【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鐵路智能化運輸，更具體的說是涉及一種鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法和系統。
技術介紹
1、車站是鐵路企業的重要基層生產單位，是辦理旅客運輸、貨物運輸、列車改編等作業的重要基地。作為鐵路行車組織技術指標的重要內容，車站通過能力是運轉設備利用率和行調作業計劃制定的主要依據。車站能力的查定工作是一個復雜的工程，涉及的計算量大，既有研究和現場車站通常采用利用率計算法和直接計算法，其數據來源主要是寫實記錄，即對車站的行車作業、調車作業、機車作業等內容，進行為期三天或一周的寫實及核算得出結果，顯然存在計算效率低、測定時間長、結果不準確等問題。
2、計算機技術在鐵路現場的運用非常廣泛，且已取得了顯著成效，例如聯鎖系統、客票系統等，而鐵路企業缺少通過計算機技術動態測定車站通過能力的軟件系統。為此，部分研究提出開發車站通過能力查定系統，既有設計中僅呈現車站整體能力，而忽略了定位到每個道岔、每條到發線運用情況的統計分析，致使無法明確車站設備和作業組織中的薄弱環節。除此之外，車站內作業瓶頸的疏解與優化也是本領域技術人員需要關注的問題。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法和系統，可實現對到發場、咽喉區和車站整體通過能力的綜合測算，還可對能力瓶頸區域的作業進路方案進行優化。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，包括以下步驟：
4、實時獲取目標鐵路車站的各種行車設備數據；
5、基于時空網絡理論構建車站通過能力計算的數學模型，將列車對進路、到發線的選擇轉化成列車在時空網絡中的弧段和路徑的選擇，并運用gurobi商業軟件求解，計算車站通過能力；
6、計算到發場和咽喉區中各設備的利用率，識別車站通過能力瓶頸，即尋找限制車站通過能力的主要設備；
7、以到發線、道岔設備的利用率盡可能均衡為目標，構建列車進路分配方案優化的數學模型，確定設備均衡運用條件下的列車作業進路方案，疏解車站通過能力瓶頸。
8、進一步的，所述行車設備數據包括：軌道數據、道岔數據、信號設備數據、行車作業數據、調車作業數據、進路數據及機車運用數據。
9、進一步的，所述車站通過能力計算的數學模型以辦理列車作業數最大為目標，以時空網絡流量平衡、列車選擇設備唯一性及設備占用不相容性為約束條件。
10、車站通過能力計算的數學模型中時空網絡流量平衡約束條件為：
11、
12、上式中，為0-1決策變量，若列車k占用弧段a，取值為1，否則為0；ak(n)+為列車k可選的起點為n的弧段集合；ak(n)-為列車k可選的終點為n的弧段集合；ok,ek分別為列車k的虛擬起點和虛擬終點；nk為列車k可以選擇的時空節點集合；k為輸入列車集合；若能夠辦理列車k的接發作業，則yk取1，即列車k選擇了一條從虛擬起點到虛擬終點的路徑；若不能夠辦理列車k的作業，yk值為0。
13、車站通過能力計算的數學模型中列車選擇設備唯一性約束條件為：
14、
15、
16、
17、上式中，為列車k可選的接車運行弧集合；為列車k可選的到發線停留弧集合；為列車k可選的發車運行弧集合；在數學上表示任意。上三式分別確保對于任意列車k至多占用一條接車進路、到發線和發車進路。
18、車站通過能力計算的數學模型中設備占用不相容約束條件為：
19、
20、上式中，a為任意弧段，a′為與弧段a不相容的弧段；為弧段a的不相容的弧段集合；k,k′為列車索引；a為弧段集合。若列車k占用弧段a的不相容的弧段集合中的弧段a′，則取1，此時弧段a不能被其他列車占用，即取0；若沒有列車占用弧段a的不相容的弧段集合中的弧段a′，則取0，此時任意列車可以選擇弧段a，即取0或1。
21、車站通過能力計算的數學模型中以辦理列車作業數最大為目標為：
22、
23、進一步的，對于到發場或咽喉區中的某一運轉設備，其利用率計算公式為：
24、
25、上式中，tmax為依據車站通過能力數學模型，確定出的該站接發列車數最大情況下該設備被占用的時間總和，單位min；t實為該運轉設備在研究時段1天內實際被占用的總時間，單位min。
26、若到發場或咽喉區中，某一運轉設備的利用率明顯高于其他設備，則該設備作為限制車站通過能力的主要設備，此時，認為車站處于通過能力瓶頸。
27、進一步的，所述列車進路分配方案優化的數學模型以到發線、道岔設備的利用率盡可能均衡為目標，以時空網絡流量平衡、列車占用設備唯一性及作業沖突疏解為約束條件。
28、列車進路分配方案優化的數學模型中時空網絡流量平衡約束條件為：
29、
30、上式中，為0-1決策變量，若列車k占用弧段a，取值為1，否則為0；ak(n)+為列車k可選的起點為n的弧段集合；ak(n)-為列車k可選的終點為n的弧段集合；ok,ek分別為列車k的虛擬起點和虛擬終點；nk為列車k可以選擇的時空節點集合；km為車站通過能力計算模型所計算出的最大列車數的列車集合。上式能夠保證任意列車k必須選擇一條從虛擬起點到虛擬終點的時空路徑，同時確保各項作業在時間和空間上的連續性。
31、列車進路分配方案優化的數學模型中列車占用設備唯一性約束條件為：
32、
33、
34、
35、上式中，為列車k可選的接車運行弧集合；為列車k可選的到發線停留弧集合；為列車k可選的發車運行弧集合；在數學上表示任意。上三式分別確保對于任意列車k必須占用一條接車進路、到發線和發車進路。
36、列車進路分配方案優化的數學模型中作業沖突疏解約束條件為：
37、
38、上式中，a為任意弧段，a′為與弧段a不相容的弧段；為弧段a的不相容的弧段集合；k,k′為列車索引；a為弧段集合。上式中，若列車k占用弧段a的不相容的弧段集合中的弧段a′，則取1，此時弧段a不能被其他列車占用，即取0；若沒有列車占用弧段a的不相容的弧段集合中的弧段a′，則取0，此時任意列車可以選擇弧段a，即取0或1。
39、進一步的，所述列車進路分配方案優化的數學模型中，以列車占用到發線的不均衡性最小為目標1，以列車占用道岔的不均衡性最小為目標2，采用線性加權方法將目標1和目標2進行加權，最終的目標表示為：
40、minz3＝λ1z1+λ2z2
41、上式中，z3為最終目標，z1表示目標1，z2表示目標2；λ1,λ2分別為目標函數z1,z2的權重。
42、目標z1以列車占用到發線的不均衡性最小，不均衡性以每條到發線被占用時間的方差來表示，其表達式為：
43、
44、上式中，l為車本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，所述行車設備數據包括：軌道數據、道岔數據、信號設備數據、行車作業數據、調車作業數據、進路數據及機車運用數據。
3.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，所述車站通過能力計算的數學模型是以辦理列車作業數最大為目標，以時空網絡流量平衡、列車選擇設備唯一性及設備占用不相容性為約束條件。
4.根據權利要求3所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，車站通過能力計算的數學模型中時空網絡流量平衡約束條件為：
5.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，對于到發場或咽喉區中的某一運轉設備，其利用率計算公式為：
6.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，所述列車進路分配方案優化的數學模型以到發線、道岔設備的利用率均衡為目標，以時空網絡流量平衡、列車占用設備唯一性及作業沖突疏解為約束條件。
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1.一種鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，所述行車設備數據包括：軌道數據、道岔數據、信號設備數據、行車作業數據、調車作業數據、進路數據及機車運用數據。
3.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，所述車站通過能力計算的數學模型是以辦理列車作業數最大為目標，以時空網絡流量平衡、列車選擇設備唯一性及設備占用不相容性為約束條件。
4.根據權利要求3所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，車站通過能力計算的數學模型中時空網絡流量平衡約束條件為：
5.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在于，對于到發場或咽喉區中的某一運轉設備，其利用率計算公式為：
6.根據權利要求1所述的鐵路車站通過能力計算及瓶頸識別方法，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：江雨星，田文哲，張春民，歐陽志萌，張小倩，
申請(專利權)人：蘭州交通大學，
類型：發明
國別省市：
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