列车运行调整和列车运行控制是铁路系统实时运输管理的两大核心功能。列车运行调整的作用是管理列车群的行为,使列车群安全、高效、有序地在铁路网中运行。列车运行控制的作用是控制单列列车的速度、使之适应各种运行环境或运行计划。先进的列车运行调整和速度控制方法对促进调度指挥智能化、提高运输指挥效率、保障运输安全及提升管理水平具有深远意义。由于突发情况和随机因素的存在,列车群经常出现偏离运输计划的情况。如何调整列车运行计划使列车群恢复运行秩序,以及如何控制列车按新的运行秩序运行是铁路实时运输管理的关键问题。论文针对列车偏离运输计划的情况,研究列车运行调整方法,以及运行图调整后列车运行曲线优化和速度控制的方法。论文的研究内容主要包括以下几个方面:1.研究基于赋时着色Petri网的列车群模型。用Petri网的库所表示车站/闭塞分区,托肯表示列车,变迁表示列车从1个区间进入下1个区间的动作,有向弧指向表示列车的前进方向,由此构建成列车群运行的基本环境。此外每个托肯被赋予颜色来表示列车编号、路径和运行时间信息;并根据列车行车路径要求,定义颜色集和触发变迁条件,从而赋予模型动态特性。赋时着色Petri网描述的列车群模型适用于列车群行为推理、时间知识推理。2.研究基于Petri网理论和启发式搜索算法的列车运行冲突检测和化解方法。首先根据列车运行冲突形成的机理,构建列车运行冲突检测规则;并结合Petri 网可达图理论,提出了潜在冲突的预测方法。然后采用A*搜索算法和动态窗搜索策略,设计了以降低列车群二次延误为目标,能够化解潜在冲突、减少晚点的列车运行调整方法。3.研究基于多相优化控制模型和伪谱法求解算法的列车最优运行曲线计算方法。首先引入列车可行轨迹的概念,将实时运行计划或运行图转化成关键点上对列车运行的时间和速度约束,方便列车运行曲线响应实时的列车运行计划。采用多相优化控制模型,建立了以节能为目标,安全、准点、舒适为约束条件的列车运行优化模型。然后应用伪谱法将复杂的连续优化问题转化为非线性规划问题求解,同时为了加快计算速度,设计了包含合适初值的最优曲线计算流程。4.研究考虑ATP速度防护影响的列车运行速度调整的方法。总结ATP防护曲线和线路限速对列车运行的影响,提出了速度防护曲线的概念。设计了列车在运行途中晚点的情况下,重新计算最优参考曲线的方法。设计基于模型预测控制算法的分层控制结构来控制列车速度,使列车速度保持在速度防护曲线以下,并且能够有效地跟踪最优速度曲线。5.研究安全追踪前提下的列车速度控制方法。考虑到列车安全追踪的需求,提出了实时监测前方列车运行状态和列车追踪间隔的列车速度控制器。在此基础上,提出了基于模型预测控制方法的速度控制方法,该方法综合考虑了安全速度、安全追踪以及最优速度曲线跟踪等要求,能够在跟踪最优参考速度曲线的同时,及时调整列车速度来保证安全追踪。