因故障延误的扣车时间确定方法

摘要

一种因故障延误的扣车时间确定方法，其包括如下步骤：步骤一：在站台前方发生故障时，根据故障持续时间判断该故障影响的列车的数量；步骤二：通过查询线路数据得到列车前方车站；步骤三：以突发事件影响集合中乘客等待时间最小为目标构建目标函数；步骤四：以列车输送能力和列车运行状态构建约束条件；步骤五：求解此模型，得到各列车在各车站的扣车时间；因此，本发明以系统中受扣车影响的全部乘客等待时间最小为目标，综合考虑列车输送能力和列车运行条件约束，建立了一种因故障延误的二次整数模型，计算出的扣车时间，可快速平衡列车间隔，减少乘客等待时间。

权利要求

1.一种因故障延误的扣车时间确定方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：在站台前方发生故障时，根据故障持续时间 ，先判断该故障影响的列车的数量，使用 进行计算，其中 表示追踪间隔时间冗余，为列车间隔时间减去列车站间运行时间，得到因前方故障影响的列车数量集合N，根据故障发生的时刻，列车当前位置，通过运行图得到列车数量集合N中列车在上一车站的出发时刻 ，设列车在扣车站台扣车完毕的出发时刻为 ；

步骤二： 通过当前列车数量集合N中列车位置，通过查询线路数据得到列车前方车站，所有影响列车的前方车站即为影响车站集合M；

步骤三： 以突发事件影响集合中乘客等待时间最小为目标，构建目标函数，即公式1： （1）；

其中，目标函数minZ为最小乘客等待时间，其中第一项表示正常乘客等待时间，其中t表示时间变量，第二项表示滞留乘客等待时间， 为滞留乘客等待时间放大系数， 为列车j在车站i的出发时刻， ， 表示， 为列车j+1在车站i的出发时刻，

为列车j在车站i‑1的出发时刻，为车站i的乘客进站速率，为列车j在车站i的滞留乘客人数；

步骤四：

以列车输送能力和列车运行状态构建约束条件如下各公式，即公式2‑9， (2)；

 (3)；

 (4)；

 (5)；

                         (6)；

                (7)；

                  (8)；

           (9)；

约束条件为列车输送能力和列车运行条件，其中， 为列车j在车站i的乘客需求人数，为列车j从车站i出发后的列车载客人数，为列车j‑1在车站i的滞留乘客人数， 为

列车j在车站i的上车人数， 为列车j‑1在车站i+1的出发时刻列车最大载客能力 ，最小列车追踪间隔时间，乘客在各个车站进站速率 以及下车比例 ，列车j在i车站的停车时间 ；

步骤五：求解此目标函数和约束条件组成的二次整数规划模型，决策变量为突发事件影响集合中各次列车在各车站的出发时刻，模型的目标函数为二次凸函数，约束条件都是线性函数，因此存在唯一解，解得列车在各车站的实际出发时间 ，通过公式得到各列车在各车站的扣车时间 ，其中 为列车在运行图出发时间，运行图出发时间即为正常情况下列车在该站台的出发时间，实际出发时间即在故障情况下列车扣车完毕的实际出发时间，实际出发时间减去运行图出发时间即为列车在该站台的扣车时间。

2.如权利要求1所述的因故障延误的扣车时间确定方法，其特征在于： 为滞留乘客等待时间放大系数取常值1.5。

说明书

因故障延误的扣车时间确定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及技术领域，尤其涉及一种因故障延误的扣车时间确定方法。

背景技术

[0002] 城市轨道交通自动监控系统（ATS），主要负责监督列车运行，实施列车的运行调度管理。在正常运营的情况下，全线的车辆根据计划时刻表时间正点运行；若遇到特殊情况，需要调度员需要通过调度手段来进行调度调整。

[0003] 地铁运营中的各种情况具有随机性、复杂性。客流的增减、列车的晚点、运营秩序的紊乱、突发事件及设备故障等的影响，都要求ATS行车调度在日常运营组织工作中根据情况变化，及时合理采取调整措施，使列车尽可能按运行图行车。常用的行车调整有扣车、限速、放空追线、改变运行方向等，其中扣车是使用最频繁且有效的调整手段，一方面扣车可以防止故障影响进一步扩大，另一方面扣车可以均衡列车间的行车间隔。

[0004] 当列车前方出现故障，可以人工扣车或自动计算需要扣车站台数量，自动计算可以避免人工判断所出现的误差；依据计算出的需要的扣车站台数量，可批量对站台进行扣车操作，避免人工操作可能出现的误操作。同时，可以根据故障发生时间计算出各个站台需要扣车时间并进行倒计时，待倒计时完成自动执行取消扣车操作，避免人工操作取消扣车时发生遗忘。但由于现有自动计算扣车时间时，使用平均站间运行时间且没有考虑站台乘客等待时间。由于地铁线路的站间距离并非等间隔，使用平均站间运行时间来进行计算扣车时间会导致列车扣车完毕后列车间隔不均衡，使得某些扣车完毕站台乘客等待时间过长，造成运营秩序紊乱。

[0005] 目前对于故障情况下扣车有人工扣车和自动扣车两种方法：

[0006] 人工扣车：当列车前方出现故障，调度员可以对后续列车设置列车扣车。当前方事故解除，调度员人工取消扣车，列车驶离站台。但人工扣车大多依赖调度经验，没有具体的扣车数量与时长可供参考。如果扣车不及时可能会导致后方列车进入故障区间、抢进路、产生大间隔等严重影响安全及服务质量。

[0007] 自动扣车：当列车前方出现故障，可以自动计算需要扣车站台数量，避免人工判断所出现的误差；依据计算出的需要的扣车站台数量，可批量对站台进行扣车操作，避免人工操作可能出现的误操作。同时，可以根据故障发生时间计算出各个站台需要扣车时间并进行倒计时，待倒计时完成自动执行取消扣车操作，避免人工操作取消扣车时发生遗忘。

[0008] 计算扣停车辆数量：

[0009]

[0010] 其中，t延时为站台A前方的故障延误时间，站台A为距离行车线路故障位置最近处的站台；t车间为固定的列车间隔时间；t站均为平均站间运行时间，计算公式为：

[0011]

[0012] 其中，n为站台A反方向的第n个站台，t1、t2、tn表示站台A与反方向的第1个站台的站间运行时间、站台A的反方向第1个站台与第2个站台的站间运行时间、站台A的反方向第n‑1个站台与第n个站台的站间运行时间。

[0013] 最后，计算每个扣车站台需要扣车的时间：

[0014] ‑ n

[0015] 其中， 为每个站台需要扣车的时间。

[0016] 由于地铁线路的站间距离并非等间隔，列车在每个区间的站间运行时间并不相同，使用平均站间运行时间来进行运算会导致列车扣车完毕后再次发车时使列车间隔不均衡，使得某些扣车完毕站台乘客等待时间过长，造成运营秩序紊乱。

[0017] 为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种因故障延误的扣车时间确定方法，以克服上述缺陷。

发明内容

[0018] 本发明的目的在于提供一种因故障延误的扣车时间确定方法，能有效克服现有技术的缺陷，更好的确定扣车时间，均衡列车间隔，减少等待时间，提高运营效能。

[0019] 为实现上述目的，本发明公开了一种因故障延误的扣车时间确定方法，其特征在于包括如下步骤：

[0020] 步骤一：在站台前方发生故障时，根据故障持续时间 ，先判断该故障影响的列车的数量，使用 进行计算，其中 表示追踪间隔时间冗余，为列车间隔时间减去列车站间运行时间，得到因前方故障影响的列车数量N，根据故障发生的时刻，列车当前位置，通过运行图得到集合N中列车在上一车站的出发时刻 ，设列车在扣车站台扣车完毕的出发时刻为 ；

[0021] 步骤二： 通过当前集合N中列车位置，通过查询线路数据得到列车前方车站，所有影响列车的前方车站即为影响车站集合M；

[0022] 步骤三： 以突发事件影响集合中乘客等待时间最小为目标，构建目标函数，即公式1：

[0023] （1）

[0024] 其中，目标函数为最小乘客等待时间，其中第一项表示正常乘客等待时间，其中t表示时间变量，第二项表示滞留乘客等待时间， 为滞留乘客等待时间放大系数， 为列车j在车站i的出发时刻， 为车站i的乘客进站速率， 为列车j在车站i的滞留乘客人数；

[0025] 步骤四：

[0026] 以列车输送能力和列车运行状态构建约束条件如下各公式，即公式2‑9，[0027]                      (2)

[0028]             (3)

[0029]    (4)

[0030] (5)

[0031] (6)

[0032] (7)

[0033] (8)

[0034] (9)

[0035] 约束条件为列车输送能力和列车运行条件，其中， 为列车j在车站i的乘客需求人数， 为列车j从车站i出发后的列车载客人数， 为列车j在车站i的上车人数，列车最大载客能力 ，计划列车追踪间隔时间，最小列车追踪间隔时间 ，乘客在各个车站进站速率 以及下车比例 ，列车j在i车站的停车时间 ；

[0036] 步骤五：求解此模型，得到各列车在各车站的扣车时间。

[0037] 其中：步骤五中模型为二次整数规划模型。

[0038] 其中：步骤五中决策变量为突发事件影响集合中各次列车在各车站的出发时刻，模型的目标函数为二次凸函数，约束条件都是线性函数，因此存在唯一解，解得列车在各车站的实际出发时间 ，通过公式 得到各列车在各车站的扣车时间 ，其中 为运行图出发时间。

[0039] 其中： 为滞留乘客等待时间放大系数取常值1.5。

[0040] 通过上述内容可知，本发明的因故障延误的扣车时间确定方法以系统中受扣车影响的全部乘客等待时间最小为目标，综合考虑列车输送能力和列车运行条件约束，建立了一种因故障延误的二次整数模型，计算出的扣车时间，可快速平衡列车间隔，减少乘客等待时间。

[0041] 本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

[0042] 图1显示了本发明的因故障延误的扣车时间确定方法的步骤示意图。

[0043] 图2显示了本发明状态示意图。

具体实施方式

[0044] 参见图1和图2，显示了本发明的因故障延误的扣车时间确定方法。

[0045] 图1中显示了本发明的具体步骤，所述因故障延误的扣车时间确定方法包括如下步骤：

[0046] 步骤一：如图2所示，当站台S2前方发生故障，需要对后续列车进行扣车操作，根据故障持续时间 ，可根据列车实际运营的历史经验判断故障的大致持续时间，如道岔故障修复大约需要30min，首先判断该故障影响的列车的数量，使用 进行计算，其中 表示追踪间隔时间冗余，为列车间隔时间减去列车站间运行时间（优选的是，列车间隔时间和列车站间运行时间可根据不同线路进行确定）。得到因前方故障影响的列车数量集合N，根据故障发生的时刻，列车当前位置，通过运行图得到列车数量集合N中列车在上一车站的出发时刻 ，设列车在扣车站台扣车完毕的出发时刻为 ，如列车T2在站台S4的出发时刻 ，列车T2在扣车站台S3扣车完毕的出发时刻 ，其他列车数量集合N中的列车皆如此计算。

[0047] 步骤二： 通过当前列车数量集合N中列车位置，通过查询线路数据，可得到列车前方车站，所有影响列车的前方车站即为影响车站集合M。

[0048] 步骤三： 以突发事件影响集合中乘客等待时间最小为目标，构建目标函数（公式1）：

[0049] （1）

[0050] 其中，目标函数为最小乘客等待时间，其中第一项表示正常乘客等待时间，其中t表示时间变量，第二项表示滞留乘客等待时间， 为滞留乘客等待时间放大系数（通常可取常值1.5）， 为列车j在车站i的出发时刻， 为车站i的乘客进站速率， 为列车j在车站i的滞留乘客人数。其中Z为最小乘客等待时间， 为站台从i到M的每一种情况的求和，为列车从j到N的每一种情况的求和。

[0051] 步骤四：

[0052] 以列车输送能力和列车运行状态构建约束条件（公式2‑9）。

[0053]                   (2)

[0054]             (3)

[0055]    (4)

[0056] (5)

[0057] (6)

[0058] (7)

[0059] (8)

[0060] (9)

[0061] 约束条件为列车输送能力和列车运行条件，其中， 为列车j在车站i的乘客需求人数， 为列车j从车站i出发后的列车载客人数， 为列车j在车站i的上车人数，列车最大载客能力 ，计划列车追踪间隔时间，最小列车追踪间隔时间 ，乘客在各个车站进站速率 以及下车比例 ，列车j在i车站的停车时间 ，各线路可通过运营数据得到。

[0062] 步骤五：求解此目标函数和约束条件组成的二次整数规划模型，决策变量为突发事件影响集合中各次列车在各车站的出发时刻，模型的目标函数为二次凸函数，约束条件都是线性函数，因此存在唯一解，解得列车在各车站的实际出发时间 ，通过公式得到各列车在各车站的扣车时间 ，其中 为列车在运行图出发时间，具体而言，运行图出发时间即为正常情况下列车在该站台的出发时间，实际出发时间即在故障情况下列车扣车完毕的实际出发时间，实际出发时间减去运行图出发时间即为列车在该站台的扣车时间，即得到本方法的目的，求出列车在该站台的扣车时间。

[0063] 由此可见，本发明的因故障延误的扣车时间确定方法以系统中受扣车影响的全部乘客等待时间最小为目标，综合考虑列车输送能力和列车运行条件约束，建立了一种因故障延误的二次整数模型，计算出的扣车时间，可快速平衡列车间隔，减少乘客等待时间，具体而言，因之前扣车计算方法是使用平均站间运行时间计算出每辆车的扣车时间，计算出的扣车时间是等间隔的，即列车1在站台A，列车2在站台B同时发车，而由于站台间距离有长有短，列车在站间的运行时间不等间隔，会导致列车到达下一个站台的时间不一致，即列车间隔不均衡，使得某些长站台间隔的乘客等待时间过长。而使用二次整数规划模型计算出的每辆列车的扣车时间考虑到了乘客等待时间，是不等间隔的，即列车1在站台A，列车2在站台B不同时发车，可以平衡列车间隔，使得列车间隔趋向于运行图的列车间隔，也可以使得长站台间隔的乘客等待时间减少。

[0064] 显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。