQS_15
为在车站j至其行驶方向后一车站以运行等级L行驶所需的区间运行时长，单位秒；
Figure QLYQS_16
为某任务线在车站j的到站时间；
Figure QLYQS_17
为某任务线在车站j可允许的最早到站时间；
Figure QLYQS_18
为某任务线在车站j可允许的最晚到站时间；
Figure QLYQS_19
为某任务线在车站j的离站时间；
Figure QLYQS_20
为某任务线在车站j可允许的最早离站时间；
Figure QLYQS_21
为某任务线在车站j可允许的最晚离站时间；
S为车站的数量。
3.根据权利要求2所述的等间隔调整运行图的自动生成方法，其特征在于，在步骤6.2）中，若被选择的任务线是预测计划线中第一条任务线，则第一个可调整车站为列车当前所在的车站或即将到达的车站；若不为预测计划线中第一条任务线，则第一个可调整车站为任务线上第一个车站。
4.根据权利要求3所述的等间隔调整运行图的自动生成方法，其特征在于，步骤6.3）的具体过程为：
最早、最晚的离站时间更新为：
Figure QLYQS_22
Figure QLYQS_23
调整离站时间的原则为：在可允许的调整范围内选取一个值，使调整后与调整前的离站时间之差尽量接近当前的待调整时长
Figure QLYQS_24
，调整后的离站时间/>
Figure QLYQS_25
为：
Figure QLYQS_26
待调整时长
Figure QLYQS_27
更新为：
Figure QLYQS_28
。
5.根据权利要求4所述的等间隔调整运行图的自动生成方法，其特征在于，步骤6.5）的具体过程为：
可选择的到站时间集合为：
Figure QLYQS_29
调整到站时间的原则为：从可选择的到站时间集合中选取一个值，使调整后与调整前的到站时间之差尽量接近当前的待调整时长
Figure QLYQS_30
，调整后的到站时间/>
Figure QLYQS_31
满足下式：
Figure QLYQS_32
待调整时长
Figure QLYQS_33
更新为：
Figure QLYQS_34
。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的等间隔调整运行图的自动生成方法，其特征在于，在步骤1）中，列车的待调整时长为从初始紊乱状态至等间隔行驶状态的过程中，在每个车站的停站时长和每个区间的运行时长相对于默认时长的改变量之和；若待调整时长为正数，则需要增加停站时长、或通过调整运行等级增加运行时长；若待调整时长为负数，则需要减少停站时长、或通过调整运行等级减少运行时长；待调整时长为零，则不需要调整。
7.根据权利要求6所述的等间隔调整运行图的自动生成方法，其特征在于，在步骤5）中，当待调整时长为负数时，可调整范围受前一任务线的限制，令可调整因子为与前一任务的发车间隔；反之，当待调整时长为正数时，令可调整因子为与后一任务线的发车间隔。
8.一种等间隔调整运行图的自动生成系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～7中任意一项所述方法的步骤。
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