[发明专利]一种高速铁路列车停站方案优化方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路列车停站方案优化方法，包括：步骤一：基于车站节点属性特征对车站等级进行划分；步骤二、基于马尔可夫决策过程建立列车停站方案模型，包括：(1)模型结构设置；(2)决策集合；(3)状态与状态过滤(4)受益值定义；(5)转移概率；(6)基于改进马尔可夫过程建立停站方案优化模型。本发明的优点是：各区段的列车运输能力得到更有效的利用。有利于减少浪费的列车运力和过度拥挤。减少浪费的列车运力可以提高乘客的载客率；减少拥挤可以提高舒适感。

技术领域

本发明涉及列车运行管理技术领域，特别涉及一种基于车站节点属性特征的高速铁路列车停站方案优化方法。

背景技术

高速铁路具有可靠性、安全性、低排放和节能等优点，在日常生活中具有重要意义。随着旅客需求的增加和高速铁路网规模的不断扩大，运输组织变得越来越复杂。然而，列车运行管理必须保持在可接受的效率水平。列车停站方案是高速铁路运营计划中的关键要素，需要在满足不断增长的旅客需求的条件下，能尽可能降低铁路公司运营成本。停站方案直接影响到各车站服务水平和列车客座率，也直接影响到运输资源的利用。

在有限列车开行对数和车站容量下，停站方案必须同时考虑乘客需求和列车停靠模式，以实现服务的供需平衡。虽然增加停靠车站可以提供更好的旅客服务，但也会降低运输效率(增加旅行时间和降低客座率)。停站方案所面临的挑战是：铁路沿线需要足够数量的列车停靠站来服务乘客，但是过多的停站次数会导致运营效率降低和资源利用率低下。因此，必须找到一种有效的方法来平衡运输成本和不断变化的旅客需求。

停站方案规定了铁路线上每列列车的停站模式和停靠的车站节点，必须根据旅客需求为每列车选择停靠车站，需考虑的条件包括：列车运行区间、列车运行距离、车站等级、车站地理位置、车站容量、旅客需求、列车对数、停站次数、停站策略、列车类型。

将现有的车站等级作为固定条件优化列车停站方案，会因对车站所在城市出行热度的主要影响因素(即，城市行政级别、人口和GDP等)动态因素考虑不足，导致车站等级划分的适应性不足，制定的停站方案有效性受限，进而列车能力利用无法有效提高。

传统的车站等级划分结果，主要的依据来源于管理的经验，缺少数据量化分析的准确度，导致优化结果偏离实际情况，列车能力利用无法有效提高。

针对最优化问题求解的一个难题是，求解算法设计。由于优化问题的求解均会涉及到复杂的因素、变量的规模和约束条件。对于优化模型研究，这类问题属于NP难问题，即采用某些理想化的参数假设，这些假设会产生一些未经实证分析的变量，使得结果不准确，并且该类问题会导致求解耗时长，计算求解速度慢等问题。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种高速铁路列车停站方案优化方法，解决了现有技术中存在所获停站方案有效性受限和求解困难、时间长的缺陷。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提出了一种高速铁路列车停站方案优化方法，包括如下步骤：

步骤一：基于车站节点属性特征对车站等级进行划分；

通过输入车站的特征变量，利用聚类分析实现动态划分车站等级，假设参数X＝{X₁,X₂,…,X_N}^T为代表沿线车站的样本，N为车站总数；每个站点都有p个特征变量，即每个特征值可以从实际运行数据中提取出来，如列车类型、列车对数和停站策略；

利用模糊c均值聚类方法将车站样本分为C类；每个簇的特征是其样本平均值，称为质心；模型的目标是最小化每个样本和每个聚类的质心之间的加权距离之和，如等式(1)所示：

其中，i代表样本编号，j样本划分的簇数；

m∈[1,∞)是决定聚类结果模糊权重的模糊因子；