一種城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，包括以下功能模塊Moudle1：客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊；Moudle2：站間客流分配律提取模塊；Moudle3：站臺(tái)乘客到達(dá)率提取模塊；Moudle4：調(diào)度模型構(gòu)建及解析模塊；Moudle5：優(yōu)化結(jié)果輸出及驗(yàn)證模塊。各模塊功能界定如下：Moudle1負(fù)責(zé)從原始客流數(shù)據(jù)中提取出有效乘客交易信息，以供后續(xù)環(huán)節(jié)使用；Moudle2和Moudle3承擔(dān)了對(duì)后續(xù)建模至關(guān)重要的客流特性參數(shù)提取功能；Moudle4作為本框架的核心，實(shí)現(xiàn)了基于客流特性參數(shù)的調(diào)度優(yōu)化模型構(gòu)建及求解；Moudle5主要用于將優(yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的列車時(shí)刻表。本發(fā)明可用于城市軌道交通線路現(xiàn)行發(fā)車時(shí)刻表的優(yōu)化調(diào)整；亦可與短時(shí)客流預(yù)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，為未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)列車運(yùn)營(yíng)調(diào)度計(jì)劃的制定提供技術(shù)支撐。
【專利說(shuō)明】一種城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，屬于城市軌道交通智能化技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、輸送客流量日益增大。城市軌道交通系統(tǒng)能否正常、高效地運(yùn)營(yíng)，不僅取決于軌道和車輛等基礎(chǔ)設(shè)施條件，更有賴于運(yùn)營(yíng)管理及其技術(shù)手段的先進(jìn)性。而列車時(shí)刻表作為軌道交通運(yùn)營(yíng)管理的核心、乘客與運(yùn)營(yíng)公司銜接的紐帶，其優(yōu)化技術(shù)研究也日益受到重視。
[0003]城市軌道交通屬于城市公共交通范疇，與道路公共交通頗有相似之處。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常借鑒道路公交調(diào)度優(yōu)化的研究方法對(duì)軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行研究。由于道路公交并非封閉的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，難以全面、精確地對(duì)實(shí)時(shí)客流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，道路公交調(diào)度模型通常是基于某種假定的客流到達(dá)規(guī)律(如符合均勻分布、泊松分布等)來(lái)計(jì)算統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的上車人數(shù)；下車人數(shù)同樣需要根據(jù)某種事先約定的下車方案(如正比于車內(nèi)實(shí)時(shí)乘客數(shù)等)來(lái)確定?，F(xiàn)有的軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化研究大多沿用了此類方法，也取得了一些研究成果。近年來(lái)，隨著軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(Automatic Fare Collect1n, AFC)的普遍采用，乘客交易信息的全面采集和客流特征的準(zhǔn)確提取成為可能，這也為基于實(shí)際客流需求的調(diào)度模型構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。
[0004]時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理所涉及的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其實(shí)施好壞直接影響到軌道交通運(yùn)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。能夠依據(jù)實(shí)時(shí)客流信息、靈活改變列車運(yùn)行方式的時(shí)刻表動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)是列車時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展方向，不過(guò)由于現(xiàn)有技術(shù)手段的限制，通常的時(shí)刻表優(yōu)化方法是借助分析歷史客流數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)當(dāng)前運(yùn)營(yíng)調(diào)度安排。目前，相關(guān)研究主要集中在以優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為導(dǎo)向的調(diào)度模型建立以及求解算法設(shè)計(jì)兩方面，且多為借鑒道路交通調(diào)度優(yōu)化的相關(guān)成果，忽略了對(duì)軌道交通歷史交易信息的深入挖掘，尚未形成軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)體系框架。有鑒于此，為提高城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理水平、最大限度地發(fā)揮其骨干作用，迫切需要一種面向客流需求的軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，以系統(tǒng)地解決實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)車時(shí)刻表的優(yōu)化調(diào)整問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)當(dāng)前城市軌道交通實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，列車時(shí)刻表的優(yōu)化調(diào)整主要依靠調(diào)度人員經(jīng)驗(yàn)、缺乏理論依據(jù)等問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于歷史客流數(shù)據(jù)的時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，并對(duì)其核心模塊及功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了具體的闡述，以期為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度提供參考。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，包括如下功能模塊:
[0008](I)客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊
[0009]所述客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊以城市軌道交通AFC系統(tǒng)采集的歷史上某線路在一個(gè)完整運(yùn)營(yíng)日內(nèi)的所有乘客交易記錄作為模塊輸入，得到某一開(kāi)行方向的有效乘客交易息。
[0010](2)站間客流分配律提取模塊
[0011]該模塊的主要功能是根據(jù)不同時(shí)段內(nèi)軌道交通進(jìn)站客流在出站站點(diǎn)間分布規(guī)律的差異，將一個(gè)完整的運(yùn)營(yíng)日劃分為若干個(gè)前后相繼的運(yùn)營(yíng)時(shí)段，并確定各運(yùn)營(yíng)時(shí)段的站間客流分配規(guī)律。其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如下:
[0012]①以客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊提供的有效乘客交易信息作為模塊輸入，計(jì)算單位時(shí)間間隔Λ T內(nèi)站間客流OD分配矩陣序列S: Is1, s2，...，sk，...}，其中(Sk) ,j表示對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔內(nèi)從第i站進(jìn)站的乘客在第j站出站的分配率；
[0013]②根據(jù)單位時(shí)間間隔內(nèi)站間客流OD分配矩陣的相似性，采取多維有序樣本聚類分析方法將運(yùn)營(yíng)日全天劃分為K個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段，并確定各時(shí)段對(duì)應(yīng)的站間客流OD分配矩陣Ak，其中k = 1，2，…，K ；K為劃分的運(yùn)營(yíng)時(shí)段數(shù)；(Ak) ,j表示第k統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)從第i站進(jìn)站的乘客在第j站出站的分配率。
[0014](3)站臺(tái)乘客到達(dá)率提取模塊
[0015]該模塊的主要功能是構(gòu)建乘客通過(guò)閘機(jī)進(jìn)站的到達(dá)率函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上考慮乘客站內(nèi)走行時(shí)間的影響，提取乘客到達(dá)站臺(tái)的規(guī)律。其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如下:
[0016]①以客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊提供的有效乘客交易信息作為模塊輸入，統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)給定時(shí)間間隔內(nèi)乘客通過(guò)閘機(jī)進(jìn)站的平均到達(dá)率序列h: (Ijl, Ij2,...，Ijk,...}，其中j = I, 2,…，J J為單線站點(diǎn)總數(shù)目；ljk表示對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔內(nèi)乘客通過(guò)閘機(jī)進(jìn)入站點(diǎn)j的平均到達(dá)率；
[0017]②選取插值函數(shù)對(duì)離散序列Lj進(jìn)行擬合，得到隨時(shí)間連續(xù)變化的站點(diǎn)乘客到達(dá)率rj(t)，其中j = 1，2，...，J ;所述插值函數(shù)可為拉格朗日插值、分段線性插值、三次樣條插值等;
[0018]③以視頻監(jiān)測(cè)器采集的通道和樓梯客流量以及乘客步速數(shù)據(jù)、站廳平面布置圖標(biāo)注的通道和樓梯基本尺寸以及乘客進(jìn)站路徑作為模塊輸入，估算乘客在站廳內(nèi)的平均走行時(shí)間結(jié)合站內(nèi)走行時(shí)間的影響對(duì)站點(diǎn)乘客到達(dá)率h(t)進(jìn)行修正，得到站臺(tái)乘客到達(dá)率Rj⑴，其中j = 1,2,…，J。
[0019](4)調(diào)度模型構(gòu)建及解析模塊
[0020]該模塊以站間客流分配律提取模塊和站臺(tái)乘客到達(dá)率提取模塊提供的客流特性參數(shù)(K、Ak、&(0，其中1^= 1,2,-,K ；j = 1,2,-,J)作為輸入數(shù)據(jù)，構(gòu)建列車調(diào)度優(yōu)化模型并給出求解。其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如下:
[0021]①以分時(shí)發(fā)車間隔為決策變量、社會(huì)綜合滿意度為目標(biāo)函數(shù)、最大最小發(fā)車間隔及列車平均滿載率為約束條件構(gòu)建列車調(diào)度優(yōu)化模型；
[0022]②采用混合遺傳算法求解模型，得到優(yōu)化的分時(shí)發(fā)車間隔。
[0023](5)優(yōu)化結(jié)果輸出及驗(yàn)證模塊
[0024]該模塊的主要功能是將調(diào)度優(yōu)化模型求解所得的分時(shí)發(fā)車間隔轉(zhuǎn)換為列車時(shí)刻表，并與現(xiàn)行發(fā)車時(shí)刻表進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如下:
[0025]①以調(diào)度模型構(gòu)建及解析模塊提供的分時(shí)發(fā)車間隔作為模塊輸入，按下式輸出各運(yùn)營(yíng)時(shí)段的列車時(shí)刻表:tf = % + (I — I) K Mk ?其中k = 1，2，…，K ;i = 1，2，...，mk。上式中，< 表示第k時(shí)段的第i次車的發(fā)車時(shí)刻；tk表示第k時(shí)段的起始時(shí)刻，也是第k時(shí)段首班車的發(fā)車時(shí)刻；Atk表示第k時(shí)段的發(fā)車間隔；mk表示第k時(shí)段總的發(fā)車次數(shù)，有
[0026]


Tk I
mk = TT"，


Aix J
[0027]其中L j為下取整函數(shù)，k= 1，2，...，1(;1\表示第1^時(shí)段的長(zhǎng)度。
[0028]②將現(xiàn)行發(fā)車時(shí)刻表輸入該模塊，得到優(yōu)化的列車時(shí)刻表與現(xiàn)行發(fā)車時(shí)刻表的對(duì)比驗(yàn)證。具體體現(xiàn)為在客流需求保持不變的前提下，與兩者相對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)軌道交通運(yùn)營(yíng)指標(biāo)間的差異。所述軌道交通運(yùn)營(yíng)指標(biāo)可為乘客平均候車時(shí)間、車內(nèi)實(shí)時(shí)平均乘客數(shù)、列車滿載率等。
[0029]具體的，所述模塊(I)中，乘客交易記錄中某一開(kāi)行方向的有效乘客交易信息的提取步驟如下:
[0030]①考慮到乘客出站交易記錄中包含了進(jìn)站站點(diǎn)信息，故根據(jù)交易類型關(guān)鍵字對(duì)所有出站交易記錄進(jìn)行提取待用；
[0031]②由于本應(yīng)用只涉及軌道交通線路某一個(gè)開(kāi)行方向，故根據(jù)站間OD矢量方向?qū)λ谐稣窘灰子涗涍M(jìn)行上、下行分流；
[0032]③鑒于出站交易記錄的完整數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)本應(yīng)用有冗余，故編制數(shù)據(jù)處理程序?qū)λ猩闲谢蛳滦谐稣窘灰子涗浿杏行?shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行提取，以減輕后續(xù)模塊數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)。
[0033]④在確保數(shù)據(jù)完整采集前提下，對(duì)其進(jìn)行有效性驗(yàn)證，刪減錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，填補(bǔ)缺省數(shù)據(jù)，得到有效乘客交易信息。
[0034]具體的，所述模塊⑵中，在提取單位時(shí)間間隔內(nèi)站間客流OD分配矩陣序列時(shí)，單位時(shí)間間隔ΛΤ的選取可采取“試湊法”，即根據(jù)聚類分析的結(jié)果選擇使得類內(nèi)相似度較大而類間差異較明顯的待選方案。
[0035]具體的，所述模塊(4)中，根據(jù)從歷史交易記錄中提取的乘客站臺(tái)到達(dá)率和站間客流分配律來(lái)統(tǒng)計(jì)每班次列車的上下車人數(shù)及站臺(tái)乘客的總等待時(shí)間，構(gòu)建發(fā)車模型；其次，在建模過(guò)程中應(yīng)充分考慮客流的滯后效應(yīng)，即根據(jù)每班次列車抵達(dá)各站臺(tái)的時(shí)間來(lái)確定相匹配的客流特征參數(shù)，使優(yōu)化模型更為精確；最后，采用社會(huì)綜合滿意度作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，其表現(xiàn)形式為乘客候車滿意度、乘車體驗(yàn)滿意度以及公司運(yùn)營(yíng)滿意度的加權(quán)和，其表達(dá)式如下:fsociety = a X fwait+ β Xftravel+Y XfQpeMte。其中 α、β、Y 為權(quán)值系數(shù)且滿足α +β + y = I。
[0036]更為具體的，所述模塊(4)中，結(jié)合模擬退火算法在局部搜索方面的優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)綜合改進(jìn)的遺傳操作算子，以克服標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法易于產(chǎn)生模式欺騙和早熟現(xiàn)象、收斂于局部最優(yōu)解的缺陷。
[0037]有益效果:本發(fā)明提供的城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，其優(yōu)點(diǎn)在于:
[0038]①根據(jù)單位時(shí)間間隔內(nèi)站間客流OD分配矩陣的聚類特性來(lái)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)時(shí)段的劃分，體現(xiàn)了線路上各站點(diǎn)區(qū)域客流吸引能力的時(shí)空分布；
[0039]②基于實(shí)際的乘客站臺(tái)到達(dá)率和站間客流分配率而不是某種假定的客流概率分布來(lái)建立列車調(diào)度優(yōu)化模型，更具可信度和說(shuō)服力；
[0040]③采用遺傳算法求解優(yōu)化模型時(shí)，將模擬退火等機(jī)制融入遺傳算法流程，提高了遺傳算法的運(yùn)行效率及求解質(zhì)量；
[0041]④本應(yīng)用框架各模塊功能相對(duì)獨(dú)立，便于選用合適的軟硬件平臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1為本發(fā)明的體系框架及各模塊間耦合關(guān)系示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0044]如圖1所示為一種城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0045]Modulel:客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊
[0046]不妨選取南京地鐵AFC系統(tǒng)采集的歷史上某個(gè)工作日南京地鐵一號(hào)線完整的乘客交易記錄作為模塊輸入，按以下步驟對(duì)后續(xù)環(huán)節(jié)所需的有效乘客交易信息進(jìn)行提取:
[0047]①根據(jù)交易類型關(guān)鍵字對(duì)所有出站交易記錄進(jìn)行提取待用；
[0048]②根據(jù)站間OD矢量方向?qū)λ谐稣窘灰子涗涍M(jìn)行上、下行分流；
[0049]③編制數(shù)據(jù)處理程序?qū)λ猩闲谢蛳滦谐稣窘灰子涗浿杏行?shù)據(jù)項(xiàng)(線路編號(hào)、交易站點(diǎn)編號(hào)、交易類型、交易時(shí)間、進(jìn)站站點(diǎn)編號(hào)、進(jìn)站時(shí)間等)進(jìn)行提?。?br> [0050]④在確保數(shù)據(jù)完整采集前提下，對(duì)其進(jìn)行有效性驗(yàn)證，刪減錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，填補(bǔ)缺省數(shù)據(jù)，得到有效乘客交易信息。
[0051]Module2:站間客流分配律提取模塊
[0052]該模塊功能的具體實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如下:
[0053]①預(yù)設(shè)單位時(shí)間AT = 5min，按時(shí)間間隔Λ T將一個(gè)完整的運(yùn)營(yíng)日劃分為若干個(gè)前后相繼的時(shí)間片段；
[0054]②以客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊提供的有效乘客交易信息作為模塊輸入，編制數(shù)據(jù)處理程序提取各時(shí)間片段內(nèi)的站間客流OD分配矩陣序列S: {Sl，S2,..., sk,...}；
[0055]③將當(dāng)前較流行的Fisher有序樣品聚類分析方法推廣到多維情形，對(duì)站間客流OD分配矩陣序列S進(jìn)行聚類分析，并根據(jù)聚類結(jié)果將運(yùn)營(yíng)日全天劃分為K個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段；
[0056]④分別重設(shè)ΔΤ = 8min、10min、12min和15min,重復(fù)以上環(huán)節(jié),根據(jù)聚類分析的結(jié)果選擇使得類內(nèi)相似度較大而類間差異較明顯的待選方案并依此確定最終分類；
[0057]⑤根據(jù)最終分類結(jié)果計(jì)算各運(yùn)營(yíng)時(shí)段起訖及相應(yīng)的站間客流OD分配矩陣Ak (其中 k = 1，2，…，K)。
[0058]Module3:站臺(tái)乘客到達(dá)率提取模塊
[0059]該模塊功能的具體實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如下:
[0060]①不妨設(shè)置給定時(shí)間間隔為15min，以客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊提供的有效乘客交易信息作為模塊輸入，編制數(shù)據(jù)處理程序統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)15min時(shí)間間隔內(nèi)乘客通過(guò)閘機(jī)進(jìn)站的平均到達(dá)率序列Lj: (Ijl, Ij2,Ijk,...}(其中j = 1，2，…，J);
[0061]②選取工程中廣泛使用的三次樣條插值函數(shù)對(duì)序列h進(jìn)行擬合，得到隨時(shí)間連續(xù)變化的站點(diǎn)乘客到達(dá)率L (t)(其中j = I, 2，…，J)；
[0062]③以視頻監(jiān)測(cè)器采集的通道和樓梯客流量以及乘客步速數(shù)據(jù)、站廳平面布置圖標(biāo)注的通道和樓梯基本尺寸以及乘客進(jìn)站路徑作為模塊輸入，估算乘客在各站點(diǎn)內(nèi)的平均走行時(shí)間^ ;結(jié)合站內(nèi)走行時(shí)間的影響對(duì)站點(diǎn)乘客到達(dá)率h(t)進(jìn)行修正，得到站臺(tái)乘客到達(dá)率 Rj (t),近似有如下關(guān)系:Rj(t) = rj (t- δ j)(其中 j = I, 2，..., J)。
[0063]Module4:調(diào)度模型構(gòu)建及解析模塊
[0064]該模塊功能的具體實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)如下:
[0065]①基于歷史交易數(shù)據(jù)中提取的客流特性參數(shù)(K、Ak、Rj (t)),以分時(shí)發(fā)車間隔為決策變量、社會(huì)綜合滿意度為目標(biāo)函數(shù)、最大最小發(fā)車間隔及列車平均滿載率為約束條件構(gòu)建列車調(diào)度優(yōu)化模型如下:
[0066]Max fsociety = α X fwait ( ω ave) + β X ftravel (Have) + Y X foperate (Pperday)，其中 α + β + γ
=1
[0067]上式中，表示一個(gè)完整運(yùn)營(yíng)日該線路所有車次的平均車內(nèi)實(shí)時(shí)乘客數(shù)出_表示一個(gè)完整運(yùn)營(yíng)日該線路所有乘客的平均等車時(shí)間；PpOTday為一天運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)該線路所有車次的運(yùn)營(yíng)凈收益。且有如下關(guān)系成立:
I K mk J
_?__ YVV V "
「00681■綱=44L.L.L.u
LUUO?」調(diào)/γ-ι、、k~i i—? ；-?

Ii — II \
Λ XJ
[0069]其中，￡0^表示第k時(shí)段從首站發(fā)出的第i次車在離開(kāi)車站j時(shí)車內(nèi)實(shí)時(shí)乘客數(shù)；μ j表示列車從站點(diǎn)j開(kāi)行到站點(diǎn)j+i所需的時(shí)間；
K
剛cb) +?—￡.(ΑΑρ2且ξ為與4相對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)時(shí)段
^-V::::1
編號(hào)
[0071]其中，Pj*表示第k時(shí)段從首站發(fā)出的第i次車在第j站帶走的乘客數(shù)；

Jw.: j + oy, '

Si /-f-σ/ -Aifc
[0073]其中，表示列車運(yùn)行途中在站點(diǎn)j的停留時(shí)間，特別地01 = 0;^表示第1^時(shí)段從首站發(fā)出的第i次車抵達(dá)車站j的時(shí)刻，且有
[0074]< = ?* + Σ(σ*.+ 爲(wèi)寺別地 +k



C,HHH I?


c\\hI *

K mk J—IA* % J -1
[0075](d) Hflre =ΣΣΣΗπ/ΣΣ

k = l i=l i=.\k-1 i=l J = I
[0076]其中，Hfj表示第k時(shí)段從首站發(fā)出的第i次車在車站j所帶走乘客的總等車時(shí)間，且有

【權(quán)利要求】
1.一種城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，其特征在于:包括如下功能模塊: (1)客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊 所述客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊以城市軌道交通AFC系統(tǒng)采集的歷史上某線路在一個(gè)完整運(yùn)營(yíng)日內(nèi)的所有乘客交易記錄作為模塊輸入，得到某一開(kāi)行方向的有效乘客交易信息； (2)站間客流分配律提取模塊 所述站間客流分配律提取模塊的主要功能是根據(jù)不同時(shí)段內(nèi)軌道交通進(jìn)站客流在出站站點(diǎn)間分布規(guī)律的差異，將一個(gè)完整的運(yùn)營(yíng)日劃分為若干個(gè)前后相繼的運(yùn)營(yíng)時(shí)段，并確定各運(yùn)營(yíng)時(shí)段的站間客流分配規(guī)律；其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)包括: ①以客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊提供的有效乘客交易信息作為模塊輸入，計(jì)算單位時(shí)間間隔內(nèi)站間客流OD分配矩陣序列； ②采取多維有序樣本聚類分析方法，根據(jù)單位時(shí)間間隔內(nèi)站間客流OD分配矩陣的聚類特性將運(yùn)營(yíng)日全天劃分為若干個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段，并確定各時(shí)段內(nèi)的站間客流OD分配矩陣； (3)站臺(tái)乘客到達(dá)率提取模塊 所述站臺(tái)乘客到達(dá)率提取模塊的主要功能是構(gòu)建乘客通過(guò)閘機(jī)進(jìn)站的到達(dá)率函數(shù),并在此基礎(chǔ)上考慮乘客站內(nèi)走行時(shí)間的影響，提取乘客抵達(dá)站臺(tái)的規(guī)律；其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)包括: ①以客流數(shù)據(jù)提取及預(yù)處理模塊提供的有效乘客交易信息作為模塊輸入，統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)給定時(shí)間間隔內(nèi)乘客通過(guò)閘機(jī)進(jìn)站的平均到達(dá)率序列； ②選取插值函數(shù)對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到隨時(shí)間連續(xù)變化的站點(diǎn)乘客到達(dá)率； ③以視頻監(jiān)測(cè)器采集的通道和樓梯客流量以及乘客步速數(shù)據(jù)、站廳平面布置圖標(biāo)注的通道和樓梯基本尺寸以及乘客進(jìn)站路徑作為模塊輸入，估算乘客在站廳內(nèi)的走行時(shí)間；結(jié)合站內(nèi)走行時(shí)間的影響對(duì)站點(diǎn)乘客到達(dá)率進(jìn)行修正，得到站臺(tái)乘客到達(dá)率； (4)調(diào)度模型構(gòu)建及解析模塊 所述調(diào)度模型構(gòu)建及解析模塊以站間客流分配律提取模塊和站臺(tái)乘客到達(dá)率提取模塊提供的客流特性參數(shù)作為模塊輸入，構(gòu)建列車調(diào)度優(yōu)化模型并給出求解；其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)包括: ①以分時(shí)發(fā)車間隔為決策變量、社會(huì)綜合滿意度為目標(biāo)函數(shù)、最大最小發(fā)車間隔及列車平均滿載率為約束條件構(gòu)建列車調(diào)度優(yōu)化模型； ②采用混合遺傳算法求解模型，得到優(yōu)化的分時(shí)發(fā)車間隔； (5)優(yōu)化結(jié)果輸出及驗(yàn)證模塊 所述優(yōu)化結(jié)果輸出及驗(yàn)證模塊的主要功能是將調(diào)度優(yōu)化模型求解所得的分時(shí)發(fā)車間隔轉(zhuǎn)換為列車時(shí)刻表，并與現(xiàn)行發(fā)車時(shí)刻表進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證；其實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)包括: ①以調(diào)度模型構(gòu)建及解析模塊計(jì)算得出的分時(shí)發(fā)車間隔作為模塊輸入，轉(zhuǎn)換輸出各運(yùn)營(yíng)時(shí)段的發(fā)車時(shí)刻表； ②將現(xiàn)行發(fā)車時(shí)刻表輸入該模塊，得到優(yōu)化后的時(shí)刻表與現(xiàn)行發(fā)車時(shí)刻表的對(duì)比驗(yàn)證。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，其特征在于:所述模塊(I)中，乘客交易記錄中某一開(kāi)行方向的有效乘客交易信息的提取步驟如下: ①根據(jù)交易類型關(guān)鍵字對(duì)所有出站交易記錄進(jìn)行提取待用； ②根據(jù)站間OD矢量方向?qū)λ谐稣窘灰子涗涍M(jìn)行上、下行分流； ③編制數(shù)據(jù)處理程序?qū)λ猩闲谢蛳滦谐稣窘灰子涗浀挠行?shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行提取； ④在確保數(shù)據(jù)完整采集前提下，對(duì)其進(jìn)行有效性驗(yàn)證，刪減錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，填補(bǔ)缺省數(shù)據(jù)，得到有效乘客交易信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，其特征在于:所述模塊(2)中，在提取單位時(shí)間間隔內(nèi)站間客流OD分配矩陣序列時(shí)，可采取“試湊法”來(lái)確定單位時(shí)間間隔的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，其特征在于:所述模塊(4)中，根據(jù)從歷史交易記錄中提取的乘客站臺(tái)到達(dá)率和站間客流分配律來(lái)統(tǒng)計(jì)每班次列車的上下車人數(shù)及站臺(tái)乘客的總等待時(shí)間，構(gòu)建發(fā)車模型；其次，在建模過(guò)程中應(yīng)充分考慮客流的滯后效應(yīng)，即根據(jù)每班次列車抵達(dá)各站臺(tái)的時(shí)間來(lái)確定相匹配的客流特征參數(shù)；最后，采用社會(huì)綜合滿意度作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，其表現(xiàn)形式為乘客候車滿意度、乘車體驗(yàn)滿意度以及公司運(yùn)營(yíng)滿意度的加權(quán)和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道交通時(shí)刻表優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用框架，其特征在于:所述模塊(4)中，結(jié)合模擬退火算法在局部搜索方面的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)混合遺傳算法來(lái)求解調(diào)度優(yōu)化模型。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK104200286SQ201410459677
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】張寧, 汪林, 邵家玉 申請(qǐng)人:東南大學(xué)