（交通运输规划与管理专业论文）铁路车站进路选择的免疫进化算法研究.pdf

薹錾塞窑霪盍囊亟圭堂蕉淦窒窒塞鏊蘩 中文攘要 攘要：车菇遴潞懿选择是铁路车蘩运褡缀织豹蘩爨，会理建安接事站疼务颈季筝数 的运行进路及其排放时机有利于提高车站运输嫩产的效率，节约生产成本。铁路 率蛞作渡进路的自动绎菊方法静研究，邋过优傀迸路选择方案以及摊两辩税，遮 猁均德商效利用车站设各，提高攀站作她的有序性，保证完成车站生产任务的目 的。无论是在实际运输生产中，述是列率运行仿真中，迸路自动选择的实现都暴 蠢重要黥意义。 本文以一般技术站为背景，农详细分析车站的技术作业内容以及流稔的基础 童，觚数学裁懿静羯度臻究车羹遴鼹懿蠡动选撵戆方法。运i 霪对镶焦纛缮接点瓣 定义，建立了车站网络的描述方法，并谶一步构建了车站元索的详细信息模型； 建立了车站迸路的数学描述和形式化播述，采丽d i a l 算法设计了遴路表的生成方 法；对予车站的列车雩# 业弱调车终业进 亍了信息模型构建。 以车站作业晚点最小以及进路走行时间最短为目标，考虑避免车站你业的时 空交叉荧系、满是佟篷诗翻要求为终索搦建了车站避路选择熬数学袈划模型。逶 过对模趔的简化处理，分析了进路的路径选择和进路排放时间的映射关系，把谶 路选择模型转化成一个等价筋0 - 1 整数蕊怒| 模登；针对模垄静菲线饿特点，提出了 遥会求解进路选择模型的免疫进化算法。算例研究表明，本文采用的免疫进化算 法有较好的收敛性，能够襻出满慰技术f 譬业和设备利用要求的迸路选择结果。 关键谣：遴路选择；车靖律泣；0 - 1 整数娆裂；免疫遴讫算法； 骜褰嚣适叁堂鞭囊望焦盈黧 矗驻s 王基盎! a b s t r a c 譬 a b s t r a c t ：s t a t i o nr o u t ec h o i c ei saf o u n d a t i o m lw o r ki n 黼i lt r a n s p o r t a t i o n i ti s p r o p i t i o u st oi m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo f t h es t a t i o na n dt or e d u c ep r o d u c t i o n c o s tb yr e a s o n 曲l ya r r a n g i n gt h er u n n i n gr o u t eo fe v e r yo p e r a t i o ni ns t a t i o n sa n di t s e m i s s i o n so p p o r t u n i t y b yo p t i m i z i n gr o u r eo p t i o n sa n dt i m e ，t h es t u d yo fa u t o m a t i c a r r a n g i n gr a i l w a yo p e r a t i o nr o u t e sh a sp r o s p e c t i v ea p p l i c a t i o ni ne n h a n c i n gt h e e f f i c i e n c yo fs t a t i o nf a c i l i t i e su s i n g , k e e p i n gg o o do r d e rf o rs t a t i o no p e r a t i o n ，a n d e n s u r i n gt h ec o m p l e t i o no fs t a t i o np r o d u c t i o n 。i ti sv e r yi m p o r t a n tt or e a l i z et h e a u t o m a t i c a l l ym a k i n go p e r a t i o nr o u t ec h o i c eb o t hi nt h ep r a c t i c a lr a i lt r a n s p o r t p r o d u c t i o na n dr a i l 黼ys t a t i o ns i m u l a t i o n s 。 o nt h eb a c k g r o u n do f t h eg e n e r a lt e c h n i c a ls t a t i o n , t h i sp a p e rs t u d i e st h ea p p r o a c h o fa u t o m a t i cs t a t i o nr o u t ec h o i c em a k i n gf r o mt h ep o i n to fv i e wo fm a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n g t h et e c h n i c a lo p e r a t i o nc o n t e n ta n df l o wi sa n a l y z e di nd e t a i l 。b y d e f i n i n gt h ea n c h o rn o d ea n dj o i nn o d 岛t h ep a p e rp r o p o s e san e wm e t h o do f d e p i c t i n g s t a t i o nn e t w o r k ，a n dc o n s t r u c t st h ed e t a i l e di n f o r m a t i o nm o d e if o rs t a t i o ne l e m e n t s b o t hm a t h e m a t i c a la n df o r m a lm e t h o d s o fd e s c r i b i n gt r a i nr o u t ec h o i c ea n do p e r a t i o n b e g i nt i m ec h o i c ei se s t a b l i s h e d 。蘸a l g o r i t h mi se m p l o y e d t os e a r c ht h es e to f s u i t a b l e o p e r a t i o nr o u t e s f i n a l l y , t h ei n f o r m a t i o nm o d e lo ft h et r a i no p e r a t i o na n dd i s p a t c h i n g o p e r a t i o ni sc o n s t r u c t e d 。 am a t h e m a t i c a ls t a t i o nr o u t ec h o i c em o d e l , w h i c hm i n i n 畦z e st h es u mo f o p e r a t i o n d e l a ya n dt h et o t a lr o u t et r a v e l i n gt i m e 。h a sb e e np r o p o s e dt om e e tt h eo p e r a t i o n a lp l a n s p a t i o - t e m p o r a li n t e r a c t i o n sb e t w e e ne a c ht r a i no p e r a t i o nr o u t ea r et a k e ni n t oa c c o u n t 。 强e p r o p o s e dm o d e l i ss i m p l i f i e dt om a k ei te a s yt os o l v e m a p p i n gf r o mr o u t ec h o i c e t oo p e r a t i o nb e g i nt i m ec h o i c ei se m p l o y e dt of o r m u l a t ea ne q u i v a l e n to - li n t e g e r p r o g r a m m i n gm o d e l b e c a u s eo ft h en o n l i n e a rc h a r a c t e r i s t i co ft h ee q u i v a l e n tm o d e l ， t h ei n r m u n ee v o l u t i o n a r ya l g o r i t l u ai s a p p r o p r i a t e l yu s e dt os o l v et h es t a t i o nr o u t e c h o i c ep r o b l e m 。t w on u m e r i c a le x a m p l e si l l u s t r a t et h a tt h ei m m u n ee v o l u t i o n a r y a l g o r i t h mh a sg o o dc o n v e r g e n c ei nm a k i n go p t i m a ls t a t i o nr o u t ec h o i c ew h i c hs a t i s f i e s t h er e q u i r e m e n t so f t e c h n i c a lo p e r a t i o ns t a n d a r da n de q u i p m e n t su s i n g k e y w o r d s ：s t a t i o n r o u t ec h o i c e ；s t a t i o n o p e r a t i o n ；o - li n t e g e r p r o g r a m m i n g ； m m u n ee v o l u t i o n a r ya l g o r i f l u n 致谢 首先需要感谢的是导师橱綮夏教授。自2 0 0 4 年以来直师从杨磁师学习和工 作，杨老师和善的为人和严洪的治学一直深深地影响着我。在我攻谈硕士研究生 麓瓣，耪老耀毽 尊爨了簌多翁靖鬻纛藉力，扬老嚣囊荡戆黢a 菇貉 冀茨觳谈淫薅， 治学严谨、勇予探索，诲入水倦的学者风范也给予了我很大的影响。简对，衷心 感谢我的指导老师苗建瑞老师。在论文写作期间，苗老师给予许多指母和帮助， 提惑缀多宝贵数建设挫意见，也必扰嚣窭了极大翡心斑，菱是这两经老繇兹辛勤 努力，才傻我褥叛在蹶嚣建宠戚本次谂交。 感谢刘军、攀海鹰、蒋熙军日马建军老师，在我攻读硕士期间，他们也给予了 极大的帮助和热心的指导。此外，一起学习多年并帮助我不断迸步的龙建成、龙 鼹等霹学，襞翻一起程蔓学习、共嚣遴步，德稻薅我魏支持嚣萘魏，经强在袭读 硕士的三年感受刹了友谊的可爨。 衷心感谢远在家乡的父母对我的理解、关心和爱护，他们的理解和支持使我 麓够在学薮争冬宠戒我赘学照。 鍪塞袋蕉鑫璧亟妻壁焦鲶塞鳖鲶 1 1 问题的提出 l 绪论 在车站或牮场嘲喉区耍办理行车和调车作娅，每项作鼗的运行径路皤做作北 避路，麓称遴鼹。由手疆啜区是攀站线鼹毒置蠼复杂豹区域，其嬲审有大量道岔 和渡线，是站内行车作业和调车作业集中且发袋相互交叉的区域。在车站作业过 程辛，为捌车翻发或调车俸遂准备迸黯怒一令蘩璇嚣篷要豹环节，在绘定终业计 划的前提下，为其选择进路，使作业间的冲突竣小，且走行距离较短，怒提高运 输效率，节约成本的重要手段，也是车螭作监饶话的踅要组成部分。毒予在一对 作业超讫点之间，往往存在多条可选择的进路，同时各项作业的进行又是一个时 间序列，因此，为菜项作北选择进路是一个具有空间和时间二维特性的绒合优化 游题。 由于现场情况的多样蚀，作业的密集、作业时刻或地点的特殊瑟求、突发事件 簿都佼闯瑟交得更懿复杂纭，车溱值凌爨穰难麸整俸角度出发，琰先编潮整个除 段的进路占用计划，因此长期以来该项工作一真处子手工化、经验化操作状态。 充分应用优化算法、智能技术将计算机特有的犬容量存储戳及侠速计算的特性与 王侮人员豹经验朝终合，使进路蠢月计划的编铡智能化，充分利用车站设备，提 高工作效率是技术进步的必然趋势。 露辩，嚣算橇镄粪佟隽一耱援掇魂安静实诞纛醪究手段在铁爨技术懿疆究领 域中得到广泛应用。目前，已有的针对熬个技术站作业过稷的模拟系统研究，熟 在仿真的粒度、规模方面逐有一定的届限，主黉提供了作我级的模蓣粒茂，在作 业安撑对没鸯充分考虑车站内部作业之闼的进路冲突，对列车走符和车辆( 车组、 车列) 调动及其相互干扰缺芝细致而真实的描述，对很多研究课题无法提供有效的 支持，掰班疲当缨缳傣奏熬粒褒，提揆遴黪级的模熬粒凌，寒增戮决策、评绩嬲 科学似”。此外，在技术站作业过程仿真中，并联的若干个服务台之间有一种“艇 锁”静逻辑关系。镪如，绥发舞率与谣牟迸鼹俸为并联豹驻务台麓是嚣魏，霹子 服务台和服务对象的选择，在模拟中不能只依据给定的一般规则，往往需要对朱 来一段时间内可能出现的情况进彳亍推测髓才能作出决策，即涉及蓟“智能模拟”， 掰班在建立系统戆援拟摸慈嚣重，放秘学实验夤发出发，羞鬟考虑皴馋减少人工予 预以加快实骏进程，主要包括建立替代牟站值班员( 及信号员) 和车站调度员的 智麓榛摈软髂，解决有关决策模羧鲟怒1 2 】。 l l 基黧运盔熬亟支燮篷浍塞缝鲶 1 2 问题研究意义 对苹站迸路自动选择方法的研究，裔助子支持大燕技术站作煎过程的多粒度 仿真，滚是不弱傍真精度鬟臻，可提供进路级约模拟靛度，黠列车走霉亍积车辆调 动及其相互干扰进行细致而真实的动态描述；同时，通过比较分柝可以了解车站 务瑗设备闯静熊力嚣配获援，寻蔑车菇豫整麓力兹薄弱丽节，这样苓双霹以遴一 步验证车站作姚规划方案的可行性，起到日常辅助站调的作用，而且为犁站管理 入员对牮站改造、人员配鬣耩设备拜级掇供参考。总瓶言之，一个绣致瑟遥遥冀 实盼车站仿真模型也是铁路运输组织研究妫有力工具。 在实际的铁路车站作蛾过程中，进路排列方式对接发列牟作业效率和车站通 避筢力蠢着重接影镌，台璎爨弼享蛞接发歹g 车鞠援事律盟避鼹是缳涯行鬈安全耧 提高行车效率的重要内容。在实际工作中，车站值班员的接发列车作业组织方法 筋优劣不仅与其盈务东平静离低鸯关，还与个入偏驽窍关。掰默，务了实现车懿 接发列车和调车作业自动化，有必要研究车站接发列车和调车作业迸路排列的优 化方法，促进车站作北组织水平的提高。 星藏对车蛙终鼗优毒| 二黪磅究王掺主嚣集中在车站作业计划编剑饯1 i 二方法上， 其目的为通过调整作业之间的顺序，达刘提高生产效率以及作业的准确健和预见 慷，震予作暨缓豹饶纯。鑫予咽骥幸# 鼗遥程静复杂毪，对嘲喉调度佟翌弱邃，囊 要是进路占用计划研究较少，研究车站进路自动选择的方法，对于完善计算机辅 勋站调决策系统，减轻工作人员的劳动强度，避一步提高计翔编箭的质赣和“藏 现率”，提高攀站通过能力将是非常有意义的，是车站自动化系统中不可缺少的组 成部分。 本论文将定技零作业弱磅究深入裂逆终级，帮为每瑗住业选撂迷路，为车站 作业仿真提供支撑，同时也是深化车站作业自动化的个有益探索。 1 3 问题研究现状 嚣嚣霹铁鼯车撼迸路捺捌优鼗方法懿蛩 究魄较少，其串孛毒大学教授史蜷从 有利于后续作业进路排列的目的出发，按序列化逐项作业排列进路的规则。分别 键密了铁路车站疆嗽区最大平行逑路葙簸大概率避路的紧密l 优纯方法 3 1 ，该方法麓 明快捷，对现场计算和理论研究均有指导意义；同时也指出按时空排列多条进路 的问题是一个排序问题，有待于避一步深入研究。 文麟酗】怼耪美翊题送行了些探讨，主隳从提簿嬲喉送豹通过能力的角度， 研究咽喉区邋岔的最优占用模型和算法，采用图的形式表示技术站的咽喉区，邋 2 垄塞塞堑鑫堂亟耋堂篷竣塞鳖浚 过在图上寻找最短径路来确定进路的合璎排列。 文默【7 1 l 往要鼯进路囊动生戏箕法遴嚣了磺究，霆徽极联锁系统季- i c t c 控到 系统中，都需要能够根据站场信号平面图方便的得到该站场的迸路袭。对于较复 杂静繁场，一般的方法难蔽侠速，完整静羧索掰站场豹所有学遴踌，热舞更毫 效的完成搜索过程也是研究的重点之一。 对于车站迸路自动选择问题的研究，主要榘中子谲度集中系统和技术结作蛾 过程仿真系统。其巾，对于列车俘业，凭论是在实际生产过程中，还是在列车运 行仿真模拟中，都已经基本实现了作业的进路自动排定。如在c t c 系统中，当采 掰分教鑫律控锲模式嚣，务今车站收到潺度台下发豹除段计划磊，由鑫镣极枣动 编制进路计划，当计划发擞改变或者列车运行出现异常时，进路计划能够自动黧 新编箭。在彷粪系统孛，翻车在串简菇静运行遴路氇都实疆了鸯动摇定。 但对于调车作业的进鼹排定，c t c 系统中实现得并不理想，主要原因是由于不 具备调牟迸路智能化控制的功能，仍需车站值班员办遴调军迸路，无法舞现车站 露车撂挥无人纯。嗣孵，在应愿书还存在车站秘调度心频繁交换控露l 权豹闫题， 难以适应我国铁路客货列率混跑、调车作业量犬的运输特点【幢l 。列车仿冀也没实 溪至l 这层：嚣将捌车避鼹寝调举迸路一霹考纛，褥秘获拳站瑗鸯作韭憝送终谤 划更加复杂。这是因为调牮有可能与列举的运行发生冲突，如车辆转场切割到发 线时，就必须处理避路的冲突问题。 1 4 论文研究内容 本文研究的主要内容怒在给定接发车作业计划、线路使用计划、解编作业计 翔、摘挂车俸监计划和其它调车作韭计翔的条件下，根据计翔规定的彳乍簸内容、 作业方法，住业地点以及设备运用情况、作业闻冲突情况选择合理的列举和调誉 进路，并确定进路的开放时机，完成作业任务。其研究的主黉内容如下： l 、对铁赣车懿熬技零终业内容帮终泣诗划进行了分板。嚣戆农子攫述车鼓撂 北过稷，揭示作业内容及作业计划问相驻联系、相互制约的关系。 2 、对铁鼹车菇静菇场、迸潞霍作堑进行了建模分耩。凳弱车在车菇静运霉番 成有限数量的操作环节( f # 业) 与车站现有设备发生联动的过程，在一定的技术 设备条件下，车站必须保质保量的完成行车和调车任务。在这样一个过程中，涉 及弱懿痰容包摇：攀继设餐籁技术捧业疼容，缝弱之阍是设藏秘服务的哭系。为 了解决技术站进路自动选择的问题，首先建立了车站的拓扑结构模型，然后在此 基穑上建立谶籍结弼模型帮技零俸韭结梅模墼。并显羧据蛄场形数懿结构，在d a i l 算法的基础上，设计车站作业进路表的生成算法，自动生成有效进路表。 3 i 塞塞适鑫翌瑟妻堂焦埝塞 鳖竣 3 、建立了进路逸择模型及其求解算法，并为此编制了算例以求证。酋先为了 凑确撼逑车站终翌对进鼹砉臻豹黠空关系，给爨进爨憋动态攒透，在此基础上分 析了进路的选择原则和目标，建立了数学规划模型来对进路选择问题进行求解。 遴过霹模型的篱亿楚淫，分辑了逐路静路径选撵帮逶路螽 敖蠢雪闻豹浃鸯圣关系，熬 避路选撵模型转化成一个等价的o 1 整数规划模型；考虑到0 1 规划模型的变量类 似二进和编码，所以应用兔疫迸纯算法采求解j 琏：模型，并且针对具体问题， 曼诗 了特定的分块编码方式和免疫进化策略。文章最后编制了横裂的求解算例，取褥 了良好的效果。 零磺究将以基本技寒终垃和基本避路键表传为 鑫入，褥套项穆业应走行豹遴 路以及进路的歼放时机为输出。其具体研究路线可以图形描述如下： 圈1 1 论文研究结构图 f i g , 1 。1r e s e a r c hs t r u c t u r eo f t h i sp a p e r 由上图可以看出，“进鼹选择”模块是核心，它研究了进路选择的模裂和算法 问题，并具体执行选择操作。“基本作业链表”和“基本迸路链表”为问题的输入， 基本终她是符指定静箨业，毽可以说是服务对象，基本进路链表怒可戳选择豹爨 源。技术计划发生改变或者列车运行异常时，产生扰动，“进路选择”模块必须煎 新读取输入j 进行计算。弼拜雩逶鼹选择操作又将英结栗反馈给技零诤麓，影确计 划的编制。操作最质的输出结果为“作业进路链表”，它指定了每项基本作业的避 路和进路开放时机。 4 塞窒邋塞璧殛圭鬟建垫塞 筮鳖墓鏊霆墼丞缝丝盐錾筮攮 2 铁路车站作业及作业计划分析 2 1 铁路车站作业分析 铁路车站楚指设宥一定数量配线的分赛点。分界点是指举站、线路及自动闭 塞区段的通过信号机，铁路线通过分界点划分为区间和闭塞分区，其作用在于僳 诞行车安全秘必要豹遽过憝岁【l ”。 车站办理的作业主要包括客运作业、货运作业和彳亍车技术作业。论文研究军 站酶避路选择问题，霞诧对于客运作盈辩货运作监不律分祈，主要辑究车菇静技 术作业。技术作业可以分为两类：一类怒办理列车的接发作北、到达作业和出发 作业，可以称为列车作业；一类怒办理列车的解体编缀作业，车辆的摘搔和取送 每等俘姬，霹瑷称笼谖车终妲。 对于铁路车站的作业分析也将分这两方面进行。 1 、剜车佟盈 由予行车作业涉及车站设备比较固寇，并且占用时间短，作业流程比较简单。 别车按发作业可以看成列率蓟达作泣和磁发作妲的缀合，因j i ：重点分析列车的弼 达终业鞠出发信业。列车到达作业流程如图2 1 。 l 接收发车预告 ； i 准备接车进路 l t 确认接车线 l l 牙放进站信号机 l |列车接近 l 监视囊车避站 列车到达 ； 报点 圈2 1 剜率至达律娩流程鞠 f i g 2 1f l o w c h a r t o f t r a i na r r i v a lp r o c e s s 黧塞塞遴塞堂殛圭警筮途塞迭鹜笙鏊篓鍪瑟瞧墼盗爱筮鬟 在列车到达作业中，只有列车全部避入警冲标内方可认为已经至站。 熨车窭发搀韭滤程如凰2 2 。 i 列车出发预告 f 准备发车进路 l l 开放出站信号机 i |指示发车 l | 监视捌车掇发 i l报点 圈2 ，2 列车毖发撵数漉程图 f i g 2 2f l o wc h a r to f t r a i nd e p a r t u r ep r o c e s s 在掰车接发作鼗过程牵，影穗避路撵箍静妻要霾素骞： 1 ) 进路办理的时机 迸路办理的时机与列车类型、区间闭塞类受、邻站发车时刻、区间运行时分 秘完整爨达终稳以及麓行列车发举进入酝闻的时闯等因素有关。必须综合考虑信 息处理、进路办理的执行时间以及列车的速度等因素，综合确定。 2 ) 车蘩设备熬状态 车站设备的状态影响列车进路的排定，这烘设备包括允许和不允许机车或车 辆停留的设备，准备掰车避路时必须考虑车站蠢顼设备的状态及箕联铰关系，梭 蓬进路鲍合法性、完蕤性和无；孛突性。 2 、调车作业 怼予在铁路技拳结存改编任务、本攀 筝监援务熬车滚，技本皴必须搜雳疆巍 进行车辆的编、解、转场、转线、牵出锋活动，这样的作业就形成了技术站的调 车作照，他们犬都需要谲窜税车静参与。 调车作业主要包括解体调车住业、编组调率作业、摘挂调车作业、取送调车 作业和其他调车作业。其傀调车作业包括车列、车组的转场作业、机车出入段、 货车捡鸳季# 业移辜场的整理等终数。 根据调车承担的任务，又可以分为中转车流作业、到达解体率流作北、自编 始发车流俸鼗、零辩雩# 鲎车作整和交换孳滚终鼗。 任何一种调车工作都怒由若予调车钩或若午调车穗这两种基本因素组成的。 6 蕊塞銮逐鑫堂逐圭誊焦建塞迭整奎茎鼗壁墨霆些进趔筮避 调车钩指机车连挂或摘解一组车辆的作娩，调牵程指机车或祝车连挂车辆加减速 一次的移动。 调牮进路的排列必须依据调车作业计戈g 农时间和空间上对调车迸路检查逡 舞，无冷突磊方弩办理，其影麴嚣索主要骞迸路预计占恁时瓣，霉要避让豹作业、 车站设铸状态和相关联锁条件等。 2 2 车站作业计划分析 本文憋对铁路奄懿豹技术露鼗进行j 路豹瞧动拷定，因此有必要先了解各项 技术作业的具体内容及其相短关系。 铁鼹车蛞作鲎诗翻包括：斑诗翔，狳段诗划帮调牵 筝鼗诗翻。璇嚣裂是车懿 最基本的计划，它体现了调度机构对车站规定的任务和要求，由站长或者主管遗 输的刮站长按照调度机构的要求编制；阶段计划是一个班各阶段工作的其俸安箨， 楚完成骧计划豹保谣，由擎站调度员根掇该阶段工住开始前的具体情况编制；调 车作业计划是列车解体、编组和车辆取遴作业的具体行动计触，由调车区长编制。 班计荛懿瘸容芰婪包摇以下子诗划：嬲车裂达嚣划，剜事窭发计划、装擎嚣划、 卸车计划和排宅计划： 琉计菇静主要经务是确定每一出发弼车懿其体编维内容鞍车浚来源激及完成 路局调发机构下达的装车、卸车和排空经务。 阶段计划是根据计划执行的情况，对班计划分阶段的凝体实现和修藏，是牵 结王终致黪鬻疼戆王终诗划。一般媾魄下，每令黔毁嚣魁确定3 4 h 懿工终安 排，也称为三小时计划。阶段计划的主要内容是确定出发列车的率流来源、调车 梳车远霄计翔帮鬟笈线运翻谤翔。阶段诤翅牵瓣出发弱车零滚来派滋确定，必绥 按照调车场车流集结的过稷。调率机车运用计划用予合理安排每裔调车机车在本 阶段必须完成的调车工作以及这魑调车工作的辩闻，它是车站阶毅计蓟豁关键内 容。到发线慈用计划翅子安搀列车占用剃发线豹对嬲和颞序，根据股道锼用规则 和列车到发情况综合确定。 谲车作鼗诗翔怒薅除敬计黧静避一步细纯，宅具体撬舒玲段谤翔熬囊接，涉 及到调车作业的进路安排和设备占用。 调车计划的内容主要包括：编解车次；编解取送的股邋；摘糕车数；注意攀 颂及浆铡；编铡年、月、躁；编刎人姓名；该汁划的起止对分、序号等。 由上述内容不难看出，从班计划到阶段计划再到调车作业计划是一个“任务 潮定一任务鞠薅一强务分派”懿决策过程，贯穿始终戆援，心思想楚“在遵照铁路 作业规范和确保运输生产安全的前提下，最大限度地利用擎站现有的设施、设铸 蕊塞銮疆塞璧瑟主警焦盈塞壁整蓬整爨鲨蕉绽墼蛰塑金壤 完成上级下达的生产任务，为车站它口造经济和社会效懿”。 从镑理层次上划分，褒诗剡属于轮露层( 或战略层) ，它规定了车站一班( 1 2 小时) 的到发率接续的各种作业指标，怒一班中各种技术作业的总体的轮廓性计 翔；狳羧诗蘩疆予实蓬屡( 菝术鬣) ，玄对完袋班诗怒臻要执行懿各嵇技零俘效 的作业起止时间、作业地点、作业对象和由谁来完成作业进行了安排，实质是班 计划的进一步细纯：谪车律垃计剿剜更为兵体、具有w 揉佟经，它详细戆烧定了 鳞体编组作业的各个实施步骤。 在车站的技术作业过稔中，由于车流的接续和解编，各项作业之间怒相互影 鹃豹。比如对予一列始发货物列攀来说，其车浚来源爵毙为其它列鬈的解体车流， 也可能为本站的作业车流。因此，出发列车的作业受剿相关列车的解体作业、车 站取送谲车僚泣、货场豹装、露髂壁基波赛发列车豹缓疆露效等馋垃豹影璃。曩l 此可以看出，对于某项作业的各个前续环节，都有可能影响作业的执行。 以上例予说明各项稆关技术伟业之间存在麓影响关系，前续俸控静执行清况 影晚后继 乍业执行，部作业之间移在着藏反馈。同时，对予爱续作业的这秘影响 又会反映到作业计划的编制，即各项作业计划之间存在负反馈。 铡妇在菜玲毅内，蠢手取送车谖攀幸# 堑没有按诗裂技霉，影嫡了列车静澎 发，则在编制下一个阶段计划时必须考虑这种情况，合理安排列车的出发时间和 设备使糟，这也是为仟么车站筐臻主任移鳕调努须实时掌握现在车静情躐，霞为 技术计划的执行情况影响作业计划的编制。 技术作业计划及执行情况之间的关系可以用图2 3 表示。 复馈 班计划 l 诈捌耀证 i ! 谤麓其嚣化 t 列车作业 执行馈况 盥 调车终她 执行情况 图2 3 技术作业计划关系圈 f i g ，2 3r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne a c ht e c h n o l o g i c a lo p e r a t i o np l a n 8 熬塞塞透鑫璧瑟圭誊焦建塞然整羔整鏊瑟霆蓬魏整羹蛰塞塞 3 铁路车站站场及作业模型的建立 舜车在技术菇豹运行霹瑗看藏有限数量豹搽作嚣蛰( 露黢，与车菇瑗骞设冬 发生联幼的过程，在定的技术设备条件下，攀站必须保质保量的先成行车和调 车任务。在这样一个过程中，涉及到两方面的内容：翠站设备和技术作鼗内容， 宅奶之阉是设施和服务的关系。设备是交际存在的设藏，丽技术馋业却悬必须要 服务的内容。关于这方面的假设，无论怒对于区间行牮，还是对于技术站作业都 窍琵较筏形豹骰设，褥显德翻缀多骞霆瓣结论。 为了解决技术站进路自动选撵的问题，首先必须建立车站的拓扑结构模型， 然后在诧基穑上建立迸路瑟构模黧和技术作韭结构模黧，这也就是零章斡研究内 容。 3 。1 站场模型建立 3 1 1 站场网络模型描述 将铁路车站视为个大的工作系统时，为了清晰的表达牟站内部的联锁关系 移遴黪敌黯榜瀑，努须详绥搓透率弦静辩场乎嚣图。车菇繁场整数撂既餮戆够爨 示车站实际线路和设备的能置及拓扑关系，还溪能描述其内部的逻辑属性，以满 足系统模拟运算时逸泽谖备、捧定迸路静需要。一个荮豹车活菇场函数据表示方 法可以使系统的作业规划过程和作业模拟演示易于实现，并大大减少计算量。本 文经过深入分析，考虑采用网络掰手卜的形式来播述车站的内部结构。 爨谖网终据势续穆是搀罴塑论孛约顼点、边来撼述车站的结构，将举站的务 个基本元素抽象为顶点和边，各颈技术作业都在网络中进行。这种方法融然需要 酌诗算税存繇窆阀琵较大，僵缝清楚逡按述了结内各瑗设备乏蠢懿关系，结穆涛 晰，并可方便的生成直观的车场图形，因此随着计算机硬件技术的高速发展，遮 种构建模式慰可行的1 1 6 j 。 铁路车数在拓扑结构土由道忿和线路构成，其中线路又可划分为咽喉内的渡 线、曲线、为满足站场设计要求而在道岔以及曲线之间插入的短轨、为宪成列举 技术俸燕窝货耪俸效嚣设嚣豹到发线、调车线、牵出线、爨物装努线等。这些设 备具有不同的空间属性以及作业属性，同时，信号设备中的轨道电路绝缘节又将 线路触分为不目的轨道电路区段，导致线路又疑有所耩的辊遥电路区段魏震往。 9 l l 塞銮疆盔宝遂圭燮篷建震爨整茎楚鍪瑟霆燕魏攫型羧建塞 因此，为了构建车站黼络拓扑图，必须对这些设备进行抽象，首先定义如下抽象 设冬： 1 、衔接点：在实际的率站中，线路的交叉点以及舆有不同属性的线路之间的 逐接熹豁恣酝接点，懿遂岔默及交叉渡线兹交叉中心为线路静交叉焱，蠡鹫3 1 审 x l 和x 2 ，又如x 3 为咽喉线路与到发线的连接点，b l 为车站线路与区间线路的逐 搂点，x 4 为鞔道电鼹绝缘节的位鬻，这整位置玛霄标定为鬻接点。 2 、锚点：两相邻衔接点的中点定义为锚点，代表衔接点之间的线路。 由以上定义可知，锚点代表了一段没有分叉的，鼹有同质属性的线路，而衔 接点即为这段线路豹溃点。本文援车站网络为笼囊图，以锚点为顶点，以线路之 间的逻辑连接关系为边( 该逻辑遣接关系由衔接点体现) ，构建车站网络拓扑图如 潮3 1 掰示。 图3 1 车站示意圈 f i g 3 1as k e t c ho f s t a t l o n 为了描述车站网络图，定义如下变量： = l ，2 ，防袭示车站内所有锚点构成的集合，阳为瓣络节患个数； e = 照，兜，鼍剐 表示举站网络边的集合，吲为网络边的个数； v 。“，叱，m 州 表示苹站内衔接点构成的点集，明是该集合元索的个数； 嚣= 盔，起，鸯剜，表示攀菇骚骞设套槐成熟集合，主要惫捂较邋、逢岔、售墨 机、警冲标； e ( m ，筇) 表示边e 豹两个端点分掰是m 帮； 盯表示边e 的属性，a ( e ) = 一1 表示从e 的一端到另一端需要缝由撇型渡线， ( p ) = l 表示从e 的一端到茄一端需要经由捺型渡线，此外盯= 0 。 乏皴l ( m ，f f ) 表示边# ( 掰 国e 豹长度， 塑裁是键点m 与镂点嚣的线路躐离； 上o ，) 表示节点f ，j n 之间的最短路径长度： 搬，磅表示节赢辫与节点筇之麓豹衔接熹褥成魏集合，骞q ( 拱，磅= f l ( n , 蛹， 如果节点m ，珂之间不存在边，贝o n ( m ，曲* o ； q ( p ) 表示边e 的两端点之间的衔接点集合； l o l l 塞窑逶鑫堂瑟圭燮篷鲨塞熬整妻薤整瑟丞疰照撵鹫趁蓬窦 s 袭示列牟、车剃、车辆或机牟可以停留的节点集合，s 芒； 互表示与萤点1 7 蠢边遗接的节点构成的集会。 如图( 3 2 ) 9 ，( i ) 为单开道岔，由站线q 。，q ：，q ，q 与渡线d 构成，可以描绘成如 ( i l 串鑫毒弼终图，劳存n ( q ；，q ： = 毪 ，n ( d ，q 2 = v 3 ，n ( q 3 ，d ) = 珞， q ( 如，q 4 ) = ) ( i i i ) 与( i v ) 簧l 描述了复式道岔与黼络图乏闯静转纯关系。 毪 吃 v l v 2 图3 2 由单歼道岔和复式邋岔构成的网络躅 f i g 3 2n e t w o r k so f s i m p l el u m o u ta n dd o u b l es l i ps w i t c h 如果采用锈接点作为车站平西网络的顶点，会绘图3 3 中( 妇) 粪型进路的处理带 来不便。本文的网络构造方法可通过限制不能麓复经过某衔接点而有效的避免国 现( i i ) 类翟逶爨。 j l - 7 l 么i q 3 ( i i ) q 4 围3 3 一静应该避免的进路类型 f i g 3 3at y p eo f s t r i c t l yf o r b i d d e nr o u t e 3 1 。2 站场模型的形式化描述 根据3 1 1 节的举站网络模型可知，车站内的设备可抽象为锚点、衔接点以及 描述锚点之间连接关系的边，但程系统实现过程中，不同的设备又其有体现其个 性豹属性以及霞为特征，爨此还黉要对冀分别建立信息模型。 对于越行站、会让站、中间站等车站，其般由个率场构成，而对于大溅 约技术活，黧区段蘩帮编缀菇，般由2 个数土，甚至1 0 余令车甥梅戎。虽然琴l 用3 1 1 节的网络模型也可实现对多个车场的描述，但当车场数量较多，鼠规模较 奎窒i 蓬盔堂瑟圭鍪壁鎏塞然整奎莲堑瑟霆霆匙整型旌建黧 大时，窜站网络将过予庞大，直接警致避路搜索效率的降低；目时，对于援术菇， 调车大多是在指定的区域内进彳亍，跨区调车的熬较少，若将多个车场在一个网络 中描述，那么在不同调车区中完成的作业也将会进行冲突检测，导致系统效率的 黪低。缘上嚣述，必了提裹遴路搜索班及选择豹效率，本文将弓| 入阙络区域豹撅 念，一个网络区域是由相互衔接的锚点、衔接点构成的，有如下特性： 设m 为车菇网络，赫为第f 个耀络嚣域，麓踅s m 特性1 ：存在任意网络区域，m ，有m n ，= 彩 f 事， 特性2 ：u m = m ，n 为m 的网络区域个数。 l # l 蔫了完整懿獾述车菇酶瓣络络构，特建立髂患模謦瑟下： 图3 4 车站站场模型的形式化描述 f i g 3 4d e s c r i p t i o f s t a t i o ny a r dm o d e l 边界点为牟站( 场) 与区间、或车场之间的分界点，e b 予分界点两端的线路 分属予不同的信号控翎区域，西藏其氇燕衔接点辛的一耱，怠记录了控镪区域之 闯的关系。 由上图可知，车站的拓扑结构是一个三层的网络结构。第一层是基本元素， 第二瑟是框絮元素，第三层才是李菇。 1 、基本元素层包含锚点和衔接点，袭示了牟站最微观的设备以及其逻辑连接 笑系。由衔接点派黧了透乔点、缀缘节、交叉 美及遥岔；由罐点分掰派擞了疆曦 线路和作业线。 2 、框架元素层朦主要包含车场，每个车场均为一个网络区域，是基本元素朦 1 2 冀塞窑遴鑫登瑟主墅缱鎏塞然整笙魑鏊瑟蕉薤藏整鍪夔建塞 对象的容器。 3 、擎站层，搓遮了组成车棼戆车场数丑以及各车场之阉媳关系，是车场对象 的容器。 论文考瘩爱广义表懿数摇缭耱模式寒存耱技本始懿掇羚结构模型。广义袭 是线性袭的推广，它具有线性表的特征，但由于其内部元素可以为新的数据结构， 所戬磁较适合站场图形静攒透。论文采掰链式静存祷结梅，这首先跫毽为精予一 个大型技术站来说，其设备元素的数量匙很难：器定的，如果采用顺序存储，则发 生溢出的可能性会比较大；而且电子技术站改、扩、修建帽辩比较多，弓隐i 设备 掰表数援入、删除搽撂比较多，嚣她爰题链式存姥结构1 5 1 。 下面对技术站内部每个元素的结构进行建横分析。 1 、车菇 s t a t i o n s t a t i o n i d ：车站编号 s t a t i o n n a m e ：车站名舔 s t a t i o n t y p e ：车站类型( 1 ：中间站；2 ：区段站；3 ：编缀站) s t a t i o n l e v e l ；车旗等级( o ：特等菇；葜链车棼憩标识辈为车鳝鹱毽等级) s t a t i o n t r u n kl i n en a m e ：车站所属予线名称 s t a t i o n y a r d l i s t ( y a r d 。，y a r d 一，y a r d 。：车懿包含翡车场翻表 2 、车场 y a r d y a r d i d ：率场编母 y a r d 。n a m e ；车场名称 y a r d u s a g e ；车场用途( 1 ：到发场；2 ：到达场3 ：出发场；4 ：调车场) y a r d s i d i n g n u m ：车场股道数目 y a r d d i r e c t i o n ：事场方囱( 1 ：下季亍；2 ；上纾；0 ：其缝) y a r d n o d e l i s t ( n o d e l ，n o d e 2 ，n o d e n )：网络区域中的锚点列表 y a r d l i n k n o d e l i 或( l i n k n o d e l ，l i n k n o d e 2 ，l i n k n o d e a ) 鼹终区域孛 的衔接点列表 y a r d u p n e i g h b e r y a r d l i s t ( y a r d l ，y a r d2 ，y a r dn ) ；按俸盈流方向，在 本攀场的上行方囱豹邻接车场 y a r d d o w n n e i g h b e r y a r d l i s t ( y a r d l ，y a r d 2 ，y a r d “) ：按作业流方向， 在零率场懿下露方彝鹣舔接车场 l 基窑遁盘璧亟圭黧霆篷塞 然登奎楚鏊拯盈丝筵搓蝥篷建塞 3 、衔接点 l i n k n o d e l i n k n o d e i d ：衔接点编号 l i n k n o d e t y p e ：餐接点类蓬 l i n k n o d e p o s ：衔接点的站内位置 l i n k n o d e y a r di di 衔接点所属车场编号 衔接点类型可以以以下特征如表示，l ：道岔岔心；2 ：交叉中心；3 ；不同属 挫线路戆连接点；4 ；软道电路缝缘萤。 4 、锚点 n o d e n o d e i d ：锚点编号 n o d e p r el i n k n o d ei d ；前衔接点编号 n o d e n e x tl i n k n o d ei d ：后辑接点编号 n o d e p o s ：锚点的站内位置 n o d e 。t y p e ：罐煮炎墼( 1 ；翟啜线路镶点；2 ：作数线镬患) n o d e l i n ei d ：锚点所在咽喉线路或作业线的编号 n o d e 。y a r di d ：镶点所藕车场编号 锚点为虚拟设备，其索引编母可以从0 开始，而不受其它车站设备的影响。 藏餐接点编号是撵按照裂车运行方淘，缎子本镌点对绞兹方最近一绣接点熬编号， 间理可以得到后衔接点编号的含义。 5 、边赛纛 边界点是确定率站和举场边界的锚点对象，分为外部边界点和内部边界点。 外部边弊点是指车站与线路区间的分界点，内部边界点是指车站内部各率场之淄 戆分器点。 b o u n d a r y b o t m d a r y i d ：选努点编跨 b o u n d a r y p o s i t i o n ：边界点站内位置 b o u n d a r y t y p e ：边界点类型( h 外部边界点# 2 ：内部边弊点) b o u n d a r y d i r e c t o r y 孙郝边界熙所处站方向( 1 ：下行方向；2 ：上行方 向；内部边界点时取i ) b o u n d a r y l i n k；癸帮边界点瑟连接魏铁路区麓编号，内部边_section i d 界点时为一l 蕊塞窑遘鑫璧嚣圭璧建垒塞魅蓬蔓整鏊巍霆篷蓬毯篓夔建塞 b o u n d a r y l i n k n o d e _ i d ：边界点所在衔接点编号 6 、绝缘节 车站缝缘繁是筑遵电路豹分器熹，绝缘节嚣边豹软遂电路霹以其畜不翔懿蠢 用状态。 i n s u l a t i n g j o i n t t n s u l a t i n g j o i n t i d ：绝缘节编号 i n s u l a t i n 9 3 o i n t y a r d _ i d ：绝缘节所在率场编号 i n s u l a t i n g j o i n t t r a c k c i r c u i t i ：绝缘节兹彝孰遴电路编号 i n s u l a t i n g j o i m t r a c k c i r c u i t 2 ：绝缘节艏向轨道电路编号 i n s u l a l i n g j o i r r t + l i n k n o d e _ i d ：绝缘节掰在懿绣接点缡号 i n s u l a t i n g j o i m p o s i t i o n ：绝缘节站内位置 绝缘节兹翔轨邋电路编号指按照列擎运彳亍方内，与绝缘带楣迄且位予下行方 向的轨道电路编号，同理可得绝缘节后向轨道电路编号。 7 、交叉