列车运行调整与列车运行协调控制一体化关键技术研究

目前我国高速铁路的建设正处于蓬勃发展时期，到2020年，全国铁路营业里程达到12万公里，其中新建高速铁路1.6万公里以上，主要繁忙干线实现客货分线。当前高速铁路的运营与管理仍然存在大量急需解决的基础理论与关键技术问题,开展高速客运专线调度指挥及列车运行控制等方面的基础科学理论的研究，具有十分重要的现实意义。本项目从列车运行控制动力学模型的研究出发，分析高速、高密条件下列车运行过程的特征，揭示列车之间的相互作用机理。进而，从组织的层面建立路网条件下列车运行调整问题的数学模型，分析车流之间的冲突检测和最优疏解策略。针对在不同的冲突疏解策略下，建立列车的实时控制模型以及相应的算法，实现宏观层面列车运行冲突的疏解和微观层面上列车的最优控制的一体化。本项目的研究为列车运行控制与组织的一体化进行开拓性的研究，对于高速铁路运营与管理具有重要的理论意义和实际应用价值。

目前我国高速铁路的建设正处于蓬勃发展时期，到2020 年，全国铁路营业里程达到12 万公里。当前高速铁路的运营与管理仍然存在大量急需解决的基础理论与关键技术问题,开展高速客运专线调度指挥及列车运行控制等方面的基础科学理论的研究，具有十分重要的现实意义。本项目分析了列车在区间和车站各种行为模式，建立了单线轨道系统中列车运行调度问题的数学模型。采用连续化的方式描述了车站股道容纳能力，避免了在以往工作中将时间离散化的缺陷。项目分析了不同类型列车有着不同延误敏感度的特征，构建了基于延误敏感度的列车延误时间函数，以反映列车对其类型，运营里程等因素的敏感度对列车延误时间的影响。项目通过将模拟方法应用于列车调度问题中，将宏观层面上的列车运行决策和微观层面上列车运行操作行为进行了有效的融合。针对模拟方法的两个关键瓶颈（列车运行死锁问题和列车运行决策优化机制）做了深入的研究。项目深刻分析了在轨道交通系统中列车死锁的形成机制，提出了一种有效避免列车全局死锁的检测算法。针对列车运行决策优化问题，项目提出了一种基于列车冲突预测布局的列车运行决策优化机制，能够给出列车运行的近似最优决策。在微观层面上，项目分析了在车站各种安全时距约束下列车的复杂的出发和到达模式，描述了列车在各种模式下的微观操作行为。通过大量的数值算例验证了所提出方法的可靠性和有效性。项目首次将车流径路调整嵌入列车运行调度问题中，将二者做了有效的整合，构建了一个0-1混合整数非线性规划模型。模型分析了列车运行径路选择与列车运行调度决策之间的联系，以列车在径路上的运行时间作为列车运行径路调整的依据，建立了列车运行径路选择约束条件。以项目前期工作中所提出的一种有效的列车运行控制算法(ETAS)为基础，项目设计了一种基于列车运行径路时间反馈机制下的径路调整算法（Route Adjustment）求解径路调整和运行计划编制的一体化模型。项目也将RA与禁忌搜索策略相融合，进一步改善了该组合模型的解。