详情

原文传递区间通过能力临时失效下高速铁路列车运行实时调整模型与算法研究

论文题名：	区间通过能力临时失效下高速铁路列车运行实时调整模型与算法研究
关键词：	高速铁路列车;调度指挥系统;运行干扰;区间通过能力
摘要：	高速铁路调度指挥系统是整个铁路行车组织的神经中枢，在确保高速铁路列车安全、正点、高效运行中起着重要的作用。为了保障高速铁路的运营安全和效率，我国高速铁路采用先进的调度系统和列车控制系统，因此，在正常情况下，列车在这些系统的控制下按照计划运行图自动运行。但是，在铁路日常运营组织过程中，难免会受到来自铁路系统内部以及外部的各种干扰因素的影响，从而影响列车正常运行。在微干扰条件下，列车可以利用计划运行图上的冗余时间，自动恢复正常运行。然而，当铁路系统受到较严重的干扰导致线路区间通过能力临时失效时，大量列车偏离原来的运行计划，部分列车不得不取消运行。在这种干扰条件下，调度员需要人为快速地调整受干扰影响的列车，在确保列车运行安全的前提下，尽可能减小干扰对整个列车运行的影响。　　目前，我国高速铁路在处理干扰条件下的列车运行时，采用的是以调度员人为调整为主，系统为辅的策略，因此，调度员需要快速地提供高效的列车运行调整方案。在这种情况下，调度员的工作压力非常大，而且很容易因为能力的局限性而很难及时地提供安全有效的列车运行调整方案。为了满足高速铁路现场调度指挥的需要，同时弥补国内在这方面研究的不足，本文针对高速铁路受到严重干扰导致区间一条线路或者两条线路临时失去通过能力下的列车运行实时调整问题进行研究。文中借鉴运筹学优化手段，通过建立干扰条件下的列车运行调整混合整数线性规划模型，采用有效的算法来快速的生成干扰条件下的列车运行调整方案，以协助调度员的实时调度决策。论文的主要工作如下: 　　(1)在对高速铁路列车运行干扰进行定义的基础上，分析了干扰高速铁路列车正常运行的相关因素，然后，对各干扰因素依据不同的标准进行了分类。结合世界高速铁路以及我国高速铁路干扰列车正常运行的事故实例，分析了事故的原因，说明了干扰列车正常运行的事故的频发性。最后，对干扰条件下列车运行调整的内容进行了较详细的分析，并进一步将严重干扰条件下的列车运行调整归结为高速铁路区间一条线路在一段时间内失去通过能力下的列车运行调整和高速铁路区间上下行两条线路在一段时间内同时失去通过能力下的列车运行调整，从而为后文的研究奠定基础。　　(2)干扰导致高速铁路某区间上下行两条线路同时失去通过能力的情况下，如果各车站的到发线分上下行列车分别使用，则上下行列车运行调整可以分别进行。本文将高速铁路列车运行从宏观层面上抽象为由事件-活动构成的网络，构建了高速铁路区间两条线路在一段时间内同时失效下的单方向列车运行调整的混合整数线性规划模型。通过改变被干扰列车在各车站的到发时刻、到发顺序以及适当取消部分列车来使列车尽量恢复正常运行。模型中通过让停在车站等待干扰的列车一直等到干扰真正结束，从而可以获得更具鲁棒性的列车运行调整结果。针对问题的特点，设计有效的两阶段求解算法，快速求解算例中各干扰情境下的列车运行调整方案，给调度员实时地提供列车运行调整图。　　(3)在干扰导致高速铁路上下行两条线路一段时间内同时失去通过能力的条件下，为了减小干扰对整个列车运行的影响，提高高速铁路的能力利用率，设定各车站到发线不分上下行使用。基于此，本文建立了同时考虑上下行列车运行调整的混合整数线性规划模型，通过合理地安排被干扰的列车在相应车站的停站、各干扰列车在各车站的到发时刻、到发顺序等，从而尽量避免需要停站等待干扰结束的列车阻碍其它在干扰时段可以继续运行的列车，降低干扰的影响。为了求解大规模的实际问题，设计了有效的滚动时域算法，从而能够快速求解列车运行调整方案。　　(4)干扰导致高速铁路某区间一条线路在一段时间内失去通过能力时，通常有三种策略来调整列车运行。本文结合铁路现场实际，对三种常见的调整策略进行了具体描述，并分别建立了三种策略下的列车运行调整模型。针对干扰持续时间的不确定性，本文采用基于最新获取的信息逐步对列车进行调整的策略，结合滚动时域算法来处理干扰持续时间不确定情况下的列车运行调整问题。算例表明，本文方法能够快速地求解各调整策略下的列车运行调整方案，不仅能为铁路管理人员或调度员选择合理的调度策略提供理论依据，而且还能给调度员提供实时列车运行调整图，减轻他们的工作压力。　　(5)在高速铁路受到严重干扰条件下，列车运行调整不仅仅是调整运行图，而且应同时考虑动车组调整，以保证调整后的运行图能够有相应的动车组来担当每列车的运输任务。本文建立了考虑动车组能力约束的列车运行调整模型，采用有效的算法进行求解，从而为调度员提供在动车组层面上仍然可行的列车运行调整方案。
作者：	占曙光
专业：	交通运输规划与管理
导师：	黄新初;彭其渊
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文