1、第 20 卷 第 2 期2023 年 2 月铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and EngineeringVolume 20 Number 2February 2023考虑冗余时间的区域铁路车站股道运用计划协同编制优化方法高全，张英贵，陈治亚，陈曾儒，胡睿华(中南大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410075)摘要：股道运用是区域铁路车站作业组织的核心，局部站点的非常态事件会经由列车运行不同程度地影响相邻车站股道运用计划，协同编制具有强抗干扰能力的多站股道运用计划尤为重要，亦是区域铁路列车运行计划编制的重要内容。统筹考虑区域铁路车站股道运用计划协同编制
2、影响因素，基于整体和计划编制视角，引入冗余时间的概念，建立区域铁路多站股道运用冗余时间分配优化模型，并以最大化车站股道运用全局抗干扰能力与均衡性为优化目标函数，构建区域铁路车站股道运用计划融合编制优化模型。以列车运行和车站到发时刻为纽带，建立考虑冗余时间的区域铁路车站股道运用计划协同编制双层规划模型。通过构造非常态事件随机干扰概率函数，设计多站股道运用冗余时间分配优化算法，结合模拟退火算法思想，给出区域铁路车站股道运用计划协同编制启发式求解算法，提出一种考虑冗余时间的区域铁路车站股道运用计划协同编制优化方法。算例表明：所提方法能合理编制出具有强抗干扰能力的区域铁路相邻若干车站的股道运用计划，逐
3、步降低非常态突发事件对后续车站股道运用的影响程度；对比传统的平均、比例分配方法，所提冗余时间分配方法更能有效缓解不同车站股道运用计划的站间影响；所提方法能够为区域铁路调度人员协同编制车站股道运用和列车运行计划提供强有力的决策支撑。关键词：区域铁路车站；股道运用；协同编制优化；冗余时间；抗干扰能力中图分类号：U293.1 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7029（2023）02-0506-10Track utilization plan coordinative optimal method for regional railway stations b
4、ased on redundant timeGAO Quan,ZHANG Yinggui,CHEN Zhiya,CHEN Zengru,HU Ruihua(School of Traffic and Transportation Engineering,Central South University,Changsha 410075,China)Abstract:Track utilization is the core of operations in regional railway stations and there are mutual influences among neighb
5、or stations track utilization by train running to varying degrees due to abnormal incidents at certain places.Thus,its crucial to make multi-station track utilization plans with strong anti-disturbance ability,which is the important content to make train operation plans.In this paper,considering its
6、 influence factors and from the overall and plan-making perspectives,the redundant time concept was introduced and a track utilization redundant time distribution optimal model was built.Also,a track utilization plan integrated model was put 收稿日期：2022-03-18基金项目：国家自然科学基金资助项目(71971220)通信作者：张英贵(1984)，男
7、，安徽金寨人，教授，博士，从事轨道交通运营管理与优化研究；Email：DOI:10.19713/ki.43-1423/u.T20220501第 2 期高全，等：考虑冗余时间的区域铁路车站股道运用计划协同编制优化方法forward to maximize its anti-disturbance ability and equilibrium.Then,by taking regional railway train running and arrival-departure time as links,a bi-level programming model of track utilizat
8、ion plan was provided based on redundant time.In addition,by constructing the probability function of random interference of abnormal events,the redundant time distribution optimal algorithm for multi-station track was designed.Further,a track utilization coordinative optimal algorithm base on simul
9、ated annealing was proposed and a new track utilization plan coordinative optimal method for regional railway stations based on redundant time was given.The calculation results show that the proposed method can make track utilization plans with strong anti-disturbance ability for neighbor railway st
10、ations and relieve abnormal incidents influences for following stations effectively;compared with the tradition proportion and mean assignment methods,the new redundant time distribution method is better to relieve mutual influences;the proposed method can provide strong supports for regional railwa
11、y dispatchers to make track utilization and train operation plans coordinately.Key words:regional railway station;track utilization;coordinative optimal;redundant time;anti-disturbance ability 区域铁路是缓解城市群内部交通拥堵问题最强有效的绿色交通方式，股道运用是区域铁路车站作业组织的核心；区域铁路车站股道运用计划协同编制是列车运行计划编制的重要组成部分，也是提高客运服务质量的关键。相邻车站股道运用计划经
12、由列车区间运行而产生不同程度的相互影响，当列车大面积晚点、安全事故、自然灾害等非常态事件发生时，股道运用紧张可能会导致相邻车站列车进一步晚点或站外临时停车，严重影响列车正常运行秩序，协同编制强抗干扰能力的相邻若干车站股道运用计划尤为重要。在国外，CAREY等12采用模拟人工调度的方法，研究了大型复杂车站股道与接发车进路编制问题；LUSBY等34提出了单个车站股道与站台分配方法；PETERING等5构建了基于能力、时刻表与车站作业计划的混合整数线性规划模型；CORMAN等6结合禁忌搜索算法和分支定界算法，通过设计邻域结构提出了单个车站径路调整方法。在国内，彭其渊等78提出了大型客运站到发线运用调
13、整优化方法和基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法；马驷等9设计了高速铁路车站列车进路分配方案的优化与调整方法；赵鹏等10以提高设备利用均衡性以及车站作业的抗干扰性为目标研究车站到发线与咽喉区的综合优化；张英贵等11-12采用排序理论，构建了单个铁路客运站股道运用窗时排序模型与算法，设计了股道与站台分配规则。目前，车站股道运用领域的研究更多关注单个车站股道运用计划编制与调整优化方面，较少涉及多站股道运用计划协同编制层面。此外，列车运行调整和时刻表是协同编制区域铁路车站股道运用计划的重要因素。聂磊等13提出了不同列车运行调整策略的关键技术；季学胜等14考虑区间封锁事件持续时间的不确定特
14、征，分析了列车运行调整计划的鲁棒性；牛宏侠等15研究了高铁列车运行图车站与区间冗余时间同步优化问题；张琴等16提出了一种高速铁路列车运行图和到发线分配的协同编制方法；ZHANG等17提出了一种面向列车晚点的时刻表、站台和进路实时调整协同优化方法；高全等18提出了一种兼顾调整方案波动性、抗二次干扰能力和均衡性的区域铁路车站股道运用在线融合实时调整优化方法。该方法侧重面向计划执行过程受突发事件影响所引起的股道运用实时调整优化，但无论如何调整均会不同程度的干扰车站和列车运行正常秩序，且调整时并未考虑冗余时间要素。融入冗余时间、协同编制具有强抗干扰能力的股道运用计划能从源头上有效缓解实时调整的规模和程
15、度，编制多站股道运用计划时，合理设置分配列车在站作业、区间运行冗余时间，提高区域铁路车站股道运用计划的抗干扰能力，缓解不同车站股道运用计划的站间影响，确保车站和列车运行正常秩序，便于车站作业组织和旅客乘降。基于此，以区域铁路相邻车站股道运用计划协同编制为对象，引入冗余时间的概念，以列车运行和车站到发时刻为纽带，兼顾股507铁 道 科 学 与 工 程 学 报2023 年 2月道运用冗余时间分配和最大化全局抗干扰能力，提出一种考虑冗余时间的区域铁路车站股道运用计划融合编制优化方法，协同编制具有强抗干扰能力的区域铁路车站股道运用计划。1 问题描述与分析区域铁路车站股道运用计划协同编制优化是指在给定列
16、车时刻表、既定线网、站场布局等情况下，考虑多个相邻车站的股道运用计划协同编制优化问题，合理编制多站股道运用计划，尽可能提高计划抗干扰能力和股道运用的均衡性。一般情况下，列车在车站内办理接发车作业时，同一时间段内最多占用某一条具体的股道，且相继占用同一股道的2列列车需满足股道占用最小时间间隔要求。因此，列车占用股道时间冲突包括起止时间错位交叉(a)，包含(b)和时间间隔不足(c)3种情形，如图1所示。如图1所示，不妨设前行列车开始、终止占用同一股道的时刻分别为t1和t2，后行列车占用同一股道的起始和终止时刻分别为t3和t4。图 1(a)和1(b)表示同一股道不能被不同列车同时占用，即t3t2t4，t1t3t4t2；避免股道占用冲突时，前后,2列列车占用同一股道时还必须间隔一定的最小时间间隔即t3-t2间隔，否则如图1(c)所示。上述3种冲突情况均可归纳为t3-t2间隔。同时，冗余时间的引入能增加相继占用同一股道的列车间隔和区间运行时间，缓解在非常态事件发生时出现股道占用冲突现象，但冗余时间的大幅增加亦不利于车站和区间通过能力的充分挖掘与利用，兼顾计划协同编制和冗余时间分配。考虑列车最小停
