（交通运输规划与管理专业论文）京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究.pdf

摘要 京沪高速铁路计划调度子系统是京沪高速铁路综合调度系统的 重要子系统。它为高速列车的运行提供依据，高速列车严格按照列车 运行计划提供的计划运行图安排行车。 列车计划调度是保证铁路运输生产任务的完成、日常工作合理有 序以及铁路设备合理高效利用的前提，也是具体指挥列车运行和进行 列车运行调整的依据。因此无论是高速铁路还是既有线铁路，无论是 国外铁路运营部门还是我国铁路的经营者，均把合理编制列车运行计 划作为日常运输生产管理的重要工作之一。 本文基于目 前正在进行研究的京沪高速铁路综合调度系统，对其 计划调度子系统的设计做了详细的分析，并对其核心的部分进行了计 算机实现。论文的主要工作有以下几点: 1 . 针对高速线高中速列车混行模式，对基本运行图的铺画设计 了分层回溯初始布点的模型与算法; 2 . 对短途列车的铺画设计了最佳插入数量以及位置的模型与算 法; 3 .在做计划运行图需要增线时，设计了自 动增线的模型与算法; 4 .实现了列车运行计划的生成自 动化: 5 根据始发时间实现了运行线的自 动推点布线; 6 .时刻表和运行图的相互转化; 7 .实现了子系统之间通过 mq s e r i s e 进行信息互通。 关键字: 高速列车 基本运行图 列车运行计划 初始布点 指标 耙琳者、 导师 同 忍 勿 全 文 公 窃 abs tract j in g h u h i g h - s p e e d r a i l w a y l i n e w i l l b e b u i l t in t h e f u t u r e . i t s t h e f i r s t h i g h - s p e e d r a i l w a y l i n e e s p e c i a l l y f o r t r a n s p o r t i n g p a s s a n g e r s i n c h i n a . a t th e s a m e t i m e i t i s v e r y h u g e p r o j e c t i n c h i n a . o n e x i s t i n g r a i l w a y l i n e , m a n y k i n d s o f m i s ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m ) h a v e a l r e a d y b e e n u s e d w i d e l y a n d e f f i c i e n tl y . a n d l o t s o f r e s e a r c h e s h a v e b e e n p u s h e d a b o u t j i n g h u h i g h - s p e e d r a i l w a y l i n e e x c e p t f o r t r a i n c o n t r o l s y s t e m . h i g h - s p e e d tr a i n m u s t b e h a v e g o o d t r a i n i n f o r m a t i o n s y s t e m t o c o n t r o l r u n n i n g o f h i g h - s p e e d t r a i n . s y n t h e t i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m o f h i g h - s p e e d t r a i n w i l l b e d e s ig n e d a c c o r d i n g t o n e e d o f h i g h - s p e e d r a i l w a y l in e r e a l i z a t i o n , s u b s y s t e m o f t r a i n w o r k i n g p l a n i s a v e r y i m p o rt a n t p a r t i n w h i c h . u n d e r c o n t r o l o f t h i s s u b s y s te m , h i g h - s p e e d t r a i n w i l l w o r k e f f i c i e n tl y a n d s a f e t y . p a p e r d e s c r i b e d t h e s tr u c t u r e o f t h i s s u b s y s t e m , a n a l y z e d a n d d e s i g n e d e f u n c t i o n o f i t i n d e t a i l a n d m a k e t h e a p p l i c a t i o n o f t h i s s u b s y s t e m .t h e m a i n w o r k o f p a p e r i s a s f o l l o w s : 1 . d e s i g n t h e m o d e l a n d a r i t h m e t i c o f i n i t i a l p o i n t s e t t i n g f o r t r a in w o r k i n g d i a g r a m . 2 . d e s i g n t h e m o d e l a n d a r i t h m e t i c t o b u i l d t r a i n w o r k i n g d i a g r a m f o r s h o rt - r o u t in g t r a i n 3 . t o a d d n e w r a i l w a y l i n e a u t o m e t i c a l l y t h r o u g h a m o d e l a n d a r i t h me t i c . 4 . ma k e t h e t r a i n w o r k i n g p l a n 5 . t o c a l c u l a t e r a i l w a y l i n e a u t o m e t i c a l l y a c c o r d i n g t o o r i g i n a l p o s i t i o n o f o n e t r a i n . 6 . t o e x c h a n g e t i m e t a b l e f o r t r a i n w o r k i n g d i a g r a m . 7 . t o e x c h a n g e i n f o r m a t i o n b e t w e e n s u b s y s te m s k e y w o r i : h ig h -s p e e d tr a in , tr a in w o r k in g d ia gr a m , tr a in w o r k in g p la n , i n i t i a l p o i n t s e t t i n g , i n d e x . 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 1 绪 论 1 . 1 我国高速铁路的建设现状 1 . 1 . 1 京沪高速铁路现状 在我国，由于运输能力的增长落后于客货运量的增长，运力不足 多年来一直是影响和制约国民经济发展的重要因素。特别是南北通道 的京沪铁路，急需建设新线，扩大通过能力，由于京九铁路建成后分 流部分客货运输量以及全国铁路运量增速减缓，供需矛盾有所缓解， 但总体上来说还远远不能适应当前和今后发展的需要。目 前，在未预 留设备日常维修天窗的情况下，区段间通过能力利用率:北京一天津 间通过能力为7 8 % ; 天津一徐州间一 般在8 0 % 以上， 个别区段达到9 0 % ; 徐州南京间一般达 9 0 % 以上，南京一上海间己达 1 0 0 % 。在京沪既有 铁路运能和运量严重矛盾的情况下，京沪高速铁路作为解决运输通道 上旅客快速运送的最有效途径，不仅可以解决铁路运能和运量供需矛 盾，满足旅客运输市场对运送速度快、服务质量高的要求，而且可以 紧跟世界先进铁路技术，带动相关高技术含量产业的发展。 拟修建的京沪高速线全长 1 3 0 7 公里，沿线共跨7 个枢纽( 北京、 天津、济南、徐州、蚌埠、南京和上海) ，既有线引入高速线的衔接 站也在这些枢纽中。 根据高速线列车开行方案和既有京沪线调度区段 划分的经验，高速线应划分为 5个调度指挥区段，即:北京天津 ( 1 1 3 . 6 8 公里) ， 天津一济南( 2 8 5 . 8 3 公里) ， 济南一徐州( 2 8 8 . 0 8 公里) ， 徐州一南京( 3 2 1 . 0 4公里) ，南京一上海( 2 9 5 . 3 7公里) ，平均每个调 度区段长 2 6 0 公里。 京沪高 速铁路计划调 度子系统编制方法的研究 1 . l . 2 待建客运专线的 情况 根据我国路网整体规划设想， 为了满足快速增长的客流的需要 客运交通，规划了 “ 四横四纵” 在规划京沪高速铁路修建的同时， 建立省会城市及大中城市间的快速 铁路快速客运通道及三个城际客运系 统。到 2 0 2 0年将完工 1 . 2万公里客运专线，以上客运专线行车目 标 速度达到2 0 0 k m / h 及其以上，具体数据如表 1 一1 一1 所示。 表1 一1 一1 与京沪高速铁路相关的客运专线数据表 客运专线通道 ( 四纵) 备注 北京上海 贯通京津至长江三角洲东部沿海地区 北京一武汉广州一深4 11 连接华北何华南地区 北京一沈阳一哈尔滨 连接东北和关内地区 杭州一宁波福州一深圳 连接长江、珠江三角洲和东南沿海 客运专线通道 ( 四横) 徐州一郑州一兰州 连接西北和华东地区 杭州一南昌一长沙 连接华中和华东地区 青岛一石家庄一太原 连接华北和华东地区 南京一武汉重庆一成都 连接西南和华东地区 三个城际客运系统 环渤海地区 覆盖区域内的主要城镇 长江三角洲地区 覆盖区域内的主要城镇 珠江三角洲地区 覆盖区域内的主要城镇 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 1 . 2 京沪高速铁路的组织模式 1 . 2 . 1 京沪高速铁路采用的组织模式 运输组织模式问题是涉及到高速铁路工程设计、投资、行车组织 和运营效果的重大决策问题，一段时期内成为高速铁路研究中的焦点 问题。经过专家的多次论证和研究，达成共识的京沪高速铁路运输组 织模式为:京沪高速铁路为客运专线，以输送本线大站间到发客流为 主，在运营的前期兼顾跨线中速客流。即在京沪高速运行的初期采用 “ 高中速列车共线运行” 的模式。 “ 高、中速列车共线运行”模式的 主要优点是: i . 高、中速旅客列车混行，有利于腾出既有线上被中速列车占用 的线路能力，以用于运输能力较为紧张的货物运输; z . 高速铁路运营初期，由于调整线本线直达客流不大，当中速旅 客列车上高速线后，有利于高速线路能力充分利用: 3由于中速旅客列车上高速线后，从而可把中速旅客直接由发站 运往到站，减少旅客换乘，方便了旅客乘车; 4 . 高速线路上开行中速旅客列车，可以减少高速电动车组的需求 量，从而降低高速铁路的初期投资。 1 . 2 . 2 京沪高速铁路组织模式的特点 京沪高速铁路的建设一方面是解决京沪运输大通道运输能力不 足问题，提高和解放既有线的货运能力，另一方面也是适应当代旅客 运输高速化的发展趋势，满足旅客旅行的需要。限于我国的财力和现 有的技术水平，认为 “ 高、中速列车共线运行”是比较适宜的，这就 形成了我国高速铁路的不同于既有铁路又不同于国外高速铁路的特 点。这些特点主要体现在: 1 . 京沪高速铁路是一次建成公里最长的高速铁路; 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的 研究 2客运专线为非分时系统，高、中速列车混行，速度差别大，中 速列车与既有铁路关系密切; 3 . 客运专线为非分时系统，高速列车不下既有线; 4 . 中间站数量相对较少，站间距离氏，调整困难; 5 . 列车运行密度大，负荷高。 这些特点决定了我们在借鉴国外高速铁路列车运行组织方法时 必须有选择地吸收，必须考虑是否符合我国高速铁路的实际情况，不 能盲目 照搬套用。 1 . 3 论文的层次结构及其主要研究内容 沦 文作者自 从 2 0 0 1年跟随马建军老师进行各种软件项目的 研发 工作。 并广泛查阅国内外有关列车运行图文献、 计划文献和研究成果， 在马老师指导下进行了大量的研究和开发工作，并完成了论文的写 作。论文分十章主要内容如下: 第一章绪论。对我国京沪高速铁路的研究现状和待建的客运专线 规划进行了介绍，并给出了文章的结构和每章阐述的主要内容。 第二章国内外铁路调度指挥系统概况。介绍了国内 外的现有调度 系统的现状，为京沪高速铁路综合调度系统计划调度子系统的研究提 供分析参考依据。 第三章我国京沪高速综合调度指挥系统。从需求的角度分析了综 合调度指挥系统的功能与结构。阐述了计划调度子系统与综合调度系 统的关系。 第四章京沪高速铁路计划调度子系统。从总体的角度分析了计划 调度子系统的结构与功能。 第五章计划调度子系统的设计。 主要包括基础数据库管理模块、 京沪高速铁路计到调度子系统编制方法的研究 基本运行图编制模块、列车运行计 划模块、指标计算统计和分析模块 以及子系统通信模块。基础数据库管理模块对计划调度子系统需要的 数据进行了分类组织和管理，主要包括车站字典、标尺管理和运行图 时刻表管理。计划运行图是在基本运行图的基础上通过适当的调整形 成的。因此基本运行图的优劣是计划运行图好坏的一个前提。在此对 计算机自 动编制基本运行图进行了研究提出了分层回溯初始布点算 法。列车运行计划模块，分析了计划编制的方法，以及实现计划编制 计划子系统所需要的功能，并对计算机的自动增线提出了模型与算 法。指标计算统计与分析模块， 主要介绍了 计划调度子系统依据计划 运行图和实际运行图计算的指标类别。计划调度子系统通信模块，分 析了i b m中间件m q s l t 7 5 e的通信机理，以 及如何使用中间件在子系 统中进行信息的交互。 第六章需要继续研究的问题。主要分析了系统的不足之处和需要 改进的地方。 附录给出系统的实现界面。 京沪高速铁路计划调度了系 统编制方法的 研究 2 国内外铁路调度指挥系统概况 2 . 1 我国既有线调度指挥系统的现状 我国既有铁路调度指挥机构分为铁路部调度处、铁路局总调度、 铁路分局调度所以及站、段调度四级机构，具有统一领导、分级管理 的特点，即铁路分局在铁道部、铁路局的宏观管理 卜 完成各自范围的 运输生产的日常组织和管理工作，铁路分局是运输生成的具体组织 者，有着直接指挥、动态调整和实时监控的特点。 2 . 1 . 1 铁路运输管理信息系统 ( t m i s ) 铁路运输管理信息系统 ( t r a n s p o r ta t io n m a n a g e m e n t i n f o r m a ti o n s y s te m ， 简称 t m i s ) 是铁路运营管理信息系统的 核心，其主要目 标是 实现货车的实时追踪管理。t mi s主要由八个子系统构成，包括确报 信息系统、货票信息系统、编组站等主要站段信息系统、货运营销及 生产管理信息系统、车辆管理信息系统、铁道部调度信息系统、集装 箱追踪信息系统和大节点货车追踪信息系统等八个子系统，其结构如 图2 一1 一1 , 2 -1 一2 所示。 京 沪 高 速 铁 路 计 划 调 度 子 系 统 编 制 方 法 的 研 究_ _ 丁 m f s 系统 货车的日常管理系统 大节点货车追踪系统 集装箱追踪系统 路局分局车站高度信息系统 确报信息系统 编组站区段站货运站管理信息系统 货票信息系统 货运营销与生产管理系统 图2 -1 一1 t m i s总体构成 京沪高速铁路计划调度了系统编制方法的研究 铁边部调度 指 择中 心 ( 巾央系统) 率 上 会公众服务系统 国际联网。 咨运壹询 系统) 铁路局总调度室系 统 其他t mi s 系统 脱系除一 艇林样 ( 分肠调度所) 分局调度管理信息服统 a %t it 各运愉 站段)部门 君维续扩充的其他 子系统 一隆随滩巴 阉目国 .阔国国 .图周国 .阔国四1商噜 闻图目 围国圈国 围国曰曰 国何圈圈四 引川引川引引引引圳 图2 -1 -2 t m i s 系统结构图 t mi s系统的应用信息和应用处理涉及到铁道部下属各铁路局、 铁路分局、基层站段以及部分原属铁道部的各大总公司及下属单位。 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 2 . 1 . 2 铁路调度管理信息系统( d m i s 调度指挥管理信息系统 ( d i s p a t c h m a n a g e m e n t t n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称d m i s ) 是我国现阶段正在建设的重要的调度指挥系统， 它采用现代计算机技术、网络技术、通信技术、多媒体技术及数据库 技术，并将上述技术与铁路信号 技术的特点相互融合，把传统的以车 站为单位的分散信号系统逐步改造为一个全国统一的网络信息系统， 从而最终实现对全局乃至全国 铁路运输的集中指挥。 d m i s 的核心是利 用通信信号设备将铁路列车、车辆、车站和区间的实时情况汇总到铁 路分局、铁路局及铁道部等各级调度指挥中枢，使各级调度人员能够 准确地制定运输调度计划。这一系统的实施将改变我国铁路在调度指 挥手段、行车控制技术和信号技术设备等方面的落后面貌。目 前，铁 道部d m i s 包括以下四个层次，如图2 -1 -3 所示。 第一层 铁道部调度指挥中心 d m i s 的最高管理层，由高性能的服务器、工作站、 计算机、网络 设备及相应的软件构成，并通过专线与各铁路局、铁路分局相连，接 收全国 铁路系统的各种实时信息与运输数据和资料，监视各铁路局、 铁路分局、主要干线、路局分界站、大型客运站、编组站、枢纽、车 站、区间列车的宏观运行状态、运行统计数据、重点列车及车站的列 车实际运行位置和站场状态显示，并建有全国铁路调度指挥系统数据 库。 第二层 铁路局调度指挥中心 接收各铁路分局的信息与资料，监视各铁路分局主要干线、路局 分界站、大型客运站、编组站、枢纽、车站、区间的列车宏观运行状 态、运行统计数据、列车实际运行位置与 车次跟踪和站场状态显示， 同时显示与铁道部、铁路局及相邻铁路分局的信息交换。 第三层 铁路分局调度指挥中心 该层是 d m i s的核心，接收铁路分局内各站的信息与资料，监视 主要干线、路局交接口、大型客运站、编组站、枢纽、车站、区间的 京沪高速铁路计划调度 子系统编制方法的研究 列车宏观运行状态、 运行统计数据、列车车次跟踪和站场状态显示， 完成列车运行执行计划及行车命令下达，直接指挥行车，并与铁路局 及相邻铁路分局交换信息。 第四层 基层信息采集系统 安装在各车站，用来从信号设备及其他设备上采集有关列车运行 位置、列车车次输入校核及跟踪、信号设备状态等相关数据，并将上 述数据通过专用通信线路传送到铁路分局。并实现运统二 ( 中间站行 车日 志) 、运统三 ( 区段站、编组站行车日 志)的自 动生成。 月k + 收 格邻分局的信息 勿 f l 娜 相 邻分 局传送信 息- 铁道部调度集中指挥中心 系统 c 输传 递 息及 寸 路局调度集中 指挥中心系 统 遭 j # 分局调度集中 指挥中 心系 统 l 输传 递 息及 宁 基层信息 采集和控制系 统 - -相 邻翻局的 信翩 峨 向 相邻路局传送信息， 图2 一1 一3铁路调度管理信息( d m i s ) 系统结构 由于d m i s 与t mi s 互有自己的优缺点，所以目 前铁道部采用将 京 沪高速铁路计划调 度了 系统编制方法的研究 d mi s与 t mi s相结合的方式进行运用，以d mi s的行调与 t mi s的 其他调度子系统相结合，形成一种新的ilk 度模式平台，在兰州铁路局 进行试点，并逐步向全国推广。 2 . 1 . 3 调度集中系统 ( c t c )简介 调 度 集中 系 统( c e n t r a l i z e d t r a f fi c c o n t r o l s y s te m ) 简 称c t c 系 统。 最早这种系统是由阿尔卡特公司为葡萄牙铁路研制的计算机化的调 度集中控制中心系统，是基于高可靠性和高安全性的概念设计的最新 一代调度集中控制中心。目 前国内也在对这种系统进行相关的研究， 希望能够以 d m i s为依托成为客运专线运营管理和列车运行控制的中 枢系统。它根据机车车辆配备与动力特性、车站配线及车站作业、沿 线线路状态、人员配备及相邻线路列车运行的状态，统一指挥列车运 行并协调铁路运输的各种工作。 调度集中系统 ( c t c )的网 络拓扑结 构和软件实现结构如图图2 -1 -4 和图2 -1 -5 所示。 图2 -1 -4 c t c 的网络拓扑结 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 图2 -1 一5 c t c软件实现结 2 . 2 国外铁路调度指挥系统 2 . 2 . 1 国外铁路调度系统 1美洲先进的列车控制系统a t c s a t c s ( a d v a n c e d t r a i n c o n t r o l s y s t e m ) 是 北 美铁道学 会共同 开发 的。其基本设计思想始于 1 9 8 3年在加拿大蒙特利尔举行的由加拿大 和美国等北美铁路官员参加的会议上，原来的列车控制系统由于技术 运用不当而在有效性方面受到很大的限制，一个自 然的想法就是将微 机设置在列车移动设备上，并通过数据无线电系统与中央控制系统连 接起来，从而组成一个安全水平和效率都是以往运输系统所达不到的 新型系统。 系统主要由中央调度室、无线电数据传输系统、机车或其他移动 设备上的车载系统和固定的 道旁系统4 个部分组成。无线电传输系统 是 a t c s系统的支柱，它把机车或者其他移动设备上的车载系统、轨 道上的固定道旁设备( 控制点) 与中央调度室连接起来构成一个整体。 无线电数据传输系统的关键是合理地设置语音及数据基地站。固定道 旁设备是测定列车确定位置的基础设备，是 a t c s预报系统的基础。 京沪高速铁路汁 划调度子系 统编制方法的研究 机车或其他移动设备上的车载系统是 a t c s的主要特征，车载计算机 能够处理各种重要数据信息，包括列车移动情况、线路特征、列车编 组情况、机车工况和其他必要的数据，从而能使列车具有智能。它还 可以进一步模拟列车运行和机车司机的操纵动作，并在必要时候发出 警告或者实施制动。机车上设有两个独立的显示板，一块用来显示列 车运行情况和线路特征;另 1块用来显示列车编成情况，当有车辆被 摘下时候，在机车或中央控制室可更改列车编成。 在 a t c s系统中，有关列车控制的大部分功能集中于地面中央调 度室和机车上，沿线分散设置的信号机可以全部拆除，司机通过车载 计算机根据中央调度室的控制指令控制列车，中央调度室的调度员根 据计算机显示列车的运行情况，对若干有关联的列车进行控制判断并 通过计算机下达每个列车的运行计划及控制指令。中央调度室与列车 间的信息传输使用无线电技术。 2欧洲铁路运输管理系统e r t m s 欧洲铁路运输管理系统，简称 e r t m s ( e u r o p e a n r a il w a y t r a n s p o r t a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m ) 是在欧盟的 提议下与1 9 9 5 年1 2 月 确立的由意大利国家铁路、 法国国营铁路、 德国铁路公司组成用户组， 并委托他们在意大利、法国、德国的试验区段上进行新系统的实验， 确定的欧洲规范的最后版本。e r t m s的核心是欧洲列车运行控制系统 e t c s ( e u r o p e a n t r a i n c o n t r o l s y s t e m ) 和 超 速防 护系 统， 它 用于 列 车 调度控制的设备上或支持商业性运输工作等的设备上。运用 e r t m s / e t c s系统， 可以通过提高速度和缩短列车间隔来提高运输效 率，通过取消地面信号和轨道区段空闲检查设备及相应电缆类节省线 路基础设施，来实现欧洲统一的规范版本。 e r t m s / e t c s 有不同的配置，或称之为不同的级别。在第一级中， 通过地面应答器将行车命令传给列车。为了在对信号处理之后收到新 的行车命令，列车以开放速度运行，并接近另一个应答器。开放速度 由列车与信号机后的危险距离确定，应答器安装在信号机附近。为了 在这种情况一 f 提高能力，可以 在信号机前的接近区段内在安装一个前 京沪高 速铁路计划调度子系统编制方法的 研究 置应答器，或者使用一个半连续传输信息的设备。第二级在第一级的 基础之上增加了行车命令无线传输功能，行车命令从区段中心即无线 闭塞中心 r b c ( r a d i o b l o c k c e n t e r ) 传给列车，列车运行不再依靠地 面信号机，轨道区间是否空闲的检查由地面设备完成。第三级在第二 级的基础上，增加了监视列车的完整性，报告其前面的线路是否有空 闲功能。 2 . 2 . 2 国外高速调度系统 各国调度指挥机构具体设置方式和管辖范围均是结合本国国情 具体确定的，其主要考虑因素有路网结构、线路长度、列车运输组织 方式、路网上运行的列车种类和数量以及日 常运输生产工作调度指挥 工 _ 作量的大小等。 而不同的调度指挥机构设置方式和管辖范围， 对应 的计划子系统的具体工作内容有所区别，但其主要功能以及与调度指 挥系统其它子系统间关系是基本相同的。 到 1 9 9 6年，世界上铁路运行速度在 z 0 0 1n m / h及以上的国家有 1 0 个， 其中法国、 德国、日 本、 意大利和西班牙五国的高 速铁路最高 运行速度己经超过2 0 0 1a r t / 6。 调度中心是高速铁路运营管理和列车运 行调度的中枢，它根据机车车辆配备和动力特性、车站配备及作业、 沿线线路和设备状态、人员的配备、相邻线路列车运行的状态等，统 一指挥列车运行和协调铁路运输各部门的工作。目 前国外高速铁路调 度中心主要有两种构成方式。一种是德国的分散区域中心的调度方 式:另一种是日 本的集中构成方式，它把整条高速铁路的运营情况全 部集中在一个调度中心来进行行车指挥。 日本新干线从1 9 6 4 年投入运营， 积累了近4 0 年的实际运营经验， 特别是新干线始终保持着高速铁路安全、正点和高效运输的世界纪 录，其先进、可靠、高效的调度指挥系统发挥了巨大的作用。日 本新 干线调度指挥系统经历了以人工为主的调度指挥和以计算机辅助调 度的两个阶段，前者在随着运营线路里程的延长，列车数量、种类以 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 及停站模式的 增加， 调度人员已 经无法有效地进行调度工作，不用说 在异常情况下，即便是在正常情况下，单靠增加调度人员的数量已经 不能安全、高效地处理行车指挥的复杂情况。囚此在 1 9 7 2年，日本 成功的开发并应用了 c o m t r a c ( c o m p u t e r a i d e d t r a f f i c c o n t r o l s y s t e m ) 列车运行管理系统。 随着列车行车的复杂程度提高以 及计算机 技术的提高，在c o mt r a c的基础上，日 本于 1 9 9 5 年成功开发并投 入运用了c o s m o s ( c o m p u t e r i z e d , s a f e t y , m a i n t e n a n c e a n d o p e r a t i o n s y s t e m s o f s h i n k a n s e n ) 系统。具体到计划子系统，c o m t r a c和 c o s mo s的功能和系统构成基本相似，以下以c o s mo s 系统中计划 子系统为例，简要介绍其功能、技术条件、与其他相关子系统或部门 接口关系。 1 . c o s mo s 计划子系统的主要功能 运输计划系统是在基本计划、 波动计划、 临时计划基础上生成的。 并把它作为以日 为单位的实行计划转送到运行管理系统。其主要功能 包括: ( 1 )列车运行图生成功能 包括运行图基本计划的生成、以季度为单位的波动计划及生成随 时发生的临时计划 ( 实施计划生成) 等。具体某一天的实施运行图是 在基本计划上叠加上考虑了每季度的乘车动向的波动计划、临时计划 等而生成的。具体日 运行图生成过程如图2 -2 -1 所示。 京沪高速铁路计划调度了系统编制方法的研究 运行图修改 下 次运行图修改 + 某天的运行图 十 ( 基本) ( 波动) 计划 春临 基本 夏临秋临冬临 临时一临时 临时 临时 ( 临时) 图2 -2 -1 具体日 列车运行计划生成过程示意 ( 2 )车辆运用计划生成功能 根据列车运行计划 ( 运行图)和车辆履历，制定车辆运用计划。 ( 3 )乘务员运用计划生成功能。 根据列车运行计划 ( 运行图)和乘务员履历，制定乘务员运用计 划。 ( 4 )计划和信息的自 动传递功能 将列车运行计划、车辆和乘务员运用计划等相关计划和信息自动 传递给相关子系统和部门。 具体信息传递对象、内容和作用如表2 -2 一i 所示。 表2 -2 一1计划子系统信息传递表 传递对象 传递内容 用途 运行管理 列车计划、 车辆运用、 编组信息、 营 业信息、 驾驶员、 车长运用信息、 计 划慢行、 基础信息、 股道禁止使用信 列车进路控制、 运行整理、 旅客 向导 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 息 维护工作管 理 基本运行图、 波动列车运行图提案信 息、计 一 划慢行 维护工作计划 生成 车辆管理 车辆使用计划、 实施列车运行图、 编 组信息 实绩管理 设备管理 车辆使用计划、 实施列车运行图、 编 组信息 实绩管理 站内工作管 理 车辆使用计划、 实施列车运行图、 编 组信息 站 内工作计划 生成 乘务员区所 终端 列车计划、 车辆运用、 驾驶员、 车长 运用信息 驾驶员 车长运 用修正勤务分 配 运行通报终 端 列车计划、 车辆运用、 驾驶员、 车长 运用信息 实施计划管理、 票据输出 ( 5 )列车运行计划和列车实际运行结果指标统计功能。 对实际编制的列车运行计划和前一日列车的实际运行实绩，进行 相关指标的统计，并把统计信息传送给有需求的子系统和部门。 2 . 子系统的构成 ( 1 )中央装置和终端装置的功能 除执行运输计划作业业务外，为了有一个方便友好的人机界面及 在可能的限度内确保性能正常，在中央及现场都采用了工作站和 p c 机。通过使中央计算机和终端群分别具有智能功能，从而有可能根据 各种业务的规格、规模、应确保的功能等进行分担处理，并使系统整 体紧凑化，从而使系统的可靠性得到提高，子系统的功能如表 2 -2 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 一2所示。 表2 -2 -2子系统功能表 【 中央工作机站1 列车计划 车辆运用生成 ( 基本 驾驶员 列车长运用生成 ( 基本 波动 波动 临时) 、认可要求 临时) 、认可要求 区所间检查要求 车辆分配生成 检查分配生成 认可 认 川 运输 计划部计算机】 列车计划 车辆运用信息管理 ( 基本 波动 临时) 、 合理性检查、实 施计划生成、计划传递 车辆使用计划信息管理、 编集 驾驶员 列车长运用生成 ( 基本 波动 临时) ，区所发送接收信息、 区所间检查、实施计划生成 实际结果信息管理 统计资料生成 乘务 员区 所 终 端 基本、 波动计划管理 行路修正 帐票输出 i 运转通报终端 1 基本、 波动列车运行时间信息管理 票格输出 运输信息管理 主机采用了最新的大型计算机、 人机界面机采用了 装有 r 工 s c处 理器的高速工作站。另外，对于现场设置的终端群，根据终端的功能 及性能要求，从各种工作站或p c 中选定机器的种类。 由于作为做计划的主机的种类及运行时计算机本体要与设备系 统共用的原因， 完成运输计划的计算机，由等待、 预备两套系统构成， 方式间的切换从系统监视器通过手动进行。因此，系统的构成也变得 简单了。 京沪高速铁路计划调度了系统编制方法的研究 主机与中央人机界面机，通过公用网络连接，以实现数据通信的 高速化。至于同现场终端群的连接，由于多数终端需要在短时间内交 换大量数据， 而且考虑到将来线路的成本， 采用了工 s d n 。 与运行管理、 维护作业管理等其他系统间的信息交换，则是通过 l 0 0 m p s的中央网 络来进行的。 3 . 子系统与其他子系统及部门的关系和接口 情况 从列车运行计划的主要功能分析，为实现子系统所有功能，合理 满足旅客运输实际需要，该子系统根本任务是执行公司运输管理部门 的指令和任务，同时需要从运行管理系统、车辆管理系统、维护工作 管理系统、设备管理系统、电力系统控制系统、集中信息监视系统和 站内工作管理系统得到相关设备的状态和信息，以便编制合理、有效 的列车运行计划;在列车运行计划编制完成后，需要将列车运行计划 和信息传递给相关子系统，以便具体组织列车实际运行。计划子系统 与其他相关子系统和部门的信息传输和交换是通过中央网络来实现 的，子系统间不直接进行信息传输和交换。 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 3 我国京沪高速综合调度指挥系统 3 . 1 我国高速铁路特点及对综合调度系统的需求 3 . 1 . 1 对我国高速铁路特点的分析 受社会经济发展的限制，我国高速铁路的基础设备如机车车辆、 牵引供电、列车自 控系统、监测和诊断系统、调度系统等不可能全部 引进国外设备，而必然是借鉴国外技术，依靠国内研发力量，形成我 国独立知识产权的高速铁路技术;我国高速铁路将是全国路网的一部 分，与既有铁路有着密切的联系，高速铁路运输的特点必然是高速列 车和中速列车混合运行;考虑到乘车旅行的接续性，必须保证高速铁 路运输高速、安全、正点、舒适。 3 . 1 . 2 对综合调度系统的需求 调度中心的基本任务包括:根据客运需要编制行车计划、车辆运 用计划、乘务计划，并形成运营计划;对运营信息搜集整理，调整运 营计划并生成临时运行图;对列车运行状况进行监控，对车站进路集 中控制;在收集统计车站旅客信息基础上，分析调整行车计划，并向 旅客提供信息服务。根据调度中心的基本任务和我国铁路运输的特 点，可以确定对综合调度系统的需求:高速铁路综合调度系统应满足 全线实时控制和各业务部门综合管理的要求;适应高速铁路行车组织 和行车方式的特点;具有与其它系统交换信息的能力，如客票、电力 远动、设备监测、旅客向导等;综合调度系统包括:运输管理、列车 运行调度与控制、机车车辆调度、牵引供电调度与控制、工务电务调 度、客运调度、旅客服务 ( 包括列车上的服务 ) 、事故分析与救援、 京沪高速铁路计划调度了系 统编制方法的研究 设备集中管理与维护、统计分析与资料管理、施工调度、安全监控、 模拟培训等。高速铁路综合调度系统应具有较高的自 动化水平 ，满 足各级调度和管理人员对办公自动化环境的要求;以服务质量为中 心，提高全线各环节的协调与服务水平:尽力减少高、中速混运对高 速列车的影响;具有足够的容量和较高的处理速度，留有扩充系统的 功能:具有监视自 然灾害的功能，减轻灾害对运输生产带来的影响; 综合调度系统要有极高的安全性、可靠性、可用性、可扩展性和灵活 性;保证高速铁路高速、安全、正点、舒适运行。 3 . 2 综合调度指挥系统的结构与功能 3 . 2 . 1 京沪高速铁路综合调度指挥系统结构 京沪高速铁路综合调度指挥系统由计划子系统、列车调度子系 统、动车底调度子系统、电力调度子系统、综合维修子系统、防灾安 全监控子系统、旅客服务子系统等七个子系统组成。计划子系统作为 高速铁路综合调度系统的核心组成部分之一，是保证调度中心正常、 有序运行的基础，也是确保高速铁路日 常运输工作正常、 有序、高效 实现的根本。京沪高速铁路综合调度指挥系统的结构如图3 -2 -1 所 尔 。 计 划 调 度 子 系 统 动 车 底 调 度 子 系 统 旅 客 服 务 子 系 统 京沪高速铁路计t il 调度子系统编制方法的研究 图3 -2 -1京沪高速综合调度系统结构图 3 . 2 . 2综合调度指挥系统的功能 综合调度系统的目的，主要是依靠现代的科学技术，实现系统功 能的综合集成，提高系统各种信息的传输速度，提高调度和管理的办 公水平和决策科学性。为了实现这个目 标，根据当前计算机技术、通 信与网络技术、自 动化技术的发展。高速铁路综合调度系统的管理与 控制功能应覆盖高速铁路全线;不仅负责列车的运行，还应具备完善 的管理功能。综合起来，主要有以下几个方面: 1 . 运输管理，包括制定各种计划、统计分析、日常管理等 ;运 输管理工作台通常不设在调度大厅。 z . 列车运行调度，其任务是依据运输管理系统生成的列车开行计 划，指挥并控制列车按计划运行:当列车运行紊乱时，按列车运行管 理系统制定的运行调整原则采取调整措施。设调度长工作台和若干个 区段行调工作台。 3 . 列车运行控制， 包括进路控制、 列车运行监视、 列车运行追踪、 列车运行计划显示等。 4 . 列车运行监视，采用高分辨率显示设备，以图象、图形、文字 显示列车运行信息。 显示信息包括列车位置、 车次、 速度、 机车型号、 辆数、早晚点、设备状态、站台监控、各种报警信息等等。可以全景 和细景显示。 5 . 列车运行追踪，自 列车进入高速区段，到列车离开高速区段， 调度系统实时追踪列车，实时掌握列车的确切位置。列车运行追踪和 控制的基础是准确实时的车次信息，高速铁路应该采用高度可靠的车 号自 动输入与校核系统。 6 . 机车车辆调度，主要任务是执行运输管理系统制定的机车车辆 运用计划、乘务人员计划。列车计划变更时，配合运输管理系统制定 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 和执行机车车辆运用计划和乘务人员计划。 了 ， 牵引供电与电力调度，主要任务有:根据运输管理系统制定供 电计划，根据列车运行情况直接控制开闭器为列车供电执行供电计 划，监视和控制供电网和接触网。 8 . 设备调度，我们把通信、信号和 t . 务调度统称设备调度。设备 调度人员的主要工作是制定设备维护计划，以 及计 一划实施、 故障事故 抢修等。 9 . 施工调度，主要任务有:制定施工计划、督促施工进度等。设 施工调度岗位。 1 0 . 客运调度，制定客运计划、下达客运计划和督促检查客运计 划的执行情况，设客运调度岗位。 1 1 ， 旅客服务，高速铁路主要服务对象是旅客，因此在综合调度 中心设有旅客服务部门。旅客服务系统从列车运行调度系统获得列车 运行计划、列车实际运行信息、相邻线列车运行信息以及客票、其它 交通设施、旅游、宾馆、气象的信息，以满足旅客的问询。服务系统 将这些信息送往车站候车室、站台、旅客列车等。 1 2 . 安全监控与 事故救援，设安监救援岗 位。 1 3 . 信息管理系统， 信息管理系统将完成信息的收集、分析和输 出。 综合调度指挥系统支持多个用户使用，具有高速的处理能力、通 信能力和巨大的存储容量 ，能够满足复杂综合系统的要求。这种体 系结构具有高可靠、可扩展、易升级、易维护的特点， 可以保证综合 系统的有效性、实时性和可用性。正因为如此，银行系统、空中管制 系统、交通管理系统等都广泛采用了客户机一服务器体系结构组成系 统，这种结构也同样适合于高速铁路调度中心，易于功能实现、调度 台设置等。 京沪高速铁路计划调度子系统编制方法的研究 图 3 -2 -2综合调度中心功能及系统结构示意 - 2 4 - 京沪a速铁路计划调度子系统编制方珠的研究 4 京沪高速铁路计划调度子系统 4 . 1 计划调度子系统的体系结构 4 . 1 . 1 计划调度子系统构成原则 为保证高速铁路列车安全、高效、正点、有序的运行，高速铁路 综合调度指挥系统至少应保证做到数据 ( 信息)接收、信息处理和调 度指令发布的正确和及时。作为综合调度指挥系统之一的计划调度子 系统不仅应满足以上系统的纂本要求，还应做到: 1 . 系统应具有q 好的安全性、可靠性、可用性，保证系统运行稳 定，工作正常、及时和正确; 2 ， 系统应采用成熟的技术进行开发，并保证系统具有先进性。系 统开发应采用成熟技术，保证系统在既定的时间内开发成功，同时系 统开发应考虑其先进性，采用当今成熟、最先进且具有发展前景的技 术和产品，使系统在一定时期内保持技术上领先性;采用国际标准通 用接口和国外先进的关键部件，保证系统若干年后，仍具有生命力和 得到有力的技术支持; 3 . 系统应具有可维护性、便于系统维护，同时系统应采用符合国 际标准和行业标准的开放式平台，提供开放环境，便于系统扩展和系 统升级换代; 4 . 应用系统要提供友好的人机界面，灵活的使用方法，方便用户 使用; 5 . 系统应考虑冗余和容错能力，并保证系统不间断安全稳定运 行，即在某一设备故障时，系统能及时启动备用设备进行工作。 6 . 子系统与综合调度指挥其它子系统间信息交换采用中央网络 进行，从而提高综合调度指挥系统通信网络效率，保证数据交换和系 京沪高速铁路计划调度子系统编制方祛的研究 统响应速度。 4 . 1 . 2计划调度子系统构成概况 随着计算机的发展， 计算机系统经历了主机一终端模式、 p c 机一