- 頭條高鐵在區間發生故障時，如何短時間內獲得最優調度方案2021-04-02 作者：王藝楠 孟令云 等 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語高速鐵路列車調度對于鐵路行業的準點率和可靠性具有關鍵作用。當列車運行偏離計劃時，調度指揮部門制定運輸調整方案并下達實施，盡可能使列車運行恢復到原有計劃，減少對旅客和運行秩序產生的影響。干擾條件下的列車運行實時調整問題，是高速鐵路非正常情況下調度指揮工作的重要任務，是運輸組織調整優化的重要內容。 北京交通大學交通運輸學院的研究人員王藝楠、孟令云、龍思慧、樊亞夫，在2019年《電氣技術》增刊1上撰文（論文標題為“”高速鐵路列車區間故障條件下列車運行調整優化模型），重點研究高速鐵路列車在區間發生故障這一擾動情景下的列車運行調整問題，從微觀層面把列車在路網上的運行抽象為對離散行車資源的占用，建立了故障持續時間確定條件下的以所有列車晚點總時間最小為目標的混合整數規劃模型，通過改變列車到發時刻、運行徑路、次序等實現運輸調整的目標，用線性規劃商業軟件CPLEX求解。
以京滬高鐵北京南—德州東區段為例，驗證了確定性故障持續時間模型的有效性，結果表明求解結果和求解時間隨著故障持續時間的增加而增加。本文提出的模型和算法可以輔助調度員在故障發生后的較短時間獲得最優調度方案，提高調度應急處置的能力。
高鐵在正常環境下是按圖行車的，但是在遇到由人員因素、自然環境因素、固定設施移動設備因素等帶來的擾動時，高鐵運行將偏離計劃，造成列車晚點、旅客出行滿意度下降、鐵路通過能力降低、運輸效益下降等不良影響，嚴重的擾動和不及時的恢復甚至會降低民眾對高鐵的認可度。
我國高鐵基本實現了安全平穩運行，但由于高鐵密度高、晚點傳播快，偶發的突發事件仍會造成高鐵大面積晚點，帶來不良的社會影響。所以，如何使高鐵在干擾條件下通過各種手段盡快恢復到正常狀態，降低性能損失，提高鐵路運輸系統的可靠性和彈性，提高鐵路的應急處置能力，是高鐵調度領域研究的重要內容。
在干擾條件下的高速鐵路運行調整領域，既有研究可將列車運行調整模型分為從宏觀路網角度基于列車事件-活動網絡的模型和從微觀路網角度考慮行車資源和列車徑路的基于鎖閉時間理論的模型。
占曙光探討了高速鐵路區間能力部分失效組織高鐵列車共線運行時，需要考慮安全因素、是否取消車次、故障區間通過次序等建立列車運行調整模型，從宏觀上將鐵路網絡抽象為事件-活動網絡，以最小化列車晚點懲罰值、早點懲罰值和取消車次懲罰值之和為目標函數，建立了混合整數規劃模型，用CPLEX求解，以京滬高鐵某條線全天42對長途列車為數據集，設立了9種不同故障發生時間、故障區間、故障持續時間的情景，結果表明所提出的雙方向都允許追蹤運行的調度策略優于現場調度策略；但模型中的中間站接車時必須留有空閑股道這一約束可行性不大。
占曙光還研究了高鐵兩條正線同時失效的大干擾條件下的實時調整問題，主要研究故障發生時已經在區間的列車如何停站、是否需要取消未開出的列車、故障結束后如何確定各列車的運行次序等問題，假設列車不允許在區間停留，但可以退回發車站停車，仍然從宏觀層面把列車運行抽象為由事件和活動構成的網絡，以列車總晚點時間懲罰值和列車取消懲罰值加權和最小為目標值，建立了整數規劃模型，對大規模路網問題設計了兩階段算法進行求解，以京滬高鐵上行全線42列車的不同故障開始時間、干擾區間、干擾持續時間為測試數據集，結果表明兩階段法的有效性。占曙光對高速鐵路區間能力完全失效和部分失效的模型進行了探討。
季學勝提出了列車到發時刻與進路同步優化的高速鐵路列車運行調整模型。Meng Lingyun提出了一種同步優化列車調度和列車路徑的改進累積流變量模型，考慮了四種典型的調度措施：改變到發時刻、改變次序、改變股道、改變路徑。用行車資源的占用反映“軌道區段鎖閉時間”，從微觀路網角度建立運行調整約束，對不同列車數、不同路網尺度、不同施工區段的大M法、累積流變量法的線性規劃模型、線性松弛模型、拉格朗日松弛模型進行求解，大量的數值實驗表明，拉格朗日松弛法可以比線性松弛法提高下限質量。拉格朗日松弛法在廖正文的研究中也被應用。
根據對文獻的檢索發現，綜合考慮微觀徑路、調度和徑路一體化的模型尚不多見，且既有研究多是因線路等固定設備因素導致區間通過能力喪失，本文的研究是因動車組的故障導致區間通過能力喪失。
本文引入行車資源的概念將我國高速鐵路網絡從微觀層面上抽象為由離散的行車資源構成的網絡，基于此對高速鐵路區間故障條件下列車運行實時調整問題進行了闡述。在考慮列車運行安全約束以及實際約束的基礎上，建立了高速鐵路區間故障條件下的故障持續時間確定的列車運行實時調整MILP模型。
以京滬高速鐵路北京南—德州東區段3h時段的下行列車的實際數據為依據，考慮到高速鐵路線路故障的隨機性和不確定性，共假設了27種不同故障場景，采用本文模型對各種干擾情景下的列車運行實時調整方案進行了計算，并將計算結果進行了對比。本模型可以輔助調度員實時決策，提高應急能力。
高速鐵路區間故障條件下的列車運行調整是大規模組合優化問題，短時間內有時無法獲得最優解，為了使模型在問題規模擴大時仍然適用，可以考慮將模型松弛，得到可行解。此外，本文是在假設故障持續時間已知的情況下，對列車運行調整問題進行了研究，考慮到故障的不確定性，將本文模型擴展到處理故障持續時間不確定情況下的列車運行調整問題是下一步研究的重點。
