摘要
近年来，我国高速铁路不断建设，逐步实现了网络化运营。在这种运营模式下，路网平行径路增多，列车迂回运行更加便利，移动资源调拨更加灵活。与此同时，网络化运营也带来了更复杂的列车耦合关系。一旦路网发生长时间的行车中断，列车晚点将在路网中迅速传播，导致部分列车被迫取消，严重影响旅客出行。因此，如何有效利用路网上的线路等固定设备资源和乘务等移动资源，以减少列车取消、保障旅客能够尽快到达目的地，成为关键问题。列车迂回运行调整是解决这一问题的有效途径。然而，既有研究对于列车迂回运行的精细程度考虑不足，难以保证在高速铁路网络上有效应用该措施并生成可行的列车运行调整方案。因此，本文针对区间长时间完全中断的场景，开展了考虑列车迂回运行的高速铁路列车运行调整研究，主要包括以下四项工作： （1）进行了区间长时间中断下的列车迂回运行调整问题分析。首先，基于列车运行实绩数据，分析了列车晚点情况，从而界定了区间长时间中断这一问题场景。根据该场景下列车运行调整的特点，引出列车迂回运行调整问题。其次，明确了列车迂回运行调整的基本含义，并从迂回条件、迂回能力和迂回成本三个方面，梳理了影响列车迂回运行的因素，总结出列车迂回运行调整的关键问题和重难点。最后，基于关键问题之间的关联性，确定了区间长时间中断下列车迂回运行调整问题的研究思路，并建立了相应的理论模型，为后文研究奠定理论基础。 （2）研究了考虑列车迂回运行的高速铁路网络化列车运行计划调整问题。针对在途列车无法尽早到达终点的问题，提出了考虑列车迂回运行的调整方法。考虑了列车司机在不同线路上的驾驶资质、迂回引起的额外停站以及迂回线路的通过能力等影响迂回运行的因素，以最小化所有列车的加权终到偏离时间、列车取消数量和迂回引起的额外停站数量为目标，构建了考虑列车迂回运行的网络化列车运行计划调整多目标优化模型，同步调整中断线路和迂回线路上的列车到发时刻、到发顺序、区间运行径路、车站到发线运用和列车服务。设计了改进后的线性加权法，求解三个目标的帕累托前沿。最后，以京沪高铁和石济客专构成的路网为算例进行了验证，结果表明：考虑迂回运行的调整方法能够尽可能地确保列车尽早到达终点，减少了列车长时间扣停和取消的情况。通过考虑影响迂回运行的关键因素，提高了列车迂回运行调整方案的可行性。 （3）研究了带道司机值乘交路与列车运行调整计划的一体化优化问题。针对备班司机有限的实际情况，提出了根据列车运行径路的变化循环使用带道司机往返担当双向迂回列车的方法。首先，分析了带道司机值乘交路编制，并根据列车运行与带道司机值乘的耦合关系，构建了中观和宏观双层路网模型。其次，在上述列车运行计划调整模型的基础上，增加了带道司机值乘交路编制约束、带道司机值乘与列车迂回运行的耦合约束，以最小化所有列车的终到偏离时间成本、列车取消成本、带道司机担当乘务区段成本和带道司机在非初始乘务基地退乘的惩罚成本为目标，构建了带道司机值乘交路与列车运行调整计划一体化优化模型。针对构建的一体化优化模型，设计了两阶段算法，以提高求解效率。最后，通过算例进行了验证，结果表明：该方法能够在列车迂回运行的条件下，同时生成带道司机值乘交路和列车运行调整计划，保证列车运输服务可达性的同时，最大化备班司机利用效率。与分步优化相比，一体化优化能够始终获得可行解且解的质量更高。 （4）研究了基于资源的枢纽车站作业计划调整问题。针对列车迂回运行可能引起的车站作业冲突，提出了能够表征多种作业规则的车站作业计划调整方法。首先，分析了各项作业进路办理受到的作业规则限制。针对轨道电路区段占用规则，提出了基于行车资源的建模方法。针对没有占用同一线路设备但无法同时进行的作业规则，引入了逻辑资源，提出了基于逻辑资源的建模方法。其次，基于微观路网模型，以最小化所有列车的出站偏离时间和计划到发线变更的惩罚值为目标，构建了基于资源的枢纽车站作业计划调整双目标优化模型，同步调整列车到发时刻、到发线运用和到发作业进路。设计了基于?约束法求解双目标帕累托前沿的算法。最后，以济南西站为算例进行了验证，结果表明：该建模方法能够有效解决需要满足多种作业规则的车站作业计划调整问题，提高了车站作业调整计划的可行性，同时能够保证一体化优化方案在车站微观作业层面的可行性，更加贴合实际需求。
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