一种轨道交通列车运行图与车站作业协同优化方法

1.本发明属于交通调度领域，具体涉及一种轨道交通列车运行图与车站作业协同优化方法。


背景技术：

2.现在，高速铁路在人们的日常生产生活中正扮演着越来越重要的角色。但是与之相比，现有的高速铁路运营管理沿袭了既有的分层次优化方式，面对日益增长的旅客运输需求，难以保证持续提供高水平的旅客运输服务。
3.列车运行图是轨道交通行车组织的基础，车站作业计划是车站运输组织指挥的主要依据。分层次优化方式首先优化列车运行图，将车站视为线路上的一个点，不考虑列车在车站内部的作业情况。然后将优化后运行图中规定的列车在各个车站的到达和出发时间作为已知条件，再进行车站作业计划的编制。这种方式虽然一定程度上降低了问题的规模和复杂程度，但是由于在优化运行图时没有考虑车站内部作业时间之间的冲突，容易造成前后阶段优化目标和约束条件的冲突，难以保证前后阶段的优化过程同时达到最优。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种轨道交通列车运行图与车站作业协同优化方法，能够保证前后阶段的优化过程同时达到最优。
5.本发明提供的这种轨道交通列车运行图与车站作业协同优化方法，包括如下步骤：s1. 通过在传统的二维时空网络中引入股道坐标轴，建立ptt（position-track-time,位置-股道-时间）三维坐标系，包括建立位置坐标轴，建立股道坐标轴，建立时间坐标轴；s2. 在三维坐标系中，从宏观和微观相结合的角度生成ptt三维网络，包括，从宏观方面生成ptt三维网络，表示列车在车站和区间的作业过程；从微观方面生成ptt三维网路，表示进路和轨道电路之间的关系；s3. 基于节点之间的连通性，结合节点位置、股道、时间坐标的关系进行ptt三维网络的缩减；s4. 以最小化列车的停站时间和最大化运行图的通过能力为目标函数，采用约束条件，建立高速轨道交通列车运行图和车站作业计划协同优化网络模型；约束条件包括运行图安全时间间隔、区间越行冲突、车站进路和轨道电路占用时间冲突；s5. 根据当前轨道交通需求，对协同优化网络模型进行求解，得到最优的列车运行图和车站作业计划方案。
6.所述的步骤s1，包括建立位置坐标轴；将每个车站节点划分为车站到达站界节点、到达股道节点、出发股道节点和车站出发站界节点；建立股道坐标轴，股道坐标轴代表每个节点所在的股道，用每条股道距离车站水平中心线的相对位置来表示；建立时间坐标轴，设
定预设时间坐标轴间隔，用来表示列车作业的开始或结束时刻；其中，位置-股道平面对应车站平面图，用于表示进路和轨道电路的对应关系；位置-时间平面对应改进的运行图，股道-时间平面对应车站作业计划。
7.所述的步骤s2，包括，从宏观方面生成ptt三维网络：节点表示列车在到达站界、股道、出发站界作业的开始或结束时刻；连接虚拟出发节点和始发站的到达站界节点形成虚拟出发弧，用来表示列车的可行发车时间范围；连接到达站界节点和到达股道节点形成车站到达弧，对应列车在车站的到达作业进路；根据列车在车站的停站或通过情况，连接到达股道节点和出发股道节点形成相应的车站停站弧和车站通过弧；连接出发股道节点和出发站界节点形成车站出发弧，对应列车在车站的出发作业进路；连接车站出发站界节点和相邻下一车站的到达站界节点形成区间作业弧；设置列车在车站的停站时间不小于最小停站时间，不大于最大停站时间，其中最小停站时间是旅客上车、下车、换乘或者列车进行清理的最小时间，最大停站时间用于限制网络的规模；连接车站出发站界节点和虚拟到达节点形成虚拟到达弧；从微观方面修正ptt三维网络：从微观角度明确进路和轨道电路之间的关系，进路包括一系列首尾相连的轨道电路，其中轨道电路是由钢轨和绝缘节组成的，用来检测列车对区间的占用和传递信息；解锁进路时根据列车对轨道电路的占用情况依次解锁，列车对轨道电路的占用时间从列车头部首对车轮进入第一个轨道电路的时间到列车尾部最后一对车轮完全离开轨道电路的时间再加上一个保护时间，让三维网络中的一条车站到达弧或车站出发弧对应一条进路，进而对应相应的轨道电路集合，实现宏观与微观相结合。
8.所述的步骤s3，包括定义相同位置坐标的节点不能互相连接；定义相邻位置坐标的节点能互相连接；根据股道坐标判断两个节点的连通性，定义下行股道节点可以连接下行股道节点或者上、下行股道节点，上行股道节点可以连接上、下行股道节点；定义车站出发站界节点只能与相同去向的相邻下一车站到达站界节点相连；定义同一车站的到达股道节点只能与相同股道坐标的出发股道节点相连；定义列车在车站的停站时间要满足最小、最大停站时间的要求。
9.所述的步骤s4，包括如下步骤：a1. 定义所有车站的集合、所有列车的集合、三维网络中列车对应的所有路径集合、所有弧段的集合、所有区间弧集合、车站的所有停站弧集合、车站的所有进路弧集合、车站的所有轨道电路集合和满足联动关系的轨道电路集合；同时定义三维网络中的路径和弧段；定义路径的决策变量和虚拟出发弧的权重；a2. 定义车站停站弧的权重，列车在车站的停站时间越长，其对应弧段的权重值越大；a3. 车站到达弧、车站通过弧、车站出发弧、区间弧和虚拟到达弧的权重都为0；a4. 目标函数是最小化列车的停站时间，同时最大化运行图的通过能力，将最大化运行图通过能力取相反数，计算目标函数。
10.所述的步骤s1，包括建立位置坐标轴ax(p)；将每个车站节点划分为四个节点，位置坐标轴代表每个节点在线路上的位置，用正整数1,2,
…
,n表示；将位置坐标轴的坐标除以4，通过余数就判断节点属性，余数1表示车站到达站界节点、余数2表示到达股道节点、余数3表示出发股道节点、余数0表示车站出发站界节点；
建立股道坐标轴ax(tr)，股道坐标轴代表每个节点所在的股道，用每条股道距离车站水平中心线的相对位置来表示，从1或-1开始，每两个坐标对应一条股道，其中正奇数代表下行股道，负奇数代表上行股道，偶数代表上、下行股道；建立时间坐标轴ax(t)，时间坐标轴间隔为30秒，用于表示列车作业的开始或结束时刻；其中，位置-股道平面对应车站平面图，表示进路和轨道电路的对应关系；位置-时间平面表示改进的运行图，股道-时间平面表示车站作业计划。
11.所述的步骤s2，包括，从宏观方面生成ptt三维网络：节点表示列车在到达站界、股道、出发站界作业的开始或结束时刻，第一节点，，i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；连接相邻节点形成区间作业弧、车站到达弧、车站停站弧、车站通过弧或车站出发弧，采用(i,m,j,l,t,n)表示，第二节点，m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；n为所有节点的集合；σ代表虚拟出发节点，连接σ和始发站的到达站界节点形成虚拟出发弧，用于表示列车的可行发车时间范围；连接到达站界节点和到达股道节点形成车站到达弧，对应列车在车站的到达作业进路；根据列车在车站的停站或通过情况，连接到达股道节点和出发股道节点形成相应的车站停站弧和车站通过弧；连接出发股道节点和出发站界节点形成车站出发弧，对应列车在车站的出发作业进路；连接车站出发站界节点和相邻下一车站的到达站界节点形成区间作业弧(i,m,j,l,t,t+r
im
)；其中r
im
表示运行图给定的区间纯运行时分；规定列车在车站的停站时间不小于最小停站时间，不大于最大停站时间，其中最小停站时间是旅客上车、下车、换乘或者列车进行清理所需要的最小时间，最大停站时间是为了限制网络的规模；τ代表虚拟到达节点，连接车站出发站界节点和τ形成虚拟到达弧，使其符合网络流约束；从微观方面修正ptt三维网络：从微观角度明确进路和轨道电路之间的关系，进路包括首尾相连的轨道电路，其中轨道电路包括钢轨和绝缘节，用于检测列车对区间的占用和传递信息的；ap1表示一条从上行到达站界b4到到达股道节点3g的上行进路，轨道电路集合为{u
12
,u8,u7,u
3g
}，uk表示第k条轨道电路，k=1,2,
…
,m；办理进路时将所有的轨道电路设为占用状态，其中，表示列车开始占用第k条轨道电路的时间，表示列车开始占用进路的时间；解锁进路时根据列车对轨道电路的占用情况依次解锁；列车对轨道电路的占用时间从列车头部首对车轮进入第一个轨道电路的时间到列车尾部最后一对车轮完全离开轨道电路的时间再加上一个保护时间t
saf
，如果列车在启动阶段采用匀加速运动，则其中，k=1,2,
…
,m，表示列车结束占用第k条轨道电路进路的时间；表示列车开始占用第1条轨道电路的时间；a
acc
表示列车的牵引加速度；lj表示列车的长度；表示
第q条轨道电路uq的长度；t
saf
表示保护时间；如果列车在制动阶段采取匀减速运动，则其中，k=1,2,
…
,m，表示列车结束占用第k条轨道电路的时间；表示列车开始占用第1条轨道电路的时间；a
bak
表示列车的制动减速度；lj表示列车的长度；表示第q条轨道电路uq的长度；t
saf
表示保护时间。
12.所述的步骤s3，包括定义相同位置坐标的节点不能互相连接；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；定义相邻位置坐标的节点能互相连接；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；根据股道坐标判断两个节点的连通性，定义下行股道节点可以连接下行股道节点或者上、下行股道节点，上行股道节点连接上行股道节点或上、下行股道节点；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(tr)坐标；定义车站出发站界节点只能与相同去向的相邻下一车站到达站界节点相连；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；定义同一车站的到达股道节点只能与相同股道坐标的出发股道节点相连；
其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；定义列车在车站的停站时间要满足最小、最大停站时间的要求；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；t
min
为车站最小停车时间；t
max
为车站最大停站时间。
13.所述的步骤s4，包括如下步骤：a1. 定义s为所有车站的集合；h为所有列车的集合；ph表示三维网络中列车h对应的所有路径集合；a表示所有弧段的集合；为区间e的所有区间弧集合；为车站s的所有停站弧集合；为车站s的所有进路弧集合，包括车站到达弧和车站出发弧；us表示车站s的所有轨道电路集合；表示满足联动关系的轨道电路集合；代表三维网络中的某一条路径；代表三维网络中的某一条弧段；x
p
为路径p的决策变量，表示路径p是否出现在最优解中；定义路径p的虚拟出发弧的权重为，这也是每条路径的初始权重；a2. 定义车站停站弧的权重为，其中表示弧段α的开始时间；表示弧段α的结束时间；c
pen
表示惩罚系数，列车在车站的停站时间越长，其对应弧段的权重值越大；a3. 车站到达弧、车站通过弧、车站出发弧、区间弧和虚拟到达弧的权重都为0；a4. 目标函数是最小化列车的停站时间，同时最大化运行图的通过能力，为了表达的统一，将最大化运行图通过能力取相反数，则其目标函数为其中，z1表示目标函数值；h为所有列车的集合；ph表示三维网络中列车h对应的所有路径集合；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示弧段α的开始时间；表示弧段α的结束时间；c
pen
表示惩罚系数；表示路径p的虚拟出发弧的权重；s为所有车站的集合；为车站s的所有停站弧集合。
14.所述的步骤s4，模型的约束条件如下：b1. 在三维网络中每个列车最多只能安排一条路径；其中，x
p
为路径p的决策变量；ph表示三维网络中列车h对应的所有路径集合；
b2. 到达同一车站的两个相同方向相邻列车的时间间隔要满足到达安全间隔时间要求；其中，x
p
为路径p的决策变量；d(e)表示区间e的结束车站，表示到达安全间隔时间；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为区间e的所有区间弧集合；表示弧段α的结束时间；表示弧段的结束时间；b3. 从同一车站出发的两个相同方向相邻列车的时间间隔要满足出发安全间隔时间要求；其中，x
p
为决策变量；o(e)表示区间e的开始车站，表示出发安全间隔时间；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为区间e的所有区间弧集合；表示弧段α的开始时间；表示弧段的开始时间；b4. 相同方向的列车禁止在区间越行；其中，x
p
为决策变量；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为区间e的所有区间弧集合；表示弧段α的结束时间；表示弧段的结束时间；表示弧段α的开始时间；表示弧段的开始时间；b5. 同一时刻只能有一趟列车占用相同的轨道电路；其中，x
p
为决策变量；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为车站s的所有进路弧集合；表示车站进路弧段α的第k个轨道电路；表示车站进路弧段的第个轨道电路；表示列车结束占用车站进路弧段α的第k个轨道电路的时间；表示列车开始占用车站进路弧段的第个轨道电路的时间；表示列车结束占用车站进路弧段的第个轨道电路的时间；表示列车开始占用车站进路弧段α的第k个轨道电路的时间；
b6. 包含具有联动关系轨道电路的两个进路之间要满足一定的时间转换要求；其中，x
p
为决策变量；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为车站s的所有进路弧集合；表示满足联动关系的轨道电路集合；表示车站进路弧段α的第k个轨道电路；表示车站进路弧段的第个轨道电路；表示列车结束占用车站进路弧段的第个轨道电路的时间；t
saf
表示保护时间；表示弧段α的开始时间；b7. 决策变量约束条件；其中，x
p
为决策变量。
15.本发明提供的这种轨道交通列车运行图与车站作业协同优化方法，从宏观和微观相结合的角度描述了列车在车站和区间作业的全过程，并在此基础上开展了高速轨道交通列车运行图和车站作业计划协同优化方法的研究。本发明克服了以往分层次优化方法存在的不足，能够在保证旅客服务水平的基础上有效提高运行图的通过能力，为高速轨道交通列车运行计划的智能编制提供决策支持，比以往的方法具有更高的精度。
附图说明
16.图1为本发明方法的流程示意图。
17.图2为本发明方法的宏观节点示意图。
18.图3为本发明方法的微观角度进路和轨道电路关系示意图。
19.图4为本发明实施例得到的最优列车运行示意图。
20.图5为本发明实施例得到的最优车站作业计划示意图。
具体实施方式
21.如图1为本发明方法的流程示意图：本发明提供的这种轨道交通列车运行图与车站作业协同优化方法，包括如下步骤：s1. 通过在传统的二维时空网络中引入股道坐标轴，建立ptt（position-track-time,位置-股道-时间）三维坐标系，包括建立位置坐标轴，建立股道坐标轴，建立时间坐标轴；s2. 在三维坐标系中，从宏观和微观相结合的角度生成ptt三维网络，包括，从宏观方面生成ptt三维网络，表示列车在车站和区间的作业过程；从微观方面生成ptt三维网路，表示进路和轨道电路之间的关系；将三维网络中的一条车站到达弧或车站出发弧对应一条进路，从而对应进路所包含的轨道电路，实现宏观与微观相结合；s3. 基于节点之间的连通性，结合节点位置、股道、时间坐标的特殊规则进行ptt三维网络的缩减，可以有效降低优化问题求解的规模；
s4. 以最小化列车的停站时间和最大化运行图的通过能力为目标函数，以运行图安全时间间隔、区间越行冲突、车站进路和轨道电路占用时间冲突等为约束条件，建立高速轨道交通列车运行图和车站作业计划协同优化网络模型；s5. 根据当前轨道交通需求，对协同优化网络模型进行求解，能够在保证旅客服务水平的基础上有效提高运行图的通过能力，并得到最优的列车运行图和车站作业计划方案。
22.所述的步骤s1，包括建立位置坐标轴ax(p)；将每个车站节点划分为四个节点，位置坐标轴代表每个节点在线路上的位置，用正整数1,2,
…
,n来表示。将位置坐标轴的坐标除以4，通过余数就可以判断其节点属性，余数1对应车站到达站界节点、余数2对应到达股道节点、余数3对应出发股道节点、余数0代表车站出发站界节点；建立股道坐标轴ax(tr)，股道坐标轴代表每个节点所在的股道，用每条股道距离车站水平中心线的相对位置来表示。从1或-1开始，每两个坐标对应一条股道，其中正奇数代表下行股道，负奇数代表上行股道，偶数代表上、下行股道；建立时间坐标轴ax(t)，时间坐标轴间隔为30秒，用来表示列车作业的开始或结束时刻；其中，位置-股道平面对应车站平面图，可以用来表示进路和轨道电路的对应关系；位置-时间平面对应改进的运行图，股道-时间平面对应车站作业计划。
23.如图2为本发明方法的宏观节点示意图。所述的步骤s2，包括，从宏观方面生成ptt三维网络：第一节点表示列车在到达站界、股道、出发站界作业的开始或结束时刻，，即i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；连接相邻节点形成区间作业弧、车站到达弧、车站停站弧、车站通过弧或车站出发弧，用(i,m,j,l,t,n)来表示，，m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；n为所有节点的集合；σ代表虚拟出发节点，连接σ和始发站的到达站界节点形成虚拟出发弧，用来表示列车的可行发车时间范围；连接到达站界节点和到达股道节点形成车站到达弧，对应列车在车站的到达作业进路；根据列车在车站的停站或通过情况，连接到达股道节点和出发股道节点形成相应的车站停站弧和车站通过弧；连接出发股道节点和出发站界节点形成车站出发弧，对应列车在车站的出发作业进路。连接车站出发站界节点和相邻下一车站的到达站界节点形成区间作业弧(i,m,j,l,t,t+r
im
)；其中r
im
表示运行图给定的区间纯运行时分；规定列车在车站的停站时间不小于最小停站时间，不大于最大停站时间，其中最小停站时间是旅客上车、下车、换乘或者列车进行清理所需要的最小时间，最大停站时间是为了限制网络的规模；τ代表虚拟到达节点，连接车站出发站界节点和τ形成虚拟到达弧，使其符合网络流约束，这样，列车在线路作业的全过程都可以用ptt三维网络来表示。
24.如图3为本发明方法的微观角度进路和轨道电路关系示意图。从微观方面修正ptt三维网络：从微观角度明确进路和轨道电路之间的关系，进路是由一系列首尾相连的轨道电路组成的，其中轨道电路是由钢轨和绝缘节组成的，用来检测列车对区间的占用和传递信息的。图3描述了进路和轨道电路之间的关系，ap1是一条从上行到达站界b4到到达股道节
点3g的上行进路，可以用轨道电路集合{u
12
,u8,u7,u
3g
}来表示，uk表示第k条轨道电路，k=1,2,
…
,m；本发明中列车对进路占用采取的是一次办理，分段解锁的规则，即办理进路时将所有的轨道电路设为占用状态，其中，表示列车开始占用第k条轨道电路的时间，表示列车开始占用进路的时间；解锁进路时根据列车对轨道电路的占用情况依次解锁。列车对轨道电路的占用时间从列车头部首对车轮进入第一个轨道电路的时间到列车尾部最后一对车轮完全离开轨道电路的时间再加上一个保护时间t
saf
，如果列车在启动阶段采用匀加速运动，则其中，k=1,2,
…
,m，表示列车结束占用第k条轨道电路的时间；表示列车开始占用第1条轨道电路的时间；a
acc
表示列车的牵引加速度；lj表示列车的长度；表示第q条轨道电路uq的长度；t
saf
表示保护时间；如果列车在制动阶段采取匀减速运动，则其中，k=1,2,
…
,m，表示列车结束占用第k条轨道电路的时间；表示列车开始占用第1条轨道电路的时间；a
bak
表示列车的制动减速度；lj表示列车的长度；表示第q条轨道电路uq的长度；t
saf
表示保护时间；结合图2和图3，可以让三维网络中的一条车站到达弧或车站出发弧对应一条进路，进而对应相应的轨道电路集合，实现宏观与微观相结合。
25.所述的步骤s3，包括定义相同位置坐标的节点不能互相连接；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；定义相邻位置坐标的节点能互相连接；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；根据股道坐标判断两个节点的连通性，定义下行股道节点可以连接下行股道节点或者上、下行股道节点，上行股道节点可以连接上行股道节点或者上、下行股道节点；
其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；定义车站出发站界节点只能与相同去向的相邻下一车站到达站界节点相连；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；定义同一车站的到达股道节点只能与相同股道坐标的出发股道节点相连；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；定义列车在车站的停站时间要满足最小、最大停站时间的要求；其中，，代表能与第一节点n1连接的节点；n为所有节点的集合；i表示第一节点n1的位置坐标轴ax(p)坐标；j表示第一节点n1的股道坐标轴ax(tr)坐标；t表示第一节点n1的时间坐标轴ax(t)坐标；m表示第二节点n2的位置坐标轴ax(p)坐标；l表示第二节点n2的股道坐标轴ax(tr)坐标；n表示第二节点n2的时间坐标轴ax(t)坐标；t
min
表示车站最小停站时间；t
max
表示车站最大停站时间。
26.基于ptt三维网络，将协同优化模型转化为网络流模型，这样原模型的目标函数就转换为了所有路径的权重之和，约束条件转换为了网络中节点和弧段的权重，为了计算简便，本方法将所有节点的权重都转移到临近弧段的权重上，这样一条路径的权重就等于所包括的所有弧段的权重之和。所述的步骤s4，包括如下步骤：a1. 定义s为所有车站的集合；h为所有列车的集合；ph表示三维网络中列车h对应的所有路径集合；a表示所有弧段的集合；为区间e的所有区间弧集合；为车站s的所有停站弧集合；为车站s的所有进路弧集合，包括车站到达弧和车站出发弧；us表示车站s的所有轨道电路集合；表示满足联动关系的轨道电路集合；代表三维网络中的某一条路径；代表三维网络中的某一条弧段；x
p
为路径p的决策变量，表示路径p是否出现在最优解中；定义路径p的虚拟出发弧的权重为，这也是每条路径的初始权重；a2. 定义车站停站弧的权重为，其中表示弧段α的开始时间；表示弧段α的结束时间；c
pen
表示惩罚系数，列车在车站的停站时间越长，其对应
弧段的权重值越大；a3. 车站到达弧、车站通过弧、车站出发弧、区间弧和虚拟到达弧的权重都为0；a4. 目标函数是最小化列车的停站时间，同时最大化运行图的通过能力，为了表达的统一，将最大化运行图通过能力取相反数，则其目标函数为其中，z1表示目标函数值；h为所有列车的集合；ph表示三维网络中列车h对应的所有路径集合；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示弧段α的开始时间；表示弧段α的结束时间；c
pen
表示惩罚系数；表示路径p的虚拟出发弧的权重；s为所有车站的集合；为车站s的所有停站弧集合；模型需要满足的约束条件如下：b1. 在三维网络中每个列车最多只能安排一条路径；其中，x
p
为路径p的决策变量；ph表示三维网络中列车h对应的所有路径集合；b2. 到达同一车站的两个相同方向相邻列车的时间间隔要满足到达安全间隔时间要求；其中，x
p
为路径p的决策变量；d(e)表示区间e的结束车站，表示到达安全间隔时间；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为区间e的所有区间弧集合；表示弧段α的结束时间；表示弧段的结束时间；b3. 从同一车站出发的两个相同方向相邻列车的时间间隔要满足出发安全间隔时间要求；其中，x
p
为决策变量；o(e)表示区间e的开始车站，表示出发安全间隔时间；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为区间e的所有区间弧集合；表示弧段α的开始时间；表示弧段的开始时间。
27.b4. 相同方向的列车禁止在区间越行；
其中，x
p
为决策变量；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为区间e的所有区间弧集合；表示弧段α的结束时间；表示弧段的结束时间；表示弧段α的开始时间；表示弧段的开始时间。
28.b5. 同一时刻只能有一趟列车占用相同的轨道电路；其中，x
p
为决策变量；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为车站s的所有进路弧集合；表示车站进路弧段α的第k个轨道电路；表示车站进路弧段的第个轨道电路；表示列车结束占用车站进路弧段α的第k个轨道电路的时间；表示列车开始占用车站进路弧段的第个轨道电路的时间；表示列车结束占用车站进路弧段的第个轨道电路的时间；表示列车开始占用车站进路弧段α的第k个轨道电路的时间；b6. 包含具有联动关系轨道电路的两个进路之间要满足一定的时间转换要求；其中，x
p
为决策变量；表示弧段α是否属于路径p，若属于路径p则等于1，否则等于0；表示路径的决策变量；表示弧段是否属于路径，若属于路径则等于1，否则等于0；为车站s的所有进路弧集合；表示满足联动关系的轨道电路集合；表示车站进路弧段α的第k个轨道电路；表示车站进路弧段的第个轨道电路；表示列车结束占用车站进路弧段的第个轨道电路的时间；t
saf
表示保护时间；表示弧段α的开始时间；b7. 决策变量约束条件；其中，x
p
为决策变量。
29.所述的步骤s5，包括将协同优化网络模型输入到整数规划商业软件gams中进行求解，获得最优的列车运行图和车站作业计划。
30.在本实施例中，根据步骤s1、步骤s2和步骤s3生成ptt三维网络，并在此基础上协同优化高速轨道交通列车运行图和车站作业计划，如图4为本发明实施例得到的最优列车运行示意图，如图5为本发明实施例得到的最优车站作业计划示意图。