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鐵路是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是我國(guó)的交通運(yùn)輸大動(dòng)脈。目前，我國(guó)成為全球高速鐵路系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)行速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)家。鐵路各種速度等級(jí)列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)行的運(yùn)輸組織方式?jīng)Q定了我國(guó)列車(chē)開(kāi)行的復(fù)雜性。而運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)遇到大量隨機(jī)突發(fā)情況，擾動(dòng)列車(chē)的正常運(yùn)行，使其偏離原定運(yùn)行計(jì)劃，造成列車(chē)時(shí)間點(diǎn)延誤，甚至影響其他列車(chē)的正常運(yùn)行，給旅客的出行和貨物的運(yùn)輸帶來(lái)不便。

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

惡劣天氣對(duì)高鐵運(yùn)輸組織帶來(lái)的最直觀影響就是列車(chē)晚點(diǎn)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生安全隱患及風(fēng)險(xiǎn)。為應(yīng)對(duì)惡劣天氣，鐵路部門(mén)出于安全考慮通常采用臨時(shí)限速（臨時(shí)限速是指除線(xiàn)路規(guī)定的限速以外，由于施工、維修等原因引起的有計(jì)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(shí)中斷行車(chē)的方式來(lái)保證列車(chē)安全通過(guò)受天氣影響的區(qū)段。

在這種情況下，列車(chē)調(diào)度員一方面需要嚴(yán)格按章執(zhí)標(biāo)，協(xié)調(diào)各部門(mén)進(jìn)行應(yīng)急處置，確保列車(chē)運(yùn)行安全；另一方面需要靈活運(yùn)用各種運(yùn)行調(diào)整方法，調(diào)整站車(chē)順序及時(shí)刻，充分利用通過(guò)能力和運(yùn)行圖緩沖時(shí)間，減少列車(chē)晚點(diǎn)及晚點(diǎn)傳播，盡快恢復(fù)運(yùn)行秩序。

近年來(lái)針對(duì)列車(chē)運(yùn)行調(diào)整的研究已成為國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。Acu?a-Agost等對(duì)災(zāi)害天氣條件下的鐵路調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了研究，在MAGES項(xiàng)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(lái)解決調(diào)度問(wèn)題。孟學(xué)雷建立突發(fā)事件條件下列車(chē)運(yùn)行組織問(wèn)題雙層規(guī)劃模型，設(shè)計(jì)了針對(duì)我國(guó)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(chē)運(yùn)行調(diào)整模型求解中。楊立興研究了擾動(dòng)條件下的調(diào)度問(wèn)題以最大限度地減少預(yù)期的總延遲時(shí)間，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)兩階段模糊優(yōu)化模型獲得魯棒調(diào)度計(jì)劃并基于不同場(chǎng)景表示適用于恢復(fù)雙線(xiàn)鐵路的持續(xù)時(shí)間。

杜渺針對(duì)自然災(zāi)害事件下的列車(chē)運(yùn)行秩序擾亂的問(wèn)題，建立了以與圖定時(shí)刻偏差最小為目標(biāo)函數(shù)的離散事件的運(yùn)行調(diào)整模型。Xu等人研究了干擾條件下的高速鐵路運(yùn)行圖實(shí)時(shí)調(diào)整和列車(chē)速度選擇的一體優(yōu)化問(wèn)題，建立了基于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)的混合整數(shù)線(xiàn)性模型，考慮列車(chē)速度與間隔距離之間的動(dòng)態(tài)相互作用以最小化列車(chē)的總延誤。Samà等為有效緩解列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的意外擾動(dòng)，對(duì)列車(chē)路徑選擇和運(yùn)行圖進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用蟻群優(yōu)化算法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解，以使得列車(chē)延遲傳播最小。

雷艷紅在其碩士論文中基于大風(fēng)對(duì)高速鐵路列車(chē)的影響，分別建立大風(fēng)區(qū)域不包含車(chē)站、大風(fēng)區(qū)域包含車(chē)站兩種單點(diǎn)受災(zāi)以及多點(diǎn)受災(zāi)情況下列車(chē)采取停開(kāi)、降速運(yùn)行、繞線(xiàn)運(yùn)行時(shí)的模型，并對(duì)三種模型進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了求解繞線(xiàn)運(yùn)行徑路的遺傳算法，得到了大風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)下廣義費(fèi)用最小的高速列車(chē)運(yùn)行調(diào)整方案。

孟令云基于隨機(jī)擾動(dòng)的場(chǎng)景提出累積流量變量的整數(shù)規(guī)劃模型，以從擾動(dòng)中恢復(fù)列車(chē)的正常運(yùn)行，并最小化隨機(jī)情景下預(yù)計(jì)的總列車(chē)延遲時(shí)間，通過(guò)對(duì)軌道占用等約束進(jìn)行拉格朗日松弛實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的求解，并通過(guò)實(shí)例計(jì)算證明所提解決方案的有效性。

當(dāng)前針對(duì)臨時(shí)限速條件下列車(chē)運(yùn)行調(diào)整的研究也越來(lái)越受關(guān)注。Wang L等針對(duì)速度限制情況下的調(diào)度問(wèn)題，提出了一個(gè)包含速度限制信息、調(diào)度需求、列車(chē)徑路、總延誤以及受影響列車(chē)的數(shù)量四個(gè)組成部分的決策支持框架，從而實(shí)現(xiàn)了與調(diào)度員的互動(dòng)，做到了強(qiáng)調(diào)乘客滿(mǎn)意度，并且通過(guò)雙層建模方法降低了計(jì)算復(fù)雜性。

Wang Y等基于實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空分布及其嚴(yán)重程度來(lái)描繪移動(dòng)的天氣，通過(guò)構(gòu)建混合整數(shù)規(guī)劃模型，在天氣影響下同時(shí)對(duì)重新安排徑路和列車(chē)到發(fā)時(shí)刻進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)了在可行的時(shí)間內(nèi)找到優(yōu)化結(jié)果。Quaglietta研究了實(shí)時(shí)列車(chē)調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建基于替代圖理論的混合整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃模型，以減少速度限制對(duì)列車(chē)的影響。

目前，針對(duì)臨時(shí)限速條件下列車(chē)運(yùn)行調(diào)整的研究大多在初始延誤的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，且軌道區(qū)段鎖閉時(shí)間多采用定值。D'Ariano對(duì)列車(chē)調(diào)度問(wèn)題采用了詳細(xì)的替代圖模型，并引入鎖閉時(shí)間以確定是否遵守列車(chē)之間的安全距離車(chē)頭時(shí)距，通過(guò)這種方法可以獲得一個(gè)遵循信號(hào)和安全限制的無(wú)沖突運(yùn)行圖。

圖1 受臨時(shí)限速影響的路網(wǎng)

圖2 軌道區(qū)段鎖閉時(shí)間構(gòu)成示意圖

圖3 受臨時(shí)限速影響的列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)

北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院、軌道交通安全與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京交通大學(xué)）的研究人員，基于軌道區(qū)段鎖閉時(shí)間計(jì)算理論和鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警信息，以路網(wǎng)中列車(chē)的總延誤時(shí)間最短為目標(biāo)構(gòu)建了運(yùn)行圖優(yōu)化調(diào)整模型。解決了應(yīng)對(duì)惡劣天氣引起的臨時(shí)限速的調(diào)整問(wèn)題。通過(guò)算例驗(yàn)證了該解模型的準(zhǔn)確性。

本調(diào)度模型為臨時(shí)限速下的調(diào)度問(wèn)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(shí)限速場(chǎng)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(jì)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(biāo)題為“臨時(shí)限速場(chǎng)景下基于軌道區(qū)段鎖閉時(shí)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。