一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法及系统

技术领域

本发明涉及列车运行组织及控制领域，特别是涉及一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法及系统。

背景技术

地铁是一种容量大、能耗低且准点率高的交通方式，可以缓解地面交通压力、改善城市交通运输能力，在城市经济和社会发展中发挥着重要作用。然而地铁系统在运营过程中，不可避免地会受到各种因素的干扰，出现故障或应急情况，造成列车延误、偏离计划运行图等影响，尤其是在高峰运行时段，列车的延误会迅速传播，致使系统内多列车晚点，扰乱正常运营秩序，降低服务质量。

在运营过程中发生故障或应急情况，地铁行车调度人员需要综合利用系统线路拓扑结构和可用车底资源，以运行图为主要手段，对列车运行进行调整，减少列车晚点对于乘客出行造成的影响。近年来，随着乘客需求的逐渐增大，地铁列车的开行频率越来越高，也意味着列车之间的追踪间隔越来越小，高峰时段的多列车晚点导致地铁行车调度人员面对着极大的行车组织管理压力，对其经验及应变能力都有很高的要求。因此在故障或应急条件下进行智能行车组织，尽快制定合理的行车调整策略，减小列车延误造成的影响成为目前地铁系统的重点研究方向之一。

目前，列车运行调整技术仍然以人工处理为主，行车调度员需要在收集晚点信息的基础上做出调度指挥决策，然后通过电话对各车次列车下达扣车、备车出库、列车回段等调度命令，尚未实现这一过程的自动化、智能化，尤其在高峰时段，地铁行车密度提升，行车调度员需要在短时间内对多辆列车进行逐一操作，大大增加了劳动强度和工作压力。另外，兼顾决策和命令下达的工作极有可能造成操作的不及时，进一步扩大故障或应急条件的负面影响。

在列车运行调整过程中，调度人员不仅要综合利用地铁系统中可用的线路及车辆资源，而且要考虑折返时间、备车上线时间等列车运行时间约束。传统的调整方法要求调度人员在故障或应急情况发生后迅速做出反应，并且运行图调整涉及决策的数量较大，无法保证结果的合理性和最优性。

现有人工调整的方式存在个体差异，不同的调度人员处理同一故障情况的效率和结果会有所不同。此外，导致列车晚点的故障或应急条件种类多样，实际现场状况复杂，对调度员的工作经验和应变能力都有很高的要求。尤其对于新手，无法对地铁系统运营进行整体把握，在指标统计阶段，会出现运行图兑现率不足、车次延误严重等情况。

综上所述，现有的调整方法存在如下缺陷：

1、调度人员需要根据工作经验及现场状况人工对列车运行图进行调整，并将调整结果通过调度电话进行下达，工作压力大，处置过程繁琐；

2、运行图调整过程中需要全面统筹各种影响因素，并且涉及的决策数量大，尤其是在高峰时段，无法保证结果的合理性和最优性；

3、人工对运行图调整存在个体差异，运行图调整的结果及效率不相同。

4、导致列车晚点的故障或应急条件种类多样，实际现场状况复杂，对调度员的工作经验和应变能力有很高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法及系统，能够根据晚点信息实现运行图的自动调整，合理改变车底运行计划，降低列车晚点对乘客出行的影响，提高实际运行图兑现率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法，包括：

获取地铁系统中的基础参数、当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息；所述基础参数包括：线路拓扑结构和运营数据；所述线路拓扑结构包括：线路限速、坡度、各车站位置及配线线型、车辆段位置及转换轨配线线型；所述运营数据包括：计划运行图、最小追踪间隔、备车位置及数量、备车上线所需时间以及最短折返时间；所述晚点信息包括：晚点时刻、位置及列车晚点的时长；所述线上运行列车信息包括：晚点发生时所有运行列车的车次、速度及位置；

根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略；所述行车策略为所述未发出列车正常发车操作或所述未发出列车取消发车操作；

根据所述已发出列车的扣停位置、所述未发出列车的行车策略、所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定正在运行列车的下一时刻的运行状态；

根据所述正在运行列车的下一时刻的运行状态以及所述运营数据优化配置地铁系统可用车底资源。

可选的，所述获取地铁系统中的基础参数、当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息，之前还包括：

根据实际路线和实际运营情况配置基础参数。

可选的，所述根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略，具体包括：

根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定受影响列车集合；所述受影响列车集合包括：已发出列车集合和未发车集合；

根据车次号由小到大依次遍历所述已发出列车集合，判断所述已发出列车集合中的当前列车与晚点发生位置之间是否存在空闲停车点；

若存在，则将所述当前列车扣停在距离所述晚点发生位置最近的空闲停车点；否则将所述当前列车扣停在当前位置；

遍历所述未发车集合中所有的决策组合，并计算当前决策组合下的目标值；所述决策组合为发车操作和取消发车操作的组合；

判断所述当前决策组合下的目标值是否当前最小目标值；

若所述当前决策组合下的目标值是当前最小目标值，则将当前决策组合作为未发出列车的行车策略；并判断是否遍历所有决策组合，如果是则输出所述行车策略；反之则将所述当前决策组合替换为下一未遍历的决策组合，并返回所述遍历所述未发车集合中所有的决策组合，并计算当前决策组合下的目标值的步骤；

若所述当前决策组合下的目标值不是当前最小目标值，则判断是否遍历所有决策组合，如果是则输出所述当前决策组合；反之则将所述当前决策组合替换为下一未遍历的决策组合，并返回所述遍历所述未发车集合中所有的决策组合，并计算当前决策组合下的目标值的步骤。

可选的，所述根据所述已发出列车的扣停位置、所述未发出列车的行车策略、所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定正在运行列车的下一时刻的运行状态，具体包括：

恢复正常运营时，根据所述配线线型、已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略，确定线上所有正在运行的列车集合以及所有正在运行的列车集合所有列车的位置和运行状态；

若恢复正常运营时，列车k正常运营，则根据所述计划运行图确定达终点站的时刻；

若恢复正常运营时，列车k被扣停，则根据所述最小追踪间隔计算所述列车k恢复运营的时刻；

根据所述列车k恢复运营的时刻确定达终点站的时刻。

可选的，所述根据所述正在运行列车的下一时刻的运行状态以及所述运营数据优化配置地铁系统可用车底资源，具体包括：

根据所述计划运行图，确定所有受影响列车在所述计划运行图中的折返车次集合；

根据所述折返车次集合和所述运营数据获取车辆段可用的备用车底集合；

根据运营数据以及所述正在运行列车的下一时刻的运行状态确定线上可用的车底集合；

判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有同向空闲车底；若有，则执行计划车次；反之，判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有反向空闲车底，所述反向空闲车底为加开临时客运并在折返站中途折返后满足计划车次发车时间的车底；若有，则加开临时客运后折返执行计划车次；反之，取消所述计划车次。

可选的，所述判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有同向空闲车底；若有，则执行计划车次；反之，判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有反向空闲车底，所述反向空闲车底为加开临时客运并在折返站中途折返后满足计划车次发车时间的车底；若有，则加开临时客运后折返执行计划车次；反之，取消所述计划车次，之后还包括：

在遍历折返车次集合中所有的车次并分配可执行的车底后，判断所述线上可用的车底集合中是否有剩余的车底资源；

若有，则将所述剩余的车底资源分配到地铁系统中预设的存车地点。

一种晚点条件下地铁列车的运行调整系统，包括：

数据获取模块，用于获取地铁系统中的基础参数、当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息；所述基础参数包括：线路拓扑结构和运营数据；所述线路拓扑结构包括：线路限速、坡度、各车站位置及配线线型、车辆段位置及转换轨配线线型；所述运营数据包括：计划运行图、最小追踪间隔、备车位置及数量、备车上线所需时间以及最短折返时间；所述晚点信息包括：晚点时刻、位置及列车晚点的时长；所述线上运行列车信息包括：晚点发生时所有运行列车的车次、速度及位置；

策略确定模块，用于根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略；所述行车策略为所述未发出列车正常发车操作或所述未发出列车取消发车操作；

运行状态预测模块，用于根据所述已发出列车的扣停位置、所述未发出列车的行车策略、所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定正在运行列车的下一时刻的运行状态；

地铁系统可用车底资源配置模块，用于根据所述正在运行列车的下一时刻的运行状态以及所述运营数据优化配置地铁系统可用车底资源。

可选的，还包括：

基础参数配置模块，用于根据实际路线和实际运营情况配置基础参数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法及系统，根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略；根据所述已发出列车的扣停位置、所述未发出列车的行车策略、所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定正在运行列车的下一时刻的运行状态；并根据所述正在运行列车的下一时刻的运行状态以及所述运营数据优化配置地铁系统可用车底资源。本发明取代了晚点条件下调度人员对运行图的人工调整，简化了处置过程，并减少了调度人员的工作压力，统筹规划系统可用车底及线路资源，通过列车折返、加开临时客车、备车上线等手段合理进行地铁列车运行调整，维持晚点条件下地铁系统的服务水平，降低列车晚点造成的影响，消除现有人工调整方式的个体差异，提升运行图调整效率，避免由于调度人员经验不足造成的运行图兑现率不足等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法流程示意图；

图2为本发明所提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法及系统，能够根据晚点信息实现运行图的自动调整，合理改变车底运行计划，降低列车晚点对乘客出行的影响，提高实际运行图兑现率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法流程示意图，如图1所示，本发明所提的一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法，包括：

S101，获取地铁系统中的基础参数、当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息；所述基础参数包括：线路拓扑结构和运营数据；所述线路拓扑结构包括：线路限速、坡度、各车站位置及配线线型、车辆段位置及转换轨配线线型；所述运营数据包括：计划运行图、最小追踪间隔、备车位置及数量、备车上线所需时间以及最短折返时间；所述晚点信息包括：晚点时刻、位置及列车晚点的时长；所述线上运行列车信息包括：晚点发生时所有运行列车的车次、速度及位置。

配线线型

计划运行图包括计划列车集合

S101之前还包括：

根据实际路线和实际运营情况配置基础参数。

S102，根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略；所述行车策略为所述未发出列车正常发车操作或所述未发出列车取消发车操作。

S102具体包括：

根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定受影响列车集合；所述受影响列车集合包括：已发出列车集合

根据车次号由小到大依次遍历所述已发出列车集合，判断所述已发出列车集合中的当前列车与晚点发生位置之间是否存在空闲停车点。

若存在，则将所述当前列车扣停在距离所述晚点发生位置最近的空闲停车点；否则将所述当前列车扣停在当前位置。

遍历所述未发车集合中所有的决策组合，并计算当前决策组合下的目标值；所述决策组合为发车操作和取消发车操作的组合。目标值为

其中，t

判断所述当前决策组合下的目标值是否当前最小目标值。

若所述当前决策组合下的目标值是当前最小目标值，则将当前决策组合作为未发出列车的行车策略；并判断是否遍历所有决策组合，如果是则输出所述行车策略；反之则将所述当前决策组合替换为下一未遍历的决策组合，并返回所述遍历所述未发车集合中所有的决策组合，并计算当前决策组合下的目标值的步骤。

若所述当前决策组合下的目标值不是当前最小目标值，则判断是否遍历所有决策组合，如果是则输出所述当前决策组合；反之则将所述当前决策组合替换为下一未遍历的决策组合，并返回所述遍历所述未发车集合中所有的决策组合，并计算当前决策组合下的目标值的步骤。

S103，根据所述已发出列车的扣停位置、所述未发出列车的行车策略、所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定正在运行列车的下一时刻的运行状态。

S103具体包括：

恢复正常运营时，根据所述配线线型、已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略，确定线上所有正在运行的列车集合

若恢复正常运营时，列车k正常运营，则根据所述计划运行图确定达终点站的时刻

其中，

若恢复正常运营时，列车k被扣停，则根据所述最小追踪间隔计算所述列车k恢复运营的时刻

其中k

当列车扣停在车站n

其中，q

列车在车站n的停站时间由s

当列车扣停在前方车站为n

(1)从区间终点(入口速度为0)开始进行推算，对于每个限速区段从下一限速区段的入口速度开始绘制列车最大制动力对应的运行曲线后(简称最大制动曲线)

(2)然后从列车当前速度位置点开始，对于每个限速区段取当前区段的限制速度

(3)对比每个位置获得最小速度，连接列车运行曲线，即：

到达前方车站所需时间

列车k到达其到达车站n的时刻可以表示为

根据所述列车k恢复运营的时刻确定达终点站的时刻。

根据所述列车k恢复运营的时刻，以及恢复正常运营时各列车所处的位置和速度信息，然后根据折返站配线线型、列车最小追踪间隔、剩余站间运行时分以及停站时分来进行确定。

S104，根据所述正在运行列车的下一时刻的运行状态以及所述运营数据优化配置地铁系统可用车底资源。通过列车折返、备车上线等手段开行计划车次，尽可能保证运行图兑现率。可用车底资源包括在正线运行和在车辆段后备的两类车底，在满足最短折返时间、备车数量及上线时间约束的基础上，计划车次可以通过列车在终点站正常折返、在中间站中途折返以及备车替开三种手段开行。

S104具体包括：

根据所述计划运行图，确定所有受影响列车在所述计划运行图中的折返车次集合

根据所述折返车次集合和所述运营数据获取车辆段可用的备用车底集合

根据运营数据以及所述正在运行列车的下一时刻的运行状态确定线上可用的车底集合

判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有同向空闲车底；若有，则执行计划车次；反之，判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有反向空闲车底，所述反向空闲车底为加开临时客运并在折返站中途折返后满足计划车次发车时间的车底；若有，则加开临时客运后折返执行计划车次；反之，取消所述计划车次。

1)在满足最短折返时间t

其中

(2)在满足备车上线时间t

若η＝1，即有同向空闲车底，那么由该空闲车底执行此计划车次，否则继续判断集合

其中，

若γ＝1，即有反向空闲车底，那么由该空闲车底加开临时客运后折返执行该车次，否则将该车次取消，并将该车次折返后的车次加入集合

所述判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有同向空闲车底；若有，则执行计划车次；反之，判断所述车辆段可用的备用车底集合和所述线上可用的车底集合是否有反向空闲车底，所述反向空闲车底为加开临时客运并在折返站中途折返后满足计划车次发车时间的车底；若有，则加开临时客运后折返执行计划车次；反之，取消所述计划车次，之后还包括：

在遍历折返车次集合中所有的车次并分配可执行的车底后，判断所述线上可用的车底集合中是否有剩余的车底资源。

若有，则将所述剩余的车底资源分配到地铁系统中预设的存车地点。

图2为本发明所提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整系统结构示意图，如图2所示，本发明所提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整系统，包括：

数据获取模块201，用于获取地铁系统中的基础参数、当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息；所述基础参数包括：线路拓扑结构和运营数据；所述线路拓扑结构包括：线路限速、坡度、各车站位置及配线线型、车辆段位置及转换轨配线线型；所述运营数据包括：计划运行图、最小追踪间隔、备车位置及数量、备车上线所需时间以及最短折返时间；所述晚点信息包括：晚点时刻、位置及列车晚点的时长；所述线上运行列车信息包括：晚点发生时所有运行列车的车次、速度及位置。

策略确定模块202，用于根据所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定已发出列车的扣停位置以及未发出列车的行车策略；所述行车策略为所述未发出列车正常发车操作或所述未发出列车取消发车操作。

运行状态预测模块203，用于根据所述已发出列车的扣停位置、所述未发出列车的行车策略、所述基础参数、所述当前时刻的晚点信息以及当前时刻的线上运行列车信息确定正在运行列车的下一时刻的运行状态。

地铁系统可用车底资源配置模块204，用于根据所述正在运行列车的下一时刻的运行状态以及所述运营数据优化配置地铁系统可用车底资源。

本发明所提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整系统，还包括：

基础参数配置模块，用于根据实际路线和实际运营情况配置基础参数。

提供的一种晚点条件下地铁列车的运行调整方法及系统具有如下优点：

1、使用智能方法取代了晚点条件下调度人员对运行图的人工调整，简化了处置过程，并减少了调度人员的工作压力；

2、统筹规划系统可用车底及线路资源，通过列车折返、加开临时客车、备车上线等手段合理进行地铁列车运行调整，维持晚点条件下地铁系统的服务水平，降低列车晚点造成的影响；

3、消除现有人工调整方式的个体差异，提升运行图调整效率，避免由于调度人员经验不足造成的运行图兑现率不足等问题；

4、提出的运行调整方法适用于单个或多个列车晚点及造成列车晚点且不会对线路时空资源和车辆资源造成影响的所有故障或应急场景，包括信号故障、车辆故障、人为因素等导致的列车晚点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。