（交通运输规划与管理专业论文）单线区段列车运行图铺划与运行调整优化方法研究.pdf

摘要 列车运行图是列车运行时问、空间关系的图解表示形式，是列车在区间运行 及在车站到发或通过时刻的技术文本，是整个铁路运输的核心；列车运行调整是 在实际运行中调度员根据列车运行图和列车运行现状编制的列车运行实施计划。 在我国铁路运行图编制和运行调整自动化进程中，硬件技术和信息技术日趋成 熟，最优化决策理论与方法显示出越来越重要的主导作用。在以计算机系统为核 心的铁路现代运行系统中，优化算法的研究成为制约列车运行现代化的技术关 键。 本文在大量查阅网内外有关文献的基础上，对运行图编制和运行调整问题进 行了磋究，分撰了运行图编到以及运行调整的瑷蠢磅变成聚及存农瞧问题，赞对 我国铁路具体情况，分别建立了单线区段运行调艇和运行图铺画优化模型，并提 出了运行调熬的最早i 串突优化方法和遥嚣图的时阕循环迭代优化方法，建立了运 行圈铺划和运行调整系统。考虑到运行阁编制和运行调整优化的实质都是她理运 行列车与车淤、区闻静关系，合理确定冬次列车占用区闻巍站线鲍l 乍业蹶序秘作 业时刻。论文将两者紧密结合，优化模溅前后继承，优化算法紧密衔接，使其溶 为一体。具体研究内褰如下： 1 、对单线列车遨行调整问题进行了分析，以提高列车正点率、使列车区间 运行时分波动尽可能小、提意赞物列车的旅行速度为目标，详细分辑了运行调整 的多项约束条件，建立了运行调整优化模型。 2 、提出了列车遮章亍调整最早冲突忧化方法。为了排除相向运行线初始摊到 顺序对优化缩果的影响，先松弛相向运行线之间的约束，并利用最早冲突对其它 冲突影响大，两其它冲突对最早冲突影响小的特点，选择最早冲突优先化解，即 为逡行调整的最早冲突优化方法，同时又为后面的列车运行图铺划的时间循环迭 代方法奠定了基础。 3 、对单线列车逡行图铺划问题进行了分析，为了将剐车运行图铺划与运行 调擞协同优他，建立了与运行调整优化模型相邋优化模型。模型究分考虑了运行 图铺翎与运行调整的舜同，符号定义尽凝与运行调整保持一致，优化目标和约束 条件的时阗辩围体现了运行图铺划的基身特点。 4 、提出了单线列车运行阐铺划的时间循环迭代优化方法。时间循环遮代优 化方法，将运行图分解为若干时间段，每次在一个时间段内对阶段运行图优化， 蘸一个涂敬谯 乏结采怒+ 除段翡谯纯基疆。疰l 予运行圈楚关予时涵酌溺合懑 筒，可以周而复始按时间循环迭代，赢到生成完整的运行图或判断无法获得可行 的运行图为止。在运行阁优化过程中，运行线逐步向后推移，算法收敛速度快。 5 、对运行蚕镶翔与运李亍调整系统进行了研究，分绥了系统豹结稳霸凌麓， 总结了系统的特点。利用运行图铺划与运行调整系统，通过实例对运行图铺划和 运行调整优化理论和优化方法进行了验证，得到了较理想的结聚。 关键词：运输组织，单线铁路区段，运行调整，松弛调整计划，最早冲突优化方 法，运行陶铺划，时间循环迭代优化方法 l l a b s t r a c t t r a i nd i a g r a mf i g u r et h ec o n n e c t i o no ft h er u n n i n gt i m ea n di n t e r s p a c eo ft h et r a i n l i n e s i ti st h et e c h n o t e x tf o rt r a i n sf o ut h r o e g hs e c t i o no rt r a i n sa r r i v eo rd e p a r to rg e t a c r o s sas t a t i o n i ti st h ec o r eo fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n a d j u s t i n gt r a i nd i a g r a mi st h e d i s p a t c h e rm a k ep h a s e sp l a ni np r a c t i c ea c c o r d i n gt ot h et r a i nd i a g r a ma n dt r a i n sr u n n i n g i nt h ec o u r s eo fa u t o m a t i z a t i o nf o ra d j u s t i n ga n dd r a w i n gt r a i nd i a g r a mi no u rc o u n t r y ， o nt h ec o n d i t i o no fh a r d w a r ea n di n f o r m a t i o nb e i n gm o r ea n dm o r em a t u r e ，o p t i m i z i n g m e t h o d sa n dt h e o r i e sa r eb e c o m i n gd o m i n a n te f f e c tn o w n o wt h ec o r es y s t e mo fr a i l w a y o p e r a t i n gs y s t e mi st h ec o m p u t e rs y s t e m ，r e s e a r c h i n go no p t i m i z i n gm e t h o di sk e yf o r t r a i n sr u n n i n gm o d e r n i z e d a f t e rc o n s u l t i n gag r e a tl o to fc o r r e l a t i v em a t e r i a l sa th o m ea n da b r o a d ，t h e d i s s e r t a t i o na n a l y s e st h ep r e s e n ti n v e s t i g a t i o na n d d i s a d v a n t a g e so fd r a w i n gt r a i n d i a g r a ma n dt r a i na d j u s t i n g i n v i e wo fo u rc o u n t r y r a i l w a y sc h a r a c t e r i s t i c s ，t h e d i s s e l t a t i o nb u i l d sa no p t i m i z i n gm o d e lf o rd r a w i n ga n da d j u s t i n gs i n g l e - t r a c kt r a i n d i a g r a m s ，a n dr e s p e c t i v e l yp u t sf o r w a r d st h ee a r l i e s tc o n f l i c to p t i m i z i n gm e t h o da n dt h e t i m i n g 。c y c l ei t e r a t i v eo p t i m i z i n gm e t h o d c o n s i d e r i n go ft h ee s s e n c eo fb o t hd r a w i n ga n d a d j u s t i n gs i n g l e i l a c kt r a i nd i a g r a m sa r ed e a l i n gw i t ht h er e l a t i o n s h i po ft r a i nl i n e sa n d t r a i ns t a t i o na n dr a i l w a ys e c t i o n ，a n df i x i n go nt h es e q u e n c ea n dw o k et i m ef o re a c ht r a i n l i n ee n t e r i n go nt r a i ns t a t i o na n dr a i l w a ys e c l i o nr a t i o n a l l y t h ed i s s e r t a t i o nc o m b i n et h e t r a i nd i a g r a md r a w i n gw i t ht h et r a i nd i a g r a ma d j u s t i n g s u b s e q u e n c eo p t i m i z i n gm o d e l a c c e d e st of o r m e r s u b s e q u e n c eo p t i m i z i n ga r i t h m e t i cj o i u sf o r m e rc l o s e l y t h em a i n r e s e a r c hw o r k sa r ea sf o l l o w s ： l 。傀d i s s e r t a t i o na n a l y s e st h ep r o b l e mo fs i n g l e - t r a c kt r a i na d j u s t i n g , a n db u i l d s o p t i m i z i n gm o d e lf o rt r a i na d j u s t i n g t h eo b j e c t i v eo fm o d e li si m p r o v i n gt h er a t eo n s c h e d u l e , c u t t i n gd o w nt h ef l u c t u a t i o no ft r a i nr u n n i n gt i m e ，a n di m p r o v i n gt h ef r e i e # t t r a i n ss p e e d m a n yr e s t r i c tc o n d i t i o n so ft r a i na d j u s t i n ga r ea n a l y z e dd e t a i l e d l y 2t h ed i s s e r t a t i o np u t sf o r w a r dt h ee a r l i e s tc o n f l i c to p t i m a lm e t h o d 。n es t e p so f t h ee a r l i e s tc o n f l i c to p t i m a lm e t h o da r ea sf b l l o w s ：f i r s t l y , t h es y s t e ma s c e r t a i n st r a i n s g r a d eb yc a l c u l a t i n go ra p p o i n t i n g s e c o n d l ) ；t h es y s t e md r a w sr e l a x a t i o na d j u s t i n gp l a n t h i r d l y , s y s t e me l i m i n a t e st h ee a r l i e s tc o n f l i c to fr e l a x a t i o na d j u s t i n gp l a ne a c hr i m e 。a t l a s t ，w h i l ea l lc o n f l i c t sa r ee l i m i n a t e d ，a l la d j u s t i n gp l a ni sc r e a t e d i fy o uw a n tt o e l i m i n a t ea l lc o n f l i c t sc o m b i n i n g , t h en u m b e ro fc o n f l i c ti sh u g ea n dt r a i n si m p a c ta n d r e $ t r i c te a c ho t h e r t h em e t h o dh u r d l e st h es h o r t c o m i n g s a n dh a sag o o de f f i c i e n c y 1 i t t h er e l a x a t i o na d j u s t i n gp l a nl e a v e sa l o n et h er e s t r i c t i o no fs a m eg r a d et r a i nl i n e s ， a n dt a k e si n t oa c c o u n te a c ht r a i nl i n et h eo p t i m i z i n gr e q u i r e m e n to fi t s e l f i ti sp r o p i t i o u s t oc h o i c et h eb e s tp r o j e c t o w i n gt ot h ee a r l i e s tc o n f l i c td e p e n d i n go no t h e rc o n f l i c tl e a s t ， i ti ss o l v e df i r s t l y t h ee a r l i e s tc o n f l i c to p t i m i z i n gm e t h o da v o i dt ob r i n gg r e a t n e s s p r o j e c tt h a ta l lc o n f l i c t sa r es o l v e dt h es a m et i m e i th a sag o o de f f i c i e n c y 3 t h ed i s s e r t a t i o na n a l y s e st h ed r a w i n gs i n g l e - t r a c kt r a i nd i a g r a m t oc o o p e r a t e d r a w i n gw i t ha d j u s t i n gt r a i nd i a g r a mt oo p t i m i z e ，t h ed i s s e r t a t i o nb u i l d sa no p t i m i z i n g m o d e lw h i c hs i m i l a rt oa d j u s f i n go p t i m i z i n gm o d e l t h es i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e so f d r a w i n ga n da d j u s t i n gt r a i nd i a g r a ma r ec o n s i d e r e di nt h em o d e l w h e nd e f i n i n gs i g n s ， t h e ya c c o r dw i t ht r a i na d j u s t i n g o p t i m i z i n go b j e c t i v ea n dt i m er a n g eo fr e s t r i c t i o n c o n d i t i o nm a t e r i a l i z et h es e l f - c h a r a c t e r i s t i co ft r a i nd i a g r a md r a w i n g 4 。t h ed i s s e r t a t i o np u t sf o r w a r dat i m i n g - c y c l ei t e r a t i v eo p t i m i z i n gm e t h o df o r d r a w i n gs i n g l e m a c k t r a i nd i a g r a m t h et i m i n g - c y c l ei t e r a t i v eo p t i m i z i n gm e t h o d d i s a s s e m b l e st h em o d e lt os t a g em o d e lf i r s t ，a n dt h e no p t i m i z e st h es t a g et r a i nd i a g r a m b yt h ee a r l i e s tc o n f l i c to p t i m a lm e t h o de a c ht i m e w h e nas t a g et r a i nd i a g r a mh a sb e e n o p t i m i z e d ，i tr o l l st on e x ts t a g eb a s e do i lt h i sr e s u l t o na c c o u n to ft h et r a i nd i a g r a m b e i n gac l o s ec y l i n d e r , r o u n da n dr o u n db yt i m i n g - c y c l e ，t h es y s t e mo p t i m i z e st h i ss t a g e t r a i nd i a g r a mb a s e do nt h er e s u l to ff o r m e rs t a g e s y s t e mc o m p a r e st h eo p t i m i z e dr e s u l t 招t h er e s u l to ff o r m e rs t a g e , a n di t e m t i v et h er e s u l tc i r c u l a r l yu n t i lb u i l d sag o 藤d i a g r a m o re s t i m a t et h em e t h o d c a l l tb u i l dag o o dd i a g r a m i nt h ec o u r s eo fo p t i m i z i n gt h et r a i n l i n e si n c l i n et ob a c k 。t h em e t h o dw i n sag o o dr a p i d i t y 5 t h ed i s s e r t a t i o nr e s e a r c h e so nt h ed r a w i n gt r a i nd i a g r a ma n dt r a i na d j u s t i n g c o m p u t e rs y s t e m ，a n dd i s c u s s e st h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h es y s t e m ae x a m p l e s h o w i n gt h a tt h em e t h o da n ds y s t e mw o r k s w e l l k e yw o r d s ：t r a f f i co r g a n i z a t i o n ，s i n g l e - t r a c kr a i l w a y , t r a i nd i a g r a ma d j n s t i r i g , a r e l a x a t i o na d j u s t i n gp l a n ，t h ee a r l i e s tc o n f l i c to p t i m i z i n gm e t h o d ，t r a i nd i a g r a m d r a w i n g , t h et i m i n g - c y c l ei t e r a t i v eo p t i m i z i n gm e t h o d i v 僳创性声瞬 本人声明，所星交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究 工 乍及取褥鳇婿究成果。尽我赝躲，除了论文中特爨趣黻标注穗致谢 的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写的研究成果，也不包 含为获得中南大学或英他单位的学位或证书藤使惩过的材料。与我共 同王 乍娓溺志对本礤究所作懿贡献均已在论文中作了明确懿说鞠。 作者签名：基期：近年上胃互疆 关千学位论文使用授权说明 本人了勰中南太学有关保露、使用学位论文熬靓定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门的规定送交学位论文。 轹掣一较隰出厶鱼 第一章绪论 第一章绪论 1 1 列车运行图与运行调整 列车运行图是铁路组织列车运行的基础，它是对列车运行时间、空间关系的图 解表示，是列车在区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文本“。列车运行图以 列车为主体，在编制列车运行图时，需要受以下条件的制约：( 1 ) 时间条件即列车 运行时分、列车间隔、车站间隔、机车交路、列车接续以及乘务组工作时间等：( 2 ) 空间条件即区间线路数目、车站数量以及股道配置等；( 3 ) 线路等设备维修条件： ( 4 ) 社会政治、经济条件等。 铁路与行车有关的调度指挥部门、运输组织和管理部门、运输生产部门均依据 运行图制定各自的工作计划。通过列车运行图，可以把整个铁路网的生产活动连成 一个整体，把车、机、工、电、辆等所有与列车运行有关的单位结合起来，使其严 格按照一定的程序，有条不紊地进行工作。 列车运行调整是指在实际运行中调度员滚动进行阶段计划编制，当列车受到干 扰使其无法按图运行时，及时调整列车与车站区间的关系，以消除干扰并最终使列 车按运行图运行。运行调整紧密围绕运行图进行，运行调整的目的是使列车尽快恢 复按运行图运行。 目前，我国铁路运行调整一般是编制3 4 小时的调整计划”3 ( 即编制阶段计划 图) 。编制阶段计划图也要受上述各种编制运行图条件的制约，实际上它不过是一张 短时间( 3 4 h ) 的运行图而己。 1 2 列车运行图铺划与运行调整的原则 1 2 1 运行图铺划的主要原则 1 ) 把市场需求作为编制列车运行围的出发点，努力提高运行阌编制质量，加 快铁路运输走向市场吃 随着各种运输方式的快速发展，旅客、货主对服务质摄的要求越来越高。特别 在我国加入w t o 之鼷，铁路将面临更加开放故帑场和更漆质量懿运输嚣求。 中辩夫学博士论文 在旅客运输方面，露按照优化存爨、科学安排增量的原则，优化旅客列车开行 方案，稀学安羹 舞车傍嚣薅麴，绘旅客捷供更多方便。积裰增开“朝发夕至”、“夕 发朝至”列车、快速列举和城际列车，大力拓展铁路旅游市场。旅客列车的到发、 中转时间应尽量满足旅客霈求；尽量使各方向列车到发均衡，便器方向改编和中转 残车交镑翻发；尽量减少列车豹会车秘蘧毒亍次数，减乡不必要豹傍整，努力撬离襄 车旅行速度。 货物列车方面，要优化车流径路和编组计划。虚充分考虑列车编组要求，使列 车菝续| 羲酝，著尽量绩遮行线与车流簸大限度结合起来，佼翻车运芎亍整与翻车编组 计划协调配合。根据车流和编组站能力，优化全路货物列车编缎计划，减少中转解 编次数，联缩旅行时问，提高送达速度，加快车辆周转，全面提高运输质量。 2 ) 按列车等缓溪序避嚣运雩亍线镳矧 遵循低簿级列车待避高等级列车，短途列车待避长途列车的原则，优先铺划高 等级列车。首先铺划旅密列车，然后铺划货物列举。铺划旅客列车时，先铺划蠹通 旅客酬车，露镶麓管蠹黢客捌车，先溪菰螽莺肉，巍快车磊溪车，先长途嚣短途。 对于客运化的“五定班列”，铺划方法旗本同于旅客列车。铺划货物列车时，兜铺快 货列车，厝铺摘挂列车。还要注意先娥后易的原则，对重点区段、重点车站、霪点 残车霞先考惑。 3 ) 严格保证列车区间运行时分和车站各项技术作业时分 在运行图铺划时，区间运行时分怒圃定的，考虑到具体情况，要科学合理地确 定蔷矮技零标准，一般强一定辩藏长发莛围肉，会囊凡分镑豹富余，要合理分聚妥 相关各区间。车站各项技术作业时间麓适当，既要加快列车旅行速度，又要保证行 车作业安全，满足各项作业时间标准。要安排合理的施工“天窗”和安排施工慢行， 失燕车运行镶整留有一寇余魏，提嵩瓣车正点率。 4 ) 充分利用现有设备，满足现有设备的限制要求 技术设备分固定设备和移动设备，蕻中固定设备中的车站咽喉和到发线出于改 扩建霆蕊，爱主要数袋黝强素。尽量缓各类歹垂车分蠢均匀，这撵凝能为车弦翻造臻 衡的作业条件，又能充分利用区间能力。 5 ) 应加速机车周转，改善机车运用指标 在镶麓区段歹藿车运行强麴嗣嚣，遥要考惑懿车壤惩薅瑟，个努懿囊举逡行霾 要求机车使用各项指标良好。 2 第一章绪论 1 z 2 列车调整的原则与措施 列车运行调整的总原则应该维护原计划( 运行图) 的严肃性，遵守调度规则， 使晚点列车恢复正点并减少或消除其影响。具体讲就是在处理客客、客货和货货之 间关系时，应该遵循先客后货、先快后慢以及先高后低的顺序。一般不应移动客车 线，个别情况下必须移动有停站的客车线时，只能向右而不能向左移，因为左移就 意味着提前开车，将影响旅客按已定时刻表正点乘车，这是做调整计划时应该遵守 的重要原则，也是与编制新图的最大不同点。 制定调整计划时所采取的具体措施主要有；改变原交会、待避地点和在不超标 准条件下加速列车运行以及压缩原定停站时间等。为此，首先充分利用原图上存在 的冗余时间( 如原图上为施工、调整所预留的点以及在铺图时自然出现的空当) ，在 不增晚的限度内移动正点列车运行线。具体铺线方法大体有以下3 种： 1 ) 按列车等级分批铺划。即按列车等级由高至低分批铺划，逐层落实会让越行 关系。 2 ) 按运行线时序铺划。按列车在区段始端出发时刻先后顺序，由始端至终端逐 条铺划，按上述原则处理列车会让越行关系。 3 ) 接区间整体平推铺划。把本时间段内所有列车按区间铺划，逐步按区间向 前推移。 运行调整的手段主要是调整列车间距和调整列车运行次序，随着列车运行密度 的提高，列车运行线间的富余时间越来越少，后者臼益成为主要调整手段。 1 3 计算机在列车运行图编制和运行调整中的特点及研究意义 1 3 1 利用计算机编翩运行图和运行调整的特点 1 ) 利用计算机能减轻相关工作人员的劳动强度，缩短工作时间，提高运行图生 成效率，运行图质量不会因人而异，还可避免人为的疏漏。利用计算机编制列车运 行图与以往相比可说是我国铁路史上的一次技术革命。1 9 9 8 年编图打破了以往传统 的编图方式，首次采用计算机编制列车运行图，大大压缩了编图周期，把过去需要 一年时间完成的编图工作压缩到不足三个月，提高工效四倍多，使列车运行图在应 变能力方面得到有力加强。例如，采用计算机编图后铺划一条哈尔滨到上海运行线 申南丈学博 论文 只是在局阚分界日交换运行融刻，出路恳一次完成接点工痒，雄算一条运行线最多 需要2 0 分钟。间时由于计算机编图是重复既定的舰则，因而不致于产生疏漏。在实 酥运行调整中调度人员捧开了传统的纸和笔，在计算机上操作，大大减轻了劳动强 度。 2 ) 农相同情况下，由于计算机生成图形速度高，创造了多方案比选的条件，从 稀有稳予提高遮行圈篪量。茅| j 用计算幸凡编阐及进行运行调整与手工稠比，减少了货 物列车的停站次数，艨缠了货物歹攀粒德避时闻，提嵩了区段速度。 3 ) 计算机根据列车在各站的到开时刻，打印时刻表、描绘运行阌及计算指标， 避免了校据运行图誊写时亥袭及计算指标中的差错。 4 ) 列车运行图资料一经袋入磁嶷，即霹长裁保存，既便于瓷糕存搂，又剃于实 现资源共享，其运算结果也可随时在荧光屏上显示或用绘图仪描绘。 5 ) 计算祝编鹜稻运行鸯韵调整有辎予实现图表格式的统一、规范纯。 6 ) 计算机编图和运行自动调整8 2 适应运毒亍黧频繁变动的霰要。 显而易见，利用计算机编图及进行运行调整是实现铁路现代化管理的组成部分， 箕经济效麓及章会效羹帮是十分显著的。 1 3 。2 国内外运爝计算梳编圈及运行调整研究概况 在编蒂8 运行图和运行调整方面，计算机有着广泛的应用。国内外不少专家学者 瑾这些方露开震了长鬟戆大鬃豹研究工佟，取褥了穰多成果。 1 ) 窝终磅究澍震计冀辍编毒l 秘车运簿凿一般开始予五十年代磊期。圈本铁1 9 6 0 年开始研究计算梳编制列车遴行时亥表释一，1 9 6 4 年在列车作业计划中能够利用计 算梳编翩其有实用价值酌运行时测袭，并能进行以尽可能减少编制对剡表所需要的 劳动和时间为目标的研究。1 9 7 1 筚引进了具有图形髓示设备的计算机，使计算机编 制列车时刻表更加褛盍壁实用。1 9 7 2 年l o 蔗，从张暇至舞森鲍爨本海纵爨线试用了 由计算机缀制的方案逡李亍图，取缀了较好戆效果。1 9 7 3 每吕本应用计雾凝缡制了东 北、裹簿、上越、倍终、寒海遂、t l l 龌等六条线路中懿帮分嚣羧酶戮车运耆亍圈，效 采驻著，节省编翻时间约筇3 。 嗣本艇角计棼机缡桶刚车运行萄主要采取入机辩话蚋形式，编阉人员镆鼹光笔 进行列车列车运行图的编制和调熬。编制原则是从简级列车一列一刿的铺划。当编 图人员向诗算机竣入事次，姣发攀站及始发时刻簿数据骺，由诗算飒巍动诗算该到 4 第一章绪论 车在区段内各站的到发时刻。当后铺的列车与先铺划的列车发生交会时，计算机采 用后铺划的停车等会先铺划的进行处理，也可用人工调整的方式对先铺划的列车运 行线进行调整。为使调整成为可能以及消除列车的运行晚点，保证正常的运行秩序， 计算机在确定列车在各车站的到发时刻时，每个区间的运行时间除列车纯运行时分 外，还加了“富余时间”，富余时间的大小由列车的种类及区间的长短决定。 由于纯人机对话形式的计算机编制运行图只能缩短编图时间，减少编图计算工 作量，却难提高编图质量。8 0 年代以来，日本研究工作注重了人工智能手法，其中 有运用搜索树原理，抓住“列车顺序组合”的搜索问题进行的研究；有把经验制约 作为计算机的知识规则，利用这些规则驱动程序而进行的研究 4 1 。以列车运行带代 替列车运行线，考虑各列车之间的相互约束及各车站间的列车顺序组合，利用人工 作业中以经验为依据的启发式手段，找出满足条件尽可能高的标准。在这些研究中， 将计算机自动形成的解作为原始方案，然后采用人机方式输入要素进行修正，成为 最终列车运行图。 日本列车运行图编制系统包括六个子系统 4 】：运转曲线绘制子系统、列车运行 图编制子系统、车辆运用周转图子系统、乘务派班计划编制子系统、相关业务子系 统及列车运行图评价子系统。各子系统享有共同的数据库，成为有机结合的系统。 在优化理论方面，日本七十年代初开始研究用计算机编图的问题，曾提出评价 函数弃却法。该方法在时间的推进过程中，对每一步迭代所产生的可选方案构造评 价函数，并从中选最优解，为解决组合激增问题，八十年代提出专家系统和分枝定 界法。近年来，日本铁路广泛应用行车调度集中控制系统( c t c ) ，特别繁忙干线采 用列车运行自动控制系统( a u t o m a t i ct r a i nc o n t m l ，a t c ) ，使得新干线的效率和安 全性大幅度提高【7 】。 原苏联运用电算编图的研究工作开始于1 9 5 7 年【8 - 1 训。至今，已建立起比较完善 的编图系统，并在铁路运输生产中广泛运用。 早期的研究中，原苏联就对模型及模式进行了多种实验、改进和完善，在1 9 5 9 年利用计算机铺划了两个区段的平行运行图，然后在西南铁路局首先在管内实现机 编双线列车运行图，随后在全国建立了9 个自动化编图工作站和供编图用的路网信 息库。1 9 8 8 年利用计算机采用人机对话的方式，在给定旅客列车和摘挂列车运行的 基础上，编制三万多公里的单、双线区段列车运行图。 他们在编制单线区段货物列车运行图时，使用以下四种方法： 中南大学博l ，论文 ( 1 ) 自零点开始，按上、下行相互交替的原则，人工依次给定货物列车在区 段两端车站的发车时间。电子计算机根据这一时间依次铺划、检查和调整列车运行 线，并立刻显示在屏幕上，待人工确认满意后，再把运行线固定下来：如果不理想， 重新设定发车时间，再次进行铺划。 ( 2 ) 人工给定第- n 发车时间，然后电子计算机根据货物列车的平均间隔时 间，按上、下行列车相互交替的方法，由电子计算机自动地编制货物列车运行图。 ( 3 ) 自区段的任一端站向另一个端站逐区间自动地进行列车运行图编制。 ( 4 ) 白区段内的限制区问开始向区段的两端延伸，用计算机自动编制和铺划 列车运行图。 现在，苏联运用电子计算机编制的运行图中，大约9 0 以上都是采用上述第一 种方法。他们在编图时不追求所谓的最优方案，而是着眼于运输生产上的实用性。 他们采用人机对话的方式，应用计算机代替人工烦琐的运算工作，在计算机给定方 案的基础上进行人机对话方式修改调整，直到满意为止，从而减少了运行图编制时 间，但优化效果甚微。 其他国家。美国从五十年代后期戬来一舂展开“应用计算机编制列车运行图” 的研究工作【1 1 1 ，1 9 5 8 年，美国g r s 公司就开发了模拟列车运彳亍程序。英国也采用 计彝机模拟方法进行列车运行翻研究，1 9 6 5 年，英国借勃计算机模拟列车运行，首 先在较短的医段上进行模拟，聪来发展剿3 0 个车站，3 0 0 架信号机的单线自动闭塞 区段上进行捌车运行模拟。从1 9 7 1 年开始，英国孀计算机直接指挥编组站的作监过 程，广泛采用列车运抒图自动描绘系统。 就乡 ，德国、比利时、罗玛尾亚、盘日拿大等国也先麓进行了计算机编制运行图 的研究与实骏，在不同程度上取得了一然成果。 综上斩遮，国外剩雳计算辘采用模拟方法编制列车逡行图已趋予成熟，得到了 广泛的应用和推广。幽于计算机及其辅助装置的不断更掰，编制周期也日渐缩短， 从雨可编翻较多的方案运行图阻供选择，或通过便秘的人概交互手段提高编图质量。 在运行调夔方面，国外侧黧于运能的保证以及列车运行的监督署n 控制。近年来， 茇迭蘑家裙继开发研制商速列率实时谲发指挥系统，以控制指挥商速列车遥行。 北美【1 2 1 1 6 1 ；1 9 8 3 年美国和加拿大铁道协会( a a r 与r a c ) 联合l o 多个铁路公司， 凡十个隶l 遥厂商和咨询公司莛丽组织研究开发了先进捌车控制系统( a d v a n c e d t r a i nc o n t r o ls y s t e m s 简称a t c s ) 和先进的铁路电子系统( a d v a n c e dr a i l r o a d 6 第一章绪论 e 1 e c t r o n i cs y s t e m ，简称a r e s ) 。该系统对传统的运输管理产生了巨大冲击，其中 包括实时信息，开发实时列车运行图的研制。 欧洲：欧洲铁路也大力研制北美铁路提出的a t c s 系统，加以改造运用，建立欧 洲铁路运营管理系统e r t m s ( e u r o p e a nr a i1t r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ) 1 7 - 2 3 】，统 一了欧洲铁路信号标准，保证了各国铁路在欧洲铁路网上运营，提高了铁路运营管 理水平。法国开发实时列车自动跟踪系统【2 4 , 2 5 l ，作为欧洲铁路列车控制系统的一个补 充，其核心是使用最新数据处理和通信技术对列车运行实施全面的监控。 日本：为了实现高质量的铁路运营管理，日本先后于7 0 年代初期和9 0 年代中 期提出了两套列车运营管理系统( c o m t r a c 和c o s m o s ) 1 2 6 - 2 9 ，c o m t r a c 系统主要是 利用计算机对铁路行车进行全面管理，其具体目标包括两个：一是根据运输市场的 需要灵活编制合理的运输计划；二是当列车运行出现晚点时编制列车运行调整计划。 r 本铁路既有线当前的主要任务是提高运行速度、降低成本，并能灵活地适应不断 变化的运输需求。为此，日本铁道综合技术研究所从八十年代后期开始研究并试验 新型列车控制系统【3 0 】，系统定名为“下一代列车运行控制系统”，也称计算机一无 线列车控制系统( c o m p u t e ra n dr a d i oa i d e dt r a i n 简称c a r a t ) ，这一系统的运用 将引起列车控制与管理等方面的重大变革。 在计算机编图和运行调整方面，国外优化理论和优化方法较为简单。其先进的 技术难以适合我国铁路的实际应用，主要原因在于： ( 1 ) 经过市场竞争，主要发达国家综合交通比较完善，铁路运能充足，运行 图密度远小于我国，实际铺划相对简单。 ( 2 ) 主要发达国家铁路普遍采用规划型运输组织，行车调度指挥只起辅助作 用，其现代化管理主要集中在基本计划的管理和列车运行监控，我国采用组织型的 行车组织方式，日常运行调整将面临更多的问题。 ( 3 ) 由于主要发达国家铁路的运输密度小于我国铁路，一旦其列车运行秩序 因为某种原因被打破，也能够比较容易恢复正常的运行秩序。而我国铁路的运输能 力相对来讲比较紧张，运行调整难度较大。 ( 4 ) 主要发达国家铁路列车运行为客货分开，而我国铁路往往是客货混跑， 列车运行情况复杂，在实际行车指挥工作中，随机扰动频繁，国外行车指挥自动化 功能相对于我国铁路的实际情况，显得过于简单。 2 ) 国内研究概况。针对我国铁路运输的特点，国内学者和专家很早就开始列 7 中南大学博l 论文 车运行图与运行调整优化的研究。 我国铁路研究利用计算机编制列车运行图始于六十年代初期。1 9 6 2 年，铁道部 科学研究院运输所率先在我国利用计算机铺划非平行运行图。进入七十年代以来， 开始研究利用计算机编制全路直通旅客列车方案。“。1 9 8 5 年开发了“人机对话方式 铺划全路直通客车方案”软件，经过多年的修改与完善，目前已在实际中应用。近 年来，铁道部科学研究院在高速铁路旅客列车运行方案方面进行了很多研究。2 3 “。 在运行调整方面，铁道部科学研究院自1 9 5 8 年来，进行了大量的研究。+ 4 ，研制了 一系列的调度监督和调度集中系统。 北方交通大学从七十年代韧开始斑用计算机对有关剐车运行陶进行了多方面 的研究“”1 。文献 4 】 对用计算机编制列车运行图的基本簿法和作业流程进行了描 述，文献 4 2 具体分干行了列车逡行图的动态性能指标，文献 鹳，4 4 j 分别对列车晚点 传播理论和列车晚点模拟系统进行了研究，为铺划弹性送行图以及改进运行图动态 指标有很大的指导作用。文献 4 5 ，4 6 3 首先通过大量模拟寓验铺划满表列车运行图， 采用“撒点”方法，研究编制凝有合理弹性及均德性双线列车运行图。近年来，北 方交通大学农基于实粥的网络列车运行图和计算机铺翔高速列车运行图方面进行了 大量研究“7 ，文献 4 7 具体阐述了计算机编制网状线路列车运行图的方法，文献 4 8 研究了阐状线路捌车运行潮实验平台基础理论，文献 5 0 5 3 研究了京沪高速列 车运行图编制的有关方法和理论，文献 5 5 5 8 对计算机编制高速列车运行图进行了 研究。 运行调熬方面，北方交大也进行了大量的研究工作”“。“。在文献 6 1 中，周 磊山教授提出了离散搴件动态系统( d e d s ) 理论模型和分层决策滚动优纯方法，文 献 6 2 对列车运行调整的若干技术难点进行了研究，文献e 6 3 研究了列车运行调整 计矧系统的憨体结构。文献 6 4 ，硒 分剐研究了瓢车运行调整方案实对安全诊断算法 和列车运行调整问题的无延迟调度算法；文献 6 6 ，6 7 分别在运行调整专家系统和决 策支持系统方面避霉亍了研究。文献 5 5 ，7 0 ，7 1 研究了高速列车运行调整鹩肖关策略 和方法，较有代表性的有聂磊等提出的阶段移线法对高速铁路进行运行调搂o ”。 疆赢交通大学飙八十年代初开始了计算祝编截剜车运行囤积列车运行调整的 研究”5 1 ”1 ，文献 7 5 ，7 6 分别研究了单线铁路和双线铁路运行调整的优化模型和优化 算法。在文献 7 7 8 0 中，彭萁澜教授等分剐对笈线和单线区段实用货物列车运行图 铺划优化模型和优化方法进行了研究，他们提出了“窗口镜”法，采用“窗口”滚 第一章绪论 动技术，即首先在运行网的某一时间段的某些区间内开一个“窗口”，然后在该窗口 肉进嚣翻车兹会诖秘麓行豹局部爨纯，并逶蓬“鬻墨”弱滚凄罨求瀵意解。毽霞j 先 后开展了几个区段单线运行图研究，开发了“复线列车计算机系统”和网络列车运 行图模型和算法的研究，文献 8 6 ，8 7 对有关网络列车运行图优化理论进行了研究。 文簸 8 8 ，8 9 对嚣车运嚣霆编髑专家系统豹寿关方嚣遵雩亍了礤究，文麸e g o 】设诗了运 行调整系统，文献 9 1 ，9 2 分别研究了计算机编制众路旅客列车运行图和全路列车运 行图编制系统设计。 中豢大学长絮敷采在诗算凝键翔列车运簿黼窝爨车运嚣爨殛调整豹联论彝实 践方面做了大量的研究“。”+ “。文献 1 1 研究了单线列车优化理论及计算机编制方 法，提出了定序下求总旅行时间最少的统筹图方法和求单线区间最优列车次序的分 棱定赛法，莠以张家赛蘩餐往菠为鸷聚逶萼亍了实髑分事厅。文献 1 0 4 - 1 0 6 分澍臻究了 列车运行圈的均衡性标准和列车运行图的最优初始布点以及列车运行图的晚点概 率。文献 1 0 8 利用运行图的组