- 頭條大規模擾動情景下的高速鐵路運行圖調整方案模型分析與研究2021-07-27 作者：周浩然 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語鐵路系統特定區間在發生大規模擾動時，區間雙向能力失效的持續時間長且具有不確定性，需要在短時間內調整運行圖計劃并制定臨時調度命令組織行車以降低擾動影響。目前，存在的處理方案主要有列車在擾動區間后方站的待避或臨時折返。針對高速鐵路特定區間發生較大強度擾動情況下的運行圖調整問題，北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室、北京交通大學交通運輸學院的研究人員周浩然，在2019年《電氣技術》增刊中撰文，在既有的相關類型問題研究基礎上分析了不同情景下待避和臨時折返兩種調度方案的適用性；在考慮區間運輸組織安全、時空資源能力等基礎上，設計了混合整數規劃模型并利用CPLEX軟件實現了待避方案的求解驗證；對臨時折返調度方案進行了定性分析并對該方案適用性進行了探討。
鐵路系統依據運行圖計劃、機車運用計劃以及乘務計劃等具體基本計劃內容組織運輸生產作業。區間發生擾動是造成運行計劃調整的主要原因，然而在執行運輸計劃的實際過程中不可避免地會出現干擾影響，調度員需要根據擾動強度進行實時調度指揮和實際運行圖調整以保證作業安全和運輸指標要求。
區間擾動情況下運行圖調整問題的實際意義是對現有時空資源的再分配，以盡可能快地恢復系統基本運輸組織計劃，降低擾動影響。國內外學者圍繞運行圖、機車運用以及乘務計劃的調度調整，從不同角度對區間受干擾情況下運行圖調整問題進行了廣泛細致的研究。
Lucas P. Veelenturf等整理了鐵路實時調度調整的恢復模型和算法，并以最小取消車數和最小列車晚點和為目標設計了基于基礎設施和機車運用能力約束的運行圖調整模型，針對區間內車站設計一種基于“事件-活動”的列車運行流程結構用來優化列車線路調整。
Twan Dollevoet等統籌考慮了運行圖計劃、運用車計劃以及乘務計劃之間的聯系，提出了一種具有迭代結構的實時調度方案，并以荷蘭實際鐵路區段為例驗證了方案的可行性。鄧念等在干擾時間可預測的假設條件下針對待避方案，將減少取消車數納入目標函數建立整數規劃模型，以京滬高鐵為例設計兩種場景對比得出較優調整方案。
占曙光等在“事件-活動”網絡基礎上，考慮上下行系統均衡性，針對雙線高速鐵路出現較短時間的部分能力失效情況，建立混合整數規劃模型并對算例進行靈敏度分析，驗證了其均衡調度策略實際意義。孟令云等針對單線區間的擾動問題，在不取消車條件下提出了一種新的基于決策論和博弈論的運行調整模型，利用分支定界法求解并與基于優先級的調整方案對比驗證了模型的優越性。
Luan等利用“鎖閉區段鎖閉時間”和速度曲線概念，結合鐵路信號系統提出區間擾動情況下列車節能的混合整數規劃運行圖優化模型，線性化處理約束并設計速度曲線選擇模型，通過算法實現對三種模型的模擬數據量化對比，最終總結出模型的優缺。Nadjla Ghaemi等基于晚點恢復理論，對車站能力失效情況下的臨時折返方案建立混合整數規劃模型，折返站選擇在擾動相鄰兩車站范圍內，降低了運算維度。
國外尤其是歐洲國家多采用“網運分離”的鐵路運營方式且運行圖多為半小時周期圖，與我國高速鐵路運行圖周期、列車類型以及運行線、路網密度等特性存在差異。而國內對于高速鐵路特定區間發生強度較大擾動的臨時折返調度方案的研究并不多見。
圖1 待避方案
圖2 臨時折返方案（對稱成組情景）
在考慮區間運輸組織安全、時空資源能力等基礎上，北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室、北京交通大學交通運輸學院的研究人員在既有研究基礎上重點分析高速鐵路特定區間發生大規模擾動導致能力失效情境下的待避方案，設計了混合整數規劃模型并利用CPLEX軟件實現了待避方案求解驗證。
對臨時折返調度方案進行了定性分析并探討了該方案的適用性。國內對于臨時折返實時調度方案的相關研究較少，隨著鐵路運能的提升以及計算資源的不斷發展，下一階段有必要結合動車組運用計劃和乘務計劃對臨時折返方案進行定量研究。
以上研究成果發表在2019年《電氣技術》增刊，論文標題為“大規模擾動情景下的高速鐵路運行圖調整方案模型分析與研究”，作者為周浩然。
