大规模扰动情景下的高速铁路运行图调整方案模型分析与研究
铁路系统特定区间在发生大规模扰动时，区间双向能力失效的持续时间长且具有不确定性，需要在短时间内调整运行图计划并制定临时调度命令组织行车以降低扰动影响。目前，存在的处理方案主要有列车在扰动区间后方站的待避或临时折返。
针对高速铁路特定区间发生较大强度扰动情况下的运行图调整问题，北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室、北京交通大学交通运输学院的研究人员周浩然，在2019年《电气技术》增刊中撰文，在既有的相关类型问题研究基础上分析了不同情景下待避和临时折返两种调度方案的适用性；在考虑区间运输组织安全、时空资源能力等基础上，设计了混合整数规划模型并利用CPLEX软件实现了待避方案的求解验证；对临时折返调度方案进行了定性分析并对该方案适用性进行了探讨。
铁路系统依据运行图计划、机车运用计划以及乘务计划等具体基本计划内容组织运输生产作业。区间发生扰动是造成运行计划调整的主要原因，然而在执行运输计划的实际过程中不可避免地会出现干扰影响，调度员需要根据扰动强度进行实时调度指挥和实绩运行图调整以保证作业安全和运输指标要求。
区间扰动情况下运行图调整问题的实际意义是对现有时空资源的再分配，以尽可能快地恢复系统基本运输组织计划，降低扰动影响。国内外学者围绕运行图、机车运用以及乘务计划的调度调整，从不同角度对区间受干扰情况下运行图调整问题进行了广泛细致的研究。
Lucas P. Veelenturf等整理了铁路实时调度调整的恢复模型和算法，并以最小取消车数和最小列车晚点和为目标设计了基于基础设施和机车运用能力约束的运行图调整模型，针对区间内车站设计一种基于“事件-活动”的列车运行流程结构用来优化列车线路调整。
Twan Dollevoet等统筹考虑了运行图计划、运用车计划以及乘务计划之间的联系，提出了一种具有迭代结构的实时调度方案，并以荷兰实际铁路区段为例验证了方案的可行性。邓念等在干扰时间可预测的假设条件下针对待避方案，将减少取消车数纳入目标函数建立整数规划模型，以京沪高铁为例设计两种场景对比得出较优调整方案。
占曙光等在“事件-活动”网络基础上，考虑上下行系统均衡性，针对双线高速铁路出现较短时间的部分能力失效情况，建立混合整数规划模型并对算例进行灵敏度分析，验证了其均衡调度策略实际意义。孟令云等针对单线区间的扰动问题，在不取消车条件下提出了一种新的基于决策论和博弈论的运行调整模型，利用分支定界法求解并与基于优先级的调整方案对比验证了模型的优越性。
Luan等利用“锁闭区段锁闭时间”和速度曲线概念，结合铁路信号系统提出区间扰动情况下列车节能的混合整数规划运行图优化模型，线性化处理约束并设计速度曲线选择模型，通过算法实现对三种模型的模拟数据量化对比，最终总结出模型的优缺。Nadjla Ghaemi等基于晚点恢复理论，对车站能力失效情况下的临时折返方案建立混合整数规划模型，折返站选择在扰动相邻两车站范围内，降低了运算维度。
国外尤其是欧洲国家多采用“网运分离”的铁路运营方式且运行图多为半小时周期图，与我国高速铁路运行图周期、列车类型以及运行线、路网密度等特性存在差异。而国内对于高速铁路特定区间发生强度较大扰动的临时折返调度方案的研究并不多见。
图1 扰动情况下列车运行图调整：待避方案
图2 扰动情况下列车运行图调整：临时折返方案（对称成组情景）
在考虑区间运输组织安全、时空资源能力等基础上，北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室、北京交通大学交通运输学院的研究人员在既有研究基础上重点分析高速铁路特定区间发生大规模扰动导致能力失效情境下的待避方案，设计了混合整数规划模型并利用CPLEX软件实现了待避方案求解验证。
对临时折返调度方案进行了定性分析并探讨了该方案的适用性。国内对于临时折返实时调度方案的相关研究较少，随着铁路运能的提升以及计算资源的不断发展，下一阶段有必要结合动车组运用计划和乘务计划对临时折返方案进行定量研究。