[发明专利]一种城市轨道交通交路时刻表优化方法、设备及存储介质

权利要求书

1.一种城市轨道交通交路时刻表优化方法，其特征在于，包括：

步骤一，OD客流特征量提取：

取每周固定一天的OD客流数据求均值作为OD客流特征量，OD客流数据中包含乘客出行全环节中的始发站点和目的站点；

步骤二，OD出行站点路径获取：

根据地铁轨道网络中的各个站点和OD客流数据，利用Dijkstra算法计算OD的最短出行路径；

步骤三，轨道大小交路数据集构建：

根据轨道线路上所有折返站集合，计算笛卡尔集得到大小交路站点始发目的站点流向，计算获得新增交路的始发时刻表，进行新增交路的始发时刻表推演，得到新增的大小交路，使用R表示交路集合；遍历交路集合，统计同折返站同方向的交路对，统计同折返站的进出交路对，统计交路对的始发时间差；

步骤四，时间网络构建：

将现状和新增的大小交路拆分为节点和边，边构建有向图网络，遍历所有OD并匹配出行方案，遍历OD出行路径集合，统计以交路为主键的路径，统计以路径为主键的OD集合，统计以时间和断面为主键的路径集合，统计每个备选路径上的OD需求优化前换乘候车时长，统计路径中第一个班次集合以及第二个班次集合；

所述步骤四，具体步骤为：

S4.1将现状交路和新增的大小交路拆分为节点和边，节点对应交路途经的每个站点，边对应交路途经的断面，由先后经过的两个站点组成；

S4.2使用步骤S4.1中的边构建有向图网络，有向图网络中包含了所有交路的节点；

S4.3遍历所有OD，针对单一OD利用深度遍历策略进行匹配出行方案，具体的，已知OD的始发站点、到站时刻和最短的出行站点路径，从有向图网络中搜索出相匹配的节点，然后搜索下一个探访的节点，判断当前节点是否对应为OD最短站点路径的站点，若是继续向下一个节点进行搜索，并判断节点是否在OD的最短站点路径中，直至无叶子节点或者到达目的站点，若否则返回至上一个节点继续进行遍历，直至无叶子节点，使用P_d表示OD出行需求d的出行路径集合；

S4.4遍历OD出行路径集合P_d，统计以交路为主键的路径集合，使用P_r表示交路r相关的出行路径集合；统计以路径为主键的OD集合，使用D_p表示路径p可满足的OD出行需求集合；统计以时间t和断面s为主键的路径集合，记为P_t,s；统计每个备选路径p上的OD出行需求d优化前候车时长，记为F_d,p；统计每个备选路径p上的OD出行需求d优化前换乘候车时长，记为K_d,p；统计路径p中第一个班次集合和第二个班次集合；

步骤五，建立交路时刻表优化模型：

根据步骤一至四，得到OD的可能出行路径，交路时刻表优化模型通过决策OD乘车路径、交路选择和发车时间，来实现乘车总时长最短；

所述步骤五，具体步骤为：

S5.1模型的目标如下：

其中，min为最小化目标函数，D表示OD集合，路径p中第一个班次集合和第二个班次集合表示为R_p,1和R_p,2，集合中元素只有一个，r₁和r₂分别是路径p中第一个班次和第二个班次，w_d,p表示优化前OD出行需求d通过路径p出行时的候车时长，x_r1表示第一个班次r₁时刻调整量，x_r2表示第二个班次r₂时刻调整量，h_d表示OD出行需求d包含的人数，y_d,p表示OD出行需求d是否选择路径p，将最小化目标函数进行线性化转换，具体如下：

引入连续的松弛变量e_d,p，最小化目标函数线性化转换为：

S5.2线性化松弛约束：约束变量使其满足

其中，表示一个无穷大的正实数，通过线性化松弛约束完成最小化目标函数的线性化转换；

S5.3列车发车间隔约束：同一折返站发车满足安全发车时间间隔；

其中，C₁表示同折返站同方向交路对集合，B_c表示交路对c之间调整前的发车时差，r和r'分别表示交路对中的一个交路，E_c表示交路对c之间的发车间隔下限，v_r和v_r'分别表示交路r和r'是否被选择，z_c表示交路对c发车时间大小对比辅助变量，x_r和x_r'分别表示交路r和r'时刻调整量，c表示任一交路对；

S5.4列车折返约束：同一折返站发车进站列车和出站列车满足安全折返时间间隔；

其中，C₂表示同折返站的进出交路对集合，F_c表示交路对c之间的折返时间间隔下限；

S5.5路径班次约束：只有班次被选中的情况下，OD可搭乘该班次所在的路径；

其中，R表示交路集合；

S5.6断面运能约束：限制断面下客流不超过运能的1.15倍；

其中，L表示列车可满载人数，T表示全天时间片集合，S表示相邻断面集合，R_t,s表示时间t下经过断面s的交路集合；

S5.7乘客路径选择约束：限制OD从备选路径中选择一个路径；

S5.8路径时间衔接约束：限制班次时间调整满足乘客乘车时间和换乘上车时间均大于到站时间；

S5.9分支定界算法求解；

利用分支定界算法求解得到全局最优解，得到变量y_d,p、v_r、v_r'、x_r、x_r'的值，通过变量v值，得到交路组合方案，通过变量x的值，得到各个交路调整后的发车时间，通过变量y的值，得到OD最优的出行路径。