CN113378338B - 一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法，包括：步骤01：选取高速铁路路网，包括：列车运行方案图上的所有节点及连接线路；步骤02：构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系；步骤03：根据决策变量以及逻辑关系，构建列车全程旅行时间的计算公式；步骤04：构建与列车运行方案图相关的预设约束和目标函数；步骤05：基于步骤03‑04，构建列车运行方案图模型，基于目标软件对运行方案图模型进行编译和求解，获得待验证方案图。便于准确识别不同列车之间在同一区间的所有越行，提高网络化列车运行方案图编制结果的准确性，降低铁路部门编制详图的难度。

Description

一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法

技术领域

本发明涉及交通运输技术领域，特别涉及一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法。

背景技术

目前，我国高速铁路运营里程已居世界首位，正在从快速建设时期向高效运营时期转变。庞大的铁路路网和多样化的旅客出行需求，给我国高速铁路运输组织计划的编制带来了前所未有的挑战。旅客列车运行图编制，也常称为旅客列车时刻表编制，通常包括两个步骤，一是列车运行方案图的编制，以跨局旅客列车为对象，以列车开行方案(包括每列车的起讫点、运行径路和具体停站)为输入，确定列车在始发车站、终到车站、铁路局分界口车站和主要停车站的出发和到达时刻，明确列车运行图的基本框架结构和整体布局；二是列车运行图详图的编制，即在给定跨局旅客列车运行方案图的基础上，各铁路局集团公司确定跨局和管内列车在管内车站的最终到达和出发时刻，以及高等级列车越行低等级列车的具体位置，同时编制列车在车站的到发线运用计划和接发车作业计划。

目前，既有的旅客列车运行方案图编制主要采用以下三种方式进行：(1)手工或人机交互方法；(2)利用同余理论生成列车合理始发终到时间范围；(3)通过构建数学模型确定列车合理始发终到时间范围或时刻。我国高速铁路路网规模庞大，运输组织要求复杂，手工或人机交互的方法在编制效率和编制质量方面已无法满足铁路部门的实际需求。同余理论多用于普速旅客列车，虽然可以确定列车始发终到时间范围，但高速铁路动车组列车在运输组织方面的要求与普速旅客列车的差别较大，一般采用垂直天窗，对动车组运用效率的要求也较高，仅确定始发终到时间的范围无法符合高速铁路列车运行方案图的编制需求，因此基于同余理论的编制方法对于高速铁路的适用性较差。近年来，基于数学模型的高速铁路列车运行方案图编制方法是主要的研究发展方向。

然而，既有的高速铁路列车运行方案图编制方法仍存在“列车全程旅行时间计算方法不准确”的问题。在编制高速铁路列车运行方案图的过程中，某列车的始发时刻及其全程旅行时间将直接决定该列车在终点车站的到达时刻，进而影响同一动车组交路中与其接续的后续列车在该站的出发时刻。列车全程旅行时间主要包括列车纯运行时间、停站时间、启停车附加时间和由于列车越行造成的额外待避时间。根据动车组技术参数和运输组织基本规则(以下简称编图参数)，列车纯运行时间、停站时间和启停车附加时间均可在列车运行方案图编制之前确定，基本不会受到其他参数的影响。但是，列车越行直接导致的额外待避时间，却与列车运行方案图的编制结果相互影响。目前，既有列车运行方案图编制方法采用以下三种方式计算额外待避时间：一是预先给定每列车的待避时间估算值；二是先将额外待避时间设置为零，编制方案图后，根据列车越行次数，手动更新额外待避时间，再编制方案图的迭代方式；三是通过引入列车在始发和终到车站的前后顺序的决策变量，构建列车全程旅行时间计算公式。其中，第三种既有方法对列车全程旅行时间的计算准确程度最高，但是这种方法也只能计算具有相同起讫点(即相同始发车站和终到车站)的列车之间的越行带来的额外待避时间。

实际上，特别是在我国已实现高速铁路大规模成网运行的条件下，不同起讫点(即不同始发车站和终到车站)的列车共同途径同一区间的情况十分常见。因此，既有列车运行方案图建模方法没有考虑不同起讫点列车之间的越行，在路网条件下对列车全程旅行时间的计算仍然不够准确。

发明内容

本发明提供一种高速铁路网络化列车运行方案图建模方法，通过引入和构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系，进而构建列车全程旅行时间计算公式和一系列配套的逻辑关系约束，提出适用于路网条件下的列车运行方案图建模方法，可以准确识别不同列车之间在同一区间的所有越行，提高网络化列车运行方案图编制结果的准确性，降低铁路部门编制详图的难度。

本发明提供一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法，包括：

步骤01：选取高速铁路路网，包括：列车运行方案图上的所有节点及连接线路；

步骤02：构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系；

步骤03：根据所述决策变量以及逻辑关系，构建列车全程旅行时间的计算公式；

步骤04：构建与列车运行方案图相关的预设约束和目标函数；

步骤05：基于步骤03-04，构建列车运行方案图模型，基于目标软件对所述运行方案图模型进行编译和求解，获得待验证方案图。

在一种可能实现的方式中，选取高速铁路路网，包括：列车运行方案图上的所有节点及连接线路的过程中，还包括：

定义所述节点，并用s表示，且所述节点的集合为S，s∈S；

定义两个不同车站的相邻节点之间的线路连接关系为区间e，即表示从节点s_k到节点s_k'构成的区间，含方向，区间集合为E；

其中，所述节点为列车运行方案图中车站的咽喉区。

在一种可能实现的方式中，构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

选取所述列车运行方案图上的列车l，列车集合为L，l∈L；

定义列车l途径节点s的时刻为为决策变量；

定义第i辆列车l_i与第j辆列车l_j在共同途径的节点s的前后关系为为决策变量，构建描述/>与/>逻辑关系的计算公式如下：

其中，为决策变量/>表示列车l_i、列车l_j途径节点s的时刻，单位为分钟；为决策变量，取值为0或者1，当列车l_i先于列车l_j途径节点s或两列车同时途径节点s时，/>等于1，否则等于0；M为已知参数，且为正整数。

在一种可能实现的方式中，构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

利用不同列车途径同一节点的前后顺序、列车在区间的越行关系、列车额外待避时间和列车旅行时间之间的逻辑关系，构建列车区间运行时间的计算公式，即列车途径某个节点的时刻等于在上一个相邻节点的途径时刻、列车纯运行时间、列车总额外待避时间之和：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k、s_k'的时刻，单位为分钟，其中，节点s_k'为列车l_i途径节点s_k后按运行方向的下一途径节点，且节点s_k、S_k'属于不同的车站；/>为已知的参数，表示列车l_i在区间/>即从节点s_k到节点s_k'所需要的纯运行时间，如果列车l_i在节点s_k或s_k'所属的车站有停站，则纯运行时间包括列车所需的启停附加时分时间，单位为分钟；/>为已知的参数，表示列车l_i在区间/>的运行时间的最大值，单位为分钟；/>表示列车l_i在区间/>被其他列车越行时所产生的总额外待避时间，其中，/>为已知的参数，表示列车l_i被其他列车越行一次所增加的额外的停站待避时间，/>中，/>为已知参数，表示列车l_i在车站的最小停站时间及列车启停附加时分时间之和；/>为已知参数，表示列车l_i在区间/>所涉及的车站是否有停站，有停站则等于0，没有停站则等于1，/>表示当列车l_i在区间/>所涉及的车站均无停站，即/>等于1时，需要为列车l_i新增一个停站，用来完成列车之间的越行，即列车旅行时间需要增加一次停站所需的最小停站时间及相应的启停附加时分，/>为决策变量，表示列车l_i在区间/>被其他途径该区间的列车越行的次数，其中/>为决策变量，表示列车l_i与另一列车l_j在节点s_k(s_k')的前后关系，当列车l_i先于l_j途径节点s_k(s_k')或两列车同时途径该节点时，/>等于1，否则等于0。

在一种可能实现的方式中，构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

构建描述列车在同一车站的两个相邻节点的途经时刻和最小停站时间的逻辑关系的计算公式：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k'、s_k”的时刻，其中节点s_k”为列车l_i途径节点s_k'后按运行方向的下一途径节点，且节点s_k'、s_k”属于同一个车站；/>为已知的参数，表示列车l_i在车站的停站时间。

在一种可能实现的方式中，根据所述决策变量以及逻辑关系，构建列车全程旅行时间的计算公式包括：

根据如下公式，计算列车的全程旅行时间，且所述全程旅行时间为列车途径终到节点的时刻与途经始发节点的时刻之差，逻辑计算公式为：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k'、s_k”的时刻，其中节点s_k为列车l_i在始发车站的途径节点，节点s_k'为列车l_i在终到车站的途径节点；/>为决策变量，表示列车l_i的全程旅行时间。

在一种可能实现的方式中，构建与列车运行方案图相关的预设约束和目标函数的过程中，包括：

步骤41：约束全天运行时段，即所有列车途径节点时刻均在设定时间范围内：

其中，为决策变量，表示列车l途径节点s的时刻，单位为分钟；t_min，t_max为已知的参数，表示列车运行方案图的编制时间范围，单位为分钟；

步骤42：约束列车交路接续时间，即属于同一交路的前后接续的两列车中，前序列车途径终到节点时刻与后续列车途经始发节点时刻之差满足接续时间要求：

其中，为决策变量/>表示列车l_i和列车l_j途径节点s_k、s_k'的时刻，其中节点s_k为列车l_i在终到车站的途径节点，节点s_k'为列车l_j在始发车站的途径节点；LB，UB为已知的参数，表示交路接续时间的最小值和最大值；

步骤43：构建决策变量的定义公式和节点能力约束，即在某个时间范围内，途径一个节点的列车数量满足该节点的最大途经列车数量的要求：

其中，t_k，t_k'为已知的参数，表示列车运行方案图的编制时间范围内的某个时刻；为未知的决策变量，表示列车l途径节点s的时刻/>大于t_k、t_k'时等于1，否则等于0；M为已知参数，且为正整数；/>为已知的参数，表示节点s在时段[t_k,t_k')的最大途经列车数量；L_s为途径节点s的所有列车的集合；

步骤44：最小化所有列车旅行时间的目标函数：

min ∑_l∈L AR^l (11)

其中，min表示最小函数，AR^l为决策变量，表示列车l的全程旅行时间。

在一种可能实现的方式中，基于目标软件对所述运行方案图模型进行编译和求解，获得待验证方案图之后，还包括：

将所述待验证方案图与所述列车运行方案图进行对比分析，判断所述待验证方案图是否合格，其包括：

将所述列车运行方案图与所述待验证方案图进行完全重叠设置，并判断所述列车运行方案图与所述待验证方案图基于完全重叠设置的情况下，是否存在不完全重叠区域中；

若存在，判定所述待验证方案图不合格，同时，提取所述不完全重叠区域的粗轮廓，并将相互连接的粗轮廓对应的区域划分为连通区域，将不相互连接的粗轮廓对应的区域换分为单区域；

同时，对所述粗轮廓进行逼近处理，获得细轮廓，获取对应的待处理连通区、待处理单区；

获取所述待处理连通区中的第一路线以及第一节点，同时，获取待处理单区的第二路线以及第二节点；

确定所述待处理连通区中第一路线以及第一节点与列车运行方案图的第一差异信息，同时，获取所述待处理单区中第二路线以及第二节点与列车运行方案图的第二差异信息；

基于所述第一差异信息以及第二差异信息，选取相同差异因子以及特异差异因子；

获取与所述待处理连通区的相邻合格区的标准参数，并确定运行方案图模型的第一有效因子，同时，获取与所述待处理单区的相邻合格区的标准参数，并确定运行方案图模型的第二有效因子；

根据所述相同差异因子、特异差异因子、第一有效因子、第二有效因子，对所述待处理连通区以及待处理单区进行调整；

当调整后的待验证方案图与列车运行方案图完全一致时，基于所述相同差异因子、特异差异因子、第一有效因子、第二有效因子对所述运行方案图模型进行修正处理，获得新的运行方案图模型；

若存在不完全重叠区域，则判定所述待验证方案图合格。

在一种可能实现的方式中，当调整后的待验证方案图与列车运行方案图仍然存在不一致时，继续获取不一致区域，同时，根据如下公式，计算所述不一致区域的区域权重值X；

其中,K1表示不一致区域中不重叠节点的个数，K2表示不一致区域中重叠节点的个数，K3表示不一致区域中相邻节点之间不重叠连接线路的条数，K4表示不一致区域中相邻节点之间重叠连接线路的条数；Y2_k2表示不一致区域中第k2个重叠节点的节点位置权值；Y4_k4表示不一致区域中第k4条重叠连接线路的线路权值；Y1表示不一致区域中不重叠节点的综合位置权值；Y2表示不一致区域中重叠节点的综合位置权值；Y3表示不一致区域中不重叠连接线路的综合线路权值；Y4表示不一致区域中重叠连接线路的综合线路权值；β(K3)表示不一致区域中不重叠连接线路K3的重叠占比；

当所述区域权重值X大于预设权值时，获取所述不一致区域的不一致参数，并按照所述不一致参数对应的调整因子，再次调整所述运行方案图模型；

否则，获取所述不一致区域与所述列车运行方案图的对应区域的差别因子，并基于所述差别因子从区域修正数据库中，调取修正因子，并按照所述修正因子对所述不一致区域进行修正，同时，捕获修正过程中产生的修正因子，基于所述修正因子，再次调整所述运行方案图模型。

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所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法的流程图；

图2为本发明实施例中一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法的具体流程图；

图3为本发明实施例中不同列车途径由节点A和节点B构成的区间的时刻图；

图4为本发明实施例中效果对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

本发明提供一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法，如图1所示，包括：

步骤01：选取高速铁路路网，包括：列车运行方案图上的所有节点及连接线路；

步骤02：构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系；

步骤03：根据所述决策变量以及逻辑关系，构建列车全程旅行时间的计算公式；

步骤04：构建与列车运行方案图相关的预设约束和目标函数；

步骤05：基于步骤03-04，构建列车运行方案图模型，基于目标软件对所述运行方案图模型进行编译和求解，获得待验证方案图。

针对上述步骤1-5，具体的执行步骤参见图2。

该实施例中，首先是通过获取列车运行方案图上的各种信息，进而通过构建决策变量、逻辑关系、计算公式、预设约束和目标函数，来构建模型，并反过来对模型进行编译和求解，获得图，主要是为了构建模型，进而反过来验证模型。

上述技术方案的有益效果是：通过引入构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系，进而构建列车全程旅行时间计算公式和一系列配套的逻辑关系约束，提出适用于路网条件下的列车运行方案图建模方法，可以准确识别不同列车之间在同一区间的所有越行，提高网络化列车运行方案图编制结果的准确性，降低铁路部门编制详图的难度。

实施例2：

在实施例1的基础上，选取高速铁路路网，包括：列车运行方案图上的所有节点及连接线路的过程中，还包括：

定义所述节点，并用s表示，且所述节点的集合为S，s∈S；

定义两个不同车站的相邻节点之间的线路连接关系为区间e，即表示从节点s_k到节点s_k'构成的区间，含方向，区间集合为E；

其中，所述节点为列车运行方案图中车站的咽喉区。

上述技术方案的有益效果是：通过确定节点以及连接线路，便于保证获取基本信息的有效性，为后续构建模型提供数据基础。

实施例3：

在实施例1-2任一的基础上，构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

选取所述列车运行方案图上的列车l，列车集合为L，l∈L；

定义列车l途径节点s的时刻为为决策变量；

定义第i辆列车l_i与第j辆列车l_j在共同途径的节点s的前后关系为为决策变量，构建描述/>与/>逻辑关系的计算公式如下：

其中，为决策变量/>表示列车l_i、列车l_j途径节点s的时刻，单位为分钟；为决策变量，取值为0或者1，当列车l_i先于列车l_j途径节点s或两列车同时途径节点s时，/>等于1，否则等于0；M为已知参数，且为正整数。

该实施例中，咽喉区为车站或车场两端道岔汇聚和集中的区域，中间站存在两个咽喉区，尽端站存在一个咽喉区。

该实施例中，M为已知参数，且为一个非常大的正整数，且取值大于100000。

该实施例中，由公式(1)和公式(2)可知，当列车l_i先于l_j途径节点s或两列车同时途径节点s时，大于或等于0，即/>小于或等于0，为保证公式(2)成立，则必须等于1；同理，当列车l_i晚于列车l_j途径节点s时，/>小于0，即/>大于0，为保证公式(1)成立，则/>必须等于0。至此，决策变量/>与决策变量/>的定义和逻辑关系得以正确描述。

上述技术方案的有益效果是：通过构建逻辑关系，便于为后续构建模型提供基础。

实施例4：

在实施例1-3任一的基础上，构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

利用不同列车途径同一节点的前后顺序、列车在区间的越行关系、列车额外待避时间和列车旅行时间之间的逻辑关系，构建列车区间运行时间的计算公式，即列车途径某个节点的时刻等于在上一个相邻节点的途径时刻、列车纯运行时间、列车总额外待避时间之和：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k、s_k'的时刻，单位为分钟，其中，节点s_k'为列车l_i途径节点s_k后按运行方向的下一途径节点，且节点s_k、s_k'属于不同的车站；/>为已知的参数，表示列车l_i在区间/>即从节点s_k到节点s_k'所需要的纯运行时间，如果列车l_i在节点s_k或s_k'所属的车站有停站，则纯运行时间包括列车所需的启停附加时分时间，单位为分钟；/>为已知的参数，表示列车l_i在区间/>的运行时间的最大值，单位为分钟；/>表示列车l_i在区间/>被其他列车越行时所产生的总额外待避时间，其中，/>为已知的参数，表示列车l_i被其他列车越行一次所增加的额外的停站待避时间，/>中，/>为已知参数，表示列车l_i在车站的最小停站时间及列车启停附加时分时间之和；/>为已知参数，表示列车l_i在区间/>所涉及的车站是否有停站，有停站则等于0，没有停站则等于1，/>表示当列车l_i在区间/>所涉及的车站均无停站，即/>等于1时，需要为列车l_i新增一个停站，用来完成列车之间的越行，即列车旅行时间需要增加一次停站所需的最小停站时间及相应的启停附加时分，/>为决策变量，表示列车l_i在区间/>被其他途径该区间的列车越行的次数，其中/>为决策变量，表示列车l_i与另一列车l_j在节点s_k(s_k')的前后关系，当列车l_i先于l_j途径节点s_k(s_k')或两列车同时途径该节点时，/>等于1，否则等于0。

该实施例中，的值等于列车l_i在区间/>被其他列车越行次数的结论可由如下推导过程证明。

推导过程：图3展示了不同列车途径由节点A和节点B构成的区间的时刻。

其中，横轴表示时间，纵轴表示距离，实心圆表示列车途径节点的时刻，实线和虚线表示列车在区间的运行轨迹，称为“运行线”。从图3中可以看到，共有(n+m+x)列车途经区间/>n、m、x均为大于1的正整数。以列车n为分析对象，有(n-1)个列车先于列车n途径节点A，有(m)个列车在区间/>越行列车n，有(n-1+m)列车先于列车n途经节点B。此时，/> 因此，/>的值等于列车l_i在区间/>被其他列车越行次数的结论成立。

上述技术方案的有益效果是：通过构建列车区间运行时间的计算公式，为后续构建列车全程旅行时间的计算公式提供基础，便于后续可以准确识别不同列车之间在同一区间的所有越行，提高网络化列车运行方案图编制结果的准确性，降低铁路部门编制详图的难度。

实施例5：

基于实施例1-4任一的基础上，构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

构建描述列车在同一车站的两个相邻节点的途经时刻和最小停站时间的逻辑关系的计算公式：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k'、s_k”的时刻，其中节点s_k”为列车l_i途径节点s_k'后按运行方向的下一途径节点，且节点s_k'、s_k”属于同一个车站；/>为已知的参数，表示列车l_i在车站的停站时间。

该实施例中，停站时间根据铁路运输组织要求设定。

上述技术方案的有益效果是：为后续计算全程旅行时间，提供数据基础。

实施例6：

基于实施例2-5的基础上，根据所述决策变量以及逻辑关系，构建列车全程旅行时间的计算公式包括：

根据如下公式，计算列车的全程旅行时间，且所述全程旅行时间为列车途径终到节点的时刻与途经始发节点的时刻之差，逻辑计算公式为：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k'、s_k”的时刻，其中节点s_k为列车l_i在始发车站的途径节点，节点s_k'为列车l_i在终到车站的途径节点；/>为决策变量，表示列车l_i的全程旅行时间。

上述技术方案的有益效果是：便于获取全程旅行时间。

实施例7：

基于实施例1的基础上，构建与列车运行方案图相关的预设约束和目标函数的过程中，包括：

步骤41：约束全天运行时段，即所有列车途径节点时刻均在设定时间范围内：

其中，为决策变量，表示列车l途径节点s的时刻，单位为分钟；t_min，t_max为已知的参数，表示列车运行方案图的编制时间范围，单位为分钟；

步骤42：约束列车交路接续时间，即属于同一交路的前后接续的两列车中，前序列车途径终到节点时刻与后续列车途经始发节点时刻之差满足接续时间要求：

其中，为决策变量/>表示列车l_i和列车l_j途径节点s_k、s_k'的时刻，其中节点s_k为列车l_i在终到车站的途径节点，节点s_k'为列车l_j在始发车站的途径节点；LB，UB为已知的参数，表示交路接续时间的最小值和最大值；

步骤43：构建决策变量的定义公式和节点能力约束，即在某个时间范围内，途径一个节点的列车数量满足该节点的最大途经列车数量的要求：

/>

其中，t_k，t_k'为已知的参数，表示列车运行方案图的编制时间范围内的某个时刻；为未知的决策变量，表示列车l途径节点s的时刻/>大于t_k、t_k'时等于1，否则等于0；M为已知参数，且为正整数；/>为已知的参数，表示节点s在时段[t_k，t_k')的最大途经列车数量；L_s为途径节点s的所有列车的集合；

步骤44：最小化所有列车旅行时间的目标函数：

min ∑_l∈L AR^l (11)

其中，min表示最小函数，AR^l为决策变量，表示列车l的全程旅行时间。

该实施例中，LB，UB是可以根据铁路运输组织要求设定的。

综上，针对上述实施例1-7，是以公式(1)-(10)为约束，以公式(11)为目标函数，即可构建高速铁路列车运行方案图编制的数学优化模型，模型为标准的线性整数规划数学模型，利用商业软件(如Cplex、Gurobi等)对模型进行编译和求解，可得到所有的取值，即待验证方案图。

本发明方法与既有方法的效果对比示例如图4所示。路网条件下，编制列车运行方案图需要考虑的路网范围，即车站和线路连接关系如图中左侧所示，右侧为网络化列车运行方案图。可以发现，本发明提出的网络化列车运行方案图建模方法，可以分辨所有列车(即所有相同起讫点和不同起讫点的列车)在同一区间的越行关系，全面考虑所有越行给列车全程旅行时间带来的额外待避时间。

实施例8：

基于实施例1的基础上，基于目标软件对所述运行方案图模型进行编译和求解，获得待验证方案图之后，还包括：

将所述待验证方案图与所述列车运行方案图进行对比分析，判断所述待验证方案图是否合格，其包括：

将所述列车运行方案图与所述待验证方案图进行完全重叠设置，并判断所述列车运行方案图与所述待验证方案图基于完全重叠设置的情况下，是否存在不完全重叠区域中；

若存在，判定所述待验证方案图不合格，同时，提取所述不完全重叠区域的粗轮廓，并将相互连接的粗轮廓对应的区域划分为连通区域，将不相互连接的粗轮廓对应的区域换分为单区域；

同时，对所述粗轮廓进行逼近处理，获得细轮廓，获取对应的待处理连通区、待处理单区；

获取所述待处理连通区中的第一路线以及第一节点，同时，获取待处理单区的第二路线以及第二节点；

确定所述待处理连通区中第一路线以及第一节点与列车运行方案图的第一差异信息，同时，获取所述待处理单区中第二路线以及第二节点与列车运行方案图的第二差异信息；

基于所述第一差异信息以及第二差异信息，选取相同差异因子以及特异差异因子；

获取与所述待处理连通区的相邻合格区的标准参数，并确定运行方案图模型的第一有效因子，同时，获取与所述待处理单区的相邻合格区的标准参数，并确定运行方案图模型的第二有效因子；

根据所述相同差异因子、特异差异因子、第一有效因子、第二有效因子，对所述待处理连通区以及待处理单区进行调整；

当调整后的待验证方案图与列车运行方案图完全一致时，基于所述相同差异因子、特异差异因子、第一有效因子、第二有效因子对所述运行方案图模型进行修正处理，获得新的运行方案图模型；

若存在不完全重叠区域，则判定所述待验证方案图合格。

该实施例中，待验证方案图是基于建模方法建模之后获取的；

该实施例中，将待验证方案图与列车运行方案图进行对比分析，不仅是为了判断待验证方案图是否合格，还是为了验证模型是否精确。

该实施例中，完全重叠设置，是将两张大小、尺寸完全一样的图像进行重叠放置，不重叠区域，是指节点、连接线路不重叠的区域；

该实施例中，进行粗轮廓提取是为了确定大致轮廓，进行逼近处理，是为了避免粗轮廓中降低后续对待处理区的处理量；

该实施例中，连通区域可以是由几个相邻且相连的单区域构成的，单区域是完全独立于其他区域的。

该实施例中，第一节点是待处理连通区中的所有节点，且待连通区域中也有可能存在重叠的节点，因为，在进行粗轮廓区域划分时，只是简单的进行区域边缘的大致划分，所以对应的待连通区域相邻节点之间也有可能存在重叠的连接线路，但是可能存在不完全重叠的连接线路。

第二节点、第二连接线路原理同上。

该实施例中，第一差异信息以及第二差异信息，是指不重叠导致的差异信息；

该实施例中，相同差异因子以及特异差异因子是基于对模型的构建过程中产生的差异参数等相关，如模型本身的误差、外界干扰误差等。

该实施例中，相邻合格区指的是完全重叠的区域，标准参数，即为以相邻合格区域为输入，在生成对应模型的过程中，其影响模型构建的参数，如列车布局、站点位置等。

该实施例中，第一有效因子以及第二有效因子，例如是与列车布局、站点位置等相关的修正值等。

上述技术方案的有益效果是：首先，通过重叠设置，便于判断待验证方案图是否合格，进一步验证模型是否精确，其次，通过粗细轮廓划分，便于获得合理的连通区和单区，最后，通过确定节点和线路，便于获取相同差异因子、特异差异因子、第一有效因子、第二有效因子，进而对模型进行修正，提高模型的精准性，保证获取方案图的有效性，间接提高网络化列车运行方案图编制结果的准确性，降低铁路部门编制详图的难度。

实施例9：

基于实施例8的基础上，当调整后的待验证方案图与列车运行方案图仍然存在不一致时，继续获取不一致区域，同时，根据如下公式，计算所述不一致区域的区域权重值X；

其中,K1表示不一致区域中不重叠节点的个数，K2表示不一致区域中重叠节点的个数，K3表示不一致区域中相邻节点之间不重叠连接线路的条数，K4表示不一致区域中相邻节点之间重叠连接线路的条数；Y2_k2表示不一致区域中第k2个重叠节点的节点位置权值；Y4_k4表示不一致区域中第k4条重叠连接线路的线路权值；Y1表示不一致区域中不重叠节点的综合位置权值；Y2表示不一致区域中重叠节点的综合位置权值；Y3表示不一致区域中不重叠连接线路的综合线路权值；Y4表示不一致区域中重叠连接线路的综合线路权值；β(K3)表示不一致区域中不重叠连接线路K3的重叠占比；

当所述区域权重值X大于预设权值时，获取所述不一致区域的不一致参数，并按照所述不一致参数对应的调整因子，再次调整所述运行方案图模型；

否则，获取所述不一致区域与所述列车运行方案图的对应区域的差别因子，并基于所述差别因子从区域修正数据库中，调取修正方案，并按照所述修正因子对所述不一致区域进行修正，同时，捕获修正过程中产生的修正因子，基于所述修正因子，再次调整所述运行方案图模型。

该实施例中，不一致区域指的是不完全重叠区域，且不一致区域可以是按照实施例8中的方式进行获取的，且该实施例中，不一致区域中，可能会存在不一致的重叠节点、不重叠节点、重叠线路以及不重叠线路，且不重叠线路可以是完全不重叠，或者是不完全重叠；

该实施例中，节点位置权值、线路权值可以是根据铁路运输组织要求设定的。

该实施例中，预设权值是预先设定好的，不一致参数，是指不一致区域与列车运行方案图的对应区域的不重叠参数，调整因子，是指对不重叠参数进行调整，使得与列车运行方案图的对应区域重叠，且调整因子根据不重叠参数进行变化。

该实施例中，差别因子与不一致参数类似，且通过调取修正方案，来使得与列车运行方案图的对应区域重叠，进而在修正过程中，捕获修正因子，调整模型。

该实施例中，重叠占比的取值范围为[0,1]。

上述技术方案的有益效果是：通过获取不一致区域，并根据计算公式计算不一致区域的区域权重值，且通过对区域权重值进行判断，并进行相应方式的调整，其调整方式，一是通过获取不一致参数的调整因子，来直接对模型进行调整，二是通过获取差别因子，通过调取修正方案，以及捕捉修正因子，来对模型进行调整，保证模型构建的精准性，间接提高网络化列车运行方案图编制结果的准确性，降低铁路部门编制详图的难度。

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 (3)

1.一种高速铁路网络化列车运行方案图的建模方法，其特征在于，包括：

步骤01：选取高速铁路路网，包括：列车运行方案图上的所有节点及连接线路；

步骤02：构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系；

步骤03：根据所述决策变量以及逻辑关系，构建列车全程旅行时间的计算公式；

步骤04：构建与列车运行方案图相关的预设约束和目标函数；

步骤05：基于步骤03-04，构建列车运行方案图模型，基于目标软件对所述运行方案图模型进行编译和求解，获得待验证方案图；

选取高速铁路路网，包括：列车运行方案图上的所有节点及连接线路的过程中，还包括：

定义所述节点，并用s表示，且所述节点的集合为S，s∈S；

定义两个不同车站的相邻节点之间的线路连接关系为区间e，即表示从节点s_k到节点s_k′构成的区间，含方向，区间集合为E；

其中，所述节点为列车运行方案图中车站的咽喉区；

构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

选取所述列车运行方案图上的列车l，列车集合为L，l∈L；

定义列车l途径节点s的时刻为为决策变量；

定义第i辆列车l_i与第j辆列车l_j在共同途径的节点s的前后关系为为决策变量，构建描述/>与/>逻辑关系的计算公式如下：

其中，为决策变量/>表示列车l_i、列车l_j途径节点s的时刻，单位为分钟；/>为决策变量，取值为0或者1，当列车l_i先于列车l_j途径节点s或两列车同时途径节点s时，/>等于1，否则等于0；M为已知参数，且为正整数；

构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

利用不同列车途径同一节点的前后顺序、列车在区间的越行关系、列车额外待避时间和列车旅行时间之间的逻辑关系，构建列车区间运行时间的计算公式，即列车途径某个节点的时刻等于在上一个相邻节点的途径时刻、列车纯运行时间、列车总额外待避时间之和：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k、s_k′的时刻，单位为分钟，其中，节点s_k′为列车l_i途径节点s_k后按运行方向的下一途径节点，且节点s_k、s_k′属于不同的车站；为已知的参数，表示列车l_i在区间/>即从节点s_k到节点s_k′所需要的纯运行时间，如果列车l_i在节点s_k或s_k′所属的车站有停站，则纯运行时间包括列车所需的启停附加时分时间，单位为分钟；/>为已知的参数，表示列车l_i在区间/>的运行时间的最大值，单位为分钟；/>表示列车l_i在区间/>被其他列车越行时所产生的总额外待避时间，其中，/>为已知的参数，表示列车l_i被其他列车越行一次所增加的额外的停站待避时间，/>中，/>为已知参数，表示列车l_i在车站的最小停站时间及列车启停附加时分时间之和；/>为已知参数，表示列车l_i在区间所涉及的车站是否有停站，有停站则等于0，没有停站则等于1，/>表示当列车l_i在区间/>所涉及的车站均无停站，即/>等于1时，需要为列车l_i新增一个停站，用来完成列车之间的越行，即列车旅行时间需要增加一次停站所需的最小停站时间及相应的启停附加时分，/>为决策变量，表示列车l_i在区间/>被其他途径该区间的列车越行的次数，其中/>为决策变量，表示列车l_i与另一列车l_j在节点s_k(s_k′)的前后关系，当列车l_i先于l_j途径节点s_k(s_k′)或两列车同时途径该节点时，等于1，否则等于0；

构建不同列车途径节点的决策变量以及逻辑关系的过程中，还包括：

构建描述列车在同一车站的两个相邻节点的途经时刻和最小停站时间的逻辑关系的计算公式：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k′、s_k″的时刻，其中节点s_k″为列车l_i途径节点s_k′后按运行方向的下一途径节点，且节点s_k′、s_k″属于同一个车站；/>为已知的参数，表示列车l_i在车站的停站时间；

根据所述决策变量以及逻辑关系，构建列车全程旅行时间的计算公式包括：

根据如下公式，计算列车的全程旅行时间，且所述全程旅行时间为列车途径终到节点的时刻与途经始发节点的时刻之差，逻辑计算公式为：

其中，为决策变量/>表示列车l_i途径节点s_k′、s_k″的时刻，其中节点s_k为列车l_i在始发车站的途径节点，节点s_k′为列车l_i在终到车站的途径节点；/>为决策变量，表示列车l_i的全程旅行时间；

构建与列车运行方案图相关的预设约束和目标函数的过程中，包括：

步骤41：约束全天运行时段，即所有列车途径节点时刻均在设定时间范围内：

其中，为决策变量，表示列车l途径节点s的时刻，单位为分钟；t_min，t_max为已知的参数，表示列车运行方案图的编制时间范围，单位为分钟；

步骤42：约束列车交路接续时间，即属于同一交路的前后接续的两列车中，前序列车途径终到节点时刻与后续列车途经始发节点时刻之差满足接续时间要求：

其中，为决策变量/>表示列车l_i和列车l_j途径节点s_k、s_k′的时刻，其中节点s_k为列车l_i在终到车站的途径节点，节点s_k′为列车l_j在始发车站的途径节点；LB，UB为已知的参数，表示交路接续时间的最小值和最大值；

步骤43：构建决策变量的定义公式和节点能力约束，即在某个时间范围内，途径一个节点的列车数量满足该节点的最大途经列车数量的要求：

其中，t_k，t_k′为已知的参数，表示列车运行方案图的编制时间范围内的某个时刻； 为未知的决策变量，表示列车l途径节点s的时刻/>大于t_k、t_k′时等于1，否则等于0；M为已知参数，且为正整数；/>为已知的参数，表示节点s在时段[t_k,t_k′)的最大途经列车数量；L_s为途径节点s的所有列车的集合；

步骤44：最小化所有列车旅行时间的目标函数：

min∑_l∈LAR^l (11)

其中，min表示最小函数，AR^l为决策变量，表示列车l的全程旅行时间。

2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，基于目标软件对所述运行方案图模型进行编译和求解，获得待验证方案图之后，还包括：

将所述待验证方案图与所述列车运行方案图进行对比分析，判断所述待验证方案图是否合格，其包括：

将所述列车运行方案图与所述待验证方案图进行完全重叠设置，并判断所述列车运行方案图与所述待验证方案图基于完全重叠设置的情况下，是否存在不完全重叠区域中；

若存在，判定所述待验证方案图不合格，同时，提取所述不完全重叠区域的粗轮廓，并将相互连接的粗轮廓对应的区域划分为连通区域，将不相互连接的粗轮廓对应的区域换分为单区域；

同时，对所述粗轮廓进行逼近处理，获得细轮廓，获取对应的待处理连通区、待处理单区；

获取所述待处理连通区中的第一路线以及第一节点，同时，获取待处理单区的第二路线以及第二节点；

确定所述待处理连通区中第一路线以及第一节点与列车运行方案图的第一差异信息，同时，获取所述待处理单区中第二路线以及第二节点与列车运行方案图的第二差异信息；

基于所述第一差异信息以及第二差异信息，选取相同差异因子以及特异差异因子；

获取与所述待处理连通区的相邻合格区的标准参数，并确定运行方案图模型的第一有效因子，同时，获取与所述待处理单区的相邻合格区的标准参数，并确定运行方案图模型的第二有效因子；

根据所述相同差异因子、特异差异因子、第一有效因子、第二有效因子，对所述待处理连通区以及待处理单区进行调整；

当调整后的待验证方案图与列车运行方案图完全一致时，基于所述相同差异因子、特异差异因子、第一有效因子、第二有效因子对所述运行方案图模型进行修正处理，获得新的运行方案图模型；

若存在不完全重叠区域，则判定所述待验证方案图合格。

3.如权利要求2所述的建模方法，其特征在于，当调整后的待验证方案图与列车运行方案图仍然存在不一致时，继续获取不一致区域，同时，根据如下公式，计算所述不一致区域的区域权重值X；

其中,K1表示不一致区域中不重叠节点的个数，K2表示不一致区域中重叠节点的个数，K3表示不一致区域中相邻节点之间不重叠连接线路的条数，K4表示不一致区域中相邻节点之间重叠连接线路的条数；Y2_k2表示不一致区域中第k2个重叠节点的节点位置权值；Y4_k4表示不一致区域中第k4条重叠连接线路的线路权值；Y1表示不一致区域中不重叠节点的综合位置权值；Y2表示不一致区域中重叠节点的综合位置权值；Y3表示不一致区域中不重叠连接线路的综合线路权值；Y4表示不一致区域中重叠连接线路的综合线路权值；β(K3)表示不一致区域中不重叠连接线路K3的重叠占比；

当所述区域权重值X大于预设权值时，获取所述不一致区域的不一致参数，并按照所述不一致参数对应的调整因子，再次调整所述运行方案图模型；

否则，获取所述不一致区域与所述列车运行方案图的对应区域的差别因子，并基于所述差别因子从区域修正数据库中，调取修正因子，并按照所述修正因子对所述不一致区域进行修正，同时，捕获修正过程中产生的修正因子，基于所述修正因子，再次调整所述运行方案图模型。