CN109625028B - 一种列车进站或出站时空路径规划方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种列车时空路径规划方法和系统，其中所述方法包括：确定以下参数：进站或出站拓扑网络中的区段、各区段起点道岔处允许的行驶速度、列车在两个相邻区段起点道岔之间的最快行程时间、各区段进口道岔的转换时间、区段中连续锁闭或非连续锁闭列车之间所要求的列车运行间隔、列车长度；基于确定的上述参数规划每个列车要进入的区段和进入的时间，以及列车群作业顺序。本发明列车时空路径规划方法和系统能够使得两列车可以较小的间隔时间开展进出站作业。

Description

一种列车进站或出站时空路径规划方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种列车进站或出站时空路径规划方法及装置。

背景技术

进站或出站(以下简称进出站)作业效率是制约线路通过能力的一大重要因素。通常情况下，由于列车群在车站的作业时间间隔显著大于区间运行时间间隔，线路的整体通过能力往往取决于列车群在车站的作业效率。因此只有在降低列车群区间运行间隔的基础上，进一步优化列车群进出站作业流程，才能更有效地提升运输效率和能力。以京沪高铁为例，在目前的基于进路的作业模式下，一般高铁车站的进出站作业时间间隔，往往很难突破3min限制，这导致线路通过能力也很难突破20列/小时(h)的上限。

随着列车信息技术的发展，目前研发出了一种采用虚拟耦合方式实现虚拟连接的列车群，这种列车摒弃了采用车钩实现各列列车间物理连接的方式，取而代之的是前后列车车体之间没有物理连接。虚拟耦合是一种新的列车运行组织模式，指多辆轨道交通列车车体之间不依靠物理连接，而是通过无线通信方式，虚拟耦合在一起形成列车群，以相同的速度极小的间隔协同运行的形式。上述调度指挥方法虽然也可以适用于这种虚拟耦合方式的列车，但是不能够有效发挥虚拟耦合的优势。

轨道交通运输由于其媒介的特殊性，列车群在区段以队列形式呈线性运行。在车站，借助站台、道岔等设施，耦合列车群能够实现进站解耦和出站耦合作业。一般地，列车进出车站主要依靠进路来进行防护。当列车出站占用咽喉道岔时，其他列车均需在站台等待前车进路出清；列车进站占用咽喉道岔时，其他列车则需在咽喉外方等待前车进路出清，这种作业方式严重影响了列车进出站效率，若车站站场复杂，列车进出车站效率会进一步降低。

为解决既有进出站作业组织方法中，作业效率低下，难以支撑虚拟耦合列车群高效进出站作业的问题。本发明基于虚拟耦合列车群的作业特征，将需要进行进出站作业的多列车看成虚拟耦合的列车群体，综合考虑和协调进出站作业过程中群体内多列车的时空资源占用，通过解决时空资源分配过程中集约高效和冲突预防问题，从而提升列车群进出站作业能力和效率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种高效的运行组织及控制方法，列车群依靠各自动态路权行驶，间隔更小，效率更高。为此，本发明提出了一种列车群进出站时空路径规划方法及装置。

一种列车群时空路径规划方法，所述方法包括：

确定以下参数：进站或出站拓扑网络中的区段、各区段起点道岔处允许的行驶速度、列车在两个相邻区段起点道岔之间的最快行程时间、各区段进口道岔的转换时间、区段中连续锁闭或非连续锁闭列车之间所要求的列车运行间隔、列车长度；

基于确定的上述参数规划每个列车要进入的区段和进入的时间，以及列车群作业顺序。

进一步地，

基于确定的参数，形成以下约束：前后列车运行时间间隔约束、前后列车进入区段的先后关系约束、列车区段的运行时间约束、列车群队形中各列车位置唯一约束、列车群队形中各位置列车唯一约束、列车群进站或出站作业完成时间约束、每列车的出发时间约束；

基于形成的上述约束规划每个列车要进入的区段和进入的时间，以及列车群作业顺序。

进一步地，确定进站或出站拓扑网络中的区段具体为，确定 进站或出站拓扑网络中的节点位置、区段数量、区段起终点编号。

进一步地，基于确定的所述参数构建进站或出站时空路径规划模型如下：

min Z＝Y (1)

其中，式(1)表示进站或出站时空路径规划模型的目标为进站或出站作业时间最短；式(2)-式(8)为模型约束，式(2)为前后列车运行时间间隔约束，式(3)为前后列车进入区段的先后关系约束，式(4)为列车区段的运行时间约束，式(5)为列车群队形中各列车位置唯一约束，式(6) 为列车群队形中各位置列车唯一约束，式(7)为列车群进站或出站作业完成时间约束、式(8)为每列车的出发时间约束；

t_i,s——以作业列车群头车开始作业的时间为0点，列车i车头进入进站或出站作业网络中的s区段起始节点的时间(单位s)；对任意列车i及任意区段s存在该变量；

——在列车出站作业场景中，该变量为决策变量，用于表示列车i在作业完成后，在列车群中的位置编号是否为q；0-1型参数，0表示否，1 表示是，对任意列车i及位置编号k存在该变量，在列车进站作业场景中，该变量为输入参数，表示进站前列车i在列车群中的位置编号是否为q；

——列车j是否在列车i之前进入区段s的标记；

取值为1表示列车j先于列车i进入区段s起始道岔，

取值为0则表示列车j后于列车i进入区段s起始道岔。对任意列车j与任意列车i(i≠j)存在该变量；

Y——整个列车群进站或出站作业完成时间；

其中：

N——计划进行进站或出站作业的列车群集合，N＝{1,2,…,n}；

Q——列车群进站或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号集合， Q＝{1,2,…,n}；

H——进站或出站作业拓扑网络中区段的集合，H＝{1,2,…,h}；

n——计划进行进站或出站作业列车群中的列车数量，n∈N；

h——进站或出站作业拓扑网络中的区段数量，区段s的起点处为道岔后安全停车点，终点为下一个道岔后安全停车点，h∈H；

i、j——计划进行进站或出站作业列车群中的列车编号，i∈N，j∈N；

s、r——进站或出站作业拓扑网络中的区段起点编号，s∈H，r∈H；

q——列车群进站作业开始前，或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号；此处约定，从列车运行方向上位置最靠前的列车开始，沿列车运行反方向编号，最靠前列车编号为1，次靠前列车编号为2，以此类推，最后一列车编号为n，q∈Q；

ω——前后列车之间运行时间间隔，单位s；

v_j,s——列车j运行至s起点道岔处的实际行驶速度，单位m/s；

T_s——任意列车从区段s起点道岔(后安全停车点)开始，运行至下一个区段r起点道岔(之后安全停车点)，所需要的最快行程时间，单位s；

π_s——区段进口道岔转换时间，单位s；

l_i——列车i长度，单位m；

η——车尾出清的安全放大系数；

o_i,s——区段s是否是列车i的出发区段，0-1型参数；

d_i,s——区段s是否是列车i的目标区段，0-1型参数；

λ_i——列车i由于空间位置差异，从其当前位置运行到始发区段起始节点的时间，或由于作业需要，从当前时刻至预计到达始发区段起始节点的时间；

——区段s是否属于列车i的路径，0-1型参数；

——在列车i的路径中，区段s后续是否为区段r，0-1型参数，0表示否，1表示是；

——在列车i的路径中，区段k后续是否为区段s，0-1型参数，0表示否，1表示是；

m——表示一个极大的正数，作为变量约束项；

根据上述时空路径规划模型，确定每个列车要进入的区段和进入的时间。

一种列车群进站或出站时空路径规划装置，所述装置包括：

参数确定单元，用于确定以下参数：进站或出站拓扑网络中的区段、各区段起点道岔处允许的行驶速度、列车在两个相邻区段起点道岔之间的最快行程时间、各区段进口道岔的转换时间、区段中连续锁闭或非连续锁闭列车之间所要求的列车运行间隔、列车长度；

规划计算单元，用于基于所述参数确定单元确定的所述参数计算每个列车要进入的区段和进入的时间。

进一步地，所述规划计算单元，还用于：

基于确定的参数，形成以下约束：前后列车运行时间间隔约束、前后列车进入区段的先后关系约束、列车区段的运行时间约束、列车群队形中各列车位置唯一约束、列车群队形中各位置列车唯一约束、列车群进站或出站作业完成时间约束、每列车的出发时间约束；

基于形成的上述约束规划每个列车要进入的区段和进入的时间，以及列车群作业顺序。

进一步地，所述参数确定单元，确定进站或出站拓扑网络中的区段具体为，确定进站或出站拓扑网络中的节点位置、区段数量、区段起终点编号。

进一步地，所述规划计算单元，还用于基于确定的所述参数构建进站或出站时空路径规划模型如下：

min Z＝Y (1)

其中，式(1)表示进站或出站时空路径规划模型的目标为进站或出站作业时间最短；式(2)-式(8)为模型约束，式(2)为前后列车运行时间间隔约束，式(3)为前后列车进入区段的先后关系约束，式(4)为列车区段的运行时间约束，式(5)为列车群队形中各列车位置唯一约束，式(6) 为列车群队形中各位置列车唯一约束，式(7)为列车群进站或出站作业完成时间约束、式(8)为每列车的出发时间约束；

t_i,s——以作业列车群头车开始作业的时间为0点，列车i车头进入进站或出站作业网络中的s区段起始节点的时间(单位s)；对任意列车i及任意区段s存在该变量；

——在列车出站作业场景中，该变量为决策变量，用于表示列车i在作业完成后，在列车群中的位置编号是否为q；0-1型参数，0表示否，1 表示是，对任意列车i及位置编号k存在该变量，在列车进站作业场景中，该变量为输入参数，表示进站前列车i在列车群中的位置编号是否为q；

——列车j是否在列车i之前进入区段s的标记；

取值为1表示列车j先于列车i进入区段s起始道岔，

取值为0则表示列车j后于列车i进入区段s起始道岔。对任意列车j与任意列车i(i≠j)存在该变量；

Y——整个列车群进站或出站作业完成时间；

其中：

N——计划进行进站或出站作业的列车群集合，N＝{1,2,…,n}；

Q——列车群进站或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号集合， Q＝{1,2,…,n}；

H——进站或出站作业拓扑网络中区段的集合，H＝{1,2,…,h}；

n——计划进行进站或出站作业列车群中的列车数量，n∈N；

h——进站或出站作业拓扑网络中的区段数量，区段s的起点处为道岔后安全停车点，终点为下一个道岔后安全停车点，h∈H；

i、j——计划进行进站或出站作业列车群中的列车编号，i∈N，j∈N；

s、r——进站或出站作业拓扑网络中的区段起点编号，s∈H，r∈H；

q——列车群进站作业开始前，或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号；此处约定，从列车运行方向上位置最靠前的列车开始，沿列车运行反方向编号，最靠前列车编号为1，次靠前列车编号为2，以此类推，最后一列车编号为n，q∈Q；

ω——前后列车之间运行时间间隔，单位s；

v_j,s——列车j运行至s起点道岔处的实际行驶速度，单位m/s；

T_s——任意列车从区段s起点道岔(后安全停车点)开始，运行至下一个区段r起点道岔(之后安全停车点)，所需要的最快行程时间，单位s；

π_s——区段进口道岔转换时间，单位s；

l_i——列车i长度，单位m；

η——车尾出清的安全放大系数；

o_i,s——区段s是否是列车i的出发区段，0-1型参数；

d_i,s——区段s是否是列车i的目标区段，0-1型参数；

λ_i——列车i由于空间位置差异，从其当前位置运行到始发区段起始节点的时间，或由于作业需要，从当前时刻至预计到达始发区段起始节点的时间；

——区段s是否属于列车i的路径，0-1型参数；

——在列车i的路径中，区段s后续是否为区段r，0-1型参数，0表示否，1表示是；

——在列车i的路径中，区段k后续是否为区段s，0-1型参数，0表示否，1表示是；

m——表示一个极大的正数，作为变量约束项；

根据上述时空路径规划模型，确定每个列车要进入的区段和进入的时间。

本发明提出的列车群高效进出站作业组织和控制方法及装置，不要求前车作业完成后后车才能开始作业，两列车只需保持一定的安全间距，即可以较小的间隔时间开展进出站作业；特别地，当前后多列车的路径都经过同一道岔时，该道岔可为连续通过的多列车连续锁闭，取消道岔多次锁闭和解锁过程，进一步提高列车进出站作业效率。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了列车进站时空规划模型求解的分枝定界法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中可以通过作业组织实现对列车群的进出站作业优化，提高列车群进出站效率。其中作业组织实现对列车群进出站和列车群出站的路径进行时空规划，以在时间上规划列车进入各区段的时间、在空间上安排区段去满足列车群的作业要求，最终实现对列车群进出站过程中的高效组织。

进出站作业组织中，时空路径规划设备，例如进出站调度组织服务器实时获取进出站拓扑网络中区段的数量、起点编号等数据、各区段起点道岔处允许的行驶速度、列车在两个相邻区段起点道岔之间的最快行程时间、各区段进口道岔的转换时间、列车长度等参数。根据获得的上述参数来确定列车群中每个列车所要进入的区段、进入该区段的时间以及整个列车群的作业顺序和作业完成时间。

本发明中通过时空路径调度规划模型来确定优化目标，即在以列车群内首车开始进出站作业的时间为参考点的情况下，使得整个列车群完成进站作业的作业时间达到最短。对于进站作业组织的时空路径调度规划模型构建如下：

min Z＝Y (1)

其中，模型的相关输入参数及其含义如下：

N——计划进行进出站作业的列车群集合，N＝{1,2,…,n}；

Q——列车群进出站作业完成后，列车在列车群中位置编号集合， Q＝{1,2,…,n}；

H——进出站作业拓扑网络中区段的集合，H＝{1,2,…,h}；

n——计划进行进出站作业列车群中的列车数量，n∈N；

h——进出站作业拓扑网络中的区段数量。区段s的起点处为道岔后安全停车点，终点为下一个道岔后安全停车点，h∈H；

i、j——计划进行进出站作业列车群中的列车编号，i∈N，j∈N；

s、r——进出站作业拓扑网络中的区段起点编号，s∈H，r∈H；

q——列车群进站作业开始前，或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号；此处约定，从列车运行方向上位置最靠前的列车开始，沿列车运行反方向编号，最靠前列车编号为1，次靠前列车编号为2，以此类推，最后一列车编号为n，q∈Q；

ω——前后列车之间运行时间间隔，单位s；

v_i,s——列车i运行至s起点道岔处的实际行驶速度，单位m/s；

T_s——任意列车从区段s起点道岔(后安全停车点)开始，运行至下一个区段r起点道岔(之后安全停车点)，所需要的最快行程时间，单位s；

π_s——区段进口道岔转换时间，单位s；

l_i——列车i长度，单位m；

η——车尾出清的安全放大系数(>0)；

o_i,s——区段s(起点)是否是列车i的出发区段，0-1型参数；

d_i,s——区段s(起点)是否是列车i的目标区段，0-1型参数；

λ_i——列车i由于空间位置差异，从其当前(决策时刻)位置运行到始发区段起始节点的时间，或由于作业需要，从当前时刻(决策时刻)至预计到达始发区段起始节点的时间；

——区段s是否属于列车i的路径，0-1型参数；

——在列车i的路径中，区段s后续是否为区段r(区段r后续是否为区段s)，0-1型参数，0表示否，1表示是；

——在列车i(列车j)的路径中，区段k后续是否为区段s， 0-1型参数，0表示否，1表示是。

m——表示一个极大的正数，作为变量约束项，可取10⁶；

根据上述时空路径规划模型，确定每个列车要进入的区段和进入的时间。

上述模型中，式(1)表示进出站时空路径规划模型的目标为进出站作业时间最短；s.t.表示模型的约束条件，式(2)-式(8)为模型约束。

式(2)为前后列车运行时间间隔约束：对于任意区段，前车与后续列车进入该区段起始节点的时间间隔，不小于列车间的最小运行间隔；式(3) 为前后列车进入区段的先后关系约束：列车群作业顺序与与具体区段处列车经过顺序之间的关系；式(4)为列车区段的运行时间约束：受道岔区段限速、列车加减速性能的限制，列车在区段的运行时间，不低于按照列车最大机械性能和最大区段限速运行时的最短运行时间；式(5)为列车群队形中各列车位置唯一约束：对于列车群中的各列车，其在作业队形中的位置唯一；(6)为列车群队形中各位置列车唯一约束：对于作业队形中的各个位置，也只能存在一列车；式(7)为列车群进出站作业完成时间约束：列车群进站作业完成时间，不早于各列车的进站作业完成时间；式(8)为每列车的出发时间约束：每列车在进入出发区段之前，需要经过一定的运行或准备时间才能进入其出发阶段。

上述列车进站作业过程时空路径调度规划模型中，模型经过运算所输出的决策变量及其含义如下：

t_i,s——以作业列车群头车开始作业的时间为0点，列车i车头进入进出站作业网络中的s区段起始节点的时间(单位s)。对任意列车i及任意区段s存在该变量；

——在列车出站作业场景中，该变量为决策变量，用于表示列车i在作业完成后，在列车群中的位置编号是否为q。0-1型参数，0表示否，1 表示是。对任意列车i及位置编号k存在该变量。在列车进站作业场景中，该变量为输入参数，表示进站前列车i在列车群中的位置编号是否为q。

——列车j是否在列车i之前进入区段s的标记。

取值为1表示列车j先于列车i进入区段s起始道岔，

取值为0则表示列车j后于列车i进入区段s起始道岔。对任意列车j与任意列车i(i≠j)存在该变量。

Y——整个列车群进出站作业完成时间。

列车进出站作业过程时空路径调度规划模型根据预先给定的参数的各参数值，通过单纯形法进行计算求解，使得在满足约束式(2)-式(8)中约束条件的情况下，获得使得式(1)中优化目标成立的上述决策变量取值。

为求解上述虚拟耦合列车群进站与出站高效作业时空路径优化模型，本文利用分枝定界法，自动确定虚拟耦合列车群内各列车进入区间的时间 t_i,s、列车作业顺序

以及整个列车群的进出站作业完成时间Y，可用X表示决策变量

所构成的向量。模型的智能求解算法如图1 所示。

在分枝定界法中，首先输入基本参数取值(除决策变量以外的其他已知变量)，初始化列车群进站与出站高效作业时空路径优化模型中的目标函数值Z＝-m(m为一个极大正数，可取10⁶)，决策变量X＝X₀(X₀中各变量取值为0)(图1中步骤S1)。

然后，将模型中的整数型(含0-1型)决策变量

放松整数约束，形成智能决策模型的松弛问题，放松约束的整数型变量称为松弛变量(图1 中步骤S2)。以该松弛问题作为当前问题，利用传统的单纯形法求解当前问题最优解(图1中步骤S3)，获取当前最优解X^*(所有决策变量的当前取值集合)及相应的当前目标函数值Z^*(图1中步骤S4)，若当前最优解X^*中，所有松弛变量取值皆为整数，则开始定界过程：判断当前解对应目标函数值Z^*是否大于Z，如果大于则原始模型目标函数值Z＝Z^*、原始模型最优解X＝X*(图1中步骤Y1-Y2)，如果不大于则判断待处理问题集合是否为空；如果有松弛变量取值不为整数则开始分枝过程(图1中步骤N1-N2)：利用分支原理构建分支问题，将分支为题待处理分支问题集合，从待处理分支问题集合中拿出1个分支问题，继续利用单纯形法求解问题。

定界过程：在当前最优解中，若所有松弛变量皆为整数，对比当前目标函数值Z^*与智能决策模型的目标函数值Z之间的大小关系，若Z^*＞Z(图 1中步骤Y1)，即智能决策模型的目标函数获得了优化，则将当前目标函数值和当前最优解作为智能决策模型的目标函数值和最优解(令Z＝Z^*， X＝X^*)(图1中步骤Y2)。

分枝过程：利用分枝原理构建分枝问题(图1中步骤N1)；在当前最优解中，若存在松弛变量为非整数，从取值为非整数的变量中选取某个取值为非整数的松弛变量x＝b(x取任意

)，令[b]和[b]+1分别为最靠近b的左侧和右侧整数，在当前问题基础上，分别加入约束x≤[b]和x≥[b]+1，分别构建两个分枝问题图1中步骤N2)。

在定界过程完成后，判断待处理的分枝问题集合是否为空，若为空，则完成计算，输出智能决策模型的智能决策模型的目标函数值Z和最优解X (图1中步骤Y3)；否则，从待处理的分枝问题集合中选择一个分枝问题作为当前问题，重新利用单纯形法求解其最优解，重复上述判断和分枝或定界过程，直至待处理的分枝问题集合为空，输出求解结果(图1中步骤 N3)。

在分枝完成后，将两个分枝问题加入待处理的分枝问题集合，从待处理的分枝问题集合中选择一个分枝问题，重新利用单纯形法求解其最优解，重复上述判断和分枝或定界过程，直至进入定界过程且待处理的分枝问题集合为空，输出求解结果。

适应性地，本发明实施例的上述列车群出站时空路径规划方法可以通过一种装置实现，该装置可以包括进出站参数确定单元、出站规划设定单元等模块单元。

参数确定单元，用于确定以下参数：进站或出站拓扑网络中的区段、各区段起点道岔处允许的行驶速度、列车在两个相邻区段起点道岔之间的最快行程时间、各区段进口道岔的转换时间、区段中连续锁闭或非连续锁闭列车之间所要求的列车运行间隔、列车长度；

规划计算单元，用于基于所述参数确定单元确定的所述参数计算每个列车要进入的区段和进入的时间。

所述规划计算单元，还用于：基于确定的参数，形成以下约束：前后列车运行时间间隔约束、前后列车进入区段的先后关系约束、列车区段的运行时间约束、列车群队形中各列车位置唯一约束、列车群队形中各位置列车唯一约束、列车群进站或出站作业完成时间约束、每列车的出发时间约束；基于形成的上述约束规划每个列车要进入的区段和进入的时间，以及列车群作业顺序。

所述参数确定单元，确定进站或出站拓扑网络中的区段具体为，确地进站或出站拓扑网络中的节点位置、区段数量、区段起终点编号。

所述规划计算单元，还用于基于确定的所述参数构建进站或出站时空路径规划模型。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种列车时空路径规划方法，所述方法包括：

确定以下参数：进站或出站拓扑网络中的区段、各区段起点道岔处允许的行驶速度、列车在两个相邻区段起点道岔之间的最快行程时间、各区段进口道岔的转换时间、区段中连续锁闭或非连续锁闭列车之间所要求的列车运行间隔和列车长度；

基于确定的参数，形成以下约束：前后列车运行时间间隔约束、前后列车进入区段的先后关系约束、列车区段的运行时间约束、列车群队形中各列车位置唯一约束、列车群队形中各位置列车唯一约束、列车群进站或出站作业完成时间约束和每列车的出发时间约束；

基于所述参数和约束构建进站或出站时空路径规划模型，所述进站或出站时空路径规划模型目标为进站或出站作业时间最短；

基于进站或出站时空路径规划模型确定每个列车要进入的区段和进入的时间，以及列车群作业顺序；

所述列车采用虚拟耦合方式实现虚拟连接。

2.根据权利要求1所述的列车时空路径规划方法，其中，

确定进站或出站拓扑网络中的区段具体为，确定进站或出站拓扑网络中的节点位置、区段数量和区段起终点编号。

3.根据权利要求1或2所述的列车时空路径规划方法，其中，

基于确定的所述参数构建进站或出站时空路径规划模型如下：

min Z＝Y (1)

其中，式(1)表示进站或出站时空路径规划模型的目标为进站或出站作业时间最短；式(2)-式(8)为模型约束，式(2)为前后列车运行时间间隔约束，式(3)为前后列车进入区段的先后关系约束，式(4)为列车区段的运行时间约束，式(5)为列车群队形中各列车位置唯一约束，式(6)为列车群队形中各位置列车唯一约束，式(7)为列车群进站或出站作业完成时间约束、式(8)为每列车的出发时间约束；

t_i,s——以作业列车群头车开始作业的时间为0点，列车i车头进入进站或出站作业网络中的s区段起始节点的时间；对任意列车i及任意区段s存在该变量；

——在列车出站作业场景中，该变量为决策变量，用于表示列车i在作业完成后，在列车群中的位置编号是否为q；0-1型参数，0表示否，1表示是，对任意列车i及位置编号k存在该变量，在列车进站作业场景中，该变量为输入参数，表示进站前列车i在列车群中的位置编号是否为q；

——列车j是否在列车i之前进入区段s的标记；

取值为1表示列车j先于列车i进入区段s起始道岔，

取值为0则表示列车j后于列车i进入区段s起始道岔；对任意列车j与任意列车i，i≠j，存在该变量；

Y——整个列车群进站或出站作业完成时间；

其中：

N——计划进行进站或出站作业的列车群集合，N＝{1,2,…,n}；

Q——列车群进站或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号集合，Q＝{1,2,…,n}；

H——进站或出站作业拓扑网络中区段的集合，H＝{1,2,…,h}；

n——计划进行进站或出站作业列车群中的列车数量，n∈N；

h——进站或出站作业拓扑网络中的区段数量，区段s的起点处为道岔后安全停车点，终点为下一个道岔后安全停车点，h∈H；

i、j——计划进行进站或出站作业列车群中的列车编号，i∈N，j∈N；

s、r——进站或出站作业拓扑网络中的区段起点编号，s∈H，r∈H；

q——列车群进站作业开始前，或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号；此处约定，从列车运行方向上位置最靠前的列车开始，沿列车运行反方向编号，最靠前列车编号为1，次靠前列车编号为2，以此类推，最后一列车编号为n，q∈Q；

ω——前后列车之间运行时间间隔，单位s；

v_j,s——列车j运行至s起点道岔处的实际行驶速度，单位m/s；

T_s——任意列车从区段s起点道岔后安全停车点开始，运行至下一个区段r起点道岔之后安全停车点，所需要的最快行程时间，单位s；

π_s——区段进口道岔转换时间，单位s；

l_i——列车i长度，单位m；

η——车尾出清的安全放大系数；

o_i,s——区段s是否是列车i的出发区段，0-1型参数；

d_i,s——区段s是否是列车i的目标区段，0-1型参数；

λ_i——列车i由于空间位置差异，从其当前位置运行到始发区段起始节点的时间，或由于作业需要，从当前时刻至预计到达始发区段起始节点的时间；

——区段s是否属于列车i的路径，0-1型参数；

——在列车i的路径中，区段s后续是否为区段r，0-1型参数，0表示否，1表示是；

——在列车i的路径中，区段k后续是否为区段s，0-1型参数，0表示否，1表示是；

m——表示一个极大的正数，作为变量约束项；

根据上述时空路径规划模型，确定每个列车要进入的区段和进入的时间。

4.根据权利要求3所述的列车时空路径规划方法，其中，

根据单纯形法求解所述时空路径规划模型以获得每个列车要进入的区段和进入的时间。

5.一种列车进站或出站时空路径规划装置，所述装置包括：

参数确定单元，用于确定以下参数：进站或出站拓扑网络中的区段、各区段起点道岔处允许的行驶速度、列车在两个相邻区段起点道岔之间的最快行程时间、各区段进口道岔的转换时间、区段中连续锁闭或非连续锁闭列车之间所要求的列车运行间隔和列车长度；

规划计算单元，用于基于所述参数确定单元确定的所述参数计算每个列车要进入的区段和进入的时间；

所述规划计算单元，还用于：

基于确定的参数，形成以下约束：前后列车运行时间间隔约束、前后列车进入区段的先后关系约束、列车区段的运行时间约束、列车群队形中各列车位置唯一约束、列车群队形中各位置列车唯一约束、列车群进站或出站作业完成时间约束和每列车的出发时间约束；

基于所述参数和约束构建进站或出站时空路径规划模型，所述进站或出站时空路径规划模型目标为进站或出站作业时间最短；基于进站或出站时空路径规划模型确定每个列车要进入的区段和进入的时间，以及列车群作业顺序；

所述列车采用虚拟耦合方式实现虚拟连接。

6.根据权利要求5所述的列车进站或出站时空路径规划装置，其中，

所述参数确定单元，确定进站或出站拓扑网络中的区段具体为，确定进站或出站拓扑网络中的节点位置、区段数量和区段起终点编号。

7.根据权利要求5或6所述的列车进站或出站时空路径规划装置，其中，

所述规划计算单元，还用于基于确定的所述参数构建进站或出站时空路径规划模型如下：

min Z＝Y (1)

其中，式(1)表示进站或出站时空路径规划模型的目标为进站或出站作业时间最短；式(2)-式(8)为模型约束，式(2)为前后列车运行时间间隔约束，式(3)为前后列车进入区段的先后关系约束，式(4)为列车区段的运行时间约束，式(5)为列车群队形中各列车位置唯一约束，式(6)为列车群队形中各位置列车唯一约束，式(7)为列车群进站或出站作业完成时间约束、式(8)为每列车的出发时间约束；

t_i,s——以作业列车群头车开始作业的时间为0点，列车i车头进入进站或出站作业网络中的s区段起始节点的时间；对任意列车i及任意区段s存在该变量；

——在列车出站作业场景中，该变量为决策变量，用于表示列车i在作业完成后，在列车群中的位置编号是否为q；0-1型参数，0表示否，1表示是，对任意列车i及位置编号k存在该变量，在列车进站作业场景中，该变量为输入参数，表示进站前列车i在列车群中的位置编号是否为q；

——列车j是否在列车i之前进入区段s的标记；

取值为1表示列车j先于列车i进入区段s起始道岔，

取值为0则表示列车j后于列车i进入区段s起始道岔；对任意列车j与任意列车i，i≠j，存在该变量；

Y——整个列车群进站或出站作业完成时间；

其中：

N——计划进行进站或出站作业的列车群集合，N＝{1,2,…,n}；

Q——列车群进站或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号集合，Q＝{1,2,…,n}；

H——进站或出站作业拓扑网络中区段的集合，H＝{1,2,…,h}；

n——计划进行进站或出站作业列车群中的列车数量，n∈N；

h——进站或出站作业拓扑网络中的区段数量，区段s的起点处为道岔后安全停车点，终点为下一个道岔后安全停车点，h∈H；

i、j——计划进行进站或出站作业列车群中的列车编号，i∈N，j∈N；

s、r——进站或出站作业拓扑网络中的区段起点编号，s∈H，r∈H；

q——列车群进站作业开始前，或出站作业完成后，列车在列车群中位置编号；此处约定，从列车运行方向上位置最靠前的列车开始，沿列车运行反方向编号，最靠前列车编号为1，次靠前列车编号为2，以此类推，最后一列车编号为n，q∈Q；

ω——前后列车之间运行时间间隔，单位s；

v_j,s——列车j运行至s起点道岔处的实际行驶速度，单位m/s；

T_s——任意列车从区段s起点道岔后安全停车点开始，运行至下一个区段r起点道岔之后安全停车点，所需要的最快行程时间，单位s；

π_s——区段进口道岔转换时间，单位s；

l_i——列车i长度，单位m；

η——车尾出清的安全放大系数；

o_i,s——区段s是否是列车i的出发区段，0-1型参数；

d_i,s——区段s是否是列车i的目标区段，0-1型参数；

λ_i——列车i由于空间位置差异，从其当前位置运行到始发区段起始节点的时间，或由于作业需要，从当前时刻至预计到达始发区段起始节点的时间；

——区段s是否属于列车i的路径，0-1型参数；

——在列车i的路径中，区段s后续是否为区段r，0-1型参数，0表示否，1表示是；

——在列车i的路径中，区段k后续是否为区段s，0-1型参数，0表示否，1表示是；

m——表示一个极大的正数，作为变量约束项；

根据上述时空路径规划模型，确定每个列车要进入的区段和进入的时间。

Images