CN113581261B - 一种高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，涉及高速铁路阶段调整计划评估技术领域。该系统提供了真实的高铁路网运行环境，当一个新生成的列车运行调整计划参与整体路网中的车辆运行仿真后，便可以根据仿真结束后统计的列车总晚点时间、列车晚点增量和受影响的列车晚点数量综合评估该列车运行调整计划是否为该情况下最优列车运行调整计划，由此也可评价生成此列车运行调整计划的调度方法的好坏，并不针对个体调度方法，更具普适性，且当调度方法为调度员人工制定时，此评估系统可作为调度员培训系统，通过对调度员制订的列车运行调整计划进行综合评价，提高调度员制订列车运行调整计划的水平和能力，辅助调度员更好地进行决策。

Description

一种高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统

技术领域

本发明涉及高速铁路阶段调整计划评估技术领域，具体涉及一种高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统。

背景技术

近年来，随着我国高速铁路建设成网，客流和行车密度不断增加，对高铁列车的行车调度提出了更高要求。尤其是在发生突发事件导致列车运行秩序紊乱时，如何有效地制订和调整列车运行计划，减少列车延误，尽快恢复行车秩序，改善运输服务质量，降低运输成本，提高突发事件的处理能力，是现有高铁行车调度的一个重难点。我国高铁调度指挥目前主要基于“总公司-路局-站段”三级业务模式，采用分散自律调度集中系统(CTC，Centralized Traffic Control)开展行车调度作业，由调度员根据路网运行状态，制订列车运行调整计划，动态调整列车运行。在现有高铁调度实践中，列车运行调整计划的制订主要还是由调度员人工完成，对于所制订的列车运行调整计划的性能如何，现阶段也主要是凭调度员人工经验进行评判。但是，高速铁路运输系统是一个巨大的复杂系统，受到各种因素的影响，随着高铁路网和高铁列车等日趋庞大，运行场景更加复杂，仅靠人工经验已难以对列车运行调整计划进行有效的评估，尤其是从全局多个调度区段综合考虑的性能评估。

现有的一些铁路实训系统以训练和考核调度员对CTC基本操作为主，提高调度员对调度业务的熟练掌握程度，以符合业务流程规范，如下发调度命令，阶段计划交叉审核等，但是还难以考核调度员所制订的列车运行调整计划的性能好坏，并且高铁列车调度区段的管辖里程较大，车站和列车数量都较多，CTC系统在提供调度员高效的运输组织方式的同时，也给接发列车工作带来挑战，主要是列车运行调整计划涉及的决策变量的维度和决策空间急剧增加，列车运行调整计划的准确性能评估更难。另一方面，调度员在制订列车运行调整计划中，通常只考虑他自己负责的调度台的性能指标，对所制订的列车运行调整计划缺乏全局考虑，主要凭经验判定对后继调度区段的影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，旨在辅助调度员制订出更好的列车运行调整计划。

本发明的技术方案是：

一种高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，包括：

场景设置模块，用于对给定高铁路网运行场景进行设置，包括路网中调度区段数量、车站名称、车站内部股道信息、列车的车次、列车的初始运行时刻表以及晚点列车车次、晚点列车发生晚点的调度区段和晚点时间；

路网仿真模块，用于进行线路布局图绘制、手动安排列车进路、办理列车转线作业、设置临时限速、按照列车的初始运行时刻表对路网中的车辆运行进行仿真；在仿真过程中对列车运行状态、列车的实际运行时刻表、闭塞区间占用情况及接车发车进路状态进行实时统计，待仿真结束后将统计数据传输至综合评估模块；对路网中车辆运行进行仿真的过程中，当调度区段发生行车冲突时，利用套接字技术与对应的调度模块进行实时数据交互：路网仿真模块将调度区段内晚点列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间发送给与调度区段对应的调度模块并接收对应的调度模块发送的列车运行调整计划和调度指令；按照所接收的列车运行调整计划和调度指令继续对路网中的车辆运行进行仿真；所述行车冲突指的是列车无法根据列车的初始运行时刻表运行；所述调度指令包含对列车的加减速指令、仿真开始及暂停指令、仿真重启指令、更新时刻表指令、仿真速度调节指令、线路信号灯控制指令；

与给定高铁路网运行场景中的各调度区段一一对应的多个调度模块，所述调度模块用于连接外部调度单元或者内部的自动调度模块，所述外部调度单元包括人工调度模块或者计算机辅助决策系统调度模块，当没有外部调度单元接入时，调度模块连接自动调度模块；在对路网中的车辆运行进行仿真时，调度模块接收路网仿真模块发送的实时信息即调度区段内晚点列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间并将其发送给其连接的外部调度单元或者自动调度模块，并接收外部调度单元或者自动调度模块所反馈的针对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成的列车运行调整计划和调度指令并将它们发送给路网仿真模块；所述人工调度模块，用于通过人工对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成列车运行调整计划；所述计算机辅助决策系统调度模块，用于通过计算机辅助决策系统对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成列车运行调整计划；

自动调度模块，用于针对发生行车冲突的调度区段利用FCFS策略进行自动调度，并检测根据FCFS策略生成的列车运行调整计划是否满足铁路基本约束，满足铁路基本约束后将此列车运行调整计划发送给对应的调度模块；

历史数据库，用于存储与各高铁路网运行场景对应的历史列车运行调整计划以及与各历史列车运行调整计划对应的受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量；

综合评估模块，用于接收路网仿真模块发送的统计数据，并根据所述统计数据得到综合统计信息，将综合统计信息与历史数据库中针对同一高铁路网运行场景的历史综合统计信息比较，查看是否存在历史列车运行调整计划使得列车的受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量优于当前的列车运行调整计划；所述综合统计信息包括受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量；所述受晚点影响的列车数量为整个运行过程中发生晚点的列车数量。

进一步地，根据所述的高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，所述铁路基本约束包括：

(1)最小区间运行时间约束：

任意列车i在两相邻站j站和j+1站之间的运行时分不能小于该区间的最小运行时间

；

(2)最小停站时间约束：

列车i在车站j的停车时间不得小于最小停站时间；

(3)出发时间约束：

实际的出发时间d_i,j不能早于初始运行时刻表给出的出发时刻

；

(4)发车间隔约束：

相邻的两车发车时间间隔要求不小于最小发车间隔时间；

(5)到站间隔约束：

相邻的两车到达时间间距要求不小于最小到站间隔时间。

进一步地，根据所述的高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，所述列车的总晚点时间为运行过程中所有列车的实际到达时间与计划到达时间之差的和；所述列车的总晚点增量为运行过程中，列车的总晚点时间与初始总晚点之间的差值；所述初始总晚点为在初始晚点情况下不改变列车运行调整计划，列车的总晚点时间。

本发明的有益效果：本发明系统提供真实的高铁路网运行环境，当一个新生成的列车运行调整计划参与整体路网中的车辆运行仿真后，便可以根据仿真结束后统计的列车总晚点时间、列车晚点增量以及受影响的列车晚点数量综合评估该列车运行调整计划是否为该情况下最优列车运行调整计划，由此也可评价生成此列车运行调整计划的调度方法的好坏，并不针对某一独特的调度方法，更具普适性，且当调度方法为调度员人工制定时，此评估系统可作为调度员培训系统，通过对调度员制订的列车运行调整计划进行综合评价，提高调度员制订列车运行调整计划的水平和能力，辅助调度员更好地进行决策。

附图说明

图1是本发明实施方式的高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统结构示意图；

图2是本发明实施例的列车实际运行图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

图1是本实施方式高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统结构示意图，所述高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，包括场景设置模块、路网仿真模块、自动调度模块、多个调度模块、综合评估模块和历史数据库，其中：

所述场景设置模块，用于对给定高铁路网运行场景进行设置，包括路网中调度区段数量、车站名称、车站内部股道信息、列车的车次、列车的初始运行时刻表以及晚点列车车次、晚点列车发生晚点的调度区段和晚点时间。

所述路网仿真模块，用于进行线路布局图绘制、手动安排列车进路、办理列车转线作业、设置临时限速、按照列车的初始运行时刻表对路网中的车辆运行进行仿真；在仿真过程中对列车运行状态、列车的实际运行时刻表、闭塞区间占用情况及接车发车进路状态进行实时统计，待仿真结束后将统计数据传输至综合评估模块；对路网中车辆运行进行仿真的过程中，当调度区段发生行车冲突时，利用套接字技术与对应的调度模块进行实时数据交互：路网仿真模块将调度区段内晚点列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间发送给与调度区段对应的调度模块并接收对应的调度模块发送的列车运行调整计划和调度指令；按照所接收的列车运行调整计划和调度指令继续对路网中的车辆运行进行仿真；所述行车冲突指的是列车无法根据列车的初始运行时刻表运行；所述调度指令包含对列车的加减速指令、仿真开始及暂停指令、仿真重启指令、更新时刻表指令、仿真速度调节指令、线路信号灯控制指令；

所述调度模块，与调度区段对应，用于连接外部调度单元或者内部的自动调度模块，所述外部调度单元包括人工调度模块或者计算机辅助决策系统调度模块，当没有外部调度单元接入时，调度模块连接自动调度模块；对于给定高铁路网运行场景中的每一个调度区段都对应一个调度模块；在对路网中的车辆运行进行仿真时，调度模块接收路网仿真模块发送的实时信息即调度区段内晚点列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间并将其发送给其连接的外部调度单元或者自动调度模块，并接收外部调度单元或者自动调度模块所反馈的针对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成的列车运行调整计划和调度指令并将它们发送给路网仿真模块；所述人工调度模块，用于通过人工对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成列车运行调整计划；所述计算机辅助决策系统调度模块，用于通过计算机辅助决策系统对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成列车运行调整计划；

所述自动调度模块，当系统未接入外部调度单元时，需要系统内部自带调度方法，以针对发生行车冲突的调度区段进行自动调度，该调度方法所采取的调度策略为模拟人工调度决策的先到先服务(FCFS，First Come First Serve)策略，且模块内部会检测根据FCFS生成的列车运行调整计划是否满足铁路基本约束，满足铁路基本约束后将此列车运行调整计划发送给对应的调度模块；所述铁路基本约束包括：

(1)最小区间运行时间约束：

任意列车i在两相邻站j站和j+1站之间的运行时分不能小于该区间的最小运行时间

；

(2)最小停站时间约束：

列车i在车站j的停车时间不得小于最小停站时间；

(3)出发时间约束：

实际的出发时间d_i,j不能早于初始运行时刻表给出的出发时刻

；

(4)发车间隔约束：

相邻的两车发车时间间隔要求不小于最小发车间隔时间；

(5)到站间隔约束：

相邻的两车到达时间间距要求不小于最小到站间隔时间。

继续回到图1，所述历史数据库，用于存储与各高铁路网运行场景对应的历史列车运行调整计划以及与各历史列车运行调整计划对应的受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量；

所述综合评估模块，用于接收路网仿真模块发送的统计数据，并根据所述统计数据得到综合统计信息，将综合统计信息与历史数据库中针对同一高铁路网运行场景的历史综合统计信息比较，查看是否存在历史列车运行调整计划使得列车的受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量优于当前的列车运行调整计划；所述综合统计信息包括受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量；所述受晚点影响的列车数量为整个运行过程中发生晚点的列车数量；所述列车的总晚点时间为运行过程中所有列车的实际到达时间与计划到达时间之差的和；所述列车的总晚点增量为运行过程中，列车的总晚点时间与初始总晚点之间的差值；所述初始总晚点为在初始晚点情况下不改变列车运行调整计划，列车的总晚点时间。

实施例

本实施例在场景设置模块中所设置的高铁路网运行场景中共有十八个车站、十二辆车，共分为三个调度区段。秦皇岛-沈阳北为第一调度区段，沈阳北-长春西为第二调度区段，长春西-哈尔滨西为第三调度区段。第一调度区段对应的调度模块接入的是计算机辅助决策调度系统调度模块，其他两个调度区段对应的调度模块均连接自动调度模块。实施例中设定第一调度区段内的G1237列车发生晚点，晚点时间为15分钟。

高铁路网运行场景设置完成后，路网仿真模块按照列车的初始运行时刻表对路网中的车辆运行进行仿真，并根据秦沈段内G1237列车发生晚点，晚点时间为15分钟，在第一调度区段为G1237设置临时限速引发行车冲突，路网仿真模块将此调度区段的晚点列车G1237的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间通过第一调度区段对应的调度模块发送至该调度模块连接的计算机辅助决策系统调度模块，通过计算机辅助决策调度系统进行调度而生成列车运行调整计划，此调度区段新的列车运行计划如表1所示，其中仅有沈阳站有数据的列车为其他调度区段的并线列车，并非第一调度区段的调度车辆。计算机辅助决策调度系统模块将其生成的列车运行调整计划反馈给与第一调度区段对应的调度模块，该调度模块再将该列车运行调整计划发送至路网仿真模块，路网仿真模块按照所接收的列车运行调整计划继续对路网中的车辆运行进行仿真，路网仿真模块运行完第一调度区段的仿真后，第二调度区段的行驶车辆为第一调度区段的调度车辆以及其他调度区段的并线车辆，由于在第一调度区段调整了列车运行计划，由表1可以看出，第一调度区段调度车辆G1237与其他调度区段的并线车辆G8015在第二调度区段开始时会发生行车冲突，因此路网仿真模块再将行车冲突列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间通过与第二调度区段对应的调度模块发送至对应的自动调度模块，由该自动调度模块对行车冲突进行疏解生成列车运行调整计划并通过与第二调度区段对应的调度模块将该列车运行调整计划发送至路网仿真模块。

表1列车运行时刻表

路网仿真模块按照所接收的列车运行调整计划继续对路网中的车辆运行进行仿真，若发生行车冲突，则将对应调度区段的晚点列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间通过对应的调度模块发送至该调度模块所连接的外部调度单元或者自动调度模块，外部调度单元或者自动调度模块根据接收的信息生成列车运行调整计划并通过对应的调度模块发送至路网仿真模块，这个过程持续至路网仿真模块对路网中的车辆运行仿真结束。

路网仿真模块的运行结束后，依据列车实际运行时刻表得到如图2所示的列车实际运行图，列车的总晚点时间为56分钟，列车的初始总晚点时间为40分钟，列车的晚点增量为16分钟，受晚点影响车辆数量为2，产生此情况的原因为列车在第一调度区段发生晚点后，得到列车运行调整计划，但是由于存在并线车辆，使得此列车运行调整计划在第二调度区段再次发生行车冲突加剧列车晚点时间。在历史数据库中找到该高铁路网运行场景对应的历史数据，包括多个列车运行调整计划对应的受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量，将历史数据库中的上述多个列车运行调整计划与当前的列车运行调整计划比较，判断当前的列车运行调整计划并非为路网下最优的列车运行调整计划。

应当理解的是，本领域技术人员在本发明技术构思的启发下，在不脱离本发明内容的基础上，可以根据上述说明做出各种改进或变换，这仍落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，其特征在于，包括：

场景设置模块，用于对给定高铁路网运行场景进行设置，包括路网中调度区段数量、车站名称、车站内部股道信息、列车的车次、列车的初始运行时刻表以及晚点列车车次、晚点列车发生晚点的调度区段和晚点时间；

路网仿真模块，用于进行线路布局图绘制、手动安排列车进路、办理列车转线作业、设置临时限速、按照列车的初始运行时刻表对路网中的车辆运行进行仿真；在仿真过程中对列车运行状态、列车的实际运行时刻表、闭塞区间占用情况及接车发车进路状态进行实时统计，待仿真结束后将统计数据传输至综合评估模块；对路网中车辆运行进行仿真的过程中，当调度区段发生行车冲突时，利用套接字技术与对应的调度模块进行实时数据交互：路网仿真模块将调度区段内晚点列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间发送给与调度区段对应的调度模块并接收对应的调度模块发送的列车运行调整计划和调度指令；按照所接收的列车运行调整计划和调度指令继续对路网中的车辆运行进行仿真；所述行车冲突指的是列车无法根据列车的初始运行时刻表运行；所述调度指令包含对列车的加减速指令、仿真开始及暂停指令、仿真重启指令、更新时刻表指令、仿真速度调节指令、线路信号灯控制指令；

与给定高铁路网运行场景中的各调度区段一一对应的多个调度模块，所述调度模块用于连接外部调度单元或者内部的自动调度模块，所述外部调度单元包括人工调度模块或者计算机辅助决策系统调度模块，当没有外部调度单元接入时，调度模块连接自动调度模块；在对路网中的车辆运行进行仿真时，调度模块接收路网仿真模块发送的实时信息即调度区段内晚点列车的晚点发生时刻、车次号、列车当前运行速度、列车当前位置和晚点时间并将其发送给其连接的外部调度单元或者自动调度模块，并接收外部调度单元或者自动调度模块所反馈的针对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成的列车运行调整计划和调度指令并将它们发送给路网仿真模块；所述人工调度模块，用于通过人工对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成列车运行调整计划；所述计算机辅助决策系统调度模块，用于通过计算机辅助决策系统对高铁路网运行场景中发生的行车冲突进行调度决策而生成列车运行调整计划；

自动调度模块，用于针对发生行车冲突的调度区段利用FCFS策略进行自动调度，并检测根据FCFS策略生成的列车运行调整计划是否满足铁路基本约束，满足铁路基本约束后将此列车运行调整计划发送给对应的调度模块；

历史数据库，用于存储与各高铁路网运行场景对应的历史列车运行调整计划以及与各历史列车运行调整计划对应的受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量；

综合评估模块，用于接收路网仿真模块发送的统计数据，并根据所述统计数据得到综合统计信息，将综合统计信息与历史数据库中针对同一高铁路网运行场景的历史综合统计信息比较，查看是否存在历史列车运行调整计划使得列车的受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量优于当前的列车运行调整计划；所述综合统计信息包括受晚点影响的列车数量，列车的总晚点时间以及列车的总晚点增量；所述受晚点影响的列车数量为整个运行过程中发生晚点的列车数量；

所述列车的总晚点时间为运行过程中所有列车的实际到达时间与计划到达时间之差的和；所述列车的总晚点增量为运行过程中，列车的总晚点时间与初始总晚点之间的差值；所述初始总晚点为在初始晚点情况下不改变列车运行调整计划，列车的总晚点时间。

2.根据权利要求1所述的高速铁路阶段调整计划的综合性能评估系统，其特征在于，所述铁路基本约束包括：

（1）最小区间运行时间约束：

任意列车

在两相邻站

站和

站之间的运行时分不能小于该区间的最小运行时间

；

（2）最小停站时间约束：

列车

在车站

的停车时间不得小于最小停站时间；

（3）出发时间约束：

实际的出发时间d_i,j不能早于初始运行时刻表给出的出发时刻

；

（4）发车间隔约束：

相邻的两车发车时间间隔要求不小于最小发车间隔时间；

（5）到站间隔约束：

相邻的两车到达时间间距要求不小于最小到站间隔时间。

Images