一种旅客列车运行方案图编制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于列车路线规划的技术领域，尤其涉及一种旅客列车运行方案图编制方 法。
【背景技术】
[0002] 列车运行图规定了各种列车占用区间的次序，列车在每个车站的到达、出发或通 过时刻，列车在各区间的运行时间，列车在车站的停站时间标准，以及机车交路等。它把整 个路网的运输生产活动联系成为一个统一的整体，列车运行图是铁路运输工作的综合计 划、铁路行车组织的基础，是协调铁路各部门、单位按一定程序进行生产活动的工具。列车 运行图的编制重点在于解决列车运行图的整体布局问题，它是铁路列车运行图的骨架和核 心，在很大程度上决定了列车运行图的质量水平。在编制列车运行图时，一般首先铺画旅客 列车运行线。具体编制工作分两步进行:第一步铺画旅客列车运行方案图，主要解决列车整 体布局的问题，是整个列车运行图的骨架，它用小时格运行图铺画，只是对每一方向画出各 技术站间的列车运行线;第二步，以旅客列车运行方案图为基础，具体铺画表示每一列车在 各个车站到发或通过时刻的列车运行线，即列车运行详图。
[0003] 目前，铁路已广泛采用计算机编制列车运行图，构建了集列车运行图数据管理、技 术资料管理、列车运行计划、车底(动车组)交路计划、车辆分配计划、机车周转计划、车站作 业计划、列车牵引计算、列车运行仿真、列车乘务计划、列车运行图版本管理、列车运行图信 息共享与发布、列车运行图信息查询等于一体的列车运行图编制与管理协同一体化信息平 台，实现了基于铁路广域网的支持异地联网编图，实现了基于全路网列车运行图的统一管 理，满足全路铁路局客货列车运行图的编制。
[0004] 编制列车运行图时，首先铺画旅客列车运行方案图，主要解决列车整体布局的问 题，是整个列车运行图的骨架。现有旅客列车运行方案图编制的技术方案主要：（1)采用人 机相结合方法编制旅客列车运行方案；（2)通过构建数学优化模型来解决某个运行区段旅 客列车合理发车时间域;（3)应用同余理论，采用代数方法解决旅客列车合理发车时间域。
[0005] 现有旅客列车运行方案图编制存在如下问题：
[0006] 1、现有技术无论是普速铁路列车运行方案图，还是高速铁路列车运行方案图编制 主要是在无约束条件下，以旅客的方便性或企业的经济性这两个目标，未考虑车站、线路能 力的制约，与实际应用需求存在较大差距，难以为列车运行图编制工作提供有效支撑。
[0007] 2、现有技术方案关于列车运行方案图编制的范围集中在某个运行区段内，也有少 数单一考虑普速路网和高速路网的情况，没有涉及高速铁路与普速铁路贯通成网的情况。
[0008] 综上所述，现有技术未考虑高速铁路与普速铁路贯通成网的情况，以及大型客运 站由于政治经济原因需要开行大量的列车，造成客运站设备能力，特别是到发线能力相对 紧张的实际情况，这样就容易造成旅客列车运行方案图不可实施。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题是，提供一种基于车站与线路能力协调的旅客列车运行 方案图编制方法。
[0010] 为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
[0011] -种旅客列车运行方案图编制方法包括以下步骤：
[0012] 步骤S1、构建铁路路网拓扑结构图，建立基于车站的路网拓扑结构图；
[0013] 步骤S2、依据路网拓扑结构图，利用模糊集描述方便旅客旅行的目标函数，以车 站、线路能力为约束，建立路网旅客列车运行方案图编制优化模型；
[0014] 步骤S3、利用粗糙-模糊软集合理论，刻画路网车站重要度，将路网旅客列车运行 方案图编制优化模型转化为按照车站重要度编制的旅客列车运行方案图编制模型；
[0015] 步骤S4、根据基于车站、线路能力协调的基于蚁群算法，对所述按照车站重要度编 制的旅客列车运行方案图编制模型进行快速求解，得到旅客列车运行方案图。
[0016] 本发明的技术方案采用基于车站与线路能力协调的路网旅客列车运行方案图编 制方法，利用模糊集描述方便旅客旅行的目标函数，构建路网的拓扑结构，以车站、线路能 力为约束，建立旅客列车运行方案图编制优化模型。利用粗糙-模糊软集合理论，刻画路网 车站重要度，提出车站重要度降低路网复杂度的方法，并设计了基于动态启发式信息蚁群 算法。本发明的方法有利于提高旅客列车运行方案图的可实施性，可用于铁路列车运行图 编制系统始发方案的生成，车站到发线运用问题等，建模过程方便简单、建模标准统一，方 法计算效率高，方法真实可靠，具有很好的操作性、通用性和可重用性。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明旅客列车运行方案图编制方法的流程图；
[0018] 图2为旅客列车发车、到达时间对旅客的方便程度函数；
[0019]图3为基于粗糙-模糊软集合理论的路网车站重要度方法流程图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示，本发明实施例提供一种旅客列车运行方案图编制方法，包括以下步 骤：
[0021] 步骤S1、构建铁路路网拓扑结构图，建立基于车站的路网拓扑结构图。
[0022] 路网拓扑结构图是用图论中的顶点、边来描述路网的结构。客运站是铁路旅客运 输的基层生产单位，在铁路旅客运输过程中，是铁路与旅客之间联系的纽带。全路车站数量 庞大，达到7000多个，并且线路复杂，如果所有车站、线路构造路网拓扑结构图，问题规模 大，计算复杂度高。根据旅客列车运行方案图编制的需要，将全国铁路运输网络中具有办理 旅客列车始发、终到作业业务能力而且列车开行方案中也开行了始发、终到列车的客运站 抽象为图的顶点，车站之间按照开行方案的规定相互开行旅客列车之间的连通线路用有向 弧连接起来。弧可以是单向也可以是双向，表示上、下行方向。
[0023]步骤S2、依据路网拓扑结构图，利用模糊集描述方便旅客旅行的目标函数，以车 站、线路能力为约束，建立路网旅客列车运行方案图编制优化模型。
[0024] 建立所述路网旅客列车运行方案图编制优化模型如下：
[0025] 1)优化目标
[0026] 方便旅客旅行是编制旅客列车运行方案图的首要目标。路网旅客列车运行方案图 编制问题的优化模型的目标如下：
[0027] (1)所有客运站出发的旅客列车时间尽可能合理；
[0028] (2)所有客运站到达的旅客列车时间尽可能合理。
[0029] 2)约束条件
[0030]考虑路网各客运站能力，约束条件如下：
[0031] (1)所有客运站出发的旅客列车只能在某一个时间段发车；
[0032] (2)到达所有客运站的旅客列车只能在某一个时间段终到；
[0033] (3)所有客运站某时间段的出发的旅客列车数量必须小于该时间段到发线的发车 能力；
[0034] (4)所有客运站某时间段的到达的旅客列车数量必须小于该时间段到发线的接车 能力。
[0035] 3)方便旅客旅行的目标函数描述
[0036] 方便旅客旅行是确定旅客列车运行方案图的主要目标，一般规定是旅客列车的始 发、终到时间不能早于早上6点，也不要晚于晚上12点，该范围过大，而旅客对列车不同时间 段的到、发主观偏好程度不一样，利用模糊集来表达旅客的主观不确定性。
[0037] 模糊集F的隶属度函数μΡ(χ)，表示旅客列车发车、到达时间对旅客的方便程度函 数，如图2所示，定义如下：
[0038]
[0039] 其中，[护妒]为旅客列车的一般合理发车(到达)时间范围；[F2，F3]为旅客最便利 的出行时间范围。
[0040] 4)优化模型max f(t)
[0046]其中，Di表示从客运站Sl始发的列车集合;Ai表示到达客运站81的列车集合;T表示 为列车开放时间段，设将T划分成η个时间域，即1={^山，1(，以，设4 =山，1^]山，1^分别 代表第j个时间域的上、下限，j = l，2,…，n，其中，tj?w=[lj，kj]?w=[lj?w，kj?w] =
[mod( lj+w, 24) ,mod(kj+w, 24) ], ^
，界为 旅行时间；为客运站^在时间段tj的到发线发车能力，为接车车能力；
[0047]
[0048]
，aeAi，teTj(d)J(a)表示旅客列车等级优 先系数。
[0049] 步骤S3、利用粗糙-模糊软集合理论，刻画路网车站重要度，将路网旅客列车运行 方案图编制优化模型转化为按照车站重要度编制的旅客列车运行方案图编制模型。
[0050] 如图3所示，具体包括以下步骤：
[0051] 步骤S3.1、基于路网各车站的社会属性、自然属性以及运输指标构建路网车站重 要度评价指标体系，其中，所述社会属性包括车站所在城市的行政级别、人口数量、经济发 展潜力、工业总产值、人均⑶P及国民生产总值，所述自然属性包括车站衔接铁路线路数量、 车站的等级、可直达城市数量，所述运输指标包括车站股道数量、始发列车数量、终到列车 数量、发送旅客数量、通过列车数量。
[0052]步骤S3.2、利用粗糙集属性约简理论对所述路网车站重要度评价指标体系进行约 简，得到约简后相对重要的路网车站重要度评价指标；