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客运专线列车运行调整模型的研究

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　　【关键词】模型,研究,调整,运行,专线,列车,客运,

　列车在中间站由于进行必要的技术作业、客货作业、会车和越行等，必须发生的停站时间称为列车在中间站的停车时分。技术作业与客货作业的时间为标准时间，在列车恢复正点运行中，可调整度较小，定义为最小停站时间;列车的会让和越行，在列车恢复正点运行中，可调整度较大，定义为附加停站时间。

　　（三）车站间隔时间

　　车站间隔时间是指在车站上办理两列列车的到达、出发或通过作业所需的最小间隔时间。常用的车站间隔时间包括不同时到达间隔时间、会车间隔时间、同方向列车不同时发到间隔时间和不同时到发间隔时间等几种，其值大小与车站信号、道岔操纵方法，车站邻接区间的行车闭塞方法，以及车站类型、接近车站线路的平纵断面情况，机车类型，列车重量和长度等因素有关。在编制新列车运行图之前，每个车站都应根据具体条件，查定各种车站间隔时间。

　　（四）追踪列车间隔时间

　　在自动闭塞区段，一个站间区间内同方向两列或两列以上的列车，以闭塞分区间隔运行，称为追踪运行。追踪运行列车之间的最小间隔时间，称为追踪列车间隔时间。追踪列车间隔时间由同方向列车间隔距离、列车运行速度及信号、联锁、闭塞设备类型决定。

　　二、客运专线列车运行调整模型

　　（一）已知条件

　　我国拟建的客运专线线路条件为双线自动闭塞线路，其上下行线路条件基本相同，在本文当中，仅研究下行方向，建立客运专线的列车运行调整模型。

　　设某区段A—B有M个车站，车站集为S={1,2,3，…,M}，对应的区间集合为Q={1,2,3,…,M-1}，在该区段上运行的列车集为T={1,2,3,…,N}，对于这一给定的调整区段和运行基本图来讲，以下数据均为已知。

　　（二）客运专线列车运行调整的约束条件

　　对于客运专线的列车运行调整，考虑到其线路条件为双线自动闭塞，需考虑下列因素和限制条件:

　　(1)基本图;(2)列车优先级;(3)区间最大通过能力;(4)车站股道运用;(5)区间运行时间参数及车站间隔时间参数;(6) 反映调度员意图的人工干预;(7)相关限制条件

　　相关定义与约束条件的描述如下：

　　1、二元关系定义

　　这里引入td=来表示一天的时间，式中m为调整的最小时间单位。同时,引入符号+-，表示对时间的二元运算关系，其定义如下：

　　t1+t2=t1+t2,t1+t2≤tdt1+t2-td,t1+t2>td

　　t1-t2=t1-t2,t1-t2≥0t1-t2+td,t1-t2>0

　　（三）逻辑变量定义

　　定义布尔逻辑变量k,i如下

　　k,i=01

　　等于0时列车i在k节点不停车通过

　　等于1时列车i在k节点停车

　　（四）阶跃状态函数

　　定义二元阶跃函数u(x,t)如下：

　　u(x,t)=0 x≤t1 x>t

　　（五）列车等级函数定义。定义level(•)为列车等级函数，level(i)表示列车i的等级，其值越小，列车等级越高。

　　（六）客运专线列车运行调整必须满足的约束条件

　　1、区间运行时间约束

　　Ak+1,i-Dk,i≥tik,k+1（1-2）

　　(i∈T;K∈S)

　　在此约束条件中，对于任意列车i，其在两相邻站的运行时间不能小于允许该列车在该区间运行的最小运行时分。

　　2、车站作业时间约束

　　Ak,i-Dk,i≥k,i(Tk,i+kq+kt) （1-3）

　　在此约束条件中，把列车i在k站最小的作业时分，停车和起动附加时分三者之和记为列车i在车站k的最小作业时间。

　　3、车站追踪间隔约束。对于两个相邻列车i,j，其到达车站k的时刻需要满足到达间隔时间，其出发时间需满足出发间隔时间，描述如下：

　　Ak.j-Ak,i≥Ikd（1-4）

　　Dk.j-Dk,i≥Ikd(1-5)

　　4、列车越行约束。当列车i的后行列车j级别高于列车i时，level(j)> level(j)时，如果列车j要越行列车i，则必须满足一定的越行约束条件：

　　 Ak.j-Ak,i≥Ikd（1-6）
　　 Dk.j-Dk,i≥Ikd（1-7）

　　level(j)>level(j) （1-8）

　　5、出发时间约束

　　客运专线上运行的使旅客列车，对于旅客列车来说，列车的出发时刻不能早于计划图定时刻。

　　6、同向列车同一区间占用约束约束。为了保证行车安全，列车的交会和越行只能在车站进行，在区间内无法进行，因此，对于先后两列列车i,j，对同一区间的占用必须遵循先后原则，即先进先出，后进后出。

　　三、目标函数

　　列车运行调整就是在列车出现晚点时，改变列车在车站的到发时间，列车运行调整的目的是“按图停车”，提高正点率。评价一个列车运行调整计划需要一个衡量的标准，也就是用于调整评价的目标函数。

　　在实际调整过程中，列车的调整相对于不同的晚点列车有不同的调整顺序，不同等级的列车对其恢复正点运行的要求也不同，在客运专线上，开行的有高速动车组和普通中速列车，显然，高速列车和中速列车晚点相同时分时前者带来的损失更大。因此，本文采用调度区段内列车晚点函数作为调整评价目标函数，定义为调度区段内所有列车在所有站的到发晚点。

　　加权值是列车运行调整思想的重要体现，分为一般性规定和个性化规定。般性规定主要是指列车等级以及运行调整中的一般规定;列车等级可以根列车属于高速、中速等列车性质确定，具体设计中可以规定每一等级对应种加权值，也可以通过人机界面为调度员提供临时修改列车加权值的手段。算加权值时，也可以将列车已完成里程等列车晚点状态(一般采用相对值:车已运行距离/列车计划运行总距离或者列车未完成运行距离/列车计划运总距离)等其他概念加入加权值，以体现调度员运行调整的个性化思想。

　　四、总结

　　铁路实现运输调度管理的自动化、智能化、信息化，是铁路运输管理现代化的迫切需要，是长期以来全世界铁路运输工作者及学者一直探索的技术难题。本文针对铁路运输指挥自动化的核心问题—列车运行调整进行以下研究:

　　1、分析了影响列车运行调整的因素，指出了客运专线列车运行调整的特点及调整策略。

　　2、以列车总加权晚点时间最小为优化目标，建立了客运专线列车运行调整计划的规划模型。