[发明专利]一种考虑时变需求的高速铁路网络列车开行方案优化方法

说明书

本发明提出了一种考虑时变需求的高速铁路网络列车开行方案优化方法，根据旅客的时变需求和列车运行径路候选集及列车停站模式候选集，在考虑能力约束的条件下，构建列车开行方案优化的双层规划模型，并通过模拟退火算法，采用多种邻域搜索策略求解得到优化后的列车开行方案，通过本发明提出的双层规划方法，利用列车运行的时间信息，不仅可以提高列车开行方案与旅客时变需求的吻合程度，还避免了列车开行方案与列车时刻表综合优化的大规模计算。

技术领域

本发明涉及高速铁路列车开行方案领域，尤其是涉及一种考虑时变需求的高速铁路网络列车开行方案优化方法。

背景技术

近些年，高速铁路发展迅速，特别是在中国。根据2016年7月13日中国国家发展和改革委员会发布的《中长期铁路网规划》，预计到2020年，中国高速铁路运营里程将达到3万公里，形成“八纵八横”的网络结构。高速铁路采用高速度、高密度的列车运营组织模式，使得旅客提出了新的要求，即满足其出发时间的要求，这样高速铁路旅客出行需求具有时变特征。另一方面，列车开行方案的设计受到高速铁路及相关设备的能力限制。

列车开行方案设计是在给定铁路网络基础设施和旅客需求的基础上，确定开行的全部列车，包括列车起讫站点、列车运行径路、停站、开行频率和编组等。对近些年交通运输组织中的开行方案规划模型进行了详细的分析和总结，模型一般为离散整数规划模型，优化目标从列车运行成本和旅客的出行费用(旅客不方便度)两方面考虑。常用的模型求解方法包括分支切割方法、分支定界方法和列生成方法。一些研究学者设计了启发式算法对模型求解，Fu等通过将车站和列车划分等级，设计了分层次的列车开行方案优化方法，并采用启发式贪婪算法进行求解。上述研究是以日客流量为依据，并没有考虑旅客的时变需求。

对于给定的一个列车开行方案，通常采用客流分配的方法预测旅客的出行路径选择，进而根据客流分配结果评价列车开行方案与旅客时变需求的吻合程度。在列车开行方案的设计中，很多文献采用简化的客流分配方法，比如采用system split方法进行流量分配，等对该问题也进行了分析(详见[2]R.,M.,Pfetsch,M.E.A column-generation approach to line planning in public transport[J].Transport.Sci.,2007,41(1):123-132.)。也有些学者在客流分配的过程中对列车能力不设置上限，简化了客流分配过程(详见[3]Fu,H.L.,Nie,L.,Meng,L.Y.,Sperry,B.R.,He,Z.H.A Hierarchical Line Planning Approach for a Large-scale High Speed RailNetwork:The China case[J].Transportation Research Part A,2015,75:61–83.)。高速铁路旅客出行具有一些特征，比如提前预订车票、预订车次和座位、较少有拥挤现象等，这些特征使得高速铁路旅客的出行行为与普通铁路及城市公共交通的旅客出行行为差异较大。基于这些特征，Su等设计了考虑购票过程的基于时刻表的高速铁路网络客流分配方法(简记为SPA-TBP)(详见[19]Su H.Y.,Shi F.,Xu G.M.,Qin J.,Shan X.H.Schedule-BasedPassenger Assignment for High-Speed Rail Networks Considering the Ticket-Booking Process[J].Mathematical Problems in Engineering,2016,DOI:10.1155/2016/1650839.)。该客流分配方法模拟了旅客的购票过程，旅客在预售期内购票的时候确定了出行路径，旅客的购票过程可以描述为预售期内的连续决策过程。该客流分配方法考虑列车定员的约束，随着购票时间的推移，部分列车区段的票额售罄，导致随后购票的旅客选择发生变化，即出行路径发生变化。