Train scheduling for minimizing passenger waiting time with time-dependent demand and skip-stop patterns: Nonlinear integer programming models with linear constraints

计算机科学 调度(生产过程) 数学优化 整数规划 二次方程 二次规划 整数(计算机科学) 集合(抽象数据类型) 线性规划 非线性系统 运筹学 数学 几何学 量子力学 物理 程序设计语言
作者
Huimin Niu,Xuesong Zhou,Ruhu Gao
出处
期刊:Transportation Research Part B-methodological [Elsevier BV]
卷期号:76: 117-135 被引量:413
标识
DOI:10.1016/j.trb.2015.03.004
摘要

• Optimization models for train scheduling problem for minimizing passenger waiting time. • Quadratic functional form for computing waiting time under time-dependent OD demand. • Reformulations for linking train inter-arrival events under skip-stop patterns. • Implemented and efficiently solved by general purpose high-level optimization solvers. This paper focuses on how to minimize the total passenger waiting time at stations by computing and adjusting train timetables for a rail corridor with given time-varying origin-to-destination passenger demand matrices. Given predetermined train skip-stop patterns, a unified quadratic integer programming model with linear constraints is developed to jointly synchronize effective passenger loading time windows and train arrival and departure times at each station. A set of quadratic and quasi-quadratic objective functions are proposed to precisely formulate the total waiting time under both minute-dependent demand and hour-dependent demand volumes from different origin–destination pairs. We construct mathematically rigorous and algorithmically tractable nonlinear mixed integer programming models for both real-time scheduling and medium-term planning applications. The proposed models are implemented using general purpose high-level optimization solvers, and the model effectiveness is further examined through numerical experiments of real-world rail train timetabling test cases.
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