（交通运输工程专业论文）200kmh客货混跑铁路行车组织相关问题研究.pdf

西南交通大学工程硕士学位论文 第1 页 摘要 从世界范围来说，提高铁路列车速度已形成高潮，并成为各圈铁路 发展的共同趋势。经过五次提速我国铁路开始融入了世界既有铁路提速 浪潮，缩短了与发达国家既有线列车运行速度的差距。 随着我国铁路跨越式发展和列车提速的不断进行，2 0 0 k m h 客货混跑 铁路也将随之出现。它其具列车种类增多、速度差异增大的新特点。因 此，对于2 0 0 k m h 客货混跑行车组织相关问题，需要进行认真的研究和 解决，这既是铁路跨越式发展战略的需要，也是铁路运输组织理论发展 的需要，具有十分重要的现实意义和理论研究价值。 本论文运用铁路行车组织、概率分析、计算机模拟等方面的理论知 识，采取定性分析与定量计算、理论研究与计算机模拟相互结合的研究 方法，结合目前国内研究成果，通过建立数学模型和计算机模拟软件， 对2 0 0 k m h 客货混跑铁路行车组织模式、列车开行方案、天窗的开设、 合理站间距、通过能力、旅行速度及车站股道配置等多个方面进行了研 究，并取得了相应的研究结论。 本论文的研究思路和研究结论对2 0 0 k m h 客货混跑铁路的设计、运 营有一定的借鉴意义。 关键词：客货混跑线路；行车组织；站间距：通过能力；旅行速度；计 算机模拟 西南交通大学工程硕士学位论文 第t l 页 a b s tr a c t i m p r o v i n gt r a i ns p e e dh a sa l r e a d yf o r m e dt h e c l i m a xa n dc o m m o n t r e n di na l lo v e rt h ew o r l d t h ed i s p a r i t i e so ft r a i ns p e e d si ne x i s t i n gl i n e w i t hd e v e l o p e dc o u n t r yh a v eb e e ns h o r t e n e dt h r o u g hf i v et i m e ss p e e d u pi n t h er a i l w a yo fo u rc o u n t r y t h er a i l w a yl i n ef o rm i x e dp a s s e n g e ra n df r e i g h tt r a f f i cw i t hm a x s p e e do f2 0 0 k m h i s g o i n g t o a p p e a r a n c et h e r e u p o n w i t ht h er a i l w a y g r e a t l e a p f o r w a r dd e v e l o p m e n ta n dt r a i ns p e e d r a i s i n gi n o u rc o u n t r y i t h a sn e wc h a r a c t e r is t i ct h a tk i n da n ds p e e dd i f f e r e n c eo ft r a i nsi n c r e a s e s o ， i th a sv e r yi m p o r t a n tr e a l i s t i cm e a n i n ga n dt h e o r e t i c a lv a l u e ，i ti sa s k e df o r b yt h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a yg r e a t l e a p f o r w a r da n dor g a n i z i n gt h e o r y ，t o s t u d yo no r g a n i z a t i o no f t r a i no p e r a t i o no nt h er a i l w a yl i n ef o rm i x e d p a s s e n g e ra n df r e i g h tt r a f f i cw i t hm a x s p e e do f2 0 0 k m h w i t ht h ed o m e s t i cr e s e a r c hr e s u l t sa tp r e s e n ta n dt h e o r yk n o w l e d g ei n s u c hr e s p e c t sa so r g a n i z a t i o n ，p r o b a b i l i t ya n a l y s isa n dc o m p u t e rs i m u l a t i o n ， t h ep a p e rc o m b i n e sq u a l i t a t i v ea n a l y s isw i t hr a t i o nc a l c u l a t ea n dt h e o r e t i c a l r e s e a r c hw i t hc o m p u t e rs i m u l a t i o nt ob u i l du pm a t h e m a t i c sm o d e la n d c o m p u t e rs i m u l a t i o n t h ep a p e rr e s e a r c h e s o nt h eo r g a n i z a t i o nm o d eo f t r a i no p e r a t i o n ，t r a i no p e r a t i o ns c h e m e ，s k y l i g h tf o r m ，r e a s o n a b l ed i s t a n c e b e t w e e ns t a t i o n s ，c a p a c i t y ，t r a v e l i n gs p e e da n dn u m b e ro fu p a n d - d o w n l i n e so i lt h er a i l w a yl i n ef o rm i x e dp a s s e n g e ra n df r e i g h tt r a f f i cw i t hm a x s p e e do f2 0 0 k m h f i n a l l y ，t h ec o r r e s p o n d i n gr e s e a r c hc o n c l u s i o n isg e t r e s e a r c h a n dc o n c l u s i o ni nt h i s p a p e rh a v e c e r t a i n g u i d a n c ea n d r e f e r e n c em e a n i n gt od es i g n ，c o n s t r u c ta n dr e b u i l do nt h er a i l w a yl i n ef o r m i x e dp a s s e n g e ra n df r e i g h tt r a f f i cw i t hm a x s p e e do f2 0 0 k m h 【k e yw or d s l l i n ef o rm i x e dp a s s e n g e ra n df r e i g h tt r a f f i c ；o r g a n i z a t i o no f t r a i n o p e r a t i o n ；d i s t a n c e b e t w e e ns t a t i o n s ；c a p a c i t y ； t r a v e l i n gs p e e d ；c o m p u t e rs i m u l a t i o n 西南交通大学工程硕士学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 世界铁路发展的趋势 铁路旅客列车平均速度在2 0 世纪4 0 年代初就己经达到 5 5 k m h 。尽管于第二次世界大战使得列车速度有所下降，但不久即 开始回升，1 9 6 2 年已有2 0 多个国家的列车平均速度达到6 1 5 k m h ， 较l9 4 8 年提高约2 3 。如表卜卜1 所示。日本、法国、原联邦德 国、英国和意大利等国还试运行了最高速度2 0 0 k m h 的列车。 表卜1 1上世纪六十年代初部分西方发达国家铁路列车最高速度 国别 最高技术速度蛙高允许速度最高直达速度 美国1 3 2 k h 17 0 k 1 1 1 h 18 0 k m h 1 0 0 k m h l2 0 k m h 英国1 4 0 k m h10 5k i n h l 原联邦德国9 0 k i l l h 】1 0 k m h 法国13 6 6 k m hl0 7 5 k m h 到了2 0 世纪6 0 年代中期，随着列车速度达2 0 0 k m h 以上的高 速铁路投入运用及其发展，使铁路又出现了新的生机，从此，铁路 进入了高速化发展的阶段。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着高速铁路的迅速发展，既有铁路的 提速改造得到普遍的重视。除了己发展高速铁路的日本、法国和德 国等主要国家外，北美和欧洲各国也积极进行列车提速。旅客列车 最高速度达到或超过14 0 k m h 的，除了西欧及美、日等国外，还有 亚洲的韩国、印度和非洲的埃及。 值得注意的是，一些积极发展高速铁路的国家，为了充分发挥 高速的优势，在与高速铁路衔接和延伸的既有铁路线上大范围地进 行了配套提速，从而实现铁路的快速运输。 目前，从世界范围来说，铁路提高列车速度已形成高潮，并成 为各国铁路发展的共同趋势。 西南交通大学工程硕士学位论文第2 页 1 2 我国铁路列车提速基本情况 快速化、高速化是铁路现代化的重要标志，而我国铁路旅客列 车运营速度长期徘徊在低水平，列车运行速度低一直是制约铁路发 展的重要因素。“八五”末期，提出了“在主要的繁忙干线上把旅 客列车时速提到14 0 公里1 6 0 公里”的提速目标。19 9 5 年9 月， 首次客货列车提速试验在沪宁线进行后，各大干线的提速试验此起 彼伏，重载列车提速试验、电气化铁路提速试验也相继宣告成功。 l9 9 7 年4 月1 日，全路实施新的列车运行图，京广、京沪、京 哈三大干线全面提速，中国铁路波澜壮阔的大提速正式启动。第一 次大面积提速后，铁路旅客列车最高时速达到14 0 公里，打破了我 国铁路列车运行速度长期在低水平徘徊的局面。我国铁路开始融入 了世界既有铁路提速浪潮，缩短了与发达国家既有线列车运行速度 的差距。 1 9 9 8 年1 0 月1 日，第二次大面积提速使京广、京沪、京哈三 大干线客车最高时速达到16 0 公里，广深线采用摆式列车最高时速 达到2 0 0 公里。为支持西部大开发，2 0 0 0 年l o 月2 1 日，铁路以 西部地区为重点，实施第三次大面积提速。2 0 0 1 年1 0 月2 1 日， 中国铁路实施第四次大提速，提速延展里程增加到1 3 万公里，覆 盖了全国主要大、中城市。 铁路提速产生的效应大大超过提速本身。提速转变了人的观 念，不仅为铁路彻底摆脱计划经济的束缚注入了动力，加快了铁路 由生产型向经营型的转变，推动了科技进步，也使铁路贴近了市场， 开始真正融入市场经济的海洋，中国铁路已进入新的发展阶段。 2 0 0 3 年6 月2 8 日，铁路管理部门提出了进一步的提速目标。 2 0 0 3 2 0 0 7 年，京沪、京广、京哈、京九、陇海、浙赣、胶济等 有条件的干线，提速客车最高时速达到2 0 0 公里，并逐步向其他干 线扩展，扩大提速范围。二o o 四年进行了第五次大规模的提速。 了使提速线路的货车速度与客车速度相匹配，实施货车提速，由目 前时速不足8 0 公里提高到l2 0 公里。预计在2 0 0 6 年在浙赣、胶济 铁路上实施2 0 0 k m h 客货混跑，拉开第六次铁路大提速的帷幕。中 西南交通大学工程硕士学位论文第3 页 同铁路提速总延展里程将达到一万六干多公里。 1 3 研究意义 随着列车提速的不断进行和发展，将使列车速度进一步提高， 2 0 0 k m h 客货混跑铁路也将随之出现，既有铁路具有新的特点： ( 1 ) 列车种类增多：有摘挂列车、普通货物列车、快运货物 列车、12 0 k m h 左右的普通旅客列车、14 0 1 6 0 k m h 的快速旅客列 车、2 0 0 k m h 左右的特快旅客列车和直达特快列车，列车种类增多。 ( 2 ) 列车速度差异增大：在2 0 0 k m h 客货混跑的线路上，有 列车速度在1 0 0 k m h 以下的低速列车( 如普通货物列车、摘挂列 车) ，有列车速度在l2 0 k m h 左右的中速列车( 普通旅客列车) ，也 有列车速度在16 0 k m h 左右的中速列车( 快速旅客列车) ，还有列 车速度达到2 0 0 k m h 的特快旅客列车，列车间的速度差异将达到一 倍以上，速度差异的绝对值将达到lo o k m h 以上。 ( 3 ) 行车组织模式有待研究：在列车种类多、列车速度差异 大的客货混跑线路上组织行车，既不能用高速铁路和客运专线的行 车组织模式，也不能照搬列车速度相对较低的现有客货混跑模式， 如何组织行车尚无成熟的经验借鉴，有待进行深入的研究。 因此，无论是新线设计，还是既有线提速，2 0 0 k m h 客货混跑 情况下的行车组织方案和相应的能力计算及影响，都是一个崭新的 课题，需要从理论上进行认真的研究和解决，这既是铁路跨越式发 展战略的需要，也是铁路运输组织理论发展的需要，具有十分重要 的现实意义和理论研究价值。 1 4 主要研究内容 本论文拟采取理论研究与计算机模拟分析相互结合的研究方 法，结合目前国内研究成果，对2 0 0 k m h 客货混跑铁路车站间合理 距离、通过能力、旅行速度及车站股道配置等方面进行研究，以期 形成2 0 0 k m h 客货混跑铁路行车组织方案理论基础。 西南交通大学工程礞士学位论文第4 页 1 4 1 研究内容 ( 1 ) 2 0 0 k m h 铁路行车组织模式和列车开行方案研究 对2 0 0 k m h 铁路可能采用的行车组织模式进行分析，确定客货 混跑的模式。从分析旅客列车开行方案的主要影响因素入手，通过 代数方法对各站旅客列车开行时段的进行确定，建立旅客列车开行 方案的基本模型，并提出一定的算法。 ( 2 ) 天窗的开设方式及对通过能力的影响分析 “天窗”是铁路施工维修的重要时段。在铁路速度提高，高速 度、高密度的行车条件下，综合维修天窗开设形式和维修时间的确 定，对铁路通过能力，行车组织方式有很大的影响。主要研究天窗 的开设时间、形式以及对通过能力的影响。 ( 3 ) 合理站间距研究 车站设置既要满足客货运输的需求，又要保证列车具有一定的 运行速度。旅客列车最高速度2 0 0 k m h 的客货混跑铁路，由于存在 多种速度等级的客货列车，客货列车速差进一步扩大，车站问合理 距离将发生变化。这既不同于高速铁路或我国的秦沈客运专线，也 不同于现行速度相对较低的双线铁路。论文运用模拟分析的方法， 针对不同行车量及其构成对站间距的影响进行模拟分析，从而得出 2 0 0 k m h 客货混跑线路的合理站间距。 ( 4 ) 通过能力计算研究 铁路通过能力的一般计算方法有图解法、分析法和平均最小列 车间隔时间计算法。2 0 0 k m h 铁路通过能力在全天候客货混跑模式 _ f ，可采用分析法和计算机铺图模拟法计算。论文运用了计算机模 拟分析的方法，确定各种情况下扣除系数，计算通过能力。 ( 5 ) 旅行速度及车站股道配置研究 在2 0 0 k m h 客货混跑线路的某一运行区段上，通过模拟产生客 货列车在两端始发站的始发时间，并模拟客货列车在区段内的运行 情况，对客货列车在区段内运行时在各个车站的越行进行统计，进 而求出列车的平均旅行时间和旅行速度，以及各站所需的股道数。 西南交通大学工程硕士学位论文第5 页 1 4 2 主要创新点和关键问题 ( t ) 运用模拟分析方法，针对不同行车量及其构成对站间距 的影响规律进行模拟分析，得出2 0 0 k m h 客货混跑铁路车站间合理 距离； ( 2 ) 将计算机模拟仿真技术运用到2 0 0 k m h 铁路通过能力计 算中，通过铺画满表运行图确定扣除系数，计算2 0 0 k m h 铁路的通 过能力； ( 3 ) 通过计算机模拟分析，得出2 0 0 k m h 客货混跑铁路进行 全天候客货混跑和分时段成组运行时旅客列车的旅行速度及对各 中间站股道数量的要求。 西南交通大学工程硕士学位论文第6 页 第2 章列车开行方案研究 列车开行方案是以客货运量为基础，以客货流性质、特点和规 律为依据，科学合理的安排客货列车开千亍等级、种类、起迄点、数 量、经由线路、编组内容、停站方案、列车席位利用、车底运用等 内容，体现从客货流到列车流的组织方案。 2 12 0 0 k m h 铁路行车组织模式 2 。1 。1 铁路行车组织的基本模式 我国传统的铁路行车组织的基本模式是全天候客货混跑，在首 先满足旅客列车开行的基础上再来满足货物列车，以内部的设备利 用率最高及通过能力最大为前提，确定基本行车组织模式为客货列 车全天候混跑。这种行车组织模式是在我国计划经济时期形成的， 铁路运输的主要任务是在有效地乖j 用运输技术设备的情况下充分 地满足国民经济和人民群众在旅行中的需要。首先考虑的是铁路内 部的设备利用以及经济效益最优，而不是站在经济发展及社会需求 的角度来决定行车组织模式。九十年代中后期，随着经济体制改革 进程的不断加快，市场经济在社会中占主导地位，社会需求的改变 导致原有铁路行车组织模式不能适应市场的需要，铁路行车组织模 式在一定程度上根据市场的需要有所改变，但总体上仍然是以全天 候客货混跑为基本的组织模式。 2 1 22 0 0 k m h 铁路行车组织模式 2 0 0 k m h 铁路行车组织可以分为客货列车分线运行和共线运行 两种模式。 2 1 2 1 客货分线模式 分线运行模式就是根据客货列车之间速度的不同和对线路要 求的不同，同一方向上的旅客列车与货物列车分别走不同的线路， 货物列车和旅客列车的运行互不干扰。一般来说，以下几种情况采 西南交通大学工程硕士学位论文第? 页 用分线运行模式比较遁合。 ( 1 ) 高速铁路及客运专线 高速铁路及客运专线一般设在具有大量客流的经济较发达城 市之间，旅客列车运行速度高，客流对列车的运行时间要求比较严 格。分线运行可以保证列车的准时性，安全性，提高线路的通过能 力与设备的利用率，但要充分考虑到旅客的换乘问题。 ( 2 ) 路网内的主要干线通道 路网内的主要干线通道，往往由多条平行线路组成，具有强大 的运输能力。如果采用客货混跑模式，客货列车速差大，对通过能 力影响、对线路及设备的利用及损耗会造成很大影响。对于路网内 的主要干线运输通道，客货列车应采用分线运行的模式。 2 1 2 2 客货共线模式 客货混跑模式即客货共线运行模式，就是同方向的旅客列车与 货物列车在同一条线路上运行，根据旅客列车与货物列车的特点与 需要按不同的组织方式组织列车运行。 ( 】) 全天候客货混跑模式 客货混跑的行车组织模式是传统的运输组织模式，在我国广泛 采用。随着列车速度的不断提高，客货列车间的速差逐步增大，客 货列车间的相互影响也逐步增大，按传统的全天候客货混跑模式不 适应运输市场发展的需要。 2 ) 白天全部运行旅客列车，夜间全部运行货物列车的客货 混跑模式。 这种运行模式可以相对消除客货列车之间存在的速度差而带 来的影响，但会造成客货列车在某一段时间上集中到发的严重不均 衡，导致编组站、客运站等运输设备运用能力的紧张和其它时间段 上的相对空闲，造成设备数量的相对增加和设备利用率降低，对线 路的整体通过能力有较大影响。 ( 3 ) 白天以旅客列车为主，兼顾部分货物列车；晚上以货物 列车为主的客货列车混跑模式。 这种行车组织模式主要是为了满足旅客在出行时间选择上的 要求。同时，在白天的相对空闲时间段到发一部分货物列车，既可 西南交通大学工程硕士学位论文第8 页 以提高线路以及设备的使用率，又可以缓解夜间货物列车密集到发 时设备运用能力紧张的情况，还可以满足部分货主的需要。采用这 种模式的时候，要注意尽可能减少货物列车对旅客列车的影响。 ( 4 ) 按行车量分时段运行客货列车的客货混跑模式。 这种模式也可以称作成组运行模式，这种行车组织模式是一种 比较理想的列车运行状态，可以使运输设备的利用率达到较佳状 态，线路通过能力达到最大。 综上所述，对于我国2 0 0 k m h 铁路来讲，一般为既有提速干线 或新建线路，并非客运专线，也不具有相应的其他平行线路。因此， 为满足地区的经济发展和客货运输需求，2 0 0 k m h 铁路只能采用客 货混跑的运输组织模式。 2 2 旅客列车开行方案的主要影响因素分析 列车运行图是铁路运输工作的综合性计划，是行车组织工作的 基础。客车方案图是列车运行图的骨架，对整个运行图编制质量起 着决定性的作用。因此，编制旅客列车运行图的核心也就是编制客 车方案。编制客车方案主要解决如下几个方面的问题。 ( 1 ) 方便旅客旅行 方便旅客旅行应规定适宜的列车始发、终到和通过各主要车站 的时刻，以便利旅客旅行。对于运程适宜的大城市间开行的旅客列 车，应尽可能按照“夕发朝至”的要求安排列车始发和终到时刻。 直通旅客列车宜在下午或晚间开，但不宜过晚( 迟于零点) ，终到 时刻宜在白天或早晨，但是不宜过早( 早于6 7 点) ，通过沿途主 要城市尽可能安排在白天，如有两对以上直通快车时，应考虑其间 隔均衡性，尽量安排在早晚各一列。直通列车通过沿途各大站的时 刻应力求方便旅客，若不能完全满足此项要求时，应权衡轻重，尽 可能予以照顾。 管内旅客列车以运送短途旅客为主，一般运行距离较短，以白 天运行为宜，并与直通列车在运行时刻上衔接配合，以便旅客换乘。 ( 2 ) 减少停站次数及停站时间，以提高旅客列车的直通速度 西南交通大学工程硕士学位论文第9 页 随着我国社会、经济的发展，市场经济的不断深化， 寸间价值不断 增加。近些年我国铁路客车旅行速度已经有了较大幅度的提高，但 总的来看与发达国家仍有较火的差距。因此全面提高列车旅行速度 是旅客列车开行方案优化的首要原则。 ( 3 ) 经济合理地使用客车车底和客运机车 加速机车和客车车底的周转是铁路运输工作的重要原则之一。 由于在编制列车运行方案时，直通列车先于管内列车铺画，所以列 车运行与机车周转相互配合问题，主要是在编制管内旅客列车运行 方案时才有可能加以全面考虑。 ( 4 ) 保证旅客列车运行与客运站技术作业过程的协调 由于旅客列车到发时刻的特殊要求，大客运站在一昼夜的某一 段时间内，往往出现列车密集到发的情况。在编制列车运行方案时， 列车密集到发的间隔时间应与车站技术作业过程相协调，同时也应 考虑与客运组织工作相配合的问题。旅客列车密集到发，会造成客 运站工作负荷过重，增加组织工作的难度。 ( 5 ) 旅客列车与货物列车运行线应有良好的配合 旅客列车与货物列车运行线应有良好的配合，为货物列车运行 创造良好的条件。旅客列车在运行图上均衡铺画，不仅有利于车站 客运设备的利用，有利于保证旅客列车的良好运行秩序，并且有利 于货物列车密度的均衡，有利于加速机车车辆的周转。旅客列车运 行线的安排，应尽可能减少货物列车的待避、停会旅客列车的次数， 以提高客货列车的旅行速度。 2 3 各站旅客列车开行时段的确定 为方便旅客，约定列车始发时刻在7 2 4 点问( 注：为了计算 方便，以下用2 4 点代替0 点) ，终到时刻在7 2 3 点间，称这样的 约定为基本条件，并称满足基本条件的列车在始发站的发车时刻范 围为该列车的合理发车范围。在编制客车方案时，对新增加的和调 整幅度较大的直通列车，一般都要先确定合理发车范围。 合理发车范围可采用图解法确定，它适用于比较简单的情况。 西南交通大学工程硕士学位论文 第1 0 页 当约束条件较多h 寸，可应用同余理论，通过解不等式组来求解。这 一方法称为代数方法。 ( 1 ) 无约束情况 这是最简单情况，列车在始发站的发车时刻范围只要满足基本 条件就行。设列车的全程旅行时间为r 。，始发时刻为z ，则列车 的终到时刻为x + r 。令： t 5a e b ( m o d ，2 4 )( 0 a 2 4 ，0 b b 时用x b 代替。 这样，由基本条件可以列出两个不等式组： 7 x 蔓2 47 x 2 4 【7 x + a 2 3【7 茎x b 2 3 解两个不等式组，即得满足基本条件的合理发车范围。 ( 2 ) 有约束情况 这种情况下，列车的发车范围除了满足基本条件之外，还要满 足约束条件：列车必须在白天( 约定7 2 2 点) 经过途中某大型客 运站s 。若列车自始发站至s 站的旅行时间为7 1 。，则列车到达该站 的时刻为x + t ：。令： 氕5c ；一d ( m o d ，2 4 )( o c 2 4 ，o d 2 4 )( 2 3 3 ) 则 x + t ：5 x + c 5 j d ( m o d ，2 4 )( 2 3 4 ) 于是，由基本条件和约束条件可列出4 个不等式组如下： f 7 x 2 4f 7 x 2 4 7 x + a 2 3j 7 x + 口2 3 1 7 兰x + c 2 2【7 x d 2 2 f 7 s x s2 4 f 7 墨j 墨2 4 7 茎z b 2 3 7 x b 2 3 【7 z + c 茎2 2【7 上一d 2 2 解这4 个不等式，即可求出合理开车范围。如果途中需要照顾 西南交通大学工程硕士学位论文 第1 1 页 个站，那么将要解2 ”1 个4 i 等式组。为了避免解过多的不等式组， 町以采取“分部求解”的办法。在附有约束条件的情况下，可先找 山仅满足基本条件的解，然后将它逐个与约束条件匹配，求出一组 解，直至全部匹配、求解完毕。在这样的计算过程中，无形中删去 了若干不等式组，因而能够节省计算工作量。 合理开车范围的宽窄与规定的约束条件有直接关系。显然，约 束条件越多，越苛刻，合理开车范围就越窄，甚至无解，故规定约 束条件也要统筹兼顾。 2 4 旅客列车开行方案的基本模型 2 4 1 旅客列车运行方案图编制问题的分析 铁路旅客列车运行方案图的编制问题可描述为：在各种行车标 准、设备条件、给定方向别旅客列车的开行方案已知，并保证列车 运行的安全条件下，按照一定的优先顺序，求各次旅客列车在主要 停车站的到发时刻，并满足以下要求： ( 1 ) 方便旅客旅行； ( 2 ) 经济合理地使用客车车底和客运机车； ( 3 ) 旅客列车运行与客运站技术作业过程相协调； ( 4 ) 为货物列车运行创造良好条件： 5 ) 与其它运输方式的运行时刻表相衔接。 客车运行方案图的编制是一个复杂的多目标规划问题( 实际编 制过程中可能还会有一些需考虑的其它目标) 。一个客车方案图能 否较好地达到上述5 个目标，关键就在于列车的始发和终到时刻是 否合理，即在很大程度上就是对所开行的旅客列车，确定一组满足 各种行车要求，并使上述5 个目标达到最优的始发、终到时刻。 2 4 2 求解方法的基本构思 多目标规划问题中，很难求得同时使所有目标达到最优的解， 浚问题要同时处理5 个目标是比较困难的。实际上，这5 个目标的 西南交通大学工程硕士学位论文第1 2 页 重要程度足不样的，其重要程度的排序基本与上述的排列一致。 因此，可运用分层序列法的思想来求解该问题。 首先找出第一个目标的最优解集r 1 ；然后在尺j 内求第二个目 标的最优解集月2 ；类似地一直求出第5 个目标的最优解集r5 ，显 然有冗，是。互r 、足：至蜀，而r5 就是该问题5 个目标的共同最优 ( 满意) 解。这样便将该问题，转化为对5 个单目标规划问题的求解。 第一、二个目标的优化，可采用定量分析为主、定性分析为辅 的合方式进行；而其它目标的优化，由于问题的复杂性，则以定性 分析为主、定量分析为辅的方式进行为好。 同理，在编制客车方案图时，也可对路网上的客运站和列车等 级按其重要性进行分类，采用分层法思想依次确定各约束车站和列 车的最优到发点集合。 综上所述，客车方案图编制问题的求解思想和步骤如图2 4 一l 所示。 2 4 3 方便旅客旅行的客车方案图编制方法 下面以第一个单目标规划问题为例来讨论其优化算法。 2 4 3 1 问题的分析 由于在列车始发站和终到站的客流量要比沿途停车站的大，因 此在确定方便旅客的列车到发时刻时，首先应方便始发和终到的旅 客，然后再依次考虑在主要停车站乘降的旅客。此优化问题，就是 对在某类站始发和终到的列车，找出满足要求的最优点集尺- ，又可 以转化为含有方便始发、终到旅客和方便沿途升降旅客的双目标规 划问题。可同样地用分层序列法思想，先求出方便始发和终到旅客 的所有始发点和终到点集，然后在 内求方便沿途乘降旅客地所 有到发点集，显然，r l 吒。 算法思想：对某路网上所开行的某等级列车，按照列车始发站 的类别顺序，首先逐列确定合理始发时间带，然后将其划分为若干 合理始发区间，最后将问题转化为一个始发区间对列车的标准分配 问题求解所有最优始发区间( 即且，) 。上述算法思想均可用于求最 西南交通大学工程硕士学位论文 第1 3 页 优始发点集r ”终到点集r 1 2 ，r 。= r l iu 置2 。 2 4 3 2 符号及定义 为便于问题的讨论，给出以下定义和符号表示。 设d ( 0 d 1 4 4 0 ) 表示某列车按最早可能始发时刻f 发车而 到达某站的时间，d 表示列车在途中的过夜天数，f ，表示列车从始 发点i 到某站，的旅行时间，则有 鼻+ 瓦2 d + 14 4 0 d( 2 4 1 ) 【定义l 】允许旅客列车始发的时间范围称为合理始发时间范 围，记为 e ，e ，一般e 不早于7 点，e 不晚于2 4 点。 【定义2 】允许旅客列车终到的时间范围称为合理终到时间范 围，记为 d 1 ，d ， ，一般d 。不早于7 点，d ：不晚于2 4 点。 【定义3 】允许旅客列车在停车站到发的时间范围称为合理到 发时间范围，记为 z l ，z ， ，一般互不早于7 点，z ，不晚于2 4 点。 【定义4 】称落在 f ，e 内的一组连续的始发点为一个合理始 发时间带，记为 ，+ 。 ，( ，z 。疋a 【定义5 】设i 表示能与该类车站技术作业过程相协调的平均 始发间隔时间，可将一天划分为n = 1 4 4 0 i 个始发区间，其中落入 合理始发时间带的始发区间称为该列车的合理始发区间。 西南交通大学工程硕士学位论文 第1 4 页 旅客列车运行方案图的编制 编制直通客车方案 直通列车等级 1 特别快车 2 直通快车 3 直通客车 编制管内客车方案 管内列车等级 1 营内特快 2 管内快车 3 管内客车 4 市郊列7 f 到发站类别 l 一类车站 2 二类车站 k k 类车站 目标层次 1 方便旅客旅行 2 合理使用车底和机车 3 与车站作业过程相协调 4 与货车运行创造良好条件 5 ，与其它运输方式相衔接 图2 4 1编制旅客列车方案过程示意图 2 4 3 3 算法步骤 s t e p ( i ) 根据合理始发和终到时间范围，确定合理始发时间带。 若d 1 d sd 2 ，则第一个合理始发时间带【一， 的端点值分别 为 = e ；六= - ，；+ m i n d 2 一d ，e 一鼻) l2 4 2 ) 如果 的最终取值为( 石+ d 2 一d ) 【 + ( 1 4 4 0 一d 2 ) + d l 】f 2 ，则存在 第二个合理始发时间带 ，工 ，其端点值为 厶= 厶+ ( 1 4 4 0 一d 2 + d 1 ) ： = f 2 ( 2 。4 。：j ) 西南交通大学工程硕士学位论文 第1 5 页 若d ， d e ，则该列车不存在同时满足始发和终到站台理始发 和终到时间范围的合理始发时间带。 s t e p ( i i ) 将要考虑的停车站，按重要程度排序，逐个与始发站 配对，用始发站的合理始发时间带 工， 中的， 代替e ，五；z 。，z ： 代替口，d 2 ：然后按s t e p ( i ) 的方法求解同时满足两者要求的合理 始发时间带。若有多个合理始发时间带，则逐个用上述方法进行。 s t e p ( i i i ) 将始发站的合理始发时间带划分成若干个合理始发 区间，并删除已被高级别列车( 含从高类别车站始发列车) 占用的 合理始发区间。 s t e p ( i v ) 标准分配问题的转化。 设该站有”个始发区间，始发的某等级列车共有m 列， 般有 m g ) 平均每列一般 ( 2 ) 多列越行的越行次数分析 多列特快客车同时越行一列一般旅客列车的时间间隔结构分 析如图4 3 1 所示，构成两列及以上特快客车越行一列一般旅客列 车的最小时间间隔g 为： g 。，。= t 。一t ：+ 2 1 = 2 1 + r 。( 1 一a ) ( 4 3 3 ) 式中，f ：、f ：分别为特快旅客列车和一般旅客列车在两个相邻 越行站间的纯运行时分。 西南交通大学工程硕士学位论文 第3 8 页 l 。么 t 1 l 图4 - 3 1多列越行最小时间问隔示意图 当相邻两列特快客车间的时间间隔小于g m m 时，就有产生两列 特快客车越行一列一般旅客列车的可能。 4 3 2 越行时间分析 如图4 3 2 所示，简单越行的最大和最小越行时间的均值为简 单越行时间的期望值： 图4 3 2 简单越行越行时间示意图 r j = i 1 ( y + ，：) = 2 ，+ 圭r ：( 1 一) 多列特快客车同时越行同一列一般旅客列车越行时间如图 4 3 3 所示，此时有： f ；= r ? + ( d 一1 ) g 。 = 扣叫十警 ) ) 5 6 ，u 3 q 4 ( ( 西南交通大学工程硕士学位论文第3 9 页 将f ，和g 。代入( 4 3 5 ) ，即得到 ，；= “l 一) + 掣， 在运行图中，一般出现两列以上的特快客车同时越行一列一般 旅客列车的情况很少见到。故取d = 2 化简，把，；平均到两列特快客 车上，可得到： f ；：，：( 1 一) + 娶兰2 t ( 图4 - 3 - 3多列越行越行时间示意图 因此，可以把两列特快客车同时越行同一列一般旅客列车看成 是两次简单越行。 4 3 3 一般旅客列车速度系数分析 一般旅客列车总的被越行停站时间强为 强= 篙叫= 篙出( ，- ) 埘 设琏为一般旅客列车区段纯运行时间；k 为一般旅客列车由于 技术、客运业务等包括作业和起停附加时间在内的停车时间；非营 业性越行停站占总越行数的比例为o ，可以得到一般旅客列车的旅 行时间为： 2 & + 珞+ ( 4 3 1 0 ) 可以得到一般旅客列车被越行后的速度系数b 表达式为： 堕壹至塑盔芏三堡塑主兰焦堡塞篁竺夏 = 一14 羔4 二。尘- ( 1 1 生- 芏a 嫂) n d 蔓( b 式中，芦。表示的是在没有越行的情况下，一般旅客列车由于办 理必要的技术作业或客运业务而停站，所得到的速度系数。 4 3 4 分析计算 通过对式( 4 3 11 ) 的分析计算，可以得到在不同的特快客车 速度条件下，特快客车的开行数量和区间长度对一般旅客列车速度 系数的变化规律。 三种不同特快客车速度下所对应的p ，h ，f ：的关系值，计算结果 如表4 3 1 、表4 3 - 2 、表4 3 3 所示。 表4 - 3 1 = 1 9 0 k m h 时与仇和的关系 n 匕( k m h )( k m h ) 1o152 02 53 0 8 00 9 3 8 0 9 3 7 o 9 3 6 o 9 3 4 0 9 3 3 1 4 0 1 0 0 0 9 3 8o 9 3 609 3 40 9 33 09 3 1 5 8 00 9 4 0 0 9 3 9 0 9 3 809 3 80 9 3 7 1 6 0 1 0 0 0 9 3 9 o 9 3 8 o 9 3 8o 9 370 9 3 6 8 00 8 7 7o8 7 40 8 7 2 0 8 6 9 0 8 6 6 1 4 0 1 0 0 0 8 7 50 8 7 2o 8 6 9 o 8 6 6 0 8 6 2 1 0 8 008 7 90 8 7 808 7 6o 87 5 0 ，8 7 4 1 6 0 1 0 0 0 8 7 9o 8 7 7 o 8 7 5o 8 730 8 7 2 8 00 8 i50 8 1 l0 8 0 7 0 8 0 3 o 7 9 9 14 0 10 00 8 130 8 0 8o8 0 3o 7 9 8o7 9 4 1 5 8 00 8 19 o8 l7 0 8 i508 13o 8 】 1 8 0 1 0 0 0 8 1 80 8 l5o 8 l30 ，8 1o0 8 0 7 8 007 5 307 4 80 7 4 3 0 7 3 8 0 7 3 3 1 4 e 10 007 5 107 4 4o7 3 80 73 1o7 2 5 2 0 8 00 7 5 8 0 7 5 6o7 5 3o 7 5 00 ，7 47 1 6 0 10 007 5 70 7 5 4 o 7 5 0o7 47o 7 4 3 亘壹奎塑盔兰三堡亟圭兰焦鲨塞 篁! ! 里 表4 - 3 2 圪= 2 0 0 k m h 时与和“的关系 ( k m h )k ( k a t h ) 1 0 1 52 02 53 0 8 00 9 3 809 3 70 9 3 5 o 9 3 4o9 3 2 1 4 0 】0 00 9 37o9 3 50 ，9 3 4o9 3 2 09 3 0 5 8 0o9 3 9o9 3 8o 9 3 80 937o 9 3 6 1 6 0 1 0 0 0 9 3 9 o 9 3 8 o 9 3 7o 9 3 6 0 ，9 3 4 8 008 7 6o 8 7 3 o 8 7 00 8 670 8 6 4 14 0 10 0o 8 7 5o 8 7 10 8 6 708 6 30 ，8 6 0 10 8 00 8 7 80 8 770 8 7 50 87 3 0 8 7 2 16 0 1 0 0o8 1 8o 8 7 5 o 8 7 3 o 8 7 1o 8 5 9 8 0o 8 14 08 1 0o 8 0 5 0 8 0 l0 7 9 6 1 4 0 1 0 0o8 12 o8 0 6o 8 0 1 0 ，7 9 5o 7 8 9 l5 8 00 8 1 80 8 15o 8 1 30 8 10o 8 0 7 1 6 0 l o oo 8 1 6o 8 1 3o 8 1 0o 8 0 o8 0 3 8 0o 7 5 2 o 7 4 60 7 4 0 0 7 3 4 o 7 2 8 1 4 0 1 0 0o 7 4 9 o 7 4 2 07 3 40 7 2 70 7l 9 2 0 8 00 7 5 70 7 53o 7 5 00 7 47o 7 4 3 16 0 1 0 0q 。7 5 5 o ? 5 l o 7 4 7 o 7 4 2o 。7 3 8 表4 - 3 3以- 2 1 0 k m h 时与”k 和如的关系 ( k m h )( k i n h ) 1 0 1 52 02 53 0 8 00 93 8o 9 3 60 9 3 4o 9 33 09 3 1 1 4 0 10 0o9 3 7 0 9 3 5 0 9 3 309 3 l0 9 2 9 5 8 00 9 3 90 9 3 8o 9 3 7 o 9 3 6 0 9 3 5 16 0 10 0 0 9 3 80 9 370 9 3 6o 9 35 09 3 3 10 8 0o 8 7 5 o 8 7 2o 8 6 90 8 65 08 6 2 l4 0 l0 0 0 87 4o 8 7 00 8 6 5o 8 6 1o 8 57 l6 0 8 008 7 8o 8 7 60 8 7 4o8 7 2o8 7 0 西南交通大学工程硕士学位论文第4 2 页 10 0o 8 7 7o 8 7 40 87 2o 8 6 908 6 6 8 0o 8 l30 8 0 80 8 030 7 9 80 7 9 3 14 0 15 10 00 8 1 l08 0 407 9 80 7 9 207 8 6 8 0 0 8 l7o 8 1 40 8 1 10 8 0 7 o 8 0 4 l6 0 1 0 008 150 8 l l0 8 0 708 0 40 8 0 0 8 0 o 7 5 1o 7 4 407 370 7 3 107 2 4 1 4 0 1 0 0 07 4 70 7 3 9o 7 3 10 7 23o 7 14 2 0 8 0o 7 5 6o 7 5 1o 7 4 70 7 4 3 o 7 3 9 16 0 1 0 0 0 7 5 40 7 4 8o 7 4 3 o 7 3 807 3 3 从以上分析计算中可以看出：对速度系数口的主要影响因素是 仇，。进