[发明专利]基于矩阵表征的高铁网络延误传播定量分析方法

权利要求书

1.一种基于矩阵表征的高铁网络延误传播定量分析方法，其特征在于，包括：

步骤1，收集高速铁路站点与区间信息，根据高速铁路站点与区间信息构建高铁地理网络；

步骤2，获取高速铁路中的突发事件的类型、突发事件持续的时间、列车初始延误、列车初始时刻表、列车在不同站点到发时间关系和不同列车在同一站点到发时间关系；

步骤3，根据突发事件的类型、突发事件持续的时间和列车初始时刻表，获取列车在各站点的补充时间与缓冲时间；

步骤4，根据列车在不同站点到发时间关系和不同列车在同一站点到发时间关系，建立单线条件下列车到发线的时间关系矩阵；

步骤5，将调度员对列车初始时刻表的调度操作进行运算量化，构建调度员操作矩阵函数；

步骤6，将调度员操作矩阵函数引入单线条件下列车到发线的时间关系矩阵中，得到经调度后的列车到发线时间关系矩阵；

步骤7，根据列车运行约束条件、列车在各站点的补充时间与缓冲时间、列车初始延误和经调度后的列车到发线时间关系矩阵构建单线列车延误传播关系矩阵模型；

步骤8，将高铁地理网络以单线列车延误传播关系矩阵模型为基础，以枢纽车站为界，将高铁地理网络中的线路划分为若干区段，并采用分块矩阵形式构建高铁网络延误传播模型；

步骤9，根据高铁网络延误传播模型，分析不同的调度方案对列车延误的影响，得到最优调度方案；

所述步骤2具体包括：

列车初始延误为：

其中，表示列车t_k在站点i的初始延误，表示列车t_k在站点i的实际发车时间，表示列车t_k在站点i的计划发车时间,k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m，m表示高铁运行线路中的总站点数，n表示高铁运行线路中的总列车数；

所述步骤3具体包括：

列车在各站点的补充时间表示为：

其中，表示列车t_k在站点i-1和站点i间的补充时间，表示列车t_k的区间运行补充时间，表示列车t_k的停站补充时间，表示列车t_k计划到达站点i-1的时间，表示列车t_k计划到达站点i的时间；表示列车t_k在站点i-1的计划出发时间，表示列车t_k在站点i的最小停车时间,k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m，列车t_k从站点i-1到站点i的最小运行时间；

列车在各站点的缓冲时间表示为：

其中，表示在站点i列车t_k-1与列车t_k间的缓冲时间，表示列车t_k-1在站点i的出发时间,表示列车t_k在站点i的出发时间，表示在站点i列车t_k-1与列车t_k间的最小间隔时间,k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

所述步骤4具体包括：

列车运行约束条件：

考虑时刻表约束，在实际的列车运行中，考虑到旅客外部因素，列车的实际发车时间不能早于列车的计划发车时间：

D(m,n)-Y(m,n)≥0 (6)

其中，D(m,n)表示列车在站点的实际发车时间矩阵，Y(m,n)表示列车在站点的计划发车时间矩阵，m表示高铁运行线路中的总站点数，n表示高铁运行线路中的总列车数；

考虑列车运行约束，根据列车运行速度与停站时间的限制，得到列车在区间的运行约束与列车在站点的运行约束：

D(m,n)-W(m,n)-E(m,n)≥0 (7)

W(m,n)-D(m-1,n)-R(m-1,n)≥0 (8)

其中，W(m,n)表示列车到达站点的时间矩阵，R(m-1,n)表示列车在两个站点之间的最小运行时间矩阵，E(m,n)表示列车在站点的最小停车时间矩阵，D(m-1,n)表示n辆列车在m-1个站点的实际发车时间矩阵；

考虑列车之间的间隔约束，在列车的实际运行中，两列车之间的时间间隔应始终大于最小安全间隔：

D(m,n)-T[D(m,n-1)]≥T[L(m,n-1)] (9)

其中，L(m,n-1)表示列车在站点的最小发车间隔时间矩阵，D(m,n-1)表示n-1辆列车在m个站点的实际发车时间矩阵；

考虑车站容量约束，在同一时刻，停站列车的数量不能超过站点的停车股道数量：

其中，表示列车t_k在站点i的实际发车时间，表示列车t_z到达站点i的时间，F表示所有列车的集合，C_i表示站点i的停车股道数，sgn(·)表示符号函数表示列车t_z在站点i的实际发车时间；

所述步骤4具体包括：

其中，τ(m,n)表示单线列车延误传播关系矩阵，表示列车t_k在站点i的初始延误，k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，U(m-1,n)表示列车在两站点间的补充时间矩阵，表示列车t_k在站点i-1和站点i间的补充时间，k＝1,2,…,n；i＝2,3,…,m；

其中，B(m,n-1)表示两列车在同一站点的缓冲时间矩阵，表示列车t_k-1与列车t_k在站点i的缓冲时间，k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，D(m,n)表示列车在站点的实际发车时间矩阵，表示列车t_k在站点i的实际发车时间，t_k表示列车信息，i表示站点信息，k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m,当列车t_k没有经过站点i时，当列车t_k经过站点i没有停站或站点i为列车终点站时，列车t_k在站点i的到达时间约等于列车的发车时间；

其中，ε表示负无穷，表示列车t_k在站点i-1的实际发车时间，k＝1,2,…,n；i＝2,3,…,m；

其中，表示列车t_k-1在站点i的实际发车时间，k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，Y(m,n)表示列车在站点的计划发车时间矩阵，表示列车t_k在站点i的计划发车时间，k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，R(m-1,n)表示列车在两个站点之间的最小运行时间矩阵，表示列车t_k从站点i-1到站点i的最小运行时间,k＝1,2,…,n；i＝2,3,…,m；

其中，E(m,n)表示列车在站点的最小停车时间矩阵，表示列车t_k在站点i的最小停车时间,k＝1,2,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，L(m,n-1)表示列车在站点的最小发车间隔时间矩阵，列车t_k-1与列车t_k在站点i的最小发车间隔时间,k＝2,3,…,n；i＝1,2,…,m；

其中，W(m,n)表示列车到达站点的时间矩阵，表示列车t_k到达站点i的时间；

根据列车在不同站点到发时间关系和不同列车在同一站点到发时间关系，建立单线条件下列车到发线的时间关系矩阵：

其中，D(m,n)表示列车在站点的实际发车时间矩阵，Y(m,n)表示列车在站点的计划发车时间矩阵，R(m-1,n)表示列车在两个站点之间的最小运行时间矩阵，E(m,n)表示列车在站点的最小停车时间矩阵，L(m,n-1)表示列车在站点的最小发车间隔时间矩阵，m表示高铁运行线路中的总站点数，n表示高铁运行线路中的总列车数。