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鐵路是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是我國的交通運輸大動脈。目前，我國成為全球高速鐵路系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強、運營里程最長、運行速度最高、在建規(guī)模最大的國家。鐵路各種速度等級列車共線運行的運輸組織方式?jīng)Q定了我國列車開行的復(fù)雜性。而運輸過程中會遇到大量隨機突發(fā)情況，擾動列車的正常運行，使其偏離原定運行計劃，造成列車時間點延誤，甚至影響其他列車的正常運行，給旅客的出行和貨物的運輸帶來不便。

隨著高速鐵路網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益增大和列車運行間隔的逐漸縮短，因雷電、大風、暴雨等氣象災(zāi)害影響高速鐵路安全運營的事件時有發(fā)生。一旦遭遇緊急情況或危險天氣，可供減弱和避免事故影響的時間很短，因此造成的災(zāi)害損失往往十分慘重，惡劣天氣對高速列車的影響也越來越受到人們的重視。

惡劣天氣對高鐵運輸組織帶來的最直觀影響就是列車晚點，同時也會產(chǎn)生安全隱患及風險。為應(yīng)對惡劣天氣，鐵路部門出于安全考慮通常采用臨時限速（臨時限速是指除線路規(guī)定的限速以外，由于施工、維修等原因引起的有計劃的限速和由于自然災(zāi)害、設(shè)備故障等原因引起的突發(fā)限速）或者臨時中斷行車的方式來保證列車安全通過受天氣影響的區(qū)段。

在這種情況下，列車調(diào)度員一方面需要嚴格按章執(zhí)標，協(xié)調(diào)各部門進行應(yīng)急處置，確保列車運行安全；另一方面需要靈活運用各種運行調(diào)整方法，調(diào)整站車順序及時刻，充分利用通過能力和運行圖緩沖時間，減少列車晚點及晚點傳播，盡快恢復(fù)運行秩序。

近年來針對列車運行調(diào)整的研究已成為國內(nèi)外研究的焦點。Acu?a-Agost等對災(zāi)害天氣條件下的鐵路調(diào)度問題進行了研究，在MAGES項目中提出基于混合整數(shù)規(guī)劃和約束規(guī)劃相結(jié)合的方法來解決調(diào)度問題。孟學(xué)雷建立突發(fā)事件條件下列車運行組織問題雙層規(guī)劃模型，設(shè)計了針對我國鐵路的突發(fā)事件下路徑生成的最短路算法，并應(yīng)用于列車運行調(diào)整模型求解中。楊立興研究了擾動條件下的調(diào)度問題以最大限度地減少預(yù)期的總延遲時間，通過構(gòu)建一個兩階段模糊優(yōu)化模型獲得魯棒調(diào)度計劃并基于不同場景表示適用于恢復(fù)雙線鐵路的持續(xù)時間。

杜渺針對自然災(zāi)害事件下的列車運行秩序擾亂的問題，建立了以與圖定時刻偏差最小為目標函數(shù)的離散事件的運行調(diào)整模型。Xu等人研究了干擾條件下的高速鐵路運行圖實時調(diào)整和列車速度選擇的一體優(yōu)化問題，建立了基于準移動閉塞信號系統(tǒng)的混合整數(shù)線性模型，考慮列車速度與間隔距離之間的動態(tài)相互作用以最小化列車的總延誤。Samà等為有效緩解列車運行過程中的意外擾動，對列車路徑選擇和運行圖進行優(yōu)化，應(yīng)用蟻群優(yōu)化算法對問題進行求解，以使得列車延遲傳播最小。

雷艷紅在其碩士論文中基于大風對高速鐵路列車的影響，分別建立大風區(qū)域不包含車站、大風區(qū)域包含車站兩種單點受災(zāi)以及多點受災(zāi)情況下列車采取停開、降速運行、繞線運行時的模型，并對三種模型進行分析，設(shè)計了求解繞線運行徑路的遺傳算法，得到了大風預(yù)警系統(tǒng)下廣義費用最小的高速列車運行調(diào)整方案。

孟令云基于隨機擾動的場景提出累積流量變量的整數(shù)規(guī)劃模型，以從擾動中恢復(fù)列車的正常運行，并最小化隨機情景下預(yù)計的總列車延遲時間，通過對軌道占用等約束進行拉格朗日松弛實現(xiàn)對問題的求解，并通過實例計算證明所提解決方案的有效性。

當前針對臨時限速條件下列車運行調(diào)整的研究也越來越受關(guān)注。Wang L等針對速度限制情況下的調(diào)度問題，提出了一個包含速度限制信息、調(diào)度需求、列車徑路、總延誤以及受影響列車的數(shù)量四個組成部分的決策支持框架，從而實現(xiàn)了與調(diào)度員的互動，做到了強調(diào)乘客滿意度，并且通過雙層建模方法降低了計算復(fù)雜性。

Wang Y等基于實時天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的時空分布及其嚴重程度來描繪移動的天氣，通過構(gòu)建混合整數(shù)規(guī)劃模型，在天氣影響下同時對重新安排徑路和列車到發(fā)時刻進行建模，實現(xiàn)了在可行的時間內(nèi)找到優(yōu)化結(jié)果。Quaglietta研究了實時列車調(diào)度問題，通過構(gòu)建基于替代圖理論的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，以減少速度限制對列車的影響。

目前，針對臨時限速條件下列車運行調(diào)整的研究大多在初始延誤的基礎(chǔ)上進行調(diào)整，且軌道區(qū)段鎖閉時間多采用定值。D'Ariano對列車調(diào)度問題采用了詳細的替代圖模型，并引入鎖閉時間以確定是否遵守列車之間的安全距離車頭時距，通過這種方法可以獲得一個遵循信號和安全限制的無沖突運行圖。

圖1 受臨時限速影響的路網(wǎng)

圖2 軌道區(qū)段鎖閉時間構(gòu)成示意圖

圖3 受臨時限速影響的列車運行線

北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院、軌道交通安全與控制國家重點實驗室（北京交通大學(xué)）的研究人員，基于軌道區(qū)段鎖閉時間計算理論和鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警信息，以路網(wǎng)中列車的總延誤時間最短為目標構(gòu)建了運行圖優(yōu)化調(diào)整模型。解決了應(yīng)對惡劣天氣引起的臨時限速的調(diào)整問題。通過算例驗證了該解模型的準確性。

本調(diào)度模型為臨時限速下的調(diào)度問題提供了一種行之有效的方法。在后續(xù)研究中，將考慮更復(fù)雜的臨時限速場景，并采用合適的算法和編程手段以提高解決方案的質(zhì)量和計算效率。

以上研究成果已發(fā)表在2019年《電氣技術(shù)》增刊，論文標題為“臨時限速場景下基于軌道區(qū)段鎖閉時間的鐵路調(diào)度模型研究”，作者為李璇、孟令云、王義惠、龍思慧。