CN117035204B

CN117035204B - 一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法及装置

Info

Publication number: CN117035204B
Application number: CN202311306596.3A
Authority: CN
Inventors: 凌汉东; 郑洪�; 光振雄; 李清; 陶志祥; 曾琼; 黄永柳; 杜佳文; 徐智勇; 霍亮; 田伯文; 杜慎旭; 余君领; 夏明雷
Original assignee: China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd
Priority date: 2023-10-10
Filing date: 2023-10-10
Publication date: 2024-01-12
Anticipated expiration: 2043-10-10
Also published as: CN117035204A

Abstract

本发明提供一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法及装置，根据列车牵引计算得到高铁在各区间的初始区间运行缓冲时间大小，收集的高铁在各区间运行的历史延误数据，拟合为概率密度函数，考虑断面客流，获取各区间乘客延误期望值，构建高铁运行图区间运行缓冲时间优化模型并求解。本发明在计算高铁运行图缓冲时间时，充分考虑了断面客流以及延误对区间运行缓冲时间的影响，构建了高速铁路列车运行图区间运行缓冲时间优化模型。

Description

一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法及装置

技术领域

本发明属于高速铁路规划领域，特别涉及了一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法及装置。

背景技术

在高速铁路运营过程中，能否给乘客提供良好的服务很大程度上取决于列车运行图编制的质量。列车区间运行时间编制列车运行图的重要依据，一般由区间最小运行时间和区间运行缓冲时间组成。对于区间最小运行时间而言，主要受列车类型、线路条件等因素的影响，就特定线路而言，其取值较为固定，而各区间缓冲时间的取值在一定程度上可以有所波动，因此深入研究列车运行图区间运行缓冲时间分配优化问题可以更好地确定合理的列车区间运行时间，进而提升高速铁路的服务质量。

既有的高速铁路列车运行图缓冲时间分配的方法中存在这以下两点不足之处：

（1）客流因素对区间运行缓冲时间的影响考虑不够;

（2）较少考虑延误对区间运行缓冲时间的影响。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法及装置，在计算高铁运行图缓冲时间时，充分考虑了断面客流以及延误对区间运行缓冲时间的影响，构建了高速铁路列车运行图区间运行缓冲时间优化模型。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法，包括以下步骤：

根据列车牵引计算得到高铁在各区间的初始区间运行缓冲时间大小，其中/>表示区间数；

收集的高铁在各区间运行的历史延误数据，拟合为概率密度函数，/>表示延误时间的大小；

考虑断面客流，获取各区间乘客延误期望值，/>为各区间的区间运行缓冲时间实际取值；

根据各区间乘客延误期望值构建高铁运行图区间运行缓冲时间优化模型并求解，模型具体如下：

其中，为线路区间数量。

进一步地，各区间初始区间运行缓冲时间的计算公式为：

其中，为高铁按照最高速度在某区间/>的运行时间，/>为高铁按照正常速度在同一区间/>的运行时间。

进一步地，拟合的概率密度函数为负指数分布，即：

其中，表示区间/>的平均延误时间；

使用改进的极大似然估计方法拟合，具体步骤如下：

将样本分为组，第/>组样本数量为/>；

分别为每一组样本构建似然函数，对于区间而言，第/>组样本的似然函数为：

其中，表示第/>组样本的概率密度函数参数，即/>表示第/>组样本中区间/>的平均延误时间；/>表示第/>组样本统计到的延误时间；

对似然函数取对数

令似然函数等于0，求出参数的估计值

根据每组数据样本数量确定参数权重，得到最终的参数估计值

。

进一步地，各区间乘客延误期望值计算公式如下：

其中，表示区间/>的断面客流量，可通过历史统计数据获取，/>表示一种隶属度函数。

进一步地，隶属度函数反映乘客对延误的忍耐程度，表达式如下：

其中、/>、/>、/>和/>为隶属度函数的参数。

一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取装置，包括：

初始区间运行缓冲时间获取模块，用于根据列车牵引计算得到高铁在各区间的初始区间运行缓冲时间大小，其中/>表示区间数；

概率密度函数获取模块，根据收集的高铁在各区间运行的历史延误数据，拟合为概率密度函数，/>表示延误时间的大小；

各区间乘客延误期望值获取模块，用于考虑断面客流，获取各区间乘客延误期望值，/>为各区间的区间运行缓冲时间实际取值；

高铁运行图区间运行缓冲时间优化模型构建模块，用于构建高铁运行图区间运行缓冲时间优化模型并求解，模型具体如下：

其中，为线路区间数量。

一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取设备，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现任一项所述的高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的步骤。

一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现任一项所述的高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明考虑客流的影响，在计算乘客延误的期望时，加上了客流量这一数值，即求出来的延误期望是所有乘客的总延误期望值。

本发明在使用积分计算乘客延误的时候，积分区间的确定，考虑了缓冲时间对延误的吸收，即积分区域的下限扣除了缓冲时间的大小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。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为本发明高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的流程图。

图2为本发明高铁运行图区间运行缓冲时间获取装置的示意图。

图3是本发明高铁运行图区间运行缓冲时间获取设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

相关技术中，既有的高速铁路列车运行图缓冲时间分配的方法中客流因素对区间运行缓冲时间的影响考虑不够，较少考虑延误对区间运行缓冲时间的影响，本发明提出一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法及装置，在计算高铁运行图缓冲时间时，充分考虑了断面客流以及延误对区间运行缓冲时间的影响，构建了高速铁路列车运行图区间运行缓冲时间优化模型。

本发明提供一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、根据列车牵引计算得到高铁在各区间的初始区间运行缓冲时间大小，其中/>表示区间数；

步骤2、收集的高铁在各区间运行的历史延误数据，拟合为概率密度函数，/>表示延误时间的大小；

步骤3、考虑断面客流，获取各区间乘客延误期望值，/>为各区间的区间运行缓冲时间实际取值；

步骤4、

其中，为线路区间数量。

本发明在步骤1中，各区间初始区间运行缓冲时间的计算公式为：

本发明在步骤2中，用负指数分布描述延误发生的概率，拟合的概率密度函数为负指数分布，即：

其中，表示区间/>的平均延误时间。

使用改进的极大似然估计方法拟合，具体步骤如下：

将样本分为组，第/>组样本数量为/>；

其中，表示第/>组样本的概率密度函数参数，即/>表示第/>组样本中区间/>的平均延误时间；/>表示第/>组样本的观测值，即统计到的延误时间。

对似然函数取对数

令似然函数等于0，求出参数的估计值

本发明在步骤3中，各区间乘客延误期望值计算公式如下：

其中，为各区间的区间运行缓冲时间实际取值，为决策变量，/>表示区间/>的断面客流量，可通过历史统计数据获取，/>表示一种隶属度函数。

具体地，隶属度函数反映乘客对延误的忍耐程度，表达式如下：

其中、/>、/>、/>和/>为隶属度函数的参数。

本发明在步骤4中，优化目标函数是各区间延误期望值的求和，就是在上述任意区间延误的期望值的基础上，对所有区间累计相加（从第1个区间到第n个区间），则构建的高铁运行图区间运行缓冲时间优化模型如下：

约束函数为：

其中为线路区间数量。

综上所述，本发明考虑客流的影响，在计算乘客延误的期望时，加上了客流量这一数值，即求出来的延误期望是所有乘客的总延误期望值。

本发明在使用积分计算乘客延误的时候，积分区间的确定，考虑了缓冲时间对延误的吸收，即积分区域的下限扣除了缓冲时间俺的大小。

在本发明的一个实施例中，以某条高速铁路线路为例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

步骤1：根据列车牵引计算得到高速铁路列车在各区间的初始区间运行缓冲时间大小。

各区间初始区间运行缓冲时间的大小是根据列车牵引计算得出，具体为先计算列车按照最高速度在某区间/>的运行时间/>，再计算列车按照正常速度在同一区间/>的运行时间/>，则列车在该区间的初始区间运行缓冲时间即为/>的计算公式如下：

具体如下表：

步骤2：根据收集的高速铁路在各区间运行的历史延误数据，将其拟合为某一种概率密度函数。

根据选取高速铁路历史延误数据得出其区间平均延误如下表：

将各区间延误拟合和概率密度函数为：

其中表示延误时间的大小，/>表示区间/>的平均延误时间。

步骤3：考虑断面客流，获取各区间乘客延误期望值。

各区间乘客延误期望值计算公式如下：

其中为各区间的区间运行缓冲时间实际取值，为决策变量，/>表示区间/>的断面客流量，可通过历史统计数据获取，/>表示一种隶属度函数。

其中隶属度函数采用的是高斯型隶属度函数，反映乘客对延误的忍耐程度，表达式如下：

其中、/>、/>、/>和/>为隶属度函数的参数。

步骤4：构建高速铁路列车运行图区间运行缓冲时间优化模型并求解。

构建的高速铁路列车运行图区间运行缓冲时间优化模型如下：

约束函数为：

其中为线路区间数量。

采用商业求解器求解优化模型，得出最优的区间缓冲时间，结果如下：

本发明还提供高铁运行图区间运行缓冲时间获取装置，如图2所示，包括：

高铁运行图区间运行缓冲时间优化模型构建模块，用于

构建高铁运行图区间运行缓冲时间优化模型并求解，模型具体如下：

其中，为线路区间数量。

本发明还提供一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取设备，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现任一项所述的高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的步骤。

如图3所示，该设备可以包括：处理器(processor)、通信接口(CommunicationsInterface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法。

本发明实施例中的存储器用于存储各种类型的数据以支持高铁运行图区间运行缓冲时间获取设备的操作。这些数据的示例包括：用于在高铁运行图区间运行缓冲时间获取设备上操作的任何计算机程序。

本发明实施例揭示的一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital SignalProcessor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成本发明实施例提供的一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的步骤。

在示例性实施例中，高铁运行图区间运行缓冲时间获取设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，ComplexProgrammable LogicDevice)、FPGA、通用处理器、控制器、微控制器(MCU，MicroController Unit)、微处理器(Microprocessor)、或者其他电子元件实现，用于执行前述方法。

可以理解，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，SynchronousDynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random AccessMemory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random AccessMemory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如任一项所述的一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

拟合的概率密度函数为负指数分布，即：

其中，表示区间/>的平均延误时间；

使用改进的极大似然估计方法拟合，具体步骤如下：

将样本分为组，第/>组样本数量为/>；

对似然函数取对数

令似然函数等于0，求出参数的估计值

其中，为线路区间数量；

各区间乘客延误期望值计算公式如下：

其中，表示区间/>的断面客流量，通过历史统计数据获取，/>表示一种隶属度函数；

隶属度函数反映乘客对延误的忍耐程度，表达式如下：

其中、/>、/>、/>和/>为隶属度函数的参数。

2.根据权利要求1所述的一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法，其特征在于：

各区间初始区间运行缓冲时间的计算公式为：

3.一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取装置，其特征在于，包括：

拟合的概率密度函数为负指数分布，即：

其中，表示区间/>的平均延误时间；

使用改进的极大似然估计方法拟合，具体步骤如下：

将样本分为组，第/>组样本数量为/>；

对似然函数取对数

令似然函数等于0，求出参数的估计值

其中，为线路区间数量；

各区间乘客延误期望值计算公式如下：

隶属度函数反映乘客对延误的忍耐程度，表达式如下：

其中、/>、/>、/>和/>为隶属度函数的参数。

4.一种高铁运行图区间运行缓冲时间获取设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-2任一项所述的高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的步骤。

5.一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-2任一项所述的高铁运行图区间运行缓冲时间获取方法的步骤。