[发明专利]考虑旅客时空出行分布的周期列车停站方案优化建模方法

说明书

本发明属于列车停站方案设计与优化领域，具体涉及一种考虑旅客时空出行分布的周期列车停站方案优化建模方法。构建了基于备选集和集合覆盖问题的周期列车停站方案优化模型，降低了模型的复杂度和求解的困难度；不仅能够满足旅客的空间出行需求，还能满足旅客的时间出行需求，求解得到的周期列车停站方案在结构上更符合客流需求特点；模型求解得到带有时间窗信息的列车，可确定列车的开行顺序，为列车运行图中列车的铺画顺序提供参考。

技术领域

本发明属于列车停站方案设计与优化领域，具体涉及一种考虑旅客时空出行分布的周期列车停站方案优化建模方法。

背景技术

我国高铁采用传统的非周期模式，即“按流开车”的模式。非周期模式有较好的站间直达性，但会导致列车的起讫点众多、旅速较低、服务频率不足、停站不规律等问题，因此需要考虑采用周期开行模式。既有研究对周期列车停站方案研究较少。且多考虑旅客的空间出行需求，对时间出行需求研究较少。对列车停站方案的研究多与列车开行方案和客流分配结合研究，对后续列车运行图的铺画影响研究较少。目前对周期列车停站方案的研究存在如下问题：

1)模型复杂，求解困难。既有研究中构建的模型多以列车在车站是否停站作为决策变量，模型涉及多个要素，目标和约束较为复杂；一些非线性规划模型还需要利用复杂的启发式求解算法求解，如遗传算法、禁忌搜索算法等等，算法种类众多，虽然可以取得较好的结果，但实际大规模问题的求解难度仍然较大。因此亟需提出新方法构建周期列车停站方案优化模型，降低停站方案复杂问题的求解难度。

2)缺乏对旅客时间出行需求的研究。既有研究中主要考虑了旅客的空间出行分布，包括列车旅速、客流OD直达性、列车开行频率等服务指标，但在实际生活中，旅客选择列车时，不仅会考虑列车可提供的空间出行服务，还会结合自身的出行时间喜好选择列车。既有研究中对考虑旅客的时间出行需求较少，亟需进一步研究旅客出行时间对列车停站方案设计的影响，从而提高列车的服务水平。

3)缺少对后续列车运行图铺画的影响研究。目前对列车停站方案的研究多与列车开行方案和客流分配相结合，对于列车运行图的影响研究较少。但由于列车开行方案设计的优劣对列车运行图的铺画有重要的影响，因此在设计列车停站方案时应考虑给定列车运行图中可供参考的列车铺画顺序，便于铺画更加符合旅客时间出行需求的列车运行图。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种考虑旅客时空出行分布的周期列车停站方案优化建模方法。构建了基于备选集和集合覆盖问题的周期列车停站方案优化模型，降低了模型的复杂度和求解的困难度；不仅能够满足旅客的空间出行需求，还能满足旅客的时间出行需求，求解得到的周期列车停站方案在结构上更符合客流需求特点；模型求解得到带有时间窗信息的列车，可确定列车的开行顺序，为列车运行图中列车的铺画顺序提供参考。

本发明是通过以下技术方案实现的：

考虑旅客时空出行分布的周期列车停站方案优化建模方法，所述方法包括：

周期列车停站方案备选集设计：基于备选集思想设计周期列车停站方案，通过设计不同的列车停站组合策略，获得不同的周期列车停站方案备选集；

将所述周期列车停站方案备选集、既有客票数据和列车时刻表作为周期列车停站方案优化模型的输入；

构建周期列车停站方案优化模型：以列车运营成本和旅客出行费用最小为目标构建目标函数，以所述周期列车停站方案备选集中的列车方案线是否被选择和开行频率为决策变量，考虑OD服务频率需求、区间客流密度、区间通过能力、列车到发时间窗、车站到发能力、列车停站方式数、限制时间窗列车数量以及决策变量为约束条件；

模型求解得到所述周期列车停站方案备选集中带有列车停站和时间窗属性的列车方案线，以及对应列车的开行频率，即获得考虑了旅客时空出行分布的优化周期列车停站方案。

进一步地，所述以列车运营成本和旅客出行费用最小为目标构建的目标函数为：