[发明专利]一种基于出行需求与系统节能的城轨列车运行图优化方法

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通管理与控制技术领域，尤其涉及一种基于出行需求与系统节能的城轨列车运行图优化方法。

背景技术

城市轨道交通具有节约土地、运量大、耗能少、快速、准时、环保等特点，是资源节约型、环境友好型的交通方式。城市轨道交通不仅方便了市民的出行，缓解了城市交通拥堵，而且也在一定程度上减小了能耗与城市碳排放压力，并带动了沿线经济的发展。为了进一步满足社会经济发展的需要，缓解大城市交通出行压力，我国正在大力发展城市轨道交通。截至目前，我国的轨道交通运营里程已经达到了3300多公里；预计在“十三五”期间，我国的城市轨道交通运营里程将达到6000公里以上，居世界第一位。

与普通或高速铁路相比，城市轨道(城轨)交通具有明显的大客流、阶段性高峰以及站间距离短、发车频率高等特点(例如，作为世界上最繁忙的地铁系统之一，北京城市轨道交通系统年客运量已超过三亿人次，平均每日客运量达到了1000万人次以上)，因此城市轨道交通列车运行图的编制具有其内在的复杂性。在运行图的编制过程中，需要根据线路和车辆信息，综合考虑服务质量与运营成本，从而确定车次、到发时刻、停站时间、折返等诸多列车运行信息。一方面，由于城轨交通客流具有阶段性特征，早晚高峰客流量大，而平峰客流量相对较小，因此在编制运行图中就需要明确考虑列车在不同时段的发车间隔、运行时分等。例如，适当缩小发车间隔可在一定程度上减少站台拥挤程度；而在线路车辆数量有限的情况下，则需要缩短列车站间运行时分，从而减少车辆全周转时间，保证发车条件。但还需说明的是，减小发车间隔和运行时间有可能会增大列车运行过程中的能耗与碳排放量，从而有悖于运营成本与碳排放指标的优化。因此，在编制运行图的过程中，同时也需要进一步综合考虑列车的运行成本。另一方面，在轨道交通的运营中，列车在站间运行需要频繁牵引、制动操作，从而产生大量的再生制动能量，充分利用再生制动能量可有效降低轨道交通系统的运营成本。随着近年来的技术进步，再生制动能量也逐步应用于轨道交通列车运行控制系统(即，列车在制动过程中将自身的机械能转化为电能，提供给同一供电区间内列车的牵引控制或者站台照明、通风等)。基于该方法，如何设计列车运行方案以使再生制动能量得到充分利用也是编制列车运行图时需要考虑的关键问题之一。

在实际运营中，列车运行图的编制方法主要包括以下几种：(1)人工编制方法：依靠人工经验，利用Excel与AutoCAD等软件完成。事实上，采用这种方法编制一张运行图往往需要花费大量时间且工作量很大，难以适应城轨列车运行图随客流需求、技术设备、运输组织方法的变化而调整的需要，也不适应城市轨道交通智能化发展的趋势。(2)列控系统编制：列车运行控制系统(ATC)包括列车自动驾驶(ATO)，列车自动防护(ATP)与列车自动监控(ATS，Automatic Train Supervision)等功能，是当前轨道交通发展的前沿技术。其中，ATS(系统嵌入了列车运行图编制功能模块，只需输入特定的线路和车辆信息，即可生成相应列车运行图。然而，这两种编图方法只是将轨道交通车辆资源尽可能分配到运行线路上，未考虑轨道交通客流的动态特性和列车的运行能耗，因此无法保证轨道交通运营的服务质量与成本的最优化。此外，当前的编图方法也未考虑列车在每个区间的运行状态，忽略了列车运行过程中再生制动能量的吸收利用问题，使得该能量无法得到最大化的利用，导致部分再生制动能量需通过热敏电阻损耗释放，从而造成不必要的浪费。

为了解决以上现有技术的不足，本发明综合考虑了地铁客流的规律性变化特征以及列车运行控制的节能特性，提供了一种利用时空网络技术的基于出行需求与系统节能的城轨列车运行图建模优化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于出行需求与系统节能的城轨列车运行图优化方法，为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

S1.对历史客流数据进行离散化处理；

S2.对列车运行等级信息处理，计算各等级下的列车运行节能曲线，构建该等级下的列车运行时空网络；

S3.根据所述时空网络计算乘客等待时间，列车再生制动能量的利用量和列车的时空弧费用以确定列车运行图优化模型。

进一步地，所述S1包括：依据城市轨道交通记录的历史客流到发OD数据，按照一定的时间间隔对其进行离散化处理。

进一步地，所述S2包括依据列车自动监控系统ATS记录的区间列车运行时间数据，计算各等级下的列车运行节能曲线。

进一步地，S2所述构建列车运行时空网络包括：