[发明专利]一种基于基于自适应大邻域搜索算法的城轨列车时刻表节能优化方法

权利要求书

1.一种基于自适应大邻域搜索算法的城轨列车时刻表节能优化方法，其特征包括“模型构建”和“算法设计”两个阶段，具体步骤如下：

A.模型构建阶段：

步骤1：时刻表模型构建：构建时刻表模型的目的为计算相邻两辆列车的牵引制动重叠时间，使重叠时间在约束条件内达到最大，列车运行高峰期以及非高峰期，列车的发车间隔，停站时间会有显著不同，故在建立模型时分别建立在列车运行高峰期以及非高峰期的模型；

(1.1)列车运行高峰期：列车运行高峰期，由于列车发车间隔小，相邻列车间隔较近，通常运行在同一个区间；在阶段1,列车i正在牵引加速离开第n站前往第n+1站，同一时刻，列车i+1正在制动减速停往n站；阶段2，列车i正在制动减速准备停往n+1站；同一时刻，列车i+1正在牵引加速离开n站；定义F₁(T,B)为列车运行高峰期阶段1的牵引制动重叠时间计算函数，计算公式为：

其中n代表第n个车站，i代表第i辆列车，表示第i辆列车在第n站的出站时刻；代表第i辆列车到达第n站的时刻；代表第i辆列车在区间(n,n+1)牵引工况结束时刻；代表第i辆列车在区间(n,n+1)制动工况开始时刻；

定义F₂(T,B)为列车运行高峰期阶段2的牵引制动重叠时间计算函数，计算公式为：

经总结，列车运行高峰期的牵引制动重叠时间的可以用F_p表示：

其中N代表车站数，I代表列车数；当第n-1站与第n站位于同一个供电区间时λ(n-1,n)＝1，否则λ(n-1,n)＝0；

(1.2)列车运行非高峰期：列车运行非高峰期，发车间隔大，相邻列车间隔较远，通常运行于不同区间；在阶段1，列车i+1正在制动减速停往n站，同一时刻，列车i在牵引加速驶离n+1站；阶段2，列车i正在制动减速准备停往n+2站，同一时刻，列车i+1正在牵引加速驶离n站；定义F₃(T,B)为列车运行非高峰期阶段1的牵引制动重叠时间计算函数，计算公式为：

定义F₄(T,B)为列车运行非高峰期阶段2的牵引制动重叠时间计算函数，计算公式为：

经总结，列车运行非高峰期的牵引制动重叠时间的可以用F_op表示：

步骤2：模型化简：步骤1的得到列车时刻表模型涉及的决策变量有四个分别为决策变量太多导致计算量增大，模型变复杂，故考虑将模型进行简化；定义h为列车的发车间隔，t_(n,n+1)为列车运行在区间(n,n+1)运行时长，为列车在区间(n,n+1)处于牵引工况的时长，为列车在区间(n,n+1)处于制动工况的时长，x_n为列车在第n站的停站时间，其中i＝1,2,3,…,I，n＝1,2,3,…,N；

可以知道：将以上表达式代入公式(3)和(6)得到：

其中x＝x_n＝(x₁,x₂,x₃,...,x_N-1)

步骤3：得出目标函数：

经过上述分析，得到最终的时刻表优化目标：

约束条件有四个，第一个为停站时间约束，其上、下限分别为l_h和u_h；第二个约束为列车在每站的驻留时间，其上、下限分别为l_n和u_n；第三个约束为正整数约束，Z代表正整数集合；第四个约束条件为总行程时间的约束，其上、下限分别为l_T和u_T，r_(n,n+1)代表列车在区间(n,n+1)的运行时间；

B.算法设计阶段：

步骤4：利用自适应大邻域搜索算法对模型进行求解，得到优化后的时刻表。