區(qū)間通過能力臨時失效下高速鐵路列車運行實時調(diào)整模型與算法研究.pdf

1、高速鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)是整個鐵路行車組織的神經(jīng)中樞，在確保高速鐵路列車安全、正點、高效運行中起著重要的作用。為了保障高速鐵路的運營安全和效率，我國高速鐵路采用先進的調(diào)度系統(tǒng)和列車控制系統(tǒng)，因此，在正常情況下，列車在這些系統(tǒng)的控制下按照計劃運行圖自動運行。但是，在鐵路日常運營組織過程中，難免會受到來自鐵路系統(tǒng)內(nèi)部以及外部的各種干擾因素的影響，從而影響列車正常運行。在微干擾條件下，列車可以利用計劃運行圖上的冗余時間，自動恢復正常運行。然而，當

2、鐵路系統(tǒng)受到較嚴重的干擾導致線路區(qū)間通過能力臨時失效時，大量列車偏離原來的運行計劃，部分列車不得不取消運行。在這種干擾條件下，調(diào)度員需要人為快速地調(diào)整受干擾影響的列車，在確保列車運行安全的前提下，盡可能減小干擾對整個列車運行的影響。
　　目前，我國高速鐵路在處理干擾條件下的列車運行時，采用的是以調(diào)度員人為調(diào)整為主，系統(tǒng)為輔的策略，因此，調(diào)度員需要快速地提供高效的列車運行調(diào)整方案。在這種情況下，調(diào)度員的工作壓力非常大，而且很容易因為

3、能力的局限性而很難及時地提供安全有效的列車運行調(diào)整方案。為了滿足高速鐵路現(xiàn)場調(diào)度指揮的需要，同時彌補國內(nèi)在這方面研究的不足，本文針對高速鐵路受到嚴重干擾導致區(qū)間一條線路或者兩條線路臨時失去通過能力下的列車運行實時調(diào)整問題進行研究。文中借鑒運籌學優(yōu)化手段，通過建立干擾條件下的列車運行調(diào)整混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，采用有效的算法來快速的生成干擾條件下的列車運行調(diào)整方案，以協(xié)助調(diào)度員的實時調(diào)度決策。論文的主要工作如下:
　　(1)在對高速鐵

4、路列車運行干擾進行定義的基礎上，分析了干擾高速鐵路列車正常運行的相關因素，然后，對各干擾因素依據(jù)不同的標準進行了分類。結合世界高速鐵路以及我國高速鐵路干擾列車正常運行的事故實例，分析了事故的原因，說明了干擾列車正常運行的事故的頻發(fā)性。最后，對干擾條件下列車運行調(diào)整的內(nèi)容進行了較詳細的分析，并進一步將嚴重干擾條件下的列車運行調(diào)整歸結為高速鐵路區(qū)間一條線路在一段時間內(nèi)失去通過能力下的列車運行調(diào)整和高速鐵路區(qū)間上下行兩條線路在一段時間內(nèi)同時失

5、去通過能力下的列車運行調(diào)整，從而為后文的研究奠定基礎。
　　(2)干擾導致高速鐵路某區(qū)間上下行兩條線路同時失去通過能力的情況下，如果各車站的到發(fā)線分上下行列車分別使用，則上下行列車運行調(diào)整可以分別進行。本文將高速鐵路列車運行從宏觀層面上抽象為由事件-活動構成的網(wǎng)絡，構建了高速鐵路區(qū)間兩條線路在一段時間內(nèi)同時失效下的單方向列車運行調(diào)整的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。通過改變被干擾列車在各車站的到發(fā)時刻、到發(fā)順序以及適當取消部分列車來使列車盡

6、量恢復正常運行。模型中通過讓停在車站等待干擾的列車一直等到干擾真正結束，從而可以獲得更具魯棒性的列車運行調(diào)整結果。針對問題的特點，設計有效的兩階段求解算法，快速求解算例中各干擾情境下的列車運行調(diào)整方案，給調(diào)度員實時地提供列車運行調(diào)整圖。
　　(3)在干擾導致高速鐵路上下行兩條線路一段時間內(nèi)同時失去通過能力的條件下，為了減小干擾對整個列車運行的影響，提高高速鐵路的能力利用率，設定各車站到發(fā)線不分上下行使用。基于此，本文建立了同時考慮

7、上下行列車運行調(diào)整的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，通過合理地安排被干擾的列車在相應車站的停站、各干擾列車在各車站的到發(fā)時刻、到發(fā)順序等，從而盡量避免需要停站等待干擾結束的列車阻礙其它在干擾時段可以繼續(xù)運行的列車，降低干擾的影響。為了求解大規(guī)模的實際問題，設計了有效的滾動時域算法，從而能夠快速求解列車運行調(diào)整方案。
　　(4)干擾導致高速鐵路某區(qū)間一條線路在一段時間內(nèi)失去通過能力時，通常有三種策略來調(diào)整列車運行。本文結合鐵路現(xiàn)場實際，對三種

8、常見的調(diào)整策略進行了具體描述，并分別建立了三種策略下的列車運行調(diào)整模型。針對干擾持續(xù)時間的不確定性，本文采用基于最新獲取的信息逐步對列車進行調(diào)整的策略，結合滾動時域算法來處理干擾持續(xù)時間不確定情況下的列車運行調(diào)整問題。算例表明，本文方法能夠快速地求解各調(diào)整策略下的列車運行調(diào)整方案，不僅能為鐵路管理人員或調(diào)度員選擇合理的調(diào)度策略提供理論依據(jù)，而且還能給調(diào)度員提供實時列車運行調(diào)整圖，減輕他們的工作壓力。
　　(5)在高速鐵路受到嚴重干