客運專線列車運行調(diào)整模型的研究
時間：
劉文卓，田路1由 分享
【關鍵詞】模型,研究,調(diào)整,運行,專線,列車,客運,
列車在中間站由于進行必要的技術(shù)作業(yè)、客貨作業(yè)、會車和越行等，必須發(fā)生的停站時間稱為列車在中間站的停車時分。技術(shù)作業(yè)與客貨作業(yè)的時間為標準時間，在列車恢復正點運行中，可調(diào)整度較小，定義為最小停站時間;列車的會讓和越行，在列車恢復正點運行中，可調(diào)整度較大，定義為附加停站時間。
?。ㄈ┸囌鹃g隔時間
車站間隔時間是指在車站上辦理兩列列車的到達、出發(fā)或通過作業(yè)所需的最小間隔時間。常用的車站間隔時間包括不同時到達間隔時間、會車間隔時間、同方向列車不同時發(fā)到間隔時間和不同時到發(fā)間隔時間等幾種，其值大小與車站信號、道岔操縱方法，車站鄰接區(qū)間的行車閉塞方法，以及車站類型、接近車站線路的平縱斷面情況，機車類型，列車重量和長度等因素有關。在編制新列車運行圖之前，每個車站都應根據(jù)具體條件，查定各種車站間隔時間。
?。ㄋ模┳粉櫫熊囬g隔時間
在自動閉塞區(qū)段，一個站間區(qū)間內(nèi)同方向兩列或兩列以上的列車，以閉塞分區(qū)間隔運行，稱為追蹤運行。追蹤運行列車之間的最小間隔時間，稱為追蹤列車間隔時間。追蹤列車間隔時間由同方向列車間隔距離、列車運行速度及信號、聯(lián)鎖、閉塞設備類型決定。
二、客運專線列車運行調(diào)整模型
（一）已知條件
我國擬建的客運專線線路條件為雙線自動閉塞線路，其上下行線路條件基本相同，在本文當中，僅研究下行方向，建立客運專線的列車運行調(diào)整模型。
設某區(qū)段A—B有M個車站，車站集為S={1,2,3，…,M}，對應的區(qū)間集合為Q={1,2,3,…,M-1}，在該區(qū)段上運行的列車集為T={1,2,3,…,N}，對于這一給定的調(diào)整區(qū)段和運行基本圖來講，以下數(shù)據(jù)均為已知。
（二）客運專線列車運行調(diào)整的約束條件
對于客運專線的列車運行調(diào)整，考慮到其線路條件為雙線自動閉塞，需考慮下列因素和限制條件:
(1)基本圖;(2)列車優(yōu)先級;(3)區(qū)間最大通過能力;(4)車站股道運用;(5)區(qū)間運行時間參數(shù)及車站間隔時間參數(shù);(6) 反映調(diào)度員意圖的人工干預;(7)相關限制條件
相關定義與約束條件的描述如下：
1、二元關系定義
這里引入td=來表示一天的時間，式中m為調(diào)整的最小時間單位。同時,引入符號+-，表示對時間的二元運算關系，其定義如下：
t1+t2=t1+t2,t1+t2≤tdt1+t2-td,t1+t2>td
t1-t2=t1-t2,t1-t2≥0t1-t2+td,t1-t2>0
?。ㄈ┻壿嬜兞慷x
定義布爾邏輯變量k,i如下
k,i=01
等于0時列車i在k節(jié)點不停車通過
等于1時列車i在k節(jié)點停車
（四）階躍狀態(tài)函數(shù)
定義二元階躍函數(shù)u(x,t)如下：
u(x,t)=0 x≤t1 x>t
?。ㄎ澹┝熊嚨燃壓瘮?shù)定義。定義level(•)為列車等級函數(shù)，level(i)表示列車i的等級，其值越小，列車等級越高。
?。┛瓦\專線列車運行調(diào)整必須滿足的約束條件
1、區(qū)間運行時間約束
Ak+1,i-Dk,i≥tik,k+1（1-2）
(i∈T;K∈S)
在此約束條件中，對于任意列車i，其在兩相鄰站的運行時間不能小于允許該列車在該區(qū)間運行的最小運行時分。
2、車站作業(yè)時間約束
Ak,i-Dk,i≥k,i(Tk,i+kq+kt) （1-3）
在此約束條件中，把列車i在k站最小的作業(yè)時分，停車和起動附加時分三者之和記為列車i在車站k的最小作業(yè)時間。
3、車站追蹤間隔約束。對于兩個相鄰列車i,j，其到達車站k的時刻需要滿足到達間隔時間，其出發(fā)時間需滿足出發(fā)間隔時間，描述如下：
Ak.j-Ak,i≥Ikd（1-4）
Dk.j-Dk,i≥Ikd(1-5)
4、列車越行約束。當列車i的后行列車j級別高于列車i時，level(j)> level(j)時，如果列車j要越行列車i，則必須滿足一定的越行約束條件：
Ak.j-Ak,i≥Ikd（1-6）
Dk.j-Dk,i≥Ikd（1-7）
level(j)>level(j) （1-8）
5、出發(fā)時間約束
客運專線上運行的使旅客列車，對于旅客列車來說，列車的出發(fā)時刻不能早于計劃圖定時刻。
6、同向列車同一區(qū)間占用約束約束。為了保證行車安全，列車的交會和越行只能在車站進行，在區(qū)間內(nèi)無法進行，因此，對于先后兩列列車i,j，對同一區(qū)間的占用必須遵循先后原則，即先進先出，后進后出。
三、目標函數(shù)
列車運行調(diào)整就是在列車出現(xiàn)晚點時，改變列車在車站的到發(fā)時間，列車運行調(diào)整的目的是“按圖停車”，提高正點率。評價一個列車運行調(diào)整計劃需要一個衡量的標準，也就是用于調(diào)整評價的目標函數(shù)。
在實際調(diào)整過程中，列車的調(diào)整相對于不同的晚點列車有不同的調(diào)整順序，不同等級的列車對其恢復正點運行的要求也不同，在客運專線上，開行的有高速動車組和普通中速列車，顯然，高速列車和中速列車晚點相同時分時前者帶來的損失更大。因此，本文采用調(diào)度區(qū)段內(nèi)列車晚點函數(shù)作為調(diào)整評價目標函數(shù)，定義為調(diào)度區(qū)段內(nèi)所有列車在所有站的到發(fā)晚點。
加權(quán)值是列車運行調(diào)整思想的重要體現(xiàn)，分為一般性規(guī)定和個性化規(guī)定。般性規(guī)定主要是指列車等級以及運行調(diào)整中的一般規(guī)定;列車等級可以根列車屬于高速、中速等列車性質(zhì)確定，具體設計中可以規(guī)定每一等級對應種加權(quán)值，也可以通過人機界面為調(diào)度員提供臨時修改列車加權(quán)值的手段。算加權(quán)值時，也可以將列車已完成里程等列車晚點狀態(tài)(一般采用相對值:車已運行距離/列車計劃運行總距離或者列車未完成運行距離/列車計劃運總距離)等其他概念加入加權(quán)值，以體現(xiàn)調(diào)度員運行調(diào)整的個性化思想。
四、總結(jié)
鐵路實現(xiàn)運輸調(diào)度管理的自動化、智能化、信息化，是鐵路運輸管理現(xiàn)代化的迫切需要，是長期以來全世界鐵路運輸工作者及學者一直探索的技術(shù)難題。本文針對鐵路運輸指揮自動化的核心問題—列車運行調(diào)整進行以下研究:
1、分析了影響列車運行調(diào)整的因素，指出了客運專線列車運行調(diào)整的特點及調(diào)整策略。
2、以列車總加權(quán)晚點時間最小為優(yōu)化目標，建立了客運專線列車運行調(diào)整計劃的規(guī)劃模型。
列車在中間站由于進行必要的技術(shù)作業(yè)、客貨作業(yè)、會車和越行等，必須發(fā)生的停站時間稱為列車在中間站的停車時分。技術(shù)作業(yè)與客貨作業(yè)的時間為標準時間，在列車恢復正點運行中，可調(diào)整度較小，定義為最小停站時間;列車的會讓和越行，在列車恢復正點運行中，可調(diào)整度較大，定義為附加停站時間。
?。ㄈ┸囌鹃g隔時間
車站間隔時間是指在車站上辦理兩列列車的到達、出發(fā)或通過作業(yè)所需的最小間隔時間。常用的車站間隔時間包括不同時到達間隔時間、會車間隔時間、同方向列車不同時發(fā)到間隔時間和不同時到發(fā)間隔時間等幾種，其值大小與車站信號、道岔操縱方法，車站鄰接區(qū)間的行車閉塞方法，以及車站類型、接近車站線路的平縱斷面情況，機車類型，列車重量和長度等因素有關。在編制新列車運行圖之前，每個車站都應根據(jù)具體條件，查定各種車站間隔時間。
?。ㄋ模┳粉櫫熊囬g隔時間
在自動閉塞區(qū)段，一個站間區(qū)間內(nèi)同方向兩列或兩列以上的列車，以閉塞分區(qū)間隔運行，稱為追蹤運行。追蹤運行列車之間的最小間隔時間，稱為追蹤列車間隔時間。追蹤列車間隔時間由同方向列車間隔距離、列車運行速度及信號、聯(lián)鎖、閉塞設備類型決定。
二、客運專線列車運行調(diào)整模型
（一）已知條件
我國擬建的客運專線線路條件為雙線自動閉塞線路，其上下行線路條件基本相同，在本文當中，僅研究下行方向，建立客運專線的列車運行調(diào)整模型。
設某區(qū)段A—B有M個車站，車站集為S={1,2,3，…,M}，對應的區(qū)間集合為Q={1,2,3,…,M-1}，在該區(qū)段上運行的列車集為T={1,2,3,…,N}，對于這一給定的調(diào)整區(qū)段和運行基本圖來講，以下數(shù)據(jù)均為已知。
（二）客運專線列車運行調(diào)整的約束條件
對于客運專線的列車運行調(diào)整，考慮到其線路條件為雙線自動閉塞，需考慮下列因素和限制條件:
(1)基本圖;(2)列車優(yōu)先級;(3)區(qū)間最大通過能力;(4)車站股道運用;(5)區(qū)間運行時間參數(shù)及車站間隔時間參數(shù);(6) 反映調(diào)度員意圖的人工干預;(7)相關限制條件
相關定義與約束條件的描述如下：
1、二元關系定義
這里引入td=來表示一天的時間，式中m為調(diào)整的最小時間單位。同時,引入符號+-，表示對時間的二元運算關系，其定義如下：
t1+t2=t1+t2,t1+t2≤tdt1+t2-td,t1+t2>td
t1-t2=t1-t2,t1-t2≥0t1-t2+td,t1-t2>0
?。ㄈ┻壿嬜兞慷x
定義布爾邏輯變量k,i如下
k,i=01
等于0時列車i在k節(jié)點不停車通過
等于1時列車i在k節(jié)點停車
（四）階躍狀態(tài)函數(shù)
定義二元階躍函數(shù)u(x,t)如下：
u(x,t)=0 x≤t1 x>t
?。ㄎ澹┝熊嚨燃壓瘮?shù)定義。定義level(•)為列車等級函數(shù)，level(i)表示列車i的等級，其值越小，列車等級越高。
?。┛瓦\專線列車運行調(diào)整必須滿足的約束條件
1、區(qū)間運行時間約束
Ak+1,i-Dk,i≥tik,k+1（1-2）
(i∈T;K∈S)
在此約束條件中，對于任意列車i，其在兩相鄰站的運行時間不能小于允許該列車在該區(qū)間運行的最小運行時分。
2、車站作業(yè)時間約束
Ak,i-Dk,i≥k,i(Tk,i+kq+kt) （1-3）
在此約束條件中，把列車i在k站最小的作業(yè)時分，停車和起動附加時分三者之和記為列車i在車站k的最小作業(yè)時間。
3、車站追蹤間隔約束。對于兩個相鄰列車i,j，其到達車站k的時刻需要滿足到達間隔時間，其出發(fā)時間需滿足出發(fā)間隔時間，描述如下：
Ak.j-Ak,i≥Ikd（1-4）
Dk.j-Dk,i≥Ikd(1-5)
4、列車越行約束。當列車i的后行列車j級別高于列車i時，level(j)> level(j)時，如果列車j要越行列車i，則必須滿足一定的越行約束條件：
Ak.j-Ak,i≥Ikd（1-6）
Dk.j-Dk,i≥Ikd（1-7）
level(j)>level(j) （1-8）
5、出發(fā)時間約束
客運專線上運行的使旅客列車，對于旅客列車來說，列車的出發(fā)時刻不能早于計劃圖定時刻。
6、同向列車同一區(qū)間占用約束約束。為了保證行車安全，列車的交會和越行只能在車站進行，在區(qū)間內(nèi)無法進行，因此，對于先后兩列列車i,j，對同一區(qū)間的占用必須遵循先后原則，即先進先出，后進后出。
三、目標函數(shù)
列車運行調(diào)整就是在列車出現(xiàn)晚點時，改變列車在車站的到發(fā)時間，列車運行調(diào)整的目的是“按圖停車”，提高正點率。評價一個列車運行調(diào)整計劃需要一個衡量的標準，也就是用于調(diào)整評價的目標函數(shù)。
在實際調(diào)整過程中，列車的調(diào)整相對于不同的晚點列車有不同的調(diào)整順序，不同等級的列車對其恢復正點運行的要求也不同，在客運專線上，開行的有高速動車組和普通中速列車，顯然，高速列車和中速列車晚點相同時分時前者帶來的損失更大。因此，本文采用調(diào)度區(qū)段內(nèi)列車晚點函數(shù)作為調(diào)整評價目標函數(shù)，定義為調(diào)度區(qū)段內(nèi)所有列車在所有站的到發(fā)晚點。
加權(quán)值是列車運行調(diào)整思想的重要體現(xiàn)，分為一般性規(guī)定和個性化規(guī)定。般性規(guī)定主要是指列車等級以及運行調(diào)整中的一般規(guī)定;列車等級可以根列車屬于高速、中速等列車性質(zhì)確定，具體設計中可以規(guī)定每一等級對應種加權(quán)值，也可以通過人機界面為調(diào)度員提供臨時修改列車加權(quán)值的手段。算加權(quán)值時，也可以將列車已完成里程等列車晚點狀態(tài)(一般采用相對值:車已運行距離/列車計劃運行總距離或者列車未完成運行距離/列車計劃運總距離)等其他概念加入加權(quán)值，以體現(xiàn)調(diào)度員運行調(diào)整的個性化思想。
四、總結(jié)
鐵路實現(xiàn)運輸調(diào)度管理的自動化、智能化、信息化，是鐵路運輸管理現(xiàn)代化的迫切需要，是長期以來全世界鐵路運輸工作者及學者一直探索的技術(shù)難題。本文針對鐵路運輸指揮自動化的核心問題—列車運行調(diào)整進行以下研究:
1、分析了影響列車運行調(diào)整的因素，指出了客運專線列車運行調(diào)整的特點及調(diào)整策略。
2、以列車總加權(quán)晚點時間最小為優(yōu)化目標，建立了客運專線列車運行調(diào)整計劃的規(guī)劃模型。