CN110969288A - 一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法及系统 - Google Patents

一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法及系统 Download PDF

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CN110969288A CN201911089141.4A CN201911089141A CN110969288A CN 110969288 A CN110969288 A CN 110969288A CN 201911089141 A CN201911089141 A CN 201911089141A CN 110969288 A CN110969288 A CN 110969288A
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Abstract

本发明涉及铁路应急资源配置技术领域，具体涉及一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法及系统。所述方法包括以下步骤：S1.获取热备动车组配置数量的影响参数，构建热备动车组配置数量的影响公式；S2.构建热备动车组热备地点选择的影响因素计算公式，S3.建立热备动车组配置的多目标规划模型；S4.计算出热备动车组配置数量的解集，和每个解集对应的热备动车组备用地点编号。本发明通过求解热备动车组配置数量和热备地点协同优化的热备动车组配置方案，对于指导铁路局依据自身实际制定热备动车组配置方案具有参考意义。建模过程方便简单、建模标准统一，方法计算效率高，方法真实可靠，方法考虑因素全面，具有很好的操作性、通用性和可重用性。

Description

一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法及系统
技术领域
本发明涉及铁路应急资源配置技术领域，具体涉及一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法及系统。
背景技术
热备动车组是指检修完毕、技术状态良好、作为应急备用、随时可以上线使用的动车组。当线路上运行的动车组由于恶劣天气、线路基础设施或动车组故障等原因出现中途停止运行或晚点时，往往可以通过启动热备动车组用于车底交路受影响时担当后续交路、动车组故障时接运旅客及救援动车组。
热备动车组配置方案是根据动车组配属和运用的实际情况，确定热备动车组的存放地点、车型和数量的方案。
目前，针对热备动车组配置方案的研究较少，既有的研究成果在热备动车组配置方案确定的完整性和科学性上也有进一步改进的空间。现有的热备动车组配置方法具有以下弊端：(1)各铁路局依据现场工作的经验进行制定；(2)已有对热备动车组配置方案的研究仅从热备动车组热备地点的选择方面进行，没有综合考虑热备动车组配置数量和配置地点之间的关系；(3)在热备动车组的使用中没有体现区域之间的分工合作。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明目提供了一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法及系统。
一方面，本发明提供了一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法，所述方法包括以下步骤：
S1.获取热备动车组配置数量的影响参数，构建热备动车组配置数量的影响公式；所述热备动车组配置数量的影响参数包括：第一参数、第二参数和第三参数；所述第一参数为：热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；所述第二参数为：热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；所述第三参数为：每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值；
S2.构建热备动车组热备地点选择的影响因素计算公式，所述地点选择的影响因素包括热备动车组热备的平时准备成本、各个始发车站的权重和待救援区间的权重；
S3.分别以热备动车组出动响应时间最短和配置成本最少为目标，建立热备动车组配置的多目标规划模型；
S4.通过热备动车组配置的多目标规划模型，计算出热备动车组配置数量的解集，和每个解对应的热备动车组备用地点编号。
进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：
S11.获取热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
S12.构建热备动车组从热备地点到达始发车站的时间影响公式：
Figure BDA0002266338750000011
公式(1)中，
Figure BDA0002266338750000012
I表示在路网中具有部署热备动车组条件的待选点集合，i为待选点索引，i∈I；
J表示路网中全部有始发列车的车站，热备动车组可能需要去到这些车站担当后续交路，j为始发车站索引，j∈J；
Figure BDA0002266338750000013
表示热备动车组从热备地点i到达始发车站j的时间；
Figure BDA0002266338750000021
表示热备动车组备用地点i是否担当始发车站j的后续交路，
Figure BDA0002266338750000022
表示担当，
Figure BDA0002266338750000023
表示不担当；
t1表示热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
S13.获取热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
S14.构建热备动车组从热备地点到达待救援区间的平均时间影响公式：
Figure BDA0002266338750000024
Figure BDA0002266338750000025
公式(2)和(3)中：
Figure BDA0002266338750000026
V表示路网中所有区间的集合，热备动车组在这些区间可能需要接运旅客或救援动车组，mn为区间索引，mn∈V，m、n分别为两端车站；
Figure BDA0002266338750000027
表示热备动车组从热备地点i到达待救援区间mn的平均时间，
Figure BDA0002266338750000028
表示区间mn是否由热备动车组备用地点i进行救援，
Figure BDA0002266338750000029
表示救援，
Figure BDA00022663387500000210
表示不救援；t2表示热备动车组从备用地点i到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
Figure BDA00022663387500000211
表示热备动车组从热备地点i到达区间一端车站m的时间，
Figure BDA00022663387500000212
表示热备动车组从热备地点i到达区间另一端车站n的时间；
S15.构建热备动车组配置数量的第一影响公式：
Figure BDA00022663387500000213
Figure BDA00022663387500000214
公式(4)和(5)中，K为热备动车组的配置数量；
S16.获取每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值P合理；
S17.构建多个需求点同时需要热备动车组的概率计算公式：
Figure BDA00022663387500000215
公式(6)中，Pr为r个需求点同时需要热备动车组的概率，qs为S个热备动车组需求点中，第s个需求点发生必须出动热备动车组的事故的概率，1≤s≤S，qs的取值依据各路局热备动车组出动记录的统计数据得到；ra表示当需求点数量为r时，第a种组合方式下热备动车组的需求点集合；
S18.构建热备动车组配置数量的第二影响公式：
Figure BDA00022663387500000216
公式(7)中，K为热备动车组的配置数量。
进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21.获取热备动车组热备的值乘人员开销和热备动车组维护成本；
S22.构建热备动车组热备的平时准备成本计算公式：
Figure BDA0002266338750000031
公式(8)中，Ci为将热备动车组放置在备用地点i所需的平时准备成本；
Figure BDA0002266338750000032
表示热备动车组放置在备用地点i时，为了保证热备动车组能够及时启动所需的人员成本；
Figure BDA0002266338750000033
表示热备动车组放置在备用地点i时，热备动车组每48小时进行检修维护的空车走行成本；
S23.构建当热备动车组到各始发车站担当后续交路时，各始发车站的权重计算公式：
Figure BDA0002266338750000034
公式(9)中，
Figure BDA0002266338750000035
为始发车站j的权重；Lj为车站j的始发列车列数；
S24.根据危险性评价方法LEC法，构建当热备动车组到各个车站或区间实施救援时，待救援区间的权重计算公式：
Figure BDA0002266338750000036
Figure BDA00022663387500000311
公式(10)和(11)中，Lmn为区间mn事故发生的可能性；Emn为区间mn暴露在危险环境中的频率；Cmn为区间mn发生事故所造成的影响；Lmn、Emn和Cmn的取值依据LEC打分表进行打分获得；
Figure BDA0002266338750000038
为区间mn的权重；
Figure BDA0002266338750000039
为区间mn利用LEC法进行评价的得分。
进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：
S31.构建热备动车组接到调度命令启动后，到达目的地的平均最短响应时间计算公式：
Figure BDA00022663387500000310
公式(12)中，minZ1表示热备动车组到达目的地的平均最短响应时间；xik表示第k列热备动车组是否配置在备用地点i，xik＝1表示将第k列热备动车组配置在备用地点i，xik＝0表示不配置；ω1表示热备动车组出动担当后续交路的权重；ω2表示热备动车组出动进行救援的权重；ω1和ω2的取值依据专家打分法得到，ω1+ω2＝1；
S32.获取热备动车组的购置成本；
S33.构建热备动车组配置的最低成本计算公式：
Figure BDA00022663387500000415
公式(13)中，minZ2表示热备动车组配置的最低成本；C车表示热备动车组的购置成本；
S34.构建对每个热备动车组需求点进行救援的热备动车组数量约束条件公式：
Figure BDA0002266338750000042
Figure BDA0002266338750000043
公式(14)和(15)中，
Figure BDA0002266338750000044
S35.构建热备动车组提供交路接续及救援的约束条件公式：
Figure BDA0002266338750000045
Figure BDA0002266338750000046
公式(16)和(17)中，
Figure BDA0002266338750000047
S36.构建热备动车组覆盖范围约束条件公式：
Figure BDA0002266338750000048
Figure BDA0002266338750000049
公式(18)和(19)中，
Figure BDA00022663387500000410
S37.构建变量约束条件公式：
Figure BDA00022663387500000411
xik＝{0,1} (21)
Figure BDA00022663387500000412
Figure BDA00022663387500000413
公式(21)、(22)和(23)中，
Figure BDA00022663387500000414
进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：
S41.求解满足全面覆盖约束和概率约束下的热备动车组配置数量K的最小值，确定规划模型的可行域；所述求解模型为：
min K
Figure BDA0002266338750000051
所述确定规划模型的可行域的具体步骤为：
S411.获取备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000052
及
Figure BDA0002266338750000053
其中NI为路网中待选点的数量，NJ为始发车站数量，Nmn为区间数量；
S412.不考虑约束
Figure BDA0002266338750000054
利用LINGO软件对模型进行求解，得到无约束条件
Figure BDA0002266338750000055
下的最优解K′min；
S413.判断此时的最优解K′min是否满足
Figure BDA0002266338750000056
若满足，Kmin＝K′min，计算终止；若不满足，进入步骤S414；
S414.令K′min＝K′min+1，进入步骤S413；
S42.在得到热备动车组配置模型的可行域后，给定热备动车组的数量K，寻找在这一条件下的有效解，之后不断改变K的值直到得到模型的Pareto解集。
所述得到Pareto解集的具体步骤为：
S421.获取备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000057
及
Figure BDA0002266338750000058
K＝Kmin；
S422.设目标函数值Z1＝Z2＝Inf，随机产生初始可行解及分配方案，迭代次数niter＝0，将禁忌列表置空；
S423.判断是否满足niter＞Niter，若满足，终止当前循环，输出当前K值下的有效解；若不满足，进入步骤S424；
S424.生成当前解的邻域解，从中选取有效候选解，判断该有效解是否处于禁忌列表当中，若不处于，则进入步骤S426；若处于，则进入步骤S425；
S425.判断该最优候选解的目标函数值Z1can和Z2can是否满足特赦准则(Z1can＜Z1)∨(Z2can＜Z2)，若满足，则进入步骤S426；若不满足，则进入步骤S427；
S426.将该有效候选解设为当前解，放入禁忌列表中，更新目标函数值Z1,Z2：Z1＝min{Z1,Z1can},Z2＝min{Z2,Z2can}；如果节点频率大于给定阈值，则在初始解中删除该节点，置空禁忌表，同时更新当前解和初始解，进入步骤S427；若节点频率小于等于给定阈值，直接置空禁忌表，将当前解置为初始解，进入步骤S422；
S427.重复步骤S423至步骤S426，直到满足本次循环终止条件，进入步骤S428；
S428.令K＝K+1，重复步骤S422至步骤S427，直至K＞NI或当前K值下的有效解不是模型的有效解。
另一方面，本发明公开了一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统，所述系统包括：
第一计算模块，用于获取热备动车组配置数量的影响参数，构建热备动车组配置数量的影响公式；所述热备动车组配置数量的影响参数包括：第一参数、第二参数和第三参数；所述第一参数为：热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；所述第二参数为：热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；所述第三参数为：每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值；
第二计算模块，用于构建热备动车组热备地点选择的影响因素计算公式，所述地点选择的影响因素包括热备动车组热备的平时准备成本、各个始发车站的权重和待救援区间的权重；
第三计算模块，用于分别以热备动车组出动响应时间最短和配置成本最少为目标，建立热备动车组配置的多目标规划模型；
第四计算模块，用于通过热备动车组配置的多目标规划模型，计算出热备动车组配置数量的解集，和每个解对应的热备动车组备用地点编号。
显示模块，用于将计算出的热备动车组配置数量和每个配置数量对应的热备动车组备用地点编号进行显示，供铁路局的工作人员进行选择。
进一步地，所述第一计算模块包括：
第一接收单元，用于获取热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
第一计算单元，用于构建热备动车组从热备地点到达始发车站的时间影响公式：
Figure BDA0002266338750000061
公式(1)中，
Figure BDA0002266338750000062
I表示在路网中具有部署热备动车组条件的待选点集合，i为待选点索引，i∈I；
J表示路网中全部有始发列车的车站，热备动车组可能需要去到这些车站担当后续交路，j为始发车站索引，j∈J；
Figure BDA0002266338750000063
表示热备动车组从热备地点i到达始发车站j的时间；
Figure BDA0002266338750000064
表示热备动车组备用地点i是否担当始发车站j的后续交路，
Figure BDA0002266338750000065
表示担当，
Figure BDA0002266338750000066
表示不担当；
t1表示热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
第二接收单元，用于获取热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
第二计算单元，用于构建热备动车组从热备地点到达待救援区间的平均时间影响公式：
Figure BDA0002266338750000071
Figure BDA0002266338750000072
公式(2)和(3)中：
Figure BDA0002266338750000073
V表示路网中所有区间的集合，热备动车组在这些区间可能需要接运旅客或救援动车组，mn为区间索引，mn∈V，m、n分别为两端车站；
Figure BDA0002266338750000074
表示热备动车组从热备地点i到达待救援区间mn的平均时间，
Figure BDA0002266338750000075
表示区间mn是否由热备动车组备用地点i进行救援，
Figure BDA0002266338750000076
表示救援，
Figure BDA0002266338750000077
表示不救援；t2表示热备动车组从备用地点i到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
Figure BDA0002266338750000078
表示热备动车组从热备地点i到达区间一端车站m的时间，
Figure BDA0002266338750000079
表示热备动车组从热备地点i到达区间另一端车站n的时间；
第三计算单元，用于构建热备动车组配置数量的第一影响公式：
Figure BDA00022663387500000710
Figure BDA00022663387500000711
公式(4)和(5)中，K为热备动车组的配置数量；
第三接收单元，用于获取每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值P合理；
第四计算单元，用于构建多个需求点同时需要热备动车组的概率计算公式：
Figure BDA00022663387500000712
公式(6)中，Pr为r个需求点同时需要热备动车组的概率；qs为S个热备动车组需求点中，第s个需求点发生必须出动热备动车组的事故的概率，1≤s≤S，qs的取值依据各路局热备动车组出动记录的统计数据得到；ra表示当需求点数量为r时，第a种组合方式下热备动车组的需求点集合；
第五计算单元，用于构建热备动车组配置数量的第二影响公式：
Figure BDA00022663387500000713
公式(7)中，K为热备动车组的配置数量。
进一步地，所述第二计算模块包括：
第四接收单元，用于获取热备动车组热备的值乘人员开销和热备动车组维护成本；
第六计算单元，用于构建热备动车组热备的平时准备成本计算公式：
Figure BDA0002266338750000081
公式(8)中，Ci为将热备动车组放置在备用地点i所需的平时准备成本；
Figure BDA0002266338750000082
表示热备动车组放置在备用地点i时，为了保证热备动车组能够及时启动所需的人员成本；
Figure BDA0002266338750000083
表示热备动车组放置在备用地点i时，热备动车组每48小时进行检修维护的空车走行成本；
第七计算单元，用于构建当热备动车组到各始发车站担当后续交路时，各始发车站的权重计算公式：
Figure BDA00022663387500000811
公式(9)中，
Figure BDA0002266338750000085
为始发车站j的权重；Lj为车站j的始发列车列数；
第八计算单元，用于根据危险性评价方法LEC法，构建当热备动车组到各个车站或区间实施救援时，待救援区间的权重计算公式：
Figure BDA0002266338750000086
Figure BDA0002266338750000087
公式(10)和(11)中，Lmn为区间mn事故发生的可能性；Emn为区间mn暴露在危险环境中的频率；Cmn为区间mn发生事故所造成的影响；Lmn、Emn和Cmn的取值依据LEC打分表进行打分获得；
Figure BDA0002266338750000088
为区间mn的权重；
Figure BDA0002266338750000089
为区间mn利用LEC法进行评价的得分。
进一步地，所述第三计算模块包括：
第九计算单元，用于构建热备动车组接到调度命令启动后，到达目的地的平均最短响应时间计算公式：
Figure BDA00022663387500000810
公式(12)中，minZ1表示热备动车组到达目的地的平均最短响应时间；xik表示第k列热备动车组是否配置在备用地点i，xik＝1表示将第k列热备动车组配置在备用地点i，xik＝0表示不配置；ω1表示热备动车组出动担当后续交路的权重；ω2表示热备动车组出动进行救援的权重；ω1和ω2的取值依据专家打分法得到，ω1+ω2＝1；
第五接收单元，用于获取热备动车组的购置成本；
第十计算单元，用于构建热备动车组配置的最低成本计算公式：
Figure BDA0002266338750000091
公式(13)中，minZ2表示热备动车组配置的最低成本；C车表示热备动车组的购置成本；
第十一计算单元，用于构建对每个热备动车组需求点进行救援的热备动车组数量约束条件公式：
Figure BDA0002266338750000092
Figure BDA0002266338750000093
公式(14)和(15)中，
Figure BDA0002266338750000094
第十二计算单元，用于构建热备动车组提供交路接续及救援的约束条件公式：
Figure BDA0002266338750000095
Figure BDA0002266338750000096
公式(16)和(17)中，
Figure BDA0002266338750000097
第十三计算单元，用于构建热备动车组覆盖范围约束条件公式：
Figure BDA0002266338750000098
Figure BDA0002266338750000099
公式(18)和(19)中，
Figure BDA00022663387500000910
第十四计算单元，用于构建变量约束条件公式：
Figure BDA00022663387500000911
xik＝{0,1} (21)
Figure BDA00022663387500000912
Figure BDA00022663387500000913
公式(21)、(22)和(23)中，
Figure BDA00022663387500000914
进一步地，所述第四计算模块包括：
第十五计算单元，用于求解满足全面覆盖约束和概率约束下的热备动车组配置数量K的最小值，确定规划模型的可行域；所述求解模型为：
min K
Figure BDA0002266338750000101
所述第十五计算单元包括：
第一子接收单元，用于获取备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000102
及
Figure BDA0002266338750000103
其中NI为路网中待选点的数量，NJ为始发车站数量，Nmn为区间数量；
第一子计算单元，用于不考虑约束
Figure BDA0002266338750000104
利用LINGO软件对模型进行求解，得到无约束条件
Figure BDA0002266338750000105
下的最优解K′min；
第二子计算单元，用于判断此时的最优解K′min是否满足
Figure BDA0002266338750000106
若满足，Kmin＝K′min，计算终止；若不满足，进入第三子计算单元中进行计算；
第三子计算单元，用于进行K′min＝K′min+1计算，计算后进入第二子计算单元中进行计算。
第十六计算单元，用于在得到热备动车组配置模型的可行域后，给定热备动车组的数量K，寻找在这一条件下的有效解，之后不断改变K的值直到得到模型的Pareto解集。
所述第十六计算单元包括：
第二子接收单元，用于获取备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000107
及
Figure BDA0002266338750000108
K＝Kmin；
第四子计算单元，用于设目标函数值Z1＝Z2＝Inf，随机产生初始可行解及分配方案，迭代次数niter＝0，将禁忌列表置空；
第五子计算单元，用于判断是否满足niter＞Niter，若满足，终止当前循环，输出当前K值下的有效解；若不满足，进入第六子计算单元中进行计算；
第六子计算单元，用于生成当前解的邻域解，从中选取有效候选解，判断该有效解是否处于禁忌列表当中，若不处于，则进入第八子计算单元中进行计算；若处于，则进入第七子计算单元中进行计算；
第七子计算单元，用于判断该最优候选解的目标函数值Z1can和Z2can是否满足特赦准则(Z1can＜Z1)∨(Z2can＜Z2)，若满足，则进入第八子计算单元中进行计算；若不满足，则进入第九子计算单元中进行计算；
第八子计算单元，用于将该有效候选解设为当前解，放入禁忌列表中，更新目标函数值Z1,Z2：Z1＝min{Z1,Z1can},Z2＝min{Z2,Z2can}；如果节点频率大于给定阈值，则在初始解中删除该节点，置空禁忌表，同时更新当前解和初始解，进入第九子计算单元中进行计算；若节点频率小于等于给定阈值，直接置空禁忌表，将当前解置为初始解，进入第四子计算单元中进行计算；
第九子计算单元，用于重复进行第五子计算单元至第八子计算单元的计算，直到满足本次循环终止条件，进入第十子计算单元；
第十子计算单元，用于进行K＝K+1计算，之后重复进行第四子计算单元至第九子计算单元的计算，直至K＞NI或当前K值下的有效解不是模型的有效解。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过热备动车组配置数量和热备地点协同优化的热备动车组配置方案，对于指导铁路局依据自身实际制定热备动车组配置方案具有参考意义。建模过程方便简单、建模标准统一，方法计算效率高，方法真实可靠，方法考虑因素全面，具有很好的操作性、通用性和可重用性。
在构建热备动车组配置模型时，考虑了不同铁路局对同一线路共同管理的情况，为了有效利用热备资源，避免重复出动热备动车组造成资源浪费，提出了铁路局合理协调、有效分工的热备动车组使用原则，体现了区域之间应急协同的理念。在方法的设计上，依据热备动车组配置模型的特点对模型进行结构，对关键变量进行分步求解，能够很好的找到多目标规划的Pareto解集，得到的结果可以从不同的角度给出最佳方案，管理者可根据自身情况对方案进行选择。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例中所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法流程示意图；
图2是本发明实施例中所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统结构示意图；
图3是本发明实施例中所述的第一计算模块结构示意图；
图4是本发明实施例中所述的第二计算模块结构示意图；
图5是本发明实施例中所述的第三计算模块结构示意图；
图6是本发明实施例中所述的第四计算模块结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
如图1所示，本实施例公开的一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法所述方法包括以下步骤：
S1.获取热备动车组配置数量的影响参数，构建热备动车组配置数量的影响公式；所述热备动车组配置数量的影响参数包括：第一参数、第二参数和第三参数；所述第一参数为：热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；所述第二参数为：热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；所述第三参数为：每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值；
S2.构建热备动车组热备地点选择的影响因素计算公式，所述地点选择的影响因素包括热备动车组热备的平时准备成本、各个始发车站的权重和待救援区间的权重；
S3.分别以热备动车组出动响应时间最短和配置成本最少为目标，建立热备动车组配置的多目标规划模型；
S4.通过热备动车组配置的多目标规划模型，计算出热备动车组配置数量的解集，和每个解对应的热备动车组备用地点编号。
热备动车组配置数量的确定主要由路局内高速铁路线路网的规模和发生需要启动热备动车组的事件的概率决定，为了全面覆盖铁路网中的事故，网络中任意一个地点发生事故时，热备动车组都应当能够在规定时间内到达指定地点采取救援，因此应当有：
(1)由于热备动车组是用于车底交路受影响时担当后续交路、动车组故障时接运旅客及救援动车组，热备动车组在担当后续交路时，满足从热备地点到达指定车站的时间不应大于最大允许时间：
Figure BDA0002266338750000121
式中：
Figure BDA0002266338750000122
I表示在路网中具有部署热备动车组条件的待选点集合，i为待选点索引，i∈I；
J表示路网中全部有始发列车的车站，热备动车组可能需要去到这些车站担当后续交路，j为始发车站索引，j∈J；
Figure BDA0002266338750000123
表示热备动车组从热备地点i到达始发车站j的时间；
Figure BDA0002266338750000124
表示热备动车组备用地点i是否担当始发车站j的后续交路，
Figure BDA0002266338750000125
表示担当，
Figure BDA0002266338750000126
表示不担当；
t1表示热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间，依据铁路相关文件中关于动车组晚点应急处置中的有关规定，确定为3小时。
热备动车组在救援车站和区间时，满足从热备地点到达指定待救援地点的时间不应大于最大允许时间：
Figure BDA0002266338750000127
式中：
Figure BDA0002266338750000128
V表示路网中所有区间的集合，热备动车组在这些区间可能需要接运旅客或救援动车组，mn为区间索引，mn∈V，m、n分别为两端车站；
Figure BDA0002266338750000129
表示热备动车组从热备地点i到达待救援区间mn(包含区间两端车站)的平均时间，由于突发事件可能发生在区间的任意位置，因此救援区间时热备动车组的平均时间为
Figure BDA0002266338750000131
Figure BDA0002266338750000132
表示区间mn是否由热备动车组备用地点i进行救援，
Figure BDA0002266338750000133
表示救援，
Figure BDA0002266338750000134
表示不救援；
t2表示热备动车组从备用地点i到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间，依据铁路相关文件中有关救援列车的管理规定，确定为2.5小时。
热备动车组的配置数量的确定应当保证路局内每一个待救援点的需求都能由至少一个热备地点满足，热备动车组的配置数量K应当同时满足：
Figure BDA0002266338750000135
Figure BDA0002266338750000136
(2)由于路网中任意地点在运营时间内都可能发生需要热备动车组的事件，因此应当使发生需要热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率低于合理预期值。假设热备动车组需求点的个数为S，第s个需求点发生必须出动热备动车组的事故的概率为qs(1≤s≤S)，这一概率可依据现场实际运营经验得到，ra表示当需求点数量为r时，第a种组合方式下热备动车组的需求点集合，在计算时，需遍历所有需求点的组合；同时假定每个需求点是否发生必须出动热备动车组的事件是相互独立的，可得到有r个需求点同时需要热备动车组的概率为：
Figure BDA0002266338750000137
假定每个需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率应低于P合理，则热备动车组的配置数量K应当满足：
Figure BDA0002266338750000138
依据国际隧道协会颁布的《隧道风险管理指南》，将概率间隔<0.0003视为非常不可能，故确定P合理≤0.0003，考虑到在实际救援过程中，若附近无热备动车组时，可启用备用动车组或调整在线运行动车组交路进行救援，因此可以通过灵活调度应急热备机车和其他备用动车组来保证运营的安全，因此在实际取值时，可以适当放宽对P合理取值的限制。
在确定热备动车组的热备地点时，考虑的主要影响因素为热备动车组热备的平时准备成本以及路网中突发事件发生的地点和概率。
(1)热备动车组热备的平时准备成本包括值乘人员开销和热备动车组维护成本：
Figure BDA0002266338750000139
式中：Ci表示将热备动车组放置在备用地点i所需的平时准备成本；
Figure BDA0002266338750000143
表示热备动车组放置在备用地点i时，为了保证热备动车组能够及时启动所需的人员成本；
Figure BDA0002266338750000144
表示热备动车组放置在备用地点i时，热备动车组每48小时进行检修维护的空车走行成本。
(2)考虑到铁路局中不同的区间、车站发生需要热备动车组的事件的概率不同，且发生事件所造成的损失也有所不同，因此在选择热备动车组的配置地点时应当结合不同需求点的特征，为其赋予不同的权重。
当热备动车组到各始发车站担当后续交路时，各始发车站的权重可表示为：
Figure BDA0002266338750000145
式中：
Figure BDA0002266338750000146
表示始发车站j的权重；Lj表示车站j的始发列车列数。
当热备动车组到各个车站或区间实施救援时，待救援区间的权重由危险性评价方法LEC法确定，具体为：
Figure BDA0002266338750000147
式中：Lmn表示区间mn事故发生的可能性；Emn表示区间mn暴露在危险环境中的频率；Cmn表示区间mn发生事故所造成的影响；Lmn、Emn和Cmn的取值依据LEC打分表进行打分获得。
故各个待救援区间的权重为：
Figure BDA0002266338750000148
式中：
Figure BDA0002266338750000149
表示区间mn的权重；
Figure BDA00022663387500001410
表示区间mn利用LEC法进行评价的得分。
评分方式可以参考下表：
(1)事故发生的可能性(L)
表1 L分值量化方法
Figure BDA0002266338750000141
(2)暴露于危险环境的频繁程度(E)
表2 E分值量化方法
Figure BDA0002266338750000142
Figure BDA0002266338750000151
(3)发生事故产生的后果(C)
表3 C分值量化方法
Figure BDA0002266338750000152
在本实施例中，区间的Lmn评分可依据区间内动车组发生故障的概率给出。Emn评分可根据区间内发生动车组故障后需要出动热备动车组的概率得到。Cmn评分可以依据线路条件及行车速度给出，例如长大桥隧地区由于工作面小、大型救援机械没有足够的施展空间、人员疏散通道少、通信条件差、易引发次生事故等不利因素，会对救援工作产生不利影响；除此之外，列车的运行速度也会对事故的后果产生影响，研究表明，当列车运行速度越高时，突发事故发生后所造成的危害越大。
基于以上分析，建立热备动车组配置模型如下。
模型的目标函数为：
(1)热备动车组接到调度命令启动后，到达目的地的平均响应时间最短：
Figure BDA0002266338750000153
式中：xik表示第k列热备动车组是否配置在备用地点i，xik＝1将第k列热备动车组配置在备用地点i，xik＝0不配置；ω1、ω2分别表示热备动车组出动担当后续交路和进行救援的权重；ω1和ω2的取值依据专家打分法得到，ω1+ω2＝1；
(2)热备动车组配置的成本最低：
Figure BDA0002266338750000154
式中：C车表示热备动车组的购置成本，以折旧的方式计入热备动车组日常维护成本，折旧成本的计算方法可选择净值为0的平均年限法。
模型的约束条件如下：
(1)全面覆盖路网内所有待救援点约束。考虑到我国高速铁路线路往往较长，通常由多个铁路局协同管理，因此当线路的某处发生需要出动热备动车组的事件时，就需要铁路局合理协调，有效分工，避免重复出动热备动车组造成资源浪费。因此每个热备动车组需求点均有且只有一台热备动车组进行救援，故对
Figure BDA0002266338750000155
Figure BDA0002266338750000161
Figure BDA0002266338750000162
(2)变量之间的关系。只有当节点i部署热备动车组时，才能由此节点的热备动车组提供交路接续及救援区间，对
Figure BDA0002266338750000163
Figure BDA0002266338750000164
Figure BDA0002266338750000165
(3)热备动车组覆盖范围约束。热备动车组在担当后续交路时，到达指定车站的时间不应大于最大允许时间t1；在进行救援时，到达指定地点的时间不应大于最大合理救援时间t2，对于
Figure BDA0002266338750000166
Figure BDA0002266338750000167
Figure BDA0002266338750000168
(4)使发生需要热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率低于合理预期值。假设路网中热备动车组需求点的个数为S，第s个需求点发生必须出动热备动车组的事故的概率为qs(1≤s≤S)，同时假定每个需求点是否发生必须出动热备动车组的事件是相互独立的，可得到有r个需求点同时需要热备动车组的概率为：
Figure BDA0002266338750000169
其中：ra表示当需求点数量为r时，第a种组合方式下热备动车组的需求点集合；
由于每个需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援，假定发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率应低于P合理，则在制定配置方案时应当满足：
Figure BDA00022663387500001610
(5)变量约束。
Figure BDA00022663387500001611
Figure BDA00022663387500001612
xik＝{0,1}
Figure BDA00022663387500001613
Figure BDA0002266338750000171
在求解模型时，给出热备动车组配置模型的分步求解方法如下。
由于热备动车组配置模型具有组合优化和多目标的特性，因此方法的设计以获得模型的Pareto解集为目的。考虑到热备动车组数量K的取值大小关系到变量xik的个数及模型是否有解，因此应首先求解满足全面覆盖约束和概率约束下的热备动车组配置数量K的最小值，确定规划模型的可行域。即首先求解模型：
min K
Figure BDA0002266338750000172
由于模型中的约束
Figure BDA0002266338750000173
难以显化，因此在求解时按照以下步骤进行：
S411.得到备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000174
及
Figure BDA0002266338750000175
其中NI为路网中待选点的数量，NJ为始发车站数量，Nmn为区间数量，进入步骤S412。
S412.不考虑约束
Figure BDA0002266338750000176
利用LINGO软件对模型进行求解，得到无约束条件
Figure BDA0002266338750000177
下的最优解K′min，进入步骤S413。
S413.判断此时的最优解K′min是否满足
Figure BDA0002266338750000178
若满足，Kmin＝K′min，方法终止；若不满足，进入步骤S414。
S414.令K′min＝K′min+1，之后进入步骤S413。
得到热备动车组配置模型的可行域后，由于变量的取值并不连续，因此设计采用二次搜索方法和禁忌搜索方法对模型进行求解。首先给定热备动车组的数量K(K≥Kmin)，寻找在这一条件下的有效解，之后不断改变K的直到得到模型的Pareto解集。具体步骤如下：
S421.得到备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000181
及
Figure BDA0002266338750000182
K＝Kmin，进入步骤S422。
S422.目标函数值Z1＝Z2＝Inf，随机产生初始可行解及分配方案，迭代次数niter＝0，将禁忌列表置空，进入步骤S423。
S423.判断是否满足niter＞Niter，若满足，终止当前循环，输出当前K值下的有效解；若不满足，进入步骤S424。
S424.生成当前解的邻域解，从中选取有效候选解，判断该有效解是否处于禁忌列表当中，若不处于，则进入步骤S426；若处于，进入步骤S425。
S425.判断该最优候选解的目标函数值Z1can和Z2can是否满足特赦准则(Z1can＜Z1)∨(Z2can＜Z2)，若满足，则进入步骤S426；若不满足，进入步骤S427。
S426.将该有效候选解设为当前解，放入禁忌列表中，更新目标函数值Z1,Z2：Z1＝min{Z1,Z1can},Z2＝min{Z2,Z2can}；如果节点频率大于给定阈值，则在初始解中删除该节点，置空禁忌表，同时更新当前解和初始解，进入步骤S427；若节点频率小于等于给定阈值，直接置空禁忌表，将当前解置为初始解，进入步骤S422。
S427.重复S423至S426直到满足本次循环终止条件，进入步骤S428。
S428.令K＝K+1，重复S422至S427直至K＞NI或当前K值下的有效解不是模型的有效解。
禁忌搜索方法的参数可依据以下设定：
(1)解的组成
选址模型的解由两部分构成：一是候选节点的选取，为1×K的向量，向量元素为热备动车组备用地点编号；二是需要热备动车组的始发车站及待救援点的分配，分别为NI×NJ和NI×Nmn的矩阵，矩阵的元素分别为0-1变量
Figure BDA0002266338750000183
和
Figure BDA0002266338750000184
(2)初始解的产生
随机从候选节点中选取K个节点，始发车站及待救援点的分配采取就近原则，例如当
Figure BDA0002266338750000185
有
Figure BDA0002266338750000186
其余K-1个变量
Figure BDA0002266338750000187
(3)邻域的构建
邻域的构建通过将向量1×K中的一个元素与未被选中的待选节点编号交换产生。
(4)评价函数
模型的评价函数即为模型的目标函数。
(5)禁忌表和禁忌长度
选取禁忌对象为每次迭代中评价值最小的解，禁忌长度取静态值，为模型解的个数的开方：
Figure BDA0002266338750000191
(向上取整)。
(6)特赦及停止准则
特赦准则采取“best so far”准则，停止准则采取最大迭代次数Niter＝10K。
实施例2
如图2所示，本实施例公开了一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统，所述系统包括：
第一计算模块111，用于获取热备动车组配置数量的影响参数，构建热备动车组配置数量的影响公式；所述热备动车组配置数量的影响参数包括：第一参数、第二参数和第三参数；所述第一参数为：热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；所述第二参数为：热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；所述第三参数为：每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值；
第二计算模块112，用于构建热备动车组热备地点选择的影响因素计算公式，所述地点选择的影响因素包括热备动车组热备的平时准备成本、各个始发车站的权重和待救援区间的权重；
第三计算模块113，用于分别以热备动车组出动响应时间最短和配置成本最少为目标，建立热备动车组配置的多目标规划模型；
第四计算模块114，用于通过热备动车组配置的多目标规划模型，计算出热备动车组配置数量的解集，和每个解对应的热备动车组备用地点编号。
所述第一计算模块包括：
第一接收单元121，用于获取热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
第一计算单元122，用于构建热备动车组从热备地点到达始发车站的时间影响公式：
Figure BDA0002266338750000192
公式(1)中，
Figure BDA0002266338750000193
I表示在路网中具有部署热备动车组条件的待选点集合，i为待选点索引，i∈I；
J表示路网中全部有始发列车的车站，热备动车组可能需要去到这些车站担当后续交路，j为始发车站索引，j∈J；
Figure BDA0002266338750000194
表示热备动车组从热备地点i到达始发车站j的时间；
Figure BDA0002266338750000195
表示热备动车组备用地点i是否担当始发车站j的后续交路，
Figure BDA0002266338750000196
表示担当，
Figure BDA0002266338750000197
表示不担当；
t1表示热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
第二接收单元123，用于获取热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
第二计算单元124，用于构建热备动车组从热备地点到达待救援区间的平均时间影响公式：
Figure BDA0002266338750000198
Figure BDA0002266338750000201
公式(2)和(3)中：
Figure BDA0002266338750000202
V表示路网中所有区间的集合，热备动车组在这些区间可能需要接运旅客或救援动车组，mn为区间索引，mn∈V，m、n分别为两端车站；
Figure BDA0002266338750000203
表示热备动车组从热备地点i到达待救援区间mn的平均时间，
Figure BDA0002266338750000204
表示区间mn是否由热备动车组备用地点i进行救援，
Figure BDA0002266338750000205
表示救援，
Figure BDA0002266338750000206
表示不救援；t2表示热备动车组从备用地点i到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
Figure BDA0002266338750000207
表示热备动车组从热备地点i到达区间一端车站m的时间，
Figure BDA0002266338750000208
表示热备动车组从热备地点i到达区间另一端车站n的时间；
第三计算单元125，用于构建热备动车组配置数量的第一影响公式：
Figure BDA0002266338750000209
Figure BDA00022663387500002010
公式(4)和(5)中，K为热备动车组的配置数量；
第三接收单元126，用于获取每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值P合理；
第四计算单元127，用于构建多个需求点同时需要热备动车组的概率计算公式：
Figure BDA00022663387500002015
公式(6)中，Pr为r个需求点同时需要热备动车组的概率；qs为S个热备动车组需求点中，第s个需求点发生必须出动热备动车组的事故的概率，1≤s≤S，qs的取值依据各路局热备动车组出动记录的统计数据得到；ra表示当需求点数量为r时，第a种组合方式下热备动车组的需求点集合；
第五计算单元128，用于构建热备动车组配置数量的第二影响公式：
Figure BDA00022663387500002016
公式(7)中，K为热备动车组的配置数量。
所述第二计算模块112包括：
第四接收单元131，用于获取热备动车组热备的值乘人员开销和热备动车组维护成本；
第六计算单元132，用于构建热备动车组热备的平时准备成本计算公式：
Figure BDA00022663387500002013
公式(8)中，Ci为将热备动车组放置在备用地点i所需的平时准备成本；
Figure BDA00022663387500002014
表示热备动车组放置在备用地点i时，为了保证热备动车组能够及时启动所需的人员成本；
Figure BDA0002266338750000211
表示热备动车组放置在备用地点i时，热备动车组每48小时进行检修维护的空车走行成本；
第七计算单元133，用于构建当热备动车组到各始发车站担当后续交路时，各始发车站的权重计算公式：
Figure BDA00022663387500002110
公式(9)中，
Figure BDA0002266338750000213
为始发车站j的权重；Lj为车站j的始发列车列数；
第八计算单元134，用于根据危险性评价方法LEC法，构建当热备动车组到各个车站或区间实施救援时，待救援区间的权重计算公式：
Figure BDA0002266338750000214
Figure BDA0002266338750000215
公式(10)和(11)中，Lmn为区间mn事故发生的可能性；Emn为区间mn暴露在危险环境中的频率；Cmn为区间mn发生事故所造成的影响；Lmn、Emn和Cmn的取值依据LEC打分表进行打分获得；
Figure BDA0002266338750000216
为区间mn的权重；
Figure BDA0002266338750000217
为区间mn利用LEC法进行评价的得分。
所述第三计算模块113包括：
第九计算单元141，用于构建热备动车组接到调度命令启动后，到达目的地的平均最短响应时间计算公式：
Figure BDA0002266338750000218
公式(12)中，minZ1表示热备动车组到达目的地的平均最短响应时间；xik表示第k列热备动车组是否配置在备用地点i，xik＝1表示将第k列热备动车组配置在备用地点i，xik＝0表示不配置；ω1表示热备动车组出动担当后续交路的权重；ω2表示热备动车组出动进行救援的权重；ω1和ω2的取值依据专家打分法得到，ω1+ω2＝1；
第五接收单元142，用于获取热备动车组的购置成本；
第十计算单元143，用于构建热备动车组配置的最低成本计算公式：
Figure BDA0002266338750000219
公式(13)中，minZ2表示热备动车组配置的最低成本；C车表示热备动车组的购置成本；
第十一计算单元144，用于构建对每个热备动车组需求点进行救援的热备动车组数量约束条件公式：
Figure BDA00022663387500002214
Figure BDA00022663387500002215
公式(14)和(15)中，
Figure BDA0002266338750000223
第十二计算单元145，用于构建热备动车组提供交路接续及救援的约束条件公式：
Figure BDA00022663387500002216
Figure BDA0002266338750000225
公式(16)和(17)中，
Figure BDA0002266338750000226
第十三计算单元146，用于构建热备动车组覆盖范围约束条件公式：
Figure BDA0002266338750000227
Figure BDA0002266338750000228
公式(18)和(19)中，
Figure BDA0002266338750000229
第十四计算单元147，用于构建变量约束条件公式：
Figure BDA00022663387500002210
xik＝{0,1} (21)
Figure BDA00022663387500002211
Figure BDA00022663387500002212
公式(21)、(22)和(23)中，
Figure BDA00022663387500002213
所述第四计算模块114包括：
第十五计算单元151，用于求解满足全面覆盖约束和概率约束下的热备动车组配置数量K的最小值，确定规划模型的可行域；所述求解模型为：
min K
Figure BDA0002266338750000231
所述第十五计算单元151包括：
第一子接收单元161，用于获取备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000232
及
Figure BDA0002266338750000233
其中NI为路网中待选点的数量，NJ为始发车站数量，Nmn为区间数量；
第一子计算单元162，用于不考虑约束
Figure BDA0002266338750000234
利用LINGO软件对模型进行求解，得到无约束条件
Figure BDA0002266338750000235
下的最优解K′min；
第二子计算单元163，用于判断此时的最优解K′min是否满足
Figure BDA0002266338750000236
若满足，Kmin＝K′min，计算终止；若不满足，进入第三子计算单元164中进行计算；
第三子计算单元164，用于进行K′min＝K′min+1计算，之后进入第二子计算单元163中进行计算。
第十六计算单元152，用于在得到热备动车组配置模型的可行域后，给定热备动车组的数量K，寻找在这一条件下的有效解，之后不断改变K的值直到得到模型的Pareto解集。
所述第十六计算单元152包括：
第二子接收单元171，用于获取备选点到各个始发车站及待救援点的最短时间矩阵
Figure BDA0002266338750000237
及
Figure BDA0002266338750000238
K＝Kmin；
第四子计算单元172，用于设目标函数值Z1＝Z2＝Inf，随机产生初始可行解及分配方案，迭代次数niter＝0，将禁忌列表置空；
第五子计算单元173，用于判断是否满足niter＞Niter，若满足，终止当前循环，输出当前K值下的有效解；若不满足，进入第六子计算单元174中进行计算；
第六子计算单元174，用于生成当前解的邻域解，从中选取有效候选解，判断该有效解是否处于禁忌列表当中，若不处于，则进入第八子计算单元176中进行计算；若处于，则进入第七子计算单元175中进行计算；
第七子计算单元175，用于判断该最优候选解的目标函数值Z1can和Z2can是否满足特赦准则(Z1can＜Z1∧)∨(Z2can＜Z2)，若满足，则进入第八子计算单元176中进行计算；若不满足，则进入第九子计算单元177中进行计算；
第八子计算单元176，用于将该有效候选解设为当前解，放入禁忌列表中，更新目标函数值Z1,Z2：Z1＝min{Z1,Z1can},Z2＝min{Z2,Z2can}；如果节点频率大于给定阈值，则在初始解中删除该节点，置空禁忌表，同时更新当前解和初始解，进入第九子计算单元177中进行计算；若节点频率小于等于给定阈值，直接置空禁忌表，将当前解置为初始解，进入第四子计算单元172中进行计算；
第九子计算单元177，用于重复进行第五子计算单元173至第八子计算单元176的计算，直到满足本次循环终止条件，进入第十子计算单元178；
第十子计算单元178，用于进行K＝K+1计算，重复进行第四子计算单元172至第九子计算单元177的计算，直至K＞NI或当前K值下的有效解不是模型的有效解。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1.获取热备动车组配置数量的影响参数，构建热备动车组配置数量的影响公式；所述热备动车组配置数量的影响参数包括：第一参数、第二参数和第三参数；所述第一参数为：热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；所述第二参数为：热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；所述第三参数为：每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值；
S2.构建热备动车组热备地点选择的影响因素计算公式，所述地点选择的影响因素包括热备动车组热备的平时准备成本、各个始发车站的权重和待救援区间的权重；
S3.分别以热备动车组出动响应时间最短和配置成本最少为目标，建立热备动车组配置的多目标规划模型；
S4.通过热备动车组配置的多目标规划模型，计算出热备动车组配置数量的解集，和每个解对应的热备动车组备用地点编号。
2.根据权利要求1所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S11.获取热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
S12.构建热备动车组从热备地点到达始发车站的时间影响公式：
Figure FDA0002266338740000011
公式(1)中，
Figure FDA0002266338740000012
I表示在路网中具有部署热备动车组条件的待选点集合，i为待选点索引，i∈I；
J表示路网中全部有始发列车的车站，热备动车组可能需要去到这些车站担当后续交路，j为始发车站索引，j∈J；
Figure FDA0002266338740000013
表示热备动车组从热备地点i到达始发车站j的时间；
Figure FDA0002266338740000014
表示热备动车组备用地点i是否担当始发车站j的后续交路，
Figure FDA0002266338740000015
表示担当，
Figure FDA0002266338740000016
表示不担当；
t1表示热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
S13.获取热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
S14.构建热备动车组从热备地点到达待救援区间的平均时间影响公式：
Figure FDA0002266338740000017
Figure FDA0002266338740000018
公式(2)和(3)中：
Figure FDA0002266338740000019
V表示路网中所有区间的集合，热备动车组在这些区间可能需要接运旅客或救援动车组，mn为区间索引，mn∈V，m、n分别为两端车站；
Figure FDA00022663387400000110
表示热备动车组从热备地点i到达待救援区间mn的平均时间，
Figure FDA00022663387400000111
表示区间mn是否由热备动车组备用地点i进行救援，
Figure FDA00022663387400000112
表示救援，
Figure FDA00022663387400000113
表示不救援；t2表示热备动车组从备用地点i到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
Figure FDA00022663387400000114
表示热备动车组从热备地点i到达区间一端车站m的时间，
Figure FDA00022663387400000115
表示热备动车组从热备地点i到达区间另一端车站n的时间；
S15.构建热备动车组配置数量的第一影响公式：
Figure FDA00022663387400000116
Figure FDA00022663387400000117
公式(4)和(5)中，K为热备动车组的配置数量；
S16.获取每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值P合理；
S17.构建多个需求点同时需要热备动车组的概率计算公式：
Figure FDA0002266338740000021
公式(6)中，Pr为r个需求点同时需要热备动车组的概率；qs为S个热备动车组需求点中，第s个需求点发生必须出动热备动车组的事故的概率，1≤s≤S，qs的取值依据各路局热备动车组出动记录的统计数据得到；ra表示当需求点数量为r时，第a种组合方式下热备动车组的需求点集合；
S18.构建热备动车组配置数量的第二影响公式：
Figure FDA0002266338740000022
公式(7)中，K为热备动车组的配置数量。
3.根据权利要求1所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21.获取热备动车组热备的值乘人员开销和热备动车组维护成本；
S22.构建热备动车组热备的平时准备成本计算公式：
Figure FDA0002266338740000023
公式(8)中，Ci为将热备动车组放置在备用地点i所需的平时准备成本；
Figure FDA0002266338740000024
表示热备动车组放置在备用地点i时，为了保证热备动车组能够及时启动所需的人员成本；
Figure FDA0002266338740000025
表示热备动车组放置在备用地点i时，热备动车组每48小时进行检修维护的空车走行成本；
S23.构建当热备动车组到各始发车站担当后续交路时，各始发车站的权重计算公式：
Figure FDA0002266338740000026
公式(9)中，
Figure FDA0002266338740000027
为始发车站j的权重；Lj为车站j的始发列车列数；
S24.根据危险性评价方法LEC法，构建当热备动车组到各个车站或区间实施救援时，待救援区间的权重计算公式：
Figure FDA0002266338740000028
Figure FDA0002266338740000029
公式(10)和(11)中，Lmn为区间mn事故发生的可能性；Emn为区间mn暴露在危险环境中的频率；Cmn为区间mn发生事故所造成的影响；Lmn、Emn和Cmn的取值依据LEC打分表进行打分获得；
Figure FDA00022663387400000210
为区间mn的权重；
Figure FDA00022663387400000211
为区间mn利用LEC法进行评价的得分。
4.根据权利要求1所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S31.构建热备动车组接到调度命令启动后，到达目的地的平均最短响应时间计算公式：
Figure FDA0002266338740000031
公式(12)中，minZ1表示热备动车组到达目的地的平均最短响应时间；xik表示第k列热备动车组是否配置在备用地点i，xik＝1表示将第k列热备动车组配置在备用地点i，xik＝0表示不配置；ω1表示热备动车组出动担当后续交路的权重；ω2表示热备动车组出动进行救援的权重；ω1和ω2的取值依据专家打分法得到，ω1+ω2＝1；
S32.获取热备动车组的购置成本；
S33.构建热备动车组配置的最低成本计算公式：
Figure FDA0002266338740000032
公式(13)中，minZ2表示热备动车组配置的最低成本；C车表示热备动车组的购置成本；
S34.构建对每个热备动车组需求点进行救援的热备动车组数量约束条件公式：
Figure FDA0002266338740000033
Figure FDA0002266338740000034
公式(14)和(15)中，
Figure FDA0002266338740000035
S35.构建热备动车组提供交路接续及救援的约束条件公式：
Figure FDA0002266338740000036
Figure FDA0002266338740000037
公式(16)和(17)中，
Figure FDA0002266338740000038
S36.构建热备动车组覆盖范围约束条件公式：
Figure FDA0002266338740000039
Figure FDA00022663387400000310
公式(18)和(19)中，
Figure FDA00022663387400000311
S37.构建变量约束条件公式：
Figure FDA00022663387400000312
xik＝{0,1} (21)
Figure FDA00022663387400000313
Figure FDA00022663387400000314
公式(21)、(22)和(23)中，
Figure FDA00022663387400000315
5.根据权利要求1所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S41.求解满足全面覆盖约束和概率约束下的热备动车组配置数量K的最小值，确定规划模型的可行域；所述求解模型为：
min K
Figure FDA0002266338740000041
S42.在得到热备动车组配置模型的可行域后，给定热备动车组的数量K，寻找在这一条件下的有效解，之后不断改变K的值直到得到模型的Pareto解集。
6.一种跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统，其特征在于，所述系统包括：
第一计算模块，用于获取热备动车组配置数量的影响参数，构建热备动车组配置数量的影响公式；所述热备动车组配置数量的影响参数包括：第一参数、第二参数和第三参数；所述第一参数为：热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；所述第二参数为：热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；所述第三参数为：每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值；
第二计算模块，用于构建热备动车组热备地点选择的影响因素计算公式，所述地点选择的影响因素包括热备动车组热备的平时准备成本、各个始发车站的权重和待救援区间的权重；
第三计算模块，用于分别以热备动车组出动响应时间最短和配置成本最少为目标，建立热备动车组配置的多目标规划模型；
第四计算模块，用于通过热备动车组配置的多目标规划模型，计算出热备动车组配置数量的解集，和每个解对应的热备动车组备用地点编号。
7.根据权利要求6所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统，其特征在于，所述第一计算模块包括：
第一接收单元，用于获取热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
第一计算单元，用于构建热备动车组从热备地点到达始发车站的时间影响公式：
Figure FDA0002266338740000042
公式(1)中，
Figure FDA0002266338740000051
I表示在路网中具有部署热备动车组条件的待选点集合，i为待选点索引，i∈I；
J表示路网中全部有始发列车的车站，热备动车组可能需要去到这些车站担当后续交路，j为始发车站索引，j∈J；
Figure FDA0002266338740000052
表示热备动车组从热备地点i到达始发车站j的时间；
Figure FDA0002266338740000053
表示热备动车组备用地点i是否担当始发车站j的后续交路，
Figure FDA0002266338740000054
表示担当，
Figure FDA0002266338740000055
表示不担当；
t1表示热备动车组担当后续交路时到达指定始发列车车站的最大允许响应时间；
第二接收单元，用于获取热备动车组从备用地点到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
第二计算单元，用于构建热备动车组从热备地点到达待救援区间的平均时间影响公式：
Figure FDA0002266338740000056
Figure FDA0002266338740000057
公式(2)和(3)中：
Figure FDA0002266338740000058
V表示路网中所有区间的集合，热备动车组在这些区间可能需要接运旅客或救援动车组，mn为区间索引，mn∈V，m、n分别为两端车站；
Figure FDA0002266338740000059
表示热备动车组从热备地点i到达待救援区间mn的平均时间，
Figure FDA00022663387400000510
表示区间mn是否由热备动车组备用地点i进行救援，
Figure FDA00022663387400000511
表示救援，
Figure FDA00022663387400000512
表示不救援；t2表示热备动车组从备用地点i到达待救援区间进行救援的最大合理响应时间；
Figure FDA00022663387400000513
表示热备动车组从热备地点i到达区间一端车站m的时间，
Figure FDA00022663387400000514
表示热备动车组从热备地点i到达区间另一端车站n的时间；
第三计算单元，用于构建热备动车组配置数量的第一影响公式：
Figure FDA00022663387400000515
Figure FDA00022663387400000516
公式(4)和(5)中，K为热备动车组的配置数量；
第三接收单元，用于获取每个热备动车组需求点发生事故时只派出一台热备动车组进行救援时，发生需要出动热备动车组时却无热备动车组可用的事件的概率的最高值P合理；
第四计算单元，用于构建多个需求点同时需要热备动车组的概率计算公式：
Figure FDA00022663387400000517
公式(6)中，Pr为r个需求点同时需要热备动车组的概率；qs为S个热备动车组需求点中，第s个需求点发生必须出动热备动车组的事故的概率，1≤s≤S，qs的取值依据各路局热备动车组出动记录的统计数据得到；ra表示当需求点数量为r时，第a种组合方式下热备动车组的需求点集合；
第五计算单元，用于构建热备动车组配置数量的第二影响公式：
Figure FDA0002266338740000061
公式(7)中，K为热备动车组的配置数量。
8.根据权利要求6所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统，其特征在于，所述第二计算模块包括：
第四接收单元，用于获取热备动车组热备的值乘人员开销和热备动车组维护成本；
第六计算单元，用于构建热备动车组热备的平时准备成本计算公式：
Figure FDA0002266338740000062
公式(8)中，Ci为将热备动车组放置在备用地点i所需的平时准备成本；
Figure FDA0002266338740000063
表示热备动车组放置在备用地点i时，为了保证热备动车组能够及时启动所需的人员成本；
Figure FDA0002266338740000064
表示热备动车组放置在备用地点i时，热备动车组每48小时进行检修维护的空车走行成本；
第七计算单元，用于构建当热备动车组到各始发车站担当后续交路时，各始发车站的权重计算公式：
Figure FDA0002266338740000065
公式(9)中，
Figure FDA0002266338740000066
为始发车站j的权重；Lj为车站j的始发列车列数；
第八计算单元，用于根据危险性评价方法LEC法，构建当热备动车组到各个车站或区间实施救援时，待救援区间的权重计算公式：
Figure FDA0002266338740000067
Figure FDA0002266338740000068
公式(10)和(11)中，Lmn为区间mn事故发生的可能性；Emn为区间mn暴露在危险环境中的频率；Cmn为区间mn发生事故所造成的影响；Lmn、Emn和Cmn的取值依据LEC打分表进行打分获得；
Figure FDA0002266338740000069
为区间mn的权重；
Figure FDA00022663387400000610
为区间mn利用LEC法进行评价的得分。
9.根据权利要求6所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统，其特征在于，所述第三计算模块包括：
第九计算单元，用于构建热备动车组接到调度命令启动后，到达目的地的平均最短响应时间计算公式：
Figure FDA0002266338740000071
公式(12)中，min Z1表示热备动车组到达目的地的平均最短响应时间；xik表示第k列热备动车组是否配置在备用地点i，xik＝1表示将第k列热备动车组配置在备用地点i，xik＝0表示不配置；ω1表示热备动车组出动担当后续交路的权重；ω2表示热备动车组出动进行救援的权重；ω1和ω2的取值依据专家打分法得到，ω1+ω2＝1；
第五接收单元，用于获取热备动车组的购置成本；
第十计算单元，用于构建热备动车组配置的最低成本计算公式：
Figure FDA0002266338740000072
公式(13)中，min Z2表示热备动车组配置的最低成本；C车表示热备动车组的购置成本；
第十一计算单元，用于构建对每个热备动车组需求点进行救援的热备动车组数量约束条件公式：
Figure FDA0002266338740000073
Figure FDA0002266338740000074
公式(14)和(15)中，
Figure FDA0002266338740000075
第十二计算单元，用于构建热备动车组提供交路接续及救援的约束条件公式：
Figure FDA0002266338740000076
Figure FDA0002266338740000077
公式(16)和(17)中，
Figure FDA0002266338740000078
第十三计算单元，用于构建热备动车组覆盖范围约束条件公式：
Figure FDA0002266338740000079
Figure FDA00022663387400000710
公式(18)和(19)中，
Figure FDA00022663387400000711
第十四计算单元，用于构建变量约束条件公式：
Figure FDA00022663387400000712
xik＝{0,1} (21)
Figure FDA0002266338740000081
Figure FDA0002266338740000082
公式(21)、(22)和(23)中，
Figure FDA0002266338740000083
10.根据权利要求6所述的跨区域应急协同条件下热备动车组配置系统，其特征在于，所述第四计算模块包括：
第十五计算单元，用于求解满足全面覆盖约束和概率约束下的热备动车组配置数量K的最小值，确定规划模型的可行域；所述求解模型为：
min K
Figure FDA0002266338740000084
第十六计算单元，用于在得到热备动车组配置模型的可行域后，给定热备动车组的数量K，寻找在这一条件下的有效解，之后不断改变K的值直到得到模型的Pareto解集。
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