[发明专利]一种针对时变客流的城市轨道交通列车时刻表优化系统

权利要求书

1.一种针对时变客流的城市轨道交通列车时刻表优化系统，其特征在于，包括

客流数据采集及预处理模块，用于以城市轨道交通自动售检票系统采集城市轨道交通任一线路任一完整运营日的历史客流数据，并进行处理，得到线路上下开行方向有效乘客交易信息；

调度时段划分模块，用于将所述有效乘客交易信息作为输入，计算设定时间间隔内各站点进站乘客总数的序列，并利用最优分割法，将一个完整运营日划分为若干连续的调度时段；

所述调度时段划分模块具体实现方法如下：

(2-1)将所述客流数据采集及预处理模块提取出的有效乘客交易信息作为输入，根据运营要求确定运营日调度时段的个数为M，设时间间隔ΔT＝15min，计算在ΔT内进入线路各站点的乘客总数x_l，将其按照时间的先后顺序排列得进站乘客总数的序列X{x₁，x₂，…，x_n}；

(2-2)根据进站乘客总数的序列利用最优分割法将一个完整运营日划分为M个连续的调度时段；

(2-3)分别设ΔT＝10min或20min，重复以上环节，选择使组内离差平方和取得最小时所对应的ΔT，取该ΔT下当K＝M时的最优K段分割和最优K段分割点将运营日划分为相应的M个调度时段；

站台客流到达率提取模块，用于将所述有效乘客交易信息作为输入，提取乘客刷卡通过城市轨道交通自动售检票闸机的数量随时间的变化情况，得出进站乘客到达率函数；利用视频监测器采集站内客流量，估算乘客平均步行速度，根据站内通道、乘客进站至到达站台行走的路径和距离确定平均站内步行时间δ；利用平均站内步行时间δ对进站客流到达率函数进行修正得到客流的站台到达率函数；

所述站台客流到达率提取模块中，用进站乘客到达率函数AR(i,i+s,t)表示t时刻进入i站前往i+s站的乘客数量，pas(i,i+s,t)用以表示t时刻到达i站等待前往i+s站的乘客数量，即pas(i,i+s,t)＝AR(i,i+s,t-δ)；

列车时刻表优化模型构建及解析模块，用于以调度时段划分模块和站台客流到达率提取模块所提取的客流特征数据作为模块输入，构建列车时刻表的优化模型并求解，分别得到优化后的上下行方向列车在首发站和其余站点的发车时刻；

所述列车时刻表优化模型构建及解析模块具体实现方法如下：

(3-1)以调度时段划分模块和站台客流到达率提取模块所提取的客流特征数据作为输入，以乘客总等待时间最小为目标构造拥挤环境下城市轨道交通列车时刻表的优化模型，为了计算调度时段所产生的乘客总等待时间，需要额外考虑调度时段内首班列车发车前和末班列车发车后产生的乘客总等待时间，由于实际当中，调度时段滚动向前推进，因而在统计等待时间时，计算首班列车发车前乘客的等待时间，将本时段不能乘上末班列车的乘客的等待时间计算入下一调度时段，即目标函数为

上式中，N表示轨道交通车站总数目；k表示上下行列车班次，上行时k∈{1,3,…,2m-1}，m为整数，下行时，k∈{2,4,…,2n}，n为整数；为列车k离开车站i的时间；表示时间间隔(t₁,t₂)内到达的乘客等待时间，其大小由等待列车的乘客数量和对应乘客的等待时间计算；

在乘客等待时间方面，计算公式如下

其中，k＝1,3,…2m-1,2,4,…2n；i＝1,2,…2N，y_i为列车在i站停车的时间，为列车k到达i站的时间，其公式如下：

其中，为列车k从i站到i+1站的运行时间；

当列车k到达i站后，基于预设的乘客们遵守先下后上的原则，则列车k离开i站时车上的乘客数乘坐列车k在i站上车的乘客数列车k离开i站时，i站剩余的乘客数可以表达为：

其中，c为列车载客容量，表示乘坐列车k在i站下车的乘客数，pas(i，i+s，t)表示t时刻到达i站等待前往i+s站的乘客数，则在时间间隔内到达的乘客等待时间可以表达为：

(3-2)通过混合遗传算法对优化模型进行求解；

和模型结果输出及检验模块，用于将所述列车时刻表优化模型构建及解析模块所求结果作为输入，转化为上下行列车在各站的发车时刻表和列车运行图输出，并与现有列车发车时刻进行对比，检验优化模型的有效性。