本技術涉及大數(shù)據(jù)處理，更具體地說，涉及地鐵路網(wǎng)中列車調(diào)度優(yōu)化方法。

背景技術：

1、在城市快速發(fā)展的背景下，地鐵系統(tǒng)作為一種高效、環(huán)保的公共交通方式，得到了廣泛的應用和推廣。然而，隨著城市規(guī)模的不斷擴大和人口的持續(xù)增長，地鐵運營面臨著越來越復雜的挑戰(zhàn)，包括但不限于運營效率的提升、乘客服務質(zhì)量的改善以及能源消耗的控制等方面。

2、目前，地鐵列車調(diào)度是保障地鐵運營正常運行的核心環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的列車調(diào)度方法往往基于經(jīng)驗和規(guī)則，缺乏針對性和靈活性，難以適應不斷變化的運營環(huán)境。因此，尋求一種高效的地鐵路網(wǎng)中列車調(diào)度優(yōu)化方法成為當前亟待解決的問題。

3、現(xiàn)有技術中，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了一些針對地鐵列車調(diào)度的優(yōu)化方法，但往往存在著一定的局限性。例如，部分方法缺乏對多個指標的綜合考慮，無法全面衡量調(diào)度方案的優(yōu)劣；另一些方法在實際應用中難以實現(xiàn)高效的調(diào)度計劃生成和持續(xù)優(yōu)化，導致調(diào)度效果不盡如人意。

4、因此，本專利提出了一種地鐵路網(wǎng)中列車調(diào)度優(yōu)化方法，旨在克服現(xiàn)有技術的種種不足，實現(xiàn)地鐵運營的高效、穩(wěn)定和智能化。該方法通過構建虛擬模型、仿真模擬、多目標優(yōu)化算法等關鍵步驟，能夠全面考慮列車運行效率、乘客服務質(zhì)量、能源消耗等多個方面，從而達到優(yōu)化調(diào)度方案、提升運營效率、改善乘客體驗的目的。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術存在的一系列缺陷，本技術的目的在于針對上述問題，提供一種地鐵路網(wǎng)中列車調(diào)度優(yōu)化方法，包括以下步驟：

2、步驟1，構建高度模擬新線路的虛擬模型；

3、步驟2，根據(jù)新線路的預期運能，制定初步的列車編組計劃、運行圖以及停車策略，并融入預測的新線路客流數(shù)據(jù)，以模擬運營環(huán)境；

4、步驟3，基于虛擬模型開展針對新線路的多種列車調(diào)度方案的仿真模擬，量化計算不同調(diào)度組合下的運營指標，全面評估各種調(diào)度組合的表現(xiàn)；

5、步驟4，構建多目標優(yōu)化算法模型，將新線路的行車效率、服務質(zhì)量、能耗控制以及與原線路的無縫銜接賦予適當權重，自動搜索在各目標權衡下的最優(yōu)調(diào)度方案；

6、步驟5，針對搜索到的最優(yōu)調(diào)度方案進行深入分析和驗證，重點評估新舊線路的銜接平穩(wěn)性、新線路運力分配合理性，以確保方案在實際運營中的可行性和穩(wěn)定性；

7、步驟6，將經(jīng)過驗證的最優(yōu)調(diào)度方案應用于新線路的實際運營中并進行持續(xù)優(yōu)化和調(diào)整，確保新舊線路高效銜接和整體優(yōu)化運營。

8、進一步的，步驟1包括以下步驟：

9、收集并分析新線路的相關資料，全面掌握新增站點的具體位置、站臺布局以及車站出入口分布信息；同時，清晰了解新線路的走向軌跡、線路長度及曲線半徑參數(shù)；

10、根據(jù)收集的資料，利用三維建模軟件建立新線路的三維數(shù)字模型；

11、將新線路的三維數(shù)字模型與原有線路的數(shù)字模型進行無縫集成以形成總體三維虛擬模型，準確描述新老線路的銜接點以及轉(zhuǎn)換場景；

12、在總體三維虛擬模型中導入新線路所需的各類信號系統(tǒng)，包括列車運行控制系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)及通信系統(tǒng)，并進行模擬調(diào)試，確保各類信號系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中正常運行。

13、進一步的，步驟2包括以下步驟：

14、全面分析新線路的設計運能，包括設計最高運行速度、路局編制以及行車間隔參數(shù)，從而估算出每小時最大列車運行計劃編組數(shù)量；

15、結合預期客流高峰時段，制定出初步的列車編組方案；

16、依據(jù)已確定的列車編組方案，并參考新線路的線路長度及站間距離因素，編制列車運行圖；同時，確定不同站點列車的停車時間，制定合理的停車策略；

17、充分收集并分析新線路沿線地區(qū)的人口分布與交通樞紐情況，利用大數(shù)據(jù)建模對新線路未來客流的時空分布格局進行科學預測。獲取不同時段、不同站點的客流高峰值；

18、將預測所得的新線路客流數(shù)據(jù)融入虛擬模型中，模擬列車在不同客流強度下的運營情況，通過反復調(diào)試，優(yōu)化列車編組方案、運行圖以及停車策略，以充分適應潛在客流需求，提高新線路的運營效率。

19、進一步的，通過下述公式估算每小時最大列車運行計劃編組數(shù)量：其中，ttrain為行車間隔參數(shù)，是指一個列車從起點站出發(fā)到返回起始位置所需的總時間，以分鐘表示；tinterval為路局編制最小安全時間間隔，是指列車之間的最小安全時間間隔，以分鐘表示；n為列車運行計劃編組數(shù)量，是指在一個小時內(nèi)可以安排的最大列車運行次數(shù)。

20、進一步的，步驟3包括以下步驟：

21、根據(jù)實際運營需求，設計多種不同的列車調(diào)度方案，包括不同的運行圖、編組計劃以及停車策略組合；

22、在虛擬模型中導入各調(diào)度方案，設置好相應的車輛運行參數(shù)、信號系統(tǒng)邏輯以及乘客模型；

23、運行仿真模擬，實時監(jiān)控并記錄下各種運營指標的數(shù)據(jù)，包括列車正點率、載客率、運營成本及能耗指標；

24、對于與原線路的銜接情況，重點觀察新老線路的換乘效率以及到發(fā)時刻的一致性，考慮是否需要調(diào)整銜接站的停車時間；

25、針對新線路本身的運力分布，分析不同區(qū)段的載客量變化，評估運力是否合理配置，是否存在嚴重擁擠或資源閑置的情況；

26、通過數(shù)據(jù)對比量化計算各調(diào)度方案下的綜合運營績效分數(shù)，多維度對比不同調(diào)度組合的優(yōu)劣表現(xiàn)；

27、基于模擬結果，優(yōu)化調(diào)度方案的各項參數(shù)，形成幾個綜合運營表現(xiàn)較優(yōu)的備選調(diào)度組合，為最終確定調(diào)度方案提供決策依據(jù)。

28、進一步的，綜合運營績效分數(shù)scoretotal的計算公式為：scoretotal＝w1×on+w2×lp+w3×cefficiency-w4×econsumption+w5×spassenger+w6×etransfer，其中，on為列車正點率，反映列車按計劃運行的準時程度，以百分比表示；lp為平均載客率，表示列車平均滿載程度，以百分比表示；cefficiency為運營成本效率，通過單位乘客里程的運營成本來衡量，成本越低，效率越高；econsumption為能源消耗效率，是單位里程的能耗，能耗越低，效率越高，因此采用負號表示以在公式中作為減分項；spassenger為乘客滿意度，通過乘客調(diào)查或模型預測獲得，反映乘客對服務的滿意程度，以百分比表示；etransfer為換乘便捷性，衡量乘客換乘的效率和體驗，通過換乘時間、便捷度評分等綜合評估，以百分比表示；w1，w2，w3，w4，w5，w6為各運營指標的權重，滿足w1+w2+w3+w4+w5+w6＝1。

29、進一步的，步驟4包括以下步驟：

30、明確調(diào)度優(yōu)化的目標函數(shù)，包括列車正點率、載客率、能耗水平以及換乘時間指標，并根據(jù)重要性賦予不同的權重系數(shù)；

31、確定決策變量及其值域，包括列車發(fā)車時間、停車時間、行車速度曲線及編組方案；

32、構建目標函數(shù)與決策變量之間的數(shù)學模型，描述它們之間的關系約束；

33、選擇多目標優(yōu)化算法以用于高效搜索最優(yōu)解；

34、將優(yōu)化算法嵌入仿真模型中，利用仿真反饋的各種運營指標數(shù)據(jù)，指導算法在解空間中迭代搜索最優(yōu)解；

35、在算法迭代過程中，實時監(jiān)控各目標函數(shù)的變化趨勢，動態(tài)調(diào)整目標權重，以滿足不同階段的優(yōu)化偏好；

36、當優(yōu)化算法收斂時，輸出若干組在各目標權衡下表現(xiàn)良好的調(diào)度方案，并通過數(shù)據(jù)分析和可視化呈現(xiàn)每個方案的特點。

37、人工分析各候選調(diào)度方案的優(yōu)劣，結合實際運營需求和偏好，最終確定新線路的最優(yōu)調(diào)度實施方案。

38、進一步的，步驟5包括以下步驟：

39、在虛擬模型中導入最優(yōu)調(diào)度方案的所有參數(shù)，包括運行圖、編組計劃以及停車策略；

40、模擬連續(xù)數(shù)日甚至數(shù)周的運營情況，特別關注運營高峰時段，檢驗方案在各種工況下的穩(wěn)定表現(xiàn)；

41、重點分析新舊線路的銜接站點情況，檢查換乘時間以及到發(fā)時刻的一致性指標，評估新老線路換乘的平穩(wěn)性和乘客體驗；

42、對新線路的運力分配進行細致評估，分析每個區(qū)段的載客情況，查找是否存在持續(xù)擁擠或資源閑置的區(qū)段和時段；

43、從列車運行視角檢視方案，評估列車行車間隔與正點率指標，驗證調(diào)度方案對既有線路的影響是否在可控范圍；

44、對能耗與運營成本進行預測和評估，確保調(diào)度方案的經(jīng)濟可行性；

45、如發(fā)現(xiàn)潛在的風險點，及時優(yōu)化相關參數(shù)，循環(huán)式地完善調(diào)度方案。

46、進一步的，新老線路換乘的平穩(wěn)性tsi通過下述公式計算：tsi＝sdwait/mwait，其中，sdwait是換乘等待時間的標準差，mwait是換乘等待時間的平均值；

47、到發(fā)時刻的一致性指標adci通過下述公式計算：

48、

49、其中，ai和dj分別是第i次到達和第j次出發(fā)的時刻，和是到達和出發(fā)時刻的平均值，m和p分別是到達和出發(fā)的次數(shù)。

50、進一步的，步驟6包括以下步驟：

51、在新線路正式運營前，將最優(yōu)調(diào)度方案的各項參數(shù)下發(fā)至實際運營系統(tǒng)，確保列車編組、運行圖以及停車策略能夠順利執(zhí)行；

52、新線路投入運營后，建立完善的運營數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控機制，實時跟蹤列車運行狀態(tài)、客流分布以及能耗指標；

53、定期分析實際運營數(shù)據(jù)，評估最優(yōu)調(diào)度方案的實際執(zhí)行效果，包括行車效率、服務質(zhì)量、能耗控制及銜接平穩(wěn)性，找出方案中可能存在的不足；

54、針對發(fā)現(xiàn)的問題和新的運營需求，持續(xù)優(yōu)化調(diào)度方案的各項參數(shù)；

55、融入最新的客流預測數(shù)據(jù)，評估未來一段時間內(nèi)的運力需求變化，并相應調(diào)整新線路的列車運力和調(diào)度安排；

56、對于與原線路的銜接情況，持續(xù)關注換乘數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)擁擠隱患并調(diào)整銜接站停車時間，確保新舊線路無縫高效銜接；

57、建立調(diào)度方案優(yōu)化的閉環(huán)機制，將運營實踐反饋的數(shù)據(jù)綜合分析結果，定期優(yōu)化調(diào)整調(diào)度方案的各項參數(shù)；

58、隨著時間推移，通過不斷的數(shù)據(jù)反饋與調(diào)度優(yōu)化，使調(diào)度方案更加貼合實際運營，實現(xiàn)新舊線路的整體最優(yōu)運營。

59、與現(xiàn)有技術相比，本技術的有益效果為：

60、本技術中，通過虛擬模型構建、仿真模擬、多目標優(yōu)化算法等步驟，實現(xiàn)了對新線路的高效運營管理；通過綜合考慮列車正點率、載客率、能耗控制、乘客滿意度等多個指標，通過優(yōu)化調(diào)度方案和持續(xù)調(diào)整，實現(xiàn)了新舊線路的高效銜接和整體優(yōu)化運營；通過不斷的數(shù)據(jù)反饋與調(diào)度優(yōu)化，確保調(diào)度方案與實際運營需求貼合，實現(xiàn)了地鐵運輸系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效、舒適運營。