區(qū)間通過能力臨時(shí)失效下高速鐵路列車運(yùn)行實(shí)時(shí)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(gè)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(diǎn)、高效運(yùn)行中起著重要的作用。為了保障高速鐵路的運(yùn)營(yíng)安全和效率，我國高速鐵路采用先進(jìn)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(jì)劃運(yùn)行圖自動(dòng)運(yùn)行。但是，在鐵路日常運(yùn)營(yíng)組織過程中，難免會(huì)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(yùn)行。在微干擾條件下，列車可以利用計(jì)劃運(yùn)行圖上的冗余時(shí)間，自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。然而，當(dāng)

2、鐵路系統(tǒng)受到較嚴(yán)重的干擾導(dǎo)致線路區(qū)間通過能力臨時(shí)失效時(shí)，大量列車偏離原來的運(yùn)行計(jì)劃，部分列車不得不取消運(yùn)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(yùn)行安全的前提下，盡可能減小干擾對(duì)整個(gè)列車運(yùn)行的影響。
　　目前，我國高速鐵路在處理干擾條件下的列車運(yùn)行時(shí)，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(yùn)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?yàn)?/p>

3、能力的局限性而很難及時(shí)地提供安全有效的列車運(yùn)行調(diào)整方案。為了滿足高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度指揮的需要，同時(shí)彌補(bǔ)國內(nèi)在這方面研究的不足，本文針對(duì)高速鐵路受到嚴(yán)重干擾導(dǎo)致區(qū)間一條線路或者兩條線路臨時(shí)失去通過能力下的列車運(yùn)行實(shí)時(shí)調(diào)整問題進(jìn)行研究。文中借鑒運(yùn)籌學(xué)優(yōu)化手段，通過建立干擾條件下的列車運(yùn)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(yùn)行調(diào)整方案，以協(xié)助調(diào)度員的實(shí)時(shí)調(diào)度決策。論文的主要工作如下:
　　(1)在對(duì)高速鐵

4、路列車運(yùn)行干擾進(jìn)行定義的基礎(chǔ)上，分析了干擾高速鐵路列車正常運(yùn)行的相關(guān)因素，然后，對(duì)各干擾因素依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分類。結(jié)合世界高速鐵路以及我國高速鐵路干擾列車正常運(yùn)行的事故實(shí)例，分析了事故的原因，說明了干擾列車正常運(yùn)行的事故的頻發(fā)性。最后，對(duì)干擾條件下列車運(yùn)行調(diào)整的內(nèi)容進(jìn)行了較詳細(xì)的分析，并進(jìn)一步將嚴(yán)重干擾條件下的列車運(yùn)行調(diào)整歸結(jié)為高速鐵路區(qū)間一條線路在一段時(shí)間內(nèi)失去通過能力下的列車運(yùn)行調(diào)整和高速鐵路區(qū)間上下行兩條線路在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)失

5、去通過能力下的列車運(yùn)行調(diào)整，從而為后文的研究奠定基礎(chǔ)。
　　(2)干擾導(dǎo)致高速鐵路某區(qū)間上下行兩條線路同時(shí)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(yùn)行調(diào)整可以分別進(jìn)行。本文將高速鐵路列車運(yùn)行從宏觀層面上抽象為由事件-活動(dòng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了高速鐵路區(qū)間兩條線路在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)失效下的單方向列車運(yùn)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(shí)刻、到發(fā)順序以及適當(dāng)取消部分列車來使列車盡

6、量恢復(fù)正常運(yùn)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(jié)束，從而可以獲得更具魯棒性的列車運(yùn)行調(diào)整結(jié)果。針對(duì)問題的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(yùn)行調(diào)整方案，給調(diào)度員實(shí)時(shí)地提供列車運(yùn)行調(diào)整圖。
　　(3)在干擾導(dǎo)致高速鐵路上下行兩條線路一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)失去通過能力的條件下，為了減小干擾對(duì)整個(gè)列車運(yùn)行的影響，提高高速鐵路的能力利用率，設(shè)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(shí)考慮

7、上下行列車運(yùn)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(yīng)車站的停站、各干擾列車在各車站的到發(fā)時(shí)刻、到發(fā)順序等，從而盡量避免需要停站等待干擾結(jié)束的列車阻礙其它在干擾時(shí)段可以繼續(xù)運(yùn)行的列車，降低干擾的影響。為了求解大規(guī)模的實(shí)際問題，設(shè)計(jì)了有效的滾動(dòng)時(shí)域算法，從而能夠快速求解列車運(yùn)行調(diào)整方案。
　　(4)干擾導(dǎo)致高速鐵路某區(qū)間一條線路在一段時(shí)間內(nèi)失去通過能力時(shí)，通常有三種策略來調(diào)整列車運(yùn)行。本文結(jié)合鐵路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)三種

8、常見的調(diào)整策略進(jìn)行了具體描述，并分別建立了三種策略下的列車運(yùn)行調(diào)整模型。針對(duì)干擾持續(xù)時(shí)間的不確定性，本文采用基于最新獲取的信息逐步對(duì)列車進(jìn)行調(diào)整的策略，結(jié)合滾動(dòng)時(shí)域算法來處理干擾持續(xù)時(shí)間不確定情況下的列車運(yùn)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(yùn)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(shí)時(shí)列車運(yùn)行調(diào)整圖，減輕他們的工作壓力。
　　(5)在高速鐵路受到嚴(yán)重干