[发明专利]基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法

权利要求书

1.一种基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法，其特征在于，包括如下流程步骤：

步骤S110：构建城市轨道交通线路的直线型网络拓扑结构；

步骤S120：构建基于所述直线型网络拓扑结构的列车换乘接续约束模型；所述列车换乘接续约束模型的目标函数为：

其中，x表示换乘站，Θ表示换乘站集合，y表示换乘站的前置线路，z表示换乘站的接续线路，w表示线路集合，P_xyz表示换乘时间标识变量，δ_xyz表示空间位移合理性标识变量；

若乘客能够在站点x完成自线路y至线路z的换乘，则P_xyz取值为1，否则为0；若乘客在站点x完成自线路y至线路z换乘的空间位移合理，则δ_xyz取值为1，否则为0；

步骤S130：利用基于控制温度和搜索温度两个标识量的模拟退火算法求解所述列车换乘接续约束模型，获取列车运行时刻表优化方案和换乘接续站点。

2.根据权利要求1所述的基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法，其特征在于，所述步骤S110具体包括：

将实际的不规则型城轨线路分割或整合为城轨线路的网络拓扑结构的直线型线路：具体包括，

当线路上包含地理连接角小于90°的点时，利用该点的地理连接角的角分线与该线路的交点将该线路进行分割；

线路上所有点的地理连接角均大于90°时，对于闭合线路，按照线路长度将该闭合线路分割成四等分；对于非闭合线路，当该非闭合线路的起点与终点的直线距离小于或等于线路总长度的1/4时，将该整条非闭合线路按照线路长度分割成四等分；

将分割后得到的所有分割线路进行拉直，将拉直的线路按照上下行等效为两条方向相反的线路，得到所述直线型网络拓扑结构。

3.根据权利要求1所述的基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法，其特征在于，基于换乘时间标识变量的换乘约束为：

其中，表示列车在线路z上的第m个车站x的发车时刻；表示列车在线路y上到达第n个车站x的时刻；表示乘客下车的时间；表示乘客在站点x自线路y至线路z换乘的步行时间，其服从于关于当前时刻的分布表示乘客上车时间；表示预留的列车安全时间；M表示极大正数。

4.根据权利要求3所述的基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法，其特征在于，列车在线路y上到达第n个车站x的时刻为：

其中，T^y,s表示列车在线路y上的始发时刻，表示列车在线路y上自始发至到达第n个车站x时所需的途中行驶时间，表示列车在线路y上自始发至到达第n个车站x时所需的途中停站时间。

5.根据权利要求4所述的基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法，其特征在于，列车在线路z上的第m个车站x的发车时刻为：

其中，T^z,s表示列车在线路z上的始发时刻，表示列车在线路z上自始发至到达第m个车站x时所需的途中行驶时间，表示列车在线路z上自始发至到达第m个车站x时所需的途中停站时间，T^early表示列车发车时刻的下限，T^late表示列车发车时刻的上限。

6.根据权利要求5所述的基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法，其特征在于，基于空间位移合理性标识变量的换乘约束为：

其中，θ_xyz表示在站点x自线路y换乘至线路z的换乘角；θ^Max表示最大换乘角；乘客由起始站至换乘站的距离以及由换乘站至终点站的距离中的小值为r_min，大值为r_Max；τ^r表示r_min/r_Max的最大值。

7.根据权利要求6所述的基于线网结构和时序组合的城轨列车换乘接续优化方法，其特征在于，所述步骤S130具体包括：

步骤S131：初始化：设置初始控制温度temp^m＝tempⁱ，以及初始搜索温度temp^d＝tempⁱ，控制温度的降温系数为α，搜索温度的降温系数为β，每一个控制温度下的马尔科夫链长度为L；初始的当前时刻表方案T^c＝T⁰，初始的最优时刻表方案T^b＝T⁰；初始的当前目标函数值Z^c＝Z⁰，初始的最优目标函数值Z^b＝Z⁰，令k＝1；

步骤S132：新解的产生：在时刻约束条件下随机产生新的时刻表方案Tⁿ，判断空间合理性，确定时间值计算新的目标函数值Zⁿ以及目标函数的变化值△Z；

步骤S133：最优解的判断：若目标函数的变化值△Z0，新解被接受T^c＝Tⁿ,Z^c＝Zⁿ，最优解随之更新T^b＝Tⁿ,Z^b＝Zⁿ；此时，控制温度下降temp^m＝temp^m·α，搜索温度也下降temp^d＝temp^d·β，令k＝k+1转步骤S134；若目标函数的变化值在设定范围内0≤△Z≤△Z^a，保存临时温度temp^g＝temp^d·β，根据概率判断是否接受Tⁿ且搜索温度下降temp^d＝temp^g，若不接受，则搜索温度不变temp^d＝temp^d，令k＝k+1转步骤S134；若目标函数的变化值超出设定范围△Z△Z^a，则返回步骤S132；

步骤S134：迭代进程：当kL时，控制温度下降temp^m＝temp^m·α，令k＝1，下一个控制温度下的计算进程开始；否则，转步骤S132；

步骤S135：计算终止：若控制温度temp^m降至终止温度temp^e以下时，计算终止，最优时刻表方案T^b和最优目标函数值Z^b为最终输出结果。