一种基于机器学习的列车进路智能安排方法及系统

1.本发明属于列车运输领域，具体为一种基于机器学习的列车进路智能安排方法及系统。


背景技术：

2.国内列车在运营的过程中，列车时刻表的安排是列车运行前最基本的计划之一。通常在列车正常发车前，都需要调度员凭经验在事先编制好的基本时刻表作为列车的行车计划上做调整，使列车按现有的计划运行。而列车在实际运行中，往往会受客流量、运输组织方法的变化调整时刻表，以满足实际运营要求。因此，如何高效可靠的调整时刻表计划有助于提高城轨交通运营管理水平和运输服务质量。
3.目前的时刻表仍停留在人工编制和计算机辅助编制的程度，而没有实现列车时刻表的自动编制，因此时刻表的安排需要调度员花大量的时间去编，甚至由于调度员经验的不足，导致列车时刻表安排的不均衡，很容易导致在同一时刻过少或过多的列车接车、发车。随着城轨系统精确化管理的推行及新线的开通，线路的时刻表安排的更新频率较高，大大增加了编制人员的劳动强度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于机器学习的列车进路智能安排方法及系统，能大大降低编制人员的劳动，同时，提高列车时刻安排表的更新速度和均衡性。针对上述问题，进行列车时刻表智能系统原创性的设计。
5.为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于机器学习的列车进路智能安排方法的运行方法，其特征在于：包括以下步骤，1)获取常量数据，常量数据包括乘客需求数据、列车基本数据、车站基本数据；
6.2)通过所述常量数据综合分析出所需的列车类型和数量，并分析出各类型列车从进入车站到离开车站的整个时长；
7.3)将上述分析数据输入预设的列车时刻安排模型中求解，并对求解结果进行评价调整，通过评价调整获取模型参数的调整量，并存储；
8.4)将上述模型参数的调整量反馈到列车时刻安排模型中，并对列车时刻安排模型中的原始参数进行调整；
9.5)将所述常量数据重新输入调整后的列车时刻安排模型中，求解；
10.6)实时获取安全数据，安全数据包括列车运行数据、轨道安全数据、电器设备工作数据；当安全数据发生异常时，将异常的安全数据通过预设的异常处理子程序处理，获取列车时刻安排模型变量影响度，对列车时刻安排模型进行更新，通过所述常量数据输入更新后列车时刻安排模型获取更新后的列车时刻安排。
11.上述方案中，所述乘客需求数据包括乘客乘坐的始发地、目的地和乘车人数；所述列车基本数据包括列车的类型和数量；所述车站基本数据包括车站停靠轨道列数、车站停
靠站台的咽喉部和停靠部的长度。
12.上述方案中，所述评价调整包括安全性调整和经济性调整，安全性调整的约束为：1)ti+td+ti《t
i+1
，tf》(ti+t
i’)/2其中ti为第i列车正点到站时的时刻，td为第i列车到站晚点时的时长，ti为第i列车卸客时的时长，t
i+1
为第i+1列车正点的发车时刻；tf为列车互不影响的可延误最大时长；
13.2)经济性调整的约束为：u为车站可控能耗预算,ti为第i列车到站晚点的时长，ti’为第i+1列车发站晚点的时长，v为列车晚点到站或列车晚点发车时的额外能耗损失比重。
14.上述方案中，还包括附加安全约束条件，为在同一时刻，至少有一个车站停靠轨道可供突发事件的列车停靠。
15.所述乘客需求数据通过互联网和物联网搜集旅客票务信息、历史各车站点旅客流量信息；所述列车基本数据包括搜集列车类型、各类型列车数量、各类型列车维护历史信息；所述车站基本数据搜集车站客流容量、车站的列车停靠轨道长、车站候车厅通往站点候车处平均时长。
16.优选的，列车运行数据包括搜集各列车的位置、速度、能耗数据；轨道数据搜集包括设置在轨道旁的多个监测设备监测到的轨道磨损数据、轨道上是否有障碍物的图像数据；电器设备数据搜集轨道旁信号设备是否正常数据。
17.优选的，还包括数据搜集模块、中央处理模块、调度模块、安全监测模块；所述数据搜集模块包括旅客乘车数据单元、列车基本数据搜集单元、车站基本数据搜集单元；所述中央处理模块包括数据接受单元、数据分析单元、模型编辑及模拟单元、列车安排单元；所述调度模块包括处理器和任务安排单元；安全监测模块包括列车运行数据搜集单元、轨道数据搜集单元、电器设备数据搜集单元；
18.优选的，所述数据收集模块与中央处理模块的数据接受单元连接，所述中央处理模块的列车安排单元将数据传输给调度模块的处理器，处理器对列车任务安排进行平衡性和经济性调整，所述处理器中预设有大量异常数据处理子程序；安全监测模块将安全监测数据传输给调度模块，调度模块中的处理器对安全监测数据进行分析，并将影响分析数据传输给中央处理模块的数据分析单元，数据分析单元更新数据分析，并更新列车安排单元；所述模型编辑及模拟单元设置有安全性约束条件、经济性约束条件、平衡性约束条件。
19.优选的，调度模块中处理器中预设有异常处理子程序，预设子程序为可编辑子程序，其在接受到未存储对应异常处理自称的情况下，可通过人工处理，并将人工处理的方法添加到异常处理子程序中就，即异常子程序是一个实时更新的系统，随着系统运行的时长，异常处理子程序可自动应对安全监测单元监测的大部分异常监测数据，这大大提高了列车安排的智能性和科学性。
20.所述中央处理模块列车安排单元将数据传输到调度模块，所述调度模块安排各列车和列车员的工作计划。
21.优选的，所述模拟编辑和模拟单元预设有求解评价调整程序，所述评价调整程序中设置有约束编辑输入端口，所述约束包括安全性约束、经济性约束、平衡性约束。模型编
辑和模拟单元，一方面预设有多种模型构建的约束条件，例如列车站间运行时间、卸客时间、前后列车间隔时间、股道信息、交路信息等，调度员可根据车站实际情况合理编辑模型，将模型最贴近实际情况。
22.上述方案中，所述模型编辑及模拟单元还包括附加安全约束条件为，在同一时刻，至少有一个车站停靠轨道可供突发事件的列车停靠。即至少在同一时刻内，有一个轨道是不安排列车停靠的，即在天气或列车故障等突发情况下，可将列车时刻安排在空闲列车轨道上，这大大提高了列车运行的安全性。
23.优选的，所述旅客乘车数据单元通过互联网和物联网搜集旅客票务信息、历史各车站点旅客流量信息；所述列车基本数据搜集单元搜集列车类型、各类型列车数量、各类型列车维护历史信息；所述车站基本数据搜集单元搜集车站客流容量、车站的列车停靠轨道长、车站候车厅通往站点候车处平均时长。列车一般分别普通列车、动车、高速列车，其在通过和停靠站点的时间是不同的，同时，不同站点的进站通道与停靠通道的设计长度不一，这都会影响列车时刻的安排；进一步，需考虑的是，列车在不同站点的卸客时间，列车延误时间，同一站点的前后列车时间安排需要考虑卸客时间和列车延误时间。
24.上述方案中，监测设备一般包括速度传感器、高清摄像头、网络传输设备等；其可拍摄列车的运行速度、列车部件的运作工况、轨道的磨损状态等；上述数据传输给调度模块，调度模块能及时调整列车安排计划，同时，调度模块也能给维护人员发布任务，对相关设备进行及时维护。
25.本发明智能系统的工作方法包括以下步骤1)、通过大数据搜集乘客需求数据、车站列车类型数据，综合分析出列车各类型数量和班次，通过车站基本数据分析出各类型列车从进入车站到离开车站的整个时长；
26.2)模型编辑及模拟模块将分析数据输入预设的列车时刻安排模型中求解，并将结果输入调度模型中，调度模型中的处理器对列车时刻安排数据进行平衡性和经济性、安全性调整；
27.3)调度模块将调整后的立车时刻安排任务发布给调度员和列车员；
28.4)安全监测模块时刻监测列车运行数据、轨道安全数据、电器设备工作数据，并将异常数据发送给调度模块中的处理器，处理器预设有相应异常处理逻辑运算子程序，处理器将异常数据处理后数据传输给中央处理模块中的数据分析模块，数据分析模块对列车安排单元进行数据更新，列车安排单元将更新后的数据发送给调度模块，调度模块中的任务安排单元对任务发布进行更新。
29.本发明采用大数据搜集，数据搜集更加效率和全面。具体的还有如下有益效果：1、本发明相对与现有技术，采用安全监测模块，能时刻监测列车和轨道运行数据，并将异常状态及时传输给调度模块，调度模块中处理器预设有大量异常分析子程序，其能其实分析异常数据，并及时将异常处理数据传输给中央处理模块中的数据分析单元，同时，还能实时更新异常处理子程序，使其处理手段能逐渐应对不同状况的异常问题，列车安排单元能及时调整列车安排单元，这大大提高了列车安排效率和列车运行安全性。
30.2、本技术中调度模块中预设有大量异常问题处理子程序，在接受到安全监测模块的异常数据后，能迅速调用相关异常数据子程序。
31.3、本技术通过监测设备监测轨道磨损和轨道上是否存在障碍物，能提前发现安全
隐患问题，并将数据转化为模拟数据，并对列车安排计划及时更新，提高了列车运行的安全性。
32.4、本技术监测电器设备工作状态数据，能避免因为网路或电路数据传输问题导致的异常数据不能及时传输的问题，为列车安全运行进一步提供了保障。
附图说明
33.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
34.图1为本发明智能安排方法的整体流程图。
35.图2为本发明智能安排系统的整体结构图。
36.图3为本发明中数据搜集模块的整体结构图。
37.图4为本发明中央处理模块的整体结构图。
38.图5为本发明调度模块的整体结构图。
39.图6为本发明安全监测模块的整体结构图。
40.图中：1、数据搜集模块 2、中央处理模块 3、调度模块 4、安全监测模块 5、旅客乘车数据搜集单元 6、列车基本数据搜集单元 7、车站基本数据搜集单元 8、数据接受单元 9、数据分析单元 10、模型编辑及模拟单元 11、列车安排单元 12、处理器 13、任务安排单元 14、列车运行数据搜集单元 15、轨道数据搜集单元 16、电器设备数据搜集单元
具体实施方式
41.以下将配合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
42.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于机器学习的列车进路智能安排方法的运行方法，其特征在于：包括以下步骤，1)获取常量数据，常量数据包括乘客需求数据、列车基本数据、车站基本数据；
43.2)通过所述常量数据综合分析出所需的列车类型和数量，并分析出各类型列车从进入车站到离开车站的整个时长；
44.3)将上述分析数据输入预设的列车时刻安排模型中求解，并对求解结果进行评价调整，通过评价调整获取模型参数的调整量，并存储；
45.4)将上述模型参数的调整量反馈到列车时刻安排模型中，并对列车时刻安排模型中的原始参数进行调整；
46.5)将所述常量数据重新输入调整后的列车时刻安排模型中，求解；
47.6)实时获取安全数据，安全数据包括列车运行数据、轨道安全数据、电器设备工作数据；当安全数据发生异常时，将异常的安全数据通过预设的异常处理子程序处理，获取列车时刻安排模型变量影响度，对列车时刻安排模型进行更新，通过所述常量数据输入更新后列车时刻安排模型获取更新后的列车时刻安排。
48.所述乘客需求数据包括乘客乘坐的始发地、目的地和乘车人数；所述列车基本数据包括列车的类型和数量；所述车站基本数据包括车站停靠轨道列数、车站停靠站台的咽喉部和停靠部的长度。
49.所述评价调整包括安全性调整和经济性调整，安全性调整的约束为：1)ti+td+ti《t
i+1
，tf》(ti+t
i’)/2其中ti为第i列车正点到站时的时刻，td为第i列车到站晚点时的时长，ti为第i列车卸客时的时长，t
i+1
为第i+1列车正点的发车时刻；tf为列车互不影响的可延误最大时长；
50.2)经济性调整的约束为：u为车站可控能耗预算,ti为第i列车到站晚点的时长，ti’为第i+1列车发站晚点的时长，v为列车晚点到站或列车晚点发车时的额外能耗损失比重。
51.还包括附加安全约束条件，为在同一时刻，至少有一个车站停靠轨道可供突发事件的列车停靠。
52.所述乘客需求数据通过互联网和物联网搜集旅客票务信息、历史各车站点旅客流量信息；所述列车基本数据包括搜集列车类型、各类型列车数量、各类型列车维护历史信息；所述车站基本数据搜集车站客流容量、车站的列车停靠轨道长、车站候车厅通往站点候车处平均时长。
53.列车运行数据包括搜集各列车的位置、速度、能耗数据；轨道数据搜集包括设置在轨道旁的多个监测设备监测到的轨道磨损数据、轨道上是否有障碍物的图像数据；电器设备数据搜集轨道旁信号设备是否正常数据。
54.如图2，还包括数据搜集模块、中央处理模块、调度模块、安全监测模块；
55.如图3，所述数据搜集模块包括旅客乘车数据单元、列车基本数据搜集单元、车站基本数据搜集单元；
56.如图4，所述中央处理模块包括数据接受单元、数据分析单元、模型编辑及模拟单元、列车安排单元；
57.如图5，所述调度模块包括处理器和任务安排单元；
58.如图6，安全监测模块包括列车运行数据搜集单元、轨道数据搜集单元、电器设备数据搜集单元；
59.上述方案中，所述数据收集模块与中央处理模块的数据接受单元连接，所述中央处理模块的列车安排单元将数据传输给调度模块的处理器，处理器对列车任务安排进行平衡性和经济性调整，所述处理器中预设有大量异常数据处理子程序；安全监测模块将安全监测数据传输给调度模块，调度模块中的处理器对安全监测数据进行分析，并将影响分析数据传输给中央处理模块的数据分析单元，数据分析单元更新数据分析，并更新列车安排单元；所述所述模型编辑及模拟单元设置有安全性约束条件、经济性约束条件、平衡性约束条件。
60.所述中央处理模块列车安排单元将数据传输到调度模块，所述调度模块安排各列车和列车员的工作计划。
61.所述模拟编辑和模拟单元预设有评价调整程序，所述评价调整程序中设置有约束编辑输入端口，所述约束包括安全性约束、经济性约束、平衡性约束，调度员可根据实际工况，添加合理的类型约束，通过模型调整得出列车安排方案。
62.所述调度模块中的处理器预设有异常处理子程序，列车安排单元将数据传输到调
度模块，所述调度模块安排各列车和列车员的工作计划。
63.上述方案中，所述模型编辑及模拟单元还包括附加安全约束条件为，在同一时刻，至少有一个车站停靠轨道可供突发事件的列车停靠。即至少在同一时刻内，有一个轨道是不安排列车停靠的，即在天气或列车故障等突发情况下，可将列车时刻安排在空闲列车轨道上，这大大提高了列车运行的安全性。
64.优选的，所述旅客乘车数据单元通过互联网和物联网搜集旅客票务信息、历史各车站点旅客流量信息；所述列车基本数据搜集单元搜集列车类型、各类型列车数量、各类型列车维护历史信息；所述车站基本数据搜集单元搜集车站客流容量、车站的列车停靠轨道长、车站候车厅通往站点候车处平均时长。列车一般分别普通列车、动车、高速列车，其在通过和停靠站点的时间是不同的，同时，不同站点的进站通道与停靠通道的设计长度不一，这都会影响列车时刻的安排；进一步，需考虑的是，列车在不同站点的卸客时间，列车延误时间，同一站点的前后列车时间安排需要考虑卸客时间和列车延误时间。
65.上述方案中，监测设备一般包括速度传感器、高清摄像头、网络传输设备等；其可拍摄列车的运行速度、列车部件的运作工况、轨道的磨损状态等；上述数据传输给调度模块，调度模块能及时调整列车安排计划，同时，调度模块也能给维护人员发布任务，对相关设备进行及时维护。
66.上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。