基于准移动闭塞的多类干扰影响下高速铁路列车运行调整理论与方法研究

With the wide use of CTCS-3 (Chinese Train Control system) in high-speed railway system, current train rescheduling methods mainly based on a fixed block system show their obvious disadvantages, due to neglecting the dynamic tracking relationship between two consecutive trains. In view of this, it is an advance project to deal with the high-speed train rescheduling problem considering a quasi-moving block system, with the aim to provide solutions dealing with conflicts caused by multi-disruptions in different zones of railway line(s). Firstly, regarding to the influence of multi-disruptions in one dispatching segment (i.e., a part of one high-speed rail line), a microscopic model based on the alternative graph is formulated to reschedule high-speed trains and reroute the paths of trains in station areas simultaneously. Secondly, a mixed bi-level model combining microscopic and macroscopic models is applied to coordinate timetables rescheduled in each dispatching segment in one rail line. A distributed algorithm is proposed to accelerate the solving process, due to the strong NP-hard problem. Finally, a real-time train rescheduling method for a partial railway network around a busy high-speed railway station is established in detail, considering requirements of the bi-direction traffic and rolling stock circulation. The main applicable value of this project is to provide a theoretical guidelines and scientific basis for enhancing the intelligent of train dispatching, keeping the safety of train operations and improving passengers’ satisfaction.

随着CTCS-3列车运行控制系统在我国高速铁路的广泛应用，既有的基于固定闭塞行车方式的列车运行调整理论与方法未能准确描绘列车追踪运行的状态，存在一定的局限性。本项目选择准移动闭塞下的高速列车运行调整这一前沿性研究课题，研究如何快速制定在多类干扰事件影响下不同线网范围内的列车运行调整方案。首先，基于替代图理论从微观角度建立数学模型解决一个调度区段内的列车运行调整和车站进路调整同步优化问题；然后，建立宏观和微观双层次混合优化模型用以协调整条线路上多调度区段间的列车运行调整方案，设计相应的分布式算法克服线网规模对模型求解时间限制这一难题；最后，建立考虑到发线双向接发车和部分动车组接续等约束下的车站枢纽线网区域内的列车运行调整综合模型，设计启发式算法并进行实例验证。本研究为推进行车调度智能化、保障列车运行安全和提高旅客服务质量提供了重要的理论指导和科学依据。

随着CTCS—3列控技术在我国高速铁路上的应用，列车区间追踪运行的方式由传统的固定闭塞改为准移动闭塞，实现了列车的高密度、高速的控制，而对于有故障干扰下的行车调整方法一定程度上区别于传统的基于固定闭塞的列车运行调整方法，本项目基于准移动闭塞的特点，利用数学优化理论，在详细刻画列车动态追踪间隔与列车实时速度等级的基础上，利用替代图理论分别从一个调度区间应对单个故障干扰或者多个类型的故障干扰下的高铁列车行车调整问题，并同步实现了列车速度的实时控制，从一定程度上实现了准移动闭塞行车下的高铁列车的运营组织调整。随后，项目又从宏观角度研究一整条高铁线路在区间中断下的行车组织调整问题，并实现了动车组交路变更及车底使用计划的实时调整，为模型求解范围和求解问题复杂度的扩展做了进一步的探索。针对上述复杂数学模型，每部分均设计了有效的分解算法来加快模型的求解速度。为验证模型的有效性和可行性，以我国高速铁路的实际线网数据和列车运行计划进行了测试，结果表明：1）考虑准移动闭塞的列车运行调整方法可以减少更多的列车晚点时间，而且对列车速度的智能同步调整不仅能减少冲突的数量，也能提高列车运行的连续性；2）针对限速类危险因素，限速影响的空间范围会导致列车晚点的线性正增长，而限速影响的时间范围或者限速等级两个因素对晚点的影响比较复杂; 3）被取消列车主要集中在故障开始后的紧邻时间区域，首列车在故障区间的上游邻域区间的运行时间的长短，即故障发生后的初步处理时间的快慢，会直接影响线路的通过能力，对取消列车的数量起到很重要的作用。本研究为推进行车调度智能化、保障列车运行安全和提高旅客服务质量提供了重要的理论指导和科学依据。