高鐵列車到發(fā)線運(yùn)用方案編制模型分析目錄TOC\o"1-3"\h\u4940高鐵列車到發(fā)線運(yùn)用方案編制模型分析 1153631.1到發(fā)線運(yùn)用與進(jìn)路選擇特點(diǎn) 137821.1.1到發(fā)線運(yùn)用 110141.1.2進(jìn)路選擇 280411.2變量定義 4209231.2.1決策變量 529951.2.2參量定義 536311.2目標(biāo)函數(shù) 7194591.3約束條件： 7326101.1.1到發(fā)線及進(jìn)路占用唯一性： 7104071.1.2到發(fā)線與咽喉進(jìn)路整體性約束 812461.1.3到發(fā)線安全使用間隔約束 8167881.1.4進(jìn)路沖突約束 8192221.1.5通過列車由正線接發(fā) 952671.1.6間隔時(shí)間約束 9223391.1.7停站時(shí)間約束 10322991.1.8進(jìn)路占用時(shí)間約束 101.1到發(fā)線運(yùn)用與進(jìn)路選擇特點(diǎn)1.1.1到發(fā)線運(yùn)用基于人性化考慮，高鐵車站相較于普速鐵路客運(yùn)站的組織模式與組織方法進(jìn)行了很大程度的改革，以融合有自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、車站信息引導(dǎo)標(biāo)志、多個(gè)檢票口等設(shè)施設(shè)備為一體的綜合大廳為中心。每個(gè)站臺(tái)對應(yīng)一到兩個(gè)檢票口以及車站的引導(dǎo)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)保證了旅客可以選擇合適的候車區(qū)域，因此從減少旅客走行距離的角度優(yōu)化列車的到發(fā)線運(yùn)用意義不大；均衡的到發(fā)線運(yùn)用方案以到發(fā)線占用時(shí)間或占用次數(shù)均衡為優(yōu)化目標(biāo)，保證到發(fā)線運(yùn)用方案中不會(huì)出現(xiàn)不同到發(fā)線占用時(shí)間差距過大的情況。但在高峰時(shí)期能力緊張的情況下，適當(dāng)犧牲作業(yè)抗干擾性來提升行車密度也是一種可行的考慮。本文從高峰時(shí)期提升運(yùn)力角度考慮到發(fā)線運(yùn)用。1.1.2進(jìn)路選擇進(jìn)路是指移動(dòng)設(shè)備在站內(nèi)由一個(gè)地點(diǎn)到另一個(gè)地點(diǎn)所運(yùn)行的經(jīng)路。進(jìn)路包括列車進(jìn)路和調(diào)車進(jìn)路，其中列車進(jìn)路又包括接車進(jìn)路、發(fā)車進(jìn)路和通過進(jìn)路三種，而高速鐵路的調(diào)車進(jìn)路主要體現(xiàn)為列車出入段。接車進(jìn)路是指列車自車站外側(cè)進(jìn)站信號(hào)機(jī)至到發(fā)線上停穩(wěn)過程的徑路。圖3-1是標(biāo)注有信號(hào)機(jī)的簡易車站接車進(jìn)路示意圖，其中r1是下行方向列車的正向接車進(jìn)路；r2是下行方向列車的反向接車進(jìn)路，反接會(huì)橫切車站一端咽喉，對車站作業(yè)影響較大，只有在辦理少量立折列車接車作業(yè)時(shí)會(huì)采用。發(fā)車進(jìn)路是指列車從?？康桨l(fā)線對應(yīng)的出站信號(hào)機(jī)至出清車站最外側(cè)信號(hào)機(jī)過程的徑路，如圖3-2，r3為正向發(fā)車進(jìn)路，圖3-1接車進(jìn)路示意圖圖3-2發(fā)車進(jìn)路示意圖圖3-3通過列車進(jìn)路示意圖前文2.1.2提到，動(dòng)車段（所）與車站是通過站線連接，即列車的出入動(dòng)車段（所）作業(yè)也要占用到發(fā)線和咽喉區(qū)道岔，因此可以將出入段作業(yè)近似看作是接發(fā)車作業(yè)，對應(yīng)接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路。由動(dòng)車段轉(zhuǎn)出至車站的調(diào)車進(jìn)路看作是接車進(jìn)路，自動(dòng)車段與車站聯(lián)絡(luò)線上的信號(hào)機(jī)至到發(fā)線上停穩(wěn)；列車由車站入段的調(diào)車進(jìn)路看作是發(fā)車進(jìn)路，自到發(fā)線上出站信號(hào)機(jī)至動(dòng)車段與車站聯(lián)絡(luò)線上的信號(hào)機(jī)，如圖3-4所示。圖3-4出入段進(jìn)路本文不考慮折返列車，并將出段作業(yè)視為接車作業(yè)，入段作業(yè)視為發(fā)車作業(yè)。至此，列車在站的設(shè)備占用順序均統(tǒng)一為依次占用接車進(jìn)路、到發(fā)線、發(fā)車進(jìn)路各一次，見表3-1。表3-1不同種類列車站內(nèi)走行順序列車類型站內(nèi)走行過程運(yùn)用站線始發(fā)列車出段（接車）進(jìn)路-發(fā)車進(jìn)路到發(fā)線停站通過列車接車進(jìn)路-發(fā)車進(jìn)路到發(fā)線終到列車接車進(jìn)路-入段（發(fā)車）進(jìn)路到發(fā)線不停站通過列車接車進(jìn)路-發(fā)車進(jìn)路正線高鐵車站往往行車密度較大，很容易產(chǎn)生進(jìn)路之間的沖突，平行進(jìn)路可以實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間辦理多項(xiàng)作業(yè)過程，提高咽喉區(qū)的使用效率，因此平行進(jìn)路也是進(jìn)路選擇時(shí)需要的考慮因素之一。如圖3-5所示，車站左端咽喉可以同時(shí)辦理下行接車、上行發(fā)車兩項(xiàng)平行作業(yè)；右端咽喉可以同時(shí)辦理列車入段、下行通過、上行接車三項(xiàng)平行作業(yè)。圖3-5平行進(jìn)路示意圖本文協(xié)同考慮到發(fā)線運(yùn)用與進(jìn)路選擇，考慮列車接入某到發(fā)線及從某到發(fā)線發(fā)車實(shí)際有多條接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路的情況。一般來說，高鐵車站不同進(jìn)路長度不同，即同一列車接入不同到發(fā)線的走行時(shí)間不相同。根據(jù)前文2.2.4中關(guān)于到發(fā)線運(yùn)用對到達(dá)追蹤間隔時(shí)間的影響分析，為了提高接發(fā)車作業(yè)效率，壓縮固定時(shí)段內(nèi)列車在站總時(shí)間，應(yīng)考慮時(shí)段內(nèi)所有列車選擇到發(fā)線過程中的博弈行為，保證整體目標(biāo)最優(yōu)。1.2變量定義記L為列車集合，L=lii=1,2,3,···m，m為列車數(shù)量；D為到發(fā)線集合，D=djj=1,2,3,···n，n為到發(fā)線數(shù)量；Dz為正線集合，Dz包含于D；本研究不考慮立即折返列車，即不會(huì)出現(xiàn)反接和反發(fā)作業(yè)，所以無論對上行還是下行來說都可以按照車站兩端嚴(yán)格區(qū)分接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路，且不會(huì)出現(xiàn)接車進(jìn)路與發(fā)車進(jìn)路沖突情況。將接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路設(shè)為兩個(gè)集合，在下文構(gòu)建進(jìn)路沖突矩陣時(shí)不必考慮接車進(jìn)路與發(fā)車進(jìn)路沖突，僅考慮h×h和w×w的接車、發(fā)車進(jìn)路沖突矩陣，減小矩陣規(guī)模，避免不必要的計(jì)算，壓縮求解時(shí)間。下文中的決策變量和參量定義亦區(qū)分接發(fā)車進(jìn)路,接車、發(fā)車進(jìn)路分別用a、d字母加以區(qū)分，代表arrival、depart的首字母，類似情況不再解釋。1.2.1決策變量xyy到發(fā)線占用和進(jìn)路選擇均為0-1變量，即某列車占用某條到發(fā)線或進(jìn)路時(shí)取1，否則為0。tiaS————列車tiaE————列車tidS————列車tidE————列車圖3-6列車占用進(jìn)路時(shí)間示意圖本文研究內(nèi)容微觀考慮每列車的到發(fā)線運(yùn)用與進(jìn)路選擇，因此不能將列車簡化抽象為點(diǎn)來考慮，需要在考慮列車長的基礎(chǔ)上明確列車在站內(nèi)的走行過程，精確刻畫列車在站內(nèi)通過關(guān)鍵位置點(diǎn)的時(shí)間。接車時(shí)，定義列車頭部通過車站外側(cè)信號(hào)機(jī)為列車占用接車進(jìn)路開始時(shí)刻；列車停穩(wěn)在到發(fā)線上時(shí)為占用接車進(jìn)路結(jié)束時(shí)刻。發(fā)車時(shí)，定義列車頭部通過到發(fā)線上出站信號(hào)機(jī)位占用發(fā)車進(jìn)路開始時(shí)刻；列車尾部出清車站外側(cè)信號(hào)機(jī)或道岔為列車占用發(fā)車進(jìn)路結(jié)束時(shí)刻。1.2.2參量定義ccbbeeρρGAD表3-2時(shí)間參量定義參量含義T到發(fā)線安全使用間隔H列車最小停站時(shí)間t接車進(jìn)路rut接車進(jìn)路rv1.2目標(biāo)函數(shù)（3-1）基于前文分析與本文研究目的，本文所構(gòu)建到發(fā)線運(yùn)用方案編制模型為單目標(biāo)規(guī)劃，目標(biāo)函數(shù)為列車站內(nèi)走行時(shí)間之和最小，即高峰時(shí)期內(nèi)接入第一列列車至最后一列列車出清車站最外側(cè)信號(hào)機(jī)用時(shí)最短。結(jié)果可以與現(xiàn)有車站時(shí)刻表進(jìn)行對比，較為直觀。進(jìn)一步的，也可以通過能力計(jì)算相關(guān)方法得出優(yōu)化后的高速鐵路高峰時(shí)期通過能力。1.3約束條件：1.1.1到發(fā)線及進(jìn)路占用唯一性：①到發(fā)線占用唯一性（3-2）式（3-2）表示任意一列車都只能占用一條到發(fā)線。②接車進(jìn)路占用唯一性（3-3）式（3-3）表示任意一列車都只能占用一條接車進(jìn)路。③發(fā)車進(jìn)路占用唯一性（3-4）式（3-4）表示任意一列車都只能占用一條發(fā)車進(jìn)路。1.1.2到發(fā)線與咽喉進(jìn)路整體性約束體現(xiàn)到發(fā)線運(yùn)用與進(jìn)路選擇協(xié)調(diào)優(yōu)化的約束條件是保證每列車的接、發(fā)進(jìn)路與到發(fā)線的選擇具有連通性，列車占用某條到發(fā)線，則必須為其安排連通該到發(fā)線的接發(fā)車進(jìn)路各1條。（3-5）（3-6）1.1.3到發(fā)線安全使用間隔約束（3-7）Tg是占用同一到發(fā)線的兩相鄰列車之間需要滿足的最小作業(yè)間隔時(shí)間，如果不滿足此最小作業(yè)時(shí)間則兩列車無法安排在同一到發(fā)線作業(yè)。δ1.1.4進(jìn)路沖突約束①到達(dá)進(jìn)路與到達(dá)進(jìn)路（3-8）②出發(fā)進(jìn)路與出發(fā)進(jìn)路（3-9）圖3-7進(jìn)路沖突示意圖圖3-8正常進(jìn)路示意圖圖3-7為兩種列車進(jìn)路沖突示意圖。進(jìn)路沖突可以從時(shí)間和空間兩個(gè)維度出發(fā)進(jìn)行疏解?？臻g疏解即為實(shí)現(xiàn)平行進(jìn)路，兩列車的進(jìn)路互不干擾，自然無需考慮占用時(shí)間沖突。但當(dāng)兩列車占用同一進(jìn)路或各自占用進(jìn)路相互沖突時(shí)，則需要避免兩列車在時(shí)間上產(chǎn)生沖突如圖3-8所示，橫軸代表時(shí)間。由上述圖例分析可知，若要兩列車不產(chǎn)生沖突，兩列車占用進(jìn)路開始時(shí)刻與結(jié)束時(shí)刻彼此相減的乘積必定為負(fù)，表現(xiàn)為式（3-8）和式（3-9）。1.1.5通過列車由正線接發(fā)（3-10）1.1.6間隔時(shí)間約束（3-11）（3-12）（3-13）（3-14）（3-15）（3-16）1.1.7停站時(shí)間約束（3-17）各類列車在站停留時(shí)間