CN113715875B - 一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法、***及存储介质。该方法包括：构建表征列车群运行逻辑关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络；以列车事件和列车活动为基本单元建立面向初始延误扰动、列车事件容忍延误、列车事件取消和面向区间限速扰动约束集，综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将初始延误、列车事件容忍延误、列车事件取消约和区间限速扰动等约束集的解耦结果添加到列车群运行调控模型中，求解列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案。本发明可以生成最优列车运行调控方案，降低了调控后列车运行方案与原计划方案的偏离程度，保障突发事件下列车运行安全和列车服务质量。

Description

一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法和***

技术领域

本发明涉及列车安全调度技术领域，尤其涉及一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法、***及存储介质。

背景技术

在日常运营过程中，高速铁路***不可避免地会受到恶劣天气、设施设备故障、人的不安全行为等突发事件的影响，导致列车无法按照计划运行图运行，降低铁路运输服务质量，甚至造成行车安全事故，因此，需要调度员快速制定高质量的列车运行调整方案。目前，我国调度现场主要是通过调度员经验，利用计算机人工手动调整列车运行计划。人工很难在短时间内获得较高质量的列车运行计划调整方案，增加了突发事件响应时间和恢复时间，扩大了突发事件影响，给现场调度员带来了极大的工作压力。

与目前现场高速铁路列车运行的人工调控方法相比，面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法，从宏观层面采用事件活动网络刻画列车群运行逻辑关系，基于事件活动网络，刻画列车事件延误、列车事件取消和区间限速等约束，同时基于列车事件活动重新刻画了列车区间运行活动和停站作业时间约束、列车到发时刻逻辑约束、线路能力约束、车站到发线数量等约束条件，以调控后列车运行计划与原列车运行计划的偏离程度最小为目标函数，构建列车运行调控模型，求解模型实现了高质量列车运行调控方案自动化生成，减轻调度员工作压力，提升突发事件下列车服务质量，因此对高速铁路突发事件下列车安全调度具有重大的实用价值和推广意义。

目前，现有技术中还没有一种有效的面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法、***及存储介质。

发明内容

本发明的实施例提供了一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法、***及存储介质，以实现高质量列车运行调控方案自动化生成，减轻调度员工作压力，提升突发事件下列车服务质量。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法，包括：

步骤S1：构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络；

步骤S2：以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，通过添加中间决策变量方法解耦初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，获得线性初始延误约束集合、列车事件容忍延误约束集合和列车事件取消约束集合；

步骤S3：以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向区间限速扰动约束集，添加中间决策变量方法解耦区间限速扰动约束集，获得线性区间限速扰动约束集合；

步骤S4：综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，求解所述列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案。

优选地，所述的步骤S1中的构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络，包括：

S11:基于铁路线路拓扑结构和列车运行径路，从车次tr、车站s和事件类型type三个属性构建列车事件集合E；从区间运行、停站和列车群相继占用运行资源间隔方面构建列车活动集合A；

S12：根据事件类型不同，列车事件e_i分为列车到达事件和列车出发事件，e_i∈e{tr_i,s_i,type_i}；根据构成活动的关联事件类型不同，列车活动a_i,j＝(e_i,e_j)包括列车区间运行活动、停站活动和间隔活动，间隔活动分为到达间隔活动、出发间隔活动和发到间隔活动；

S13：根据所述列车事件集合E和列车活动集合A构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络，初始延误包括单列车到达或出发延误超过30分钟或运行图中大部分列车群发生延误现象，区间限速包括单个或多个高速铁路区间发生临时限速。

优选地，所述的步骤S2中的以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，通过添加中间决策变量方法解耦初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，获得线性初始延误约束集合、列车事件容忍延误约束集合和列车事件取消约束集合，包括：

S21：以列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元描述初始延误场景，从而构建面向初始延误场景下的约束集合，该约束集合包括面向初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，通过添加中间决策变量方法解耦初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和事件取消约束集，获得线性初始延误约束集合、列车事件容忍延误约束集合和列车事件取消约束集合；

定义决策变量ω_e为列车事件e调整后的发生时刻、决策变量c_e为列车事件e是否取消、决策变量d_e为列车事件e的发生时刻与计划发生时刻的偏差，定义参数pt_e为列车事件e计划发生时刻、参数dt_e为列车事件e的初始延误时间，列车事件与计划时刻偏差为：d_e＝|ω_e-pt_e|；

列车事件取消时该列车事件计算入目标函数的偏差为0；列车事件不取消时该列车事件计算入目标函数的偏差为d_e，引入中间决策变量

为计算入目标函数的列车事件发生时刻偏差，则相关约束条件如下：

d_e≥ω_e-pt_e，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s∈R_tr,type∈{dep,arr}}

d_e≥-(ω_e-pt_e)，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s∈R_tr,type∈{dep,arr}}

e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝R_tr,type∈{arr,dep}}

e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝R_tr,type∈{arr,dep}}

e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝R_tr,type∈{arr,dep}}

发生初始延误的列车事件调整后的发生时刻不早于列车事件计划发生时刻与初始延误时间的总和，需满足约束如下：

ω_e-pt_e≥c_e·(M-dt_e)+dt_e，

S22：定义列车在始发站的出发延误超过延误容忍阈值DT_toler，该列车取消，需要满足约束如下：

d_e-DT_toler≥(c_e-1)·M，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝o_tr,type＝dep}

所属同列车的事件取消决策与前一列车事件的取消决策一致，即同列车的后续事件取消决策取决于列车在始发站出发事件的取消决策，满足约束如下：

将初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集的解耦后的线性约束集合，添加到列车群运行调控模型中。

优选地，所述的步骤S3中的以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向区间限速扰动约束集，添加中间决策变量方法解耦区间限速扰动约束集，获得线性区间限速扰动约束集合，包括：

S31：以列车事件和列车活动为基本单元描述区间限速场景，构建面向区间限速场景下的区间限速扰动约束集，通过添加中间决策变量方法解耦区间限速扰动约束集，获得线性区间限速扰动约束集合；确定直接受区间限速影响的列车，引入中间决策变量：

为列车tr∈T在其运行方向突发事件影响结束车站

的计划到达时刻是否大于等于突发事件发生时刻

为列车tr在其运行方向突发事件影响开始车站

的计划出发时刻是否小于等于突发事件结束时刻

z_tr为列车是否受突发事件影响，当且仅当列车tr在突发事件影响结束车站

的计划时刻大于等于突发事件发生时刻

和列车tr在突发事件影响开始车站

的计划出发时刻小于等于突发事件结束时刻

同时成立，即

列车tr受到突发事件的影响，满足如下约束：

tr∈T

tr∈T

tr∈T

S32：确定列车在突发事件下的限速等级和区间运行时分增加程度θ，其满足约束如下：

(e_i,e_j)＝a∈A_run

将区间限速扰动约束集的解耦后的线性约束集合，添加到后续的列车群运行调控模型。

优选地，所述的步骤S4中的综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，求解所述列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案，包括：

S41：面向列车初始延误与区间限速并发场景，采用调整后列车在计划停车站的到发时刻与计划时刻的偏差和取消列车数量来衡量，调整后列车调度方案与列车原运行计划方案的偏离程度，以最小化所述偏离程度为目标建立如下的目标函数：

其中w_diff和w_cancel分别表示列车到发时刻总偏差和停运列车数量的计算权重，且停运列车数量的计算权重远大于列车在其计划停车站到发时刻总偏差计算权重，w_diff＝1和w_cancel＝1000；

S42：构建面向初始延误与区间限速的列车群运行调控模型，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，所述列车群运行调控模型除了包括列车初始延误约束、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束和区间限速扰动约束之外，还包括如下的基于列车事件活动表征的其他约束：

(1)车站到发线数量约束

e_i∈e{tr_i,s_i,type_i|tr_i∈T,s_i＝s_j,type_i＝arr}

e_k∈e{tr_k,s_k,type_k|tr_k∈T,s_k＝s_j,type_k＝dep}

e_q∈e{tr_q,s_q,type_q|tr_q＝tr_j,s_q＝s_j,type_q＝dep}

为决策同一方向相邻列车相继到达同一车站时是否占用该车站同一到发线，引入决策变量：χ(e_k,e_j)为列车事件e_k和列车事件e_j是否占用相同到发线，满足如下约束：

e_k∈e{tr_k,s_k,type_k|tr_k∈T,tr_k≠tr_j,s_k＝s_j,type_k＝dep}

(2)列车区间运行活动和停站作业时间约束

(e_i,e_j)＝a，a∈A_run∪A_dwell，

或

e_j∈e{tr_j,s_j,type_j|tr_j＝tr_i,s_j＝s_i,type_j＝dep}

(3)列车在站到发时刻逻辑约束和线路能力约束

e_j∈e{tr_j,s_j,type_j|tr_j＝tr_i,s_j＝s_i,type_j＝dep}，(e_i,e_j)＝a，a∈A_station

o(e_i,e_j)+o(e_j,e_i)＝1

o(e_i,e_j)-o(e_k,e_q)＝0

(e_i,e_j)∈A_run

(e_k,e_q)∈A_run

所述的约束条件和目标函数的相关参数变量为：T为列车运行图中所有列车集合；S为列车运行图中所涉及的车站集合；tr_i为列车编号tr_i∈T；

为列车tr_i的相邻列车集合；s_i为车站编号；

为列车tr_i运行方向车站s_i的下一个车站；o_tr为列车tr的始发站；d_tr为列车tr的终到站；R_tr为列车tr的运行径路；

为列车tr_i和tr_j的相同径路中车站集合；

为列车tr的计划停车站，

type_i为列车事件类型，type_i∈{arr,dep}；e_i为列车事件，e_i＝e{tr_i,s_i,type_i}；E为列车事件集合，e_i∈E；

为发生初始晚点的列车事件集合；a_i,j为活动，a_i,j＝(e_i,e_j)；A_run为区间运行活动集合；A_dwell为停站活动集合；A_station为车站活动集合，包括停站活动和通过活动；

为相邻列车到达间隔活动集合；

为相邻列车出发间隔活动集合；

为相继占用同一到发线的列车发到间隔活动集合；pt_e为列车事件计划发生时刻；

为活动最小持续时间；

为车站s在列车tr运行方向的到发线数量；

S43：采用分枝定界算法求解所述列车群运行调控模型，优先搜索0-1决策变量，输出最优列车群运行调控方案，所述最优列车群运行调控方案中包括调控后的列车运行线和限速时空范围。

一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控***，包括：

基础数据模块：用于存储铁路线路拓扑表和列车运行计划表数据；

事件活动网络构建模块：用于根据铁路线路拓扑和列车运行计划数据，构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络；

列车运行调控方案在线生成模块：用于综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，求解所述列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案；

列车运行调控方案显示模块：用于显示列车运行调度方案，并发布列车运行调控方案进行调度。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例克服了传统调度员人工无法短时间内编制高质量的列车运行调控方案的难题，实现了最优列车运行调控方案的在线生成；有效降低了调控后列车运行方案与原计划方案的偏离程度，保障突发事件下列车运行安全和列车服务质量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法的处理流程图；

图2为本发明实施例提供的一种事件活动网络示意图；

图3为本发明实施例提供的一种岳阳东站至广州南站区段的某日列车运行计划图；

图4为本发明实施例提供的一种某突发事件情况下列车运行调控方案图；

图5为本发明实施例提供的一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控***结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明提供了一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法、***，下面结合附图对本发明进一步详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

首先，如图1所示，本发明实施例提供的一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法的处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：

步骤S1：构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络，以列车事件活动网络中的列车事件和活动为基本单元刻画列车初始延误约束、列车事件容忍延误约束、列车事件取消约束、区间限速扰动约束、车站到发线数量约束、列车区间运行活动和停站作业时间约束、列车在站到发时刻逻辑约束和线路能力约束。

S11:基于铁路线路拓扑结构和列车运行径路，从车次tr、车站s和事件类型type三个属性构建列车事件集合E；从区间运行、停站和列车群相继占用运行资源间隔方面，构建列车活动集合A；

S12：根据事件类型不同，列车事件e_i分为列车到达事件和列车出发事件，e_i∈e{tr_i,s_i,type_i}；根据构成活动的关联事件类型不同，列车活动a_i,j＝(e_i,e_j)包括列车区间运行活动、停站活动和间隔活动，间隔活动可分为到达间隔活动、出发间隔活动和发到间隔活动，从而表征列车群间运行逻辑相关关系；

图2为本发明实施例提供的一种事件活动网络示意图，如图2所示，列车1、2和3在车站A、B、C和D组成的铁路线网上的事件活动网络。列车1和2的运行径路是{车站A,车站B,车站C}，列车3的运行径路是{车站D，车站B,车站C}，网络中虚线表示相邻列车在其运行冲突径路上的运行顺序关系，列车1最先到达车站C，其次是列车2，最后是列车3。图2表征了3趟列车的运行逻辑关系。

S13：根据所述列车事件集合E和列车活动集合A构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络，初始延误场景包括单列车到达或出发延误超过30分钟或运行图中大面积列车群发生延误现象，区间限速场景是指单个或多个高速铁路区间发生临时限速。

步骤S2：以列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元描述初始延误场景，从而构建面向初始延误场景下的约束集合，该约束集合包括面向初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，通过添加中间决策变量方法解耦初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和事件取消约束集。

S21：定义决策变量ω_e为列车事件e调整后的发生时刻、决策变量c_e为列车事件e是否取消、决策变量d_e为列车事件e的发生时刻与计划发生时刻的偏差，定义参数pt_e为列车事件e计划发生时刻、参数dt_e为列车事件e的初始延误时间，列车事件与计划时刻偏差为：d_e＝|ω_e-pt_e|

因列车事件取消时，其计算入目标函数的偏差为0；列车事件不取消时，其计算入目标函数的偏差为d_e，因此引入中间决策变量

为计算入目标函数的列车事件发生时刻偏差，则相关约束条件如下：

d_e≥ω_e-pt_e，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s∈R_tr,type∈{dep,arr}}

d_e≥-(ω_e-pt_e)，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s∈R_tr,type∈{dep,arr}}

e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝R_tr,type∈{arr,dep}}

e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝R_tr,type∈{arr,dep}}

e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝R_tr,type∈{arr,dep}}

发生初始延误的列车事件调整后的发生时刻不早于列车事件计划发生时刻与初始延误时间的总和，需满足约束如下：

ω_e-pt_e≥c_e·(M-dt_e)+dt_e，

S22：定义列车在始发站的出发延误超过延误容忍阈值DT_toler，该列车取消，需要满足约束如下：

d_e-DT_toler≥(c_e-1)·M，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝o_tr,type＝dep}

所属同列车的事件取消决策与前一列车事件的取消决策一致，即同列车的后续事件取消决策取决于列车在始发站出发事件的取消决策，满足约束如下：

并将初始延误约束集、列车事件容忍延误约束和列车事件取消约束集的解耦后的线性约束集合，添加到步骤4中的列车群运行调控模型，进一步完善列车群运行调控模型。

步骤S3：以列车事件和列车活动为基本单元描述区间限速场景，从而构建面向区间限速场景下的约束集合。建立面向区间限速扰动约束集，添加中间决策变量方法解耦区间限速扰动约束集。

S31：确定直接受区间限速影响的列车，引入中间决策变量：

为列车tr∈T在其运行方向突发事件影响结束车站

的计划到达时刻是否大于等于突发事件发生时刻

为列车tr在其运行方向突发事件影响开始车站

的计划出发时刻是否小于等于突发事件结束时刻

z_tr为列车是否受突发事件影响，当且仅当列车tr在突发事件影响结束车站

的计划时刻大于等于突发事件发生时刻

和列车tr在突发事件影响开始车站

的计划出发时刻小于等于突发事件结束时刻

同时成立，即

列车tr受到突发事件的影响，满足如下约束：

tr∈T

tr∈T

tr∈T

S32：受突发事件影响的列车在事件影响时空范围内的区间运行时分增加，其增加程度取决于区间限速等级，根据高速铁路行车规则和突发事件下应急响应预案，确定列车在突发事件下的限速等级和区间运行时分增加程度θ，其满足约束如下：

(e_i,e_j)＝a∈A_run

并将区间限速扰动约束集的解耦后的线性约束集合，添加到后续步骤4中的列车群运行调控模型，进一步完善列车群运行调控模型。

步骤S4：综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到列车群运行调控模型中，求解列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案。

S41：面向列车初始延误与区间限速并发场景，考虑最小化调整后列车调度方案与列车原运行计划方案的偏离程度，采用偏离程度可用调整后列车在计划停车站的到发时刻与计划时刻的偏差和取消列车数量进行衡量，目标函数：

其中w_diff和w_cancel分别表示列车到发时刻总偏差和停运列车数量的计算权重，且停运列车数量的计算权重远大于列车在其计划停车站到发时刻总偏差计算权重，w_diff＝1和w_cancel＝1000；

S42：构建面向初始延误与区间限速的列车群运行调控模型，模型全部约束除包括初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集，还包括基于列车事件活动表征的其他约束如下：

(1)车站到发线数量约束

e_i∈e{tr_i,s_i,type_i|tr_i∈T,s_i＝s_j,type_i＝arr}

e_j∈e{tr_j,s_j,type_j|tr_j∈T,s_j＝R_trj,type_j＝arr}

e_k∈e{tr_k,s_k,type|_ktr_k∈T,s_k＝s_j,type_k＝dep}

e_q∈e{tr_q,s_q,type_q|tr_q＝tr_j,s_q＝s_j,type_q＝dep}

此外，为决策同一方向相邻列车相继到达同一车站时是否占用该车站同一到发线，引入决策变量：χ(e_k,e_j)为列车事件e_k和列车事件e_j是否占用相同到发线，满足如下约束：

e_k∈e{tr_k,s_k,type_k|tr_k∈T,tr_k≠tr_j,s_k＝s_j,type_k＝dep}

(2)列车区间运行活动和停站作业时间约束

(e_i,e_j)＝a，a∈A_run∪A_dwell，

或

e_j∈e{tr_j,s_j,type_j|tr_j＝tr_i,s_j＝s_i,type_j＝dep}

(3)列车在站到发时刻逻辑约束和线路能力约束

e_j∈e{tr_j,s_j,type_j|tr_j＝tr_i,s_j＝s_i,type_j＝dep}，(e_i,e_j)＝a，a∈A_station

o(e_i,e_j)+o(e_j,e_i)＝1

o(e_i,e_j)-o(e_k,e_q)＝0

(e_i,e_j)∈A_run

e_q∈e{tr_q,s_q,type_q|tr_q＝tr_j,s_q＝s_k,type_q＝type_k}，(e_k,e_q)∈A_run

所述的约束条件和目标函数的相关参数变量为：T为列车运行图中所有列车集合；S为列车运行图中所涉及的车站集合；tr_i为列车编号tr_i∈T；

为列车tr_i的相邻列车集合；s_i为车站编号；

为列车tr_i运行方向车站s_i的下一个车站；o_tr为列车tr的始发站；d_tr为列车tr的终到站；R_tr为列车tr的运行径路；

为列车tr_i和tr_j的相同径路中车站集合；

为列车tr的计划停车站，

type_i为列车事件类型，type_i∈{arr,dep}；e_i为列车事件，e_i＝e{tr_i,s_i,type_i}；E为列车事件集合，e_i∈E；

为发生初始晚点的事件集合；a_i,j为活动，a_i,j＝(e_i,e_j)；A_run为区间运行活动集合；A_dwell为停站活动集合；A_station为车站活动集合，包括停站活动和通过活动；

为相邻列车到达间隔活动集合；

为相邻列车出发间隔活动集合；

为相继占用同一到发线的列车发到间隔活动集合；pt_e为列车事件计划发生时刻；

为活动最小持续时间；

为车站s在列车tr运行方向的到发线数量；

S43：根据所构建的列车群运行调控模型属于混合整数线性规划的特点，同时模型中0-1逻辑决策变量居多，采用分枝定界算法，优先搜索0-1决策变量，进行求解所构建的列车群运行调控模型，输出最优列车群运行调控方案。所述最优列车群运行调控方案中包括调控后的列车运行线和限速时空范围。

以武广高速铁路为实际场景，进行具体实施案例分析。以实际列车运行计划数据和线路网拓扑结构构建列车事件活动网络，并以列车事件和列车活动构建步骤2、3和4中的列车运行调控模型；

如图3所示，2018年7月25日武广高速铁路的岳阳东站至广州南站区段的列车运行计划相关数据。从岳阳东站至广州南站，沿线共经过14个车站，13个运行区间。根据其铁路线网拓扑和列车运行计划构建事件活动网络，并根据发明内容S2、S3和S4构建列车运行调控模型。

为减少列车停运数量，令w_diff＝1和w_cancel＝1000，列车停运阈值为初始晚点时分1800秒。相邻列车最小到达间隔和最小出发间隔同为180秒；相邻同方向列车相继占用同一到发线的最下发到间隔时间为240秒。设置突发事件场景：8：00至9：00，由于自然灾害影响，导致乐昌东站至郴州西站区间，根据铁路行车管理规程，上行方向列车发生临时限速，区间最小运行时间增加程度为θ＝1.18。采用分支定界算法求解模型，获得列车运行调控方案，如图4所示。图4中虚线是调控后的列车运行线，标记阴影是限速时空范围。

其次，如图5所示，本发明公开了一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控***，所述***包括：

基础数据模块：用于存储铁路线路拓扑表和列车运行计划表数据；

事件活动网络构建模块：用于根据铁路线路拓扑和列车运行计划数据，采用所述方法，表征列车事件和活动，刻画列车群运行逻辑关系，构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络；

列车运行调控方案在线生成模块：用于综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，建立列车群运行调控模型，将所述初始延误约束集、事件取消约束集和列车群运行调控模型的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，求解所述列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案；

列车运行调控方案显示模块：用于显示列车运行调度方案，并发布列车运行调控方案进行调度。

综上所述，本发明实施例克服了传统调度员人工无法短时间内编制高质量的列车运行调控方案的难题，实现了最优列车运行调控方案的在线生成；有效降低了调控后列车运行方案与原计划方案的偏离程度，保障突发事件下列车运行安全和列车服务质量；有效减少了突发事件影响恢复时间，减轻调度员工作量和压力。

本发明实施例的方法、***及存储介质面向初始延误与区间限速情况实现了列车运行调控方案自动化生成，克服了人工短时间内无法编制高质量列车运行调控方案的难题，降低了突发事件的影响程度(延误传播和停运列车数)与恢复时间，提升了突发事件情况下列车服务质量。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控方法，其特征在于，包括：

步骤S1：构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络；

步骤S2：以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，通过添加中间决策变量方法解耦初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，获得线性初始延误约束、列车事件容忍延误约束和列车事件取消约束集合；

步骤S3：以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向区间限速扰动约束集，添加中间决策变量方法解耦区间限速扰动约束集，获得线性区间限速扰动约束集合；

步骤S4：综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，求解所述列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案；

所述的步骤S1中的构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络，包括：

S11:基于铁路线路拓扑结构和列车运行径路，从车次tr、车站s和事件类型type三个属性构建列车事件集合E；从区间运行、停站和列车群相继占用运行资源间隔方面构建列车活动集合A；

S12：根据事件类型不同，列车事件e_i分为列车到达事件和列车出发事件，e_i∈e{tr_i,s_i,type_i}；根据构成活动的关联事件类型不同，列车活动a_i,j＝(e_i,e_j) 包括列车区间运行活动、停站活动和间隔活动，间隔活动分为到达间隔活动、出发间隔活动和发到间隔活动；

S13：根据所述列车事件集合E和列车活动集合A构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络，初始延误包括单列车到达或出发延误超过30分钟或运行图中大部分列车群发生延误现象，区间限速包括单个或多个高速铁路区间发生临时限速；

所述的步骤S2中的以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，通过添加中间决策变量方法解耦初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，获得线性初始延误约束、列车事件容忍延误约束和列车事件取消约束集合，包括：

S21：以列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元描述初始延误场景，从而构建面向初始延误场景下的约束集合，该约束集合包括面向初始延误扰动约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，通过添加中间决策变量方法解耦初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集，获得线性初始延误约束、列车事件容忍延误约束和列车事件取消约束集合；

定义决策变量ω_e为列车事件e调整后的发生时刻、决策变量c_e为列车事件e是否取消、决策变量d_e为列车事件e的发生时刻与计划发生时刻的偏差，定义参数pt_e为列车事件e计划发生时刻、参数dt_e为列车事件e的初始延误时间，列车事件与计划时刻偏差为：d_e＝|ω_e-pt_e|；

列车事件取消时该列车事件计算入目标函数的偏差为0；列车事件不取消时该列车事件计算入目标函数的偏差为d_e，引入中间决策变量

为计算入目标函数的列车事件发生时刻偏差，则相关约束条件如下：

d_e≥-(ω_e-pt_e)，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s∈R_tr,type∈{dep,arr}}

发生初始延误的列车事件调整后的发生时刻不早于事件计划发生时刻与初始延误时间的总和，需满足约束如下：

S22：定义列车在始发站的出发延误超过延误容忍阈值DT_toler，该列车取消，需要满足约束如下：

d_e-DT_toler≥(c_e-1)·M，e∈e{tr,s,type|tr∈T,s＝o_tr,type＝dep}

所属同列车的事件取消决策与前一列车事件的取消决策一致，即同列车的后续事件取消决策取决于列车在始发站出发事件的取消决策，满足约束如下：

将初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集和列车事件取消约束集的解耦后的线性约束集合，添加到列车群运行调控模型中；

所述的步骤S4中的综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集合、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，求解所述列车群运行调控模型，输出最优列车群运行调控方案，包括：

S41：面向列车初始延误与区间限速并发场景，采用调整后列车在计划停车站的到发时刻与计划时刻的偏差和取消列车数量来衡量，调整后列车调度方案与列车原运行计划方案的偏离程度，以最小化所述偏离程度为目标建立如下的目标函数：

其中w_diff和w_cancel分别表示列车到发时刻总偏差和停运列车数量的计算权重，且停运列车数量的计算权重远大于列车在其计划停车站到发时刻总偏差计算权重，w_diff＝1和w_cancel＝1000；

S42：构建面向初始延误与区间限速的列车群运行调控模型，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集合、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，所述列车群运行调控模型除了包括列车初始延误约束、列车事件容忍延误约束、列车事件取消约束和区间限速扰动约束之外，还包括如下的基于列车事件活动表征的其他约束：

(1)车站到发线数量约束

e_i∈e{tr_i,s_i,type_i|tr_i∈T,s_i＝s_j,type_i＝arr}

e_k∈e{tr_k,s_k,type_k|tr_k∈T,s_k＝s_j,type_k＝dep}

e_q∈e{tr_q,s_q,type_q|tr_q＝tr_j,s_q＝s_j,type_q＝dep}

为决策同一方向相邻列车相继到达同一车站时是否占用该车站同一到发线，引入决策变量：χ(e_k,e_j)为列车事件e_k和列车事件e_j是否占用相同到发线，满足如下约束：

e_k∈e{tr_k,s_k,type_k|tr_k∈T,tr_k≠tr_j,s_k＝s_j,type_k＝dep}

(2)列车区间运行活动和停站作业时间约束

e_j∈e{tr_j,s_j,type_j|tr_j＝tr_i,s_j＝s_i,type_j＝dep}

(3)列车在站到发时刻逻辑约束和线路能力约束

e_j∈e{tr_j,s_j,type_j|tr_j＝tr_i,s_j＝s_i,type_j＝dep}，(e_i,e_j)＝a，a∈A_station

o(e_i,e_j)+o(e_j,e_i)＝1

o(e_i,e_j)-o(e_k,e_q)＝0

e_q∈e{tr_q,s_q,type_q|tr_q＝tr_j,s_q＝s_k,type_q＝type_k}，(e_k,e_q)∈A_run

所述的基于列车事件活动表征的其他约束和目标函数的相关参数变量为：T为列车运行图中所有列车集合；S为列车运行图中所涉及的车站集合；tr_i为列车编号tr_i∈T；

为列车tr_i的相邻列车集合；s_i为车站编号；

为列车tr_i运行方向车站s_i的下一个车站；o_tr为列车tr的始发站；d_tr为列车tr的终到站；R_tr为列车tr的运行径路；

为列车tr_i和tr_j的相同径路中车站集合；

为列车tr的计划停车站，

type_i为列车事件类型，type_i∈{arr,dep}，e_i为列车事件，e_i＝e{tr_i,s_i,type_i}；E为列车事件集合，e_i∈E；

为发生初始晚点的事件集合；a_i,j为活动，ai,j＝(ei,ej)；A_run为区间运行活动集合；A_dwell为停站活动集合；A_station为车站活动集合，包括停站活动和通过活动；

为相邻列车到达间隔活动集合；

为相邻列车出发间隔活动集合；

为相继占用同一到发线的列车发到间隔活动集合；pt_e为列车事件计划发生时刻；

为列车活动a的最小持续时间；

为车站s在列车tr运行方向的到发线数量；

S43：采用分枝定界算法求解所述列车群运行调控模型，优先搜索0-1决策变量，输出最优列车群运行调控方案，所述最优列车群运行调控方案中包括调控后的列车运行线和限速时空范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S3中的以所述列车事件活动网络中的列车事件和列车活动为基本单元建立面向区间限速扰动约束集，添加中间决策变量方法解耦区间限速扰动约束集，获得线性区间限速扰动约束集合，包括：

S31：以列车事件和列车活动为基本单元描述区间限速场景，构建面向区间限速场景下的区间限速扰动约束集，通过添加中间决策变量方法解耦区间限速扰动约束集，获得线性区间限速扰动约束集合；确定直接受区间限速影响的列车，引入中间决策变量：

为列车tr∈T在其运行方向突发事件影响结束车站

的计划到达时刻是否大于等于突发事件发生时刻

为列车tr在其运行方向突发事件影响开始车站

的计划出发时刻是否小于等于突发事件结束时刻

z_tr为列车是否受突发事件影响，当且仅当列车tr在突发事件影响结束车站

的计划时刻大于等于突发事件发生时刻

和列车tr在突发事件影响开始车站

的计划出发时刻小于等于突发事件结束时刻

同时成立，即

列车tr受到突发事件的影响，满足如下约束：

S32：确定列车在突发事件下的限速等级和区间运行时分增加程度θ，其满足约束如下：

将区间限速扰动约束集的解耦后的线性约束集合，添加到后续的列车群运行调控模型。

3.一种面向初始延误与区间限速的列车运行调控***，其特征在于，应用于权利要求1至2任一项所述的方法，包括：

基础数据模块：用于存储铁路线路拓扑表和列车运行计划表数据；

事件活动网络构建模块：用于根据铁路线路拓扑和列车运行计划数据，构建表征列车群运行逻辑相关关系的面向初始延误与区间限速的列车事件活动网络；

列车运行调控方案在线生成模块：用于综合考虑初始延误与区间限速并发突发扰动场景，将所述初始延误约束集、列车事件容忍延误约束集、列车事件取消约束集和区间限速扰动约束集的解耦结果添加到所述列车群运行调控模型中，求解所述列车群运行调控模型输出最优列车群运行调控方案；

列车运行调控方案显示模块：用于显示列车运行调度方案，并发布列车运行调控方案进行调度。

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