（道路与铁道工程专业论文）铁路站场咽喉区通过能力计算系统的研究与开发.pdf

中文摘要 摘要：通过能力计算是铁路站场设计的重要组成部分之一咽喉区作为列车进出 站场的必经区域，它的布置形式很大程度上决定了通过能力的大小因此，咽喉 区通过能力的计算对验证站场设计的合理性和判断设计方案的优劣性有着十分重 要的作用目前国内对咽喉区通过能力的研究多集中在车站行车调度阶段，主要 是对如何合理安排作业进路以最大限度的利用通过能力的研究。这些研究的方法 和成果并没有引入到站场设计中来。站场的设计最终是要服务于铁路运输组织， 若是在设计阶段就能充分考虑到通过能力的利用问题，考虑到作业的合理排列， 将对今后的行车调度作业更为有利，也能使设计结果更符合实际情况。本文通过 对咽喉区通过能力计算理论的分析，对咽喉区作业排列优化方法以及路径搜索算 法进行深入研究，以建立适用于站场设计阶段的咽喉区通过能力计算系统。 本文首先介绍了咽喉区通过能力计算的基本理论以及作业进路排列优化的方 法，并对优化方法进行分析比较。 其次，对咽喉区通过能力计算方法进行分析，对作业排列优化算法进行研究、 补充和完善，分析并研究出搜索路径算法，提出了咽喉区通过能力计算系统的设 计原理。 第三，利用前面总结的理论和算法开发了咽喉区通过能力计算系统的实现程 序，对系统需求、实现功能以及系统设计思想进行分析，对系统结构和界面进行 设计，并总结了开发工具与开发环境。 第四，通过实例对系统进行实际应用，详细介绍了系统的使用过程，并对实 例计算结果进行分析，讨论了重要参数的取值。 最后，对咽喉区通过能力计算系统的研究进行了总结，并就研究过程中遇到 的问题和存在的不足，对计算理论、实现方法、下一步研究的方向以及系统应完 善的方面提出了一些展望。 关键词：铁路站场；咽喉区；通过能力；作业进路；进路优化；搜索路径 分类号：u 2 9 1 1 ；u 2 9 2 5 + 1 a b s t r a c t ：c a l c u l a t i o no ft h e 雠c c a p a c i t yi so i i co ft h em o s ti m p o r t a n ts t e p si n r a i l w a ys t a t i o nd e s i g n a st h ei n e v i t a b l ea r e at h a tl l a i mp a s st h r o u g h , a r r a n g e m e j a to f t h r o a ti sd e f i n i t i v e l ya f f e c tt h et l a 伍cc a p a c i t y t h e r e f o r e , c a l c u l a t i o no ft h r o a tc a p a c i t y i ss i g n i f i c a n ta f f e c tc h e c k o u to f r a i l w a ys t a t i o nd e s i g na n dc o m i 舭i s o i io f d e s i g ns c h e m e , a tp r e s e n t , r e s e a r c h e si n t e r n a lo ft h r o a tc a p a c i t yb a s i c a l l yf o c u so nt h ep l l a o ft r a i n d i s p a t c h t h em a i n l yr e s e f l l l c hi sh o wt oa r r a n g et h et a s kr o u t er e a s o n a b l yb yt h e m a x i m u ml i m i t 嘲t r a f f i cc a p a c i t y b u tt h e s er e s e a r c hm e t h o d sa n da c h i e v e m e n t sh a v e n o ti n t r o d u c e di nt h es t a t i o nd e s i g n t h es t a t i o nd e s i g nf i n a l l yi sm u s ts c r v et h er a i l w a y t r a n s p o r t a t i o na n do r g a n i z a t i o n s oi fw cc a l le o m i d e rt h eq u e s t i o no ft r a t t i ec a p a c i t y u s i n gf u l l yi nt h ed e s i g ns t a g e , a n de o m i d e rt a s ka r r a n g e m e n tr e a s o n a b l e , w i l lb e1 1 1 0 1 e a d v a n t a g e o u st ot h en e x ts c h e d u l ej o b ，a l s ow i l lb ea b l et oc 赶l t l s et h ed e s i g nr e s u l tt o c o n f o r mt ot h ei t c t u i t ls i t u a t i o n t h i sp a p e ra n a l y s e st h et h r o a tt r a f f i c c a p a c i t y c o m p u t a t i o nt h e o r yt or e s e a r c ho p t i m i z a t i o nm e t h o do ft a s ka r r a n g e m e n ta sw e l la st l a e w a ys e a r c ha l g o r i t h mi nt h r o a tt h o r o u g h l y s oa st oe s t a b l i s hac o m p u t i n gs y s t e mt h a t s u i t a b l ef o rc a l c u l a t i o no ft h r o a tt r a f f i cc a p a c i t yi nt h es t a g eo ft h es t a t i o n d e s i g n t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h ec o m p u t i n gm e t h o d so ft h r o a tt r a t f i ec a p a c i t ya n d o p t i m i z a t i o nm e t h o d so ft a s ka r r a n g e m e n t , a n dc , a l t i e so nt h ea n a l y s i sc o m p a r i s o nt o o p t i m i z a t i o nm e t h o d s s e c o n d l y , i 盈i i i c so nt h ea n a l y s i st ot h ec o m p u t a t i o n a lm e t h o do ft h r o a tt l a 伍c c a p a c i t y , c o n d u c t st h or e s e a r c h , t h cs u p p l e m e n ta n dt h ec o n s u m m a t i o nt ot l a o o p t i m i z a t i o na l g o r i t h mo ft a s ka r r a n g e m e n t , a n a l y z e sa n ds t u d i e st h es e a r c hr o u t e a l g o r i t h m ，p r o p o s et h et h r o a tt r a f f i cc a p a c i t yc o m p u t i n gs y s t e mp r i n c i p l eo fd e s i g n t h i r d l y , t h et h e o r ya n dt h ea l g o r i t h ms u m m a r i z e sw h i c hu s i n gf r o n th a v o d e v e l o p e dt h ec o m p u t i n gs y s t e mr e a l i z a t i o np r o c e d u r eo ft h r o a tt r a f f i cc a p a c i t y , t ot h e s y s t e md e m a n d ，t h er e a l i z a t i o nf u n c t i o ni l l sw e l la st h es y s t e md e s i g nt h o u g h tc t l l t i c so i l t h ea n a l y s i s ，c a r r i e so nt h ed e s i g nt ot h es y s t e ms t r u c t u r ea n dt h ei n t e r f a c e , a n d s u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n tk i ta n dt h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t f o u r t h l y , c a r r i e s0 1 1t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o nt ot h es y s t e mt h r o u g ht h ee x a m p l e , i n t r o d u c et h es y s t e m 璐ep r o c e d u r ei nd e t a i l ，a n dc , a l t i c so nt h ea n a l y s i st oc o m p u t e d r e s u l to f t h ee x a m p l e , d i s c u s s e st h ei m p o r t a n tp a r a m e t e rv a l u e f i n a l l y , t h ep a p e rh a sc a r r i e do nt h es u m m a r yt ot h ec o m p u t i n gs y s t e mr e s e a r c ho f v n t h r o a tt r a f f i cc a p a c i t y , a n db a s e so nq u e s t i o n sa n di n s u f f i c i e n c i e sw h i c h m e e t so nt h e r e s e a r c h , p r o p o s es o m ef o r e c a s t st ot h et h e o r yo fc o m p u t a t i o n , r e a l i z a t i o nm e t h o d , t h e d i r e c t i o no fn e x ts t e ps t u d i e da sw e l la st h ea s p e c tt h a ts y s t e ms h o u l db ec o n s u m m a t e d k e y w o r d s ：r a i l w a ys t a t i o n ；t h r o a t ；t r a f f i cc a p a c i t y ；, t a s kr o u t e ；r o u t eo p t i m i z a t i o n ； s e a r c hr o u t e ； c l a s s n o ：u 2 9 1 1 ：u 2 9 2 5 + 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字e t 期：年月e t 签字日期：年 月日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 6 7 致谢 本论文的工作是在我的导师陈峰教授和张海燕副教授的悉心指导下完成的， 两位教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响在此衷心 感谢两年来二位老师对我的关心和指导 张海燕副教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都 给予了我很大的关心和帮助，在此向张老师表示衷心的谢意 陈峰教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心 的感谢。 在撰写论文期间，铁道第三勘察设计院的范子昂总工程师，北京中科智邦软 件设计院的孙成宝以及实验室的吕鹏、牛圣宽等同学对我论文中的研究工作给予 了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也要感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 k 。 序 随着我国铁路的大规模建设和跨越式发展，铁路设计工作也面临着提高设计 质量和效率的要求。这就促使了计算机技术尤其是c a d 技术与铁路设计工作的快 速结合站场设计作为铁路设计的一个重要组成部分，它的质量与效率的提高也 离不开c a d 技术的支持 在站场设计的许多方面如平纵横断面设计、土石方量计算等，已经与c a d 技 术密切的结合，而在通过能力计算方面，特别是咽喉区通过能力计算部分却少有 相应的软件涉及。咽喉区通过能力计算作为对站场设计成果的一项检算，它的重 要性毋庸置疑。因此，本文希望建立一套咽喉区通过能力计算系统以辅助站场设 计工作。 在本文的研究过程中，作者曾多次与铁道第三勘察设计院的站场设计人员交 流，并多次向原站场设计处范子昂总工程师请教。在对站场设计过程全面了解之 后，针对设计工作的特点，作者以现有的咽喉区布置理论以及搜索算法为基础， 提出了一套咽喉区通过能力计算算法，并成功实现。 本文为咽喉区通过能力计算过程提供了一套可行的系统。系统的使用可以在 一定程度上提高设计工作的效率，也为今后c a d 技术在通过能力计算方面的应用 打下了一定的基础。 1 1 研究的意义 1 绪论 铁路站场担负着铁路客货运输的集中与分散，它的设计在铁路基础设施建设、 改造设计过程中是一个承前启后的重要环节。站场通过能力是衡量站场设计是否 满足要求的重要标准，通过能力的计算是站场设计的重要环节之一 产生于六十年代的计算机辅助设计技术，由于它将计算机高速而精确的计算 能力、大容量的储存和数据处理能力与人的逻辑判断、综合分析及创造性思维能 力结合起来，在近年来得到了飞速的发展。目前，c a d 技术的推广和更新已成为 铁路信息化的重要组成部分，计算机辅助设计在铁路工程设计领域已变得越来越 普及。在铁路桥梁、隧道、线路、机车、车辆等各个专业都有计算机辅助设计系 统在应用。 c a d 技术在铁路站场设计方面也得到了广泛普及和应用，采用c a d 技术是 缩短设计周期、实现站场设计标准化的重要手段。在目前已有的站场设计辅助系 统中，已经实现了平纵横断面设计，信号机、警冲标位置计算，土石方量计算， 信息查询、浏览，图素分类，属性查询，道岔、钢轨型号的自动选择等众多功能， 大大提高了站场设计人员的工作效率。但是现有系统在通过能力计算方面却少有 涉及。 站场的新建或改建设计是为了满足新的客、货运要求，车站通过能力的大小 直接决定了设计能否满足要求。因此，站场通过能力的计算是对站场前期设计的 一个必要的检验，是站场设计过程中必不可少的部分。站场咽喉区连接区闻与车 场线路，对建立基本作业进路，保障必要的平行进路起着重要作用。咽喉区是铁 路车站平面设计的主要内容，它的通过能力的计算是站场通过能力计算的重要组 成部分。 目前咽喉区通过能力的计算在车站技术作业阶段研究的比较多，在站场设计 阶段研究的很少。研究和开发铁路站场咽喉区通过能力计算系统的目的就是要对 咽喉区通过能力计算的方法进行研究，并利用计算机完成咽喉区通过能力的自动 计算。计算系统的实现可以很好的辅助站场设计，有利于多方案的比选，对提高 自动化设计水平，加快设计速度以及提高设计质量有着重要的意义。 1 2 咽喉区通过能力研究现状 铁路站场股道众多，它的每一端都逐渐收缩为可以同时作业的少数几股平行 线。为了使这些线路可与站场各股道通达，在其间铺设了若干道岔和渡线，从而 形成了线路纵横交错的区域，即咽喉区。它是车站行、调车作业的必经之路。 咽喉区通过能力是站场咽喉区中的咽喉道岔在现有设备条件下，采用合理的 技术作业过程和先进的工作方法，于一昼夜内所能通过的每方向的列车数。 1 2 1咽喉区通过能力计算的理论方法 咽喉区通过能力的计算一般采用利用率法，其核心问题是处理平行进路和敌 对进路对咽喉占用的影响。对此国内外专家提出了许多解决办法，大致可以分为 两类： 一类方法是：计算整个咽喉区的能力利用率，以确定咽喉的通过能力。采用 该法的有前苏联k k 塔里教授和波兰铁道科学院等。k k 塔里教授的主要理论依据 是概率论，先确定各项作业占用咽喉的概率及其时间，在此基础上确定咽喉区的 利用率和通过能力，此法的特点是各条进路均按同一个利用率计算能力并考虑了 两条平行进路与一条进路交叉时两条平行迸路一昼夜平行作业的概率：波兰铁道 科学院也采用概率论，但与塔里教授方法不同的是它首先计算了咽喉区各条进路 的占用概率及时间负荷，然后确定各条进路的能力利用率和咽喉区的通过能力， 其计算结果较前法更接近实际；前苏联曾采用一种确定咽喉负荷量的分析计算法， 该法通过咽喉结构分析，提出六种基本进路交叉类型，利用概率论方法推导出每 种类型平行进路列车运行的重合率及咽喉负荷量的计算方法，此法虽然在一定程 度上考虑了进路的相互配合，但只描述了简单咽喉的特点，不适用于进路多的复 杂咽喉；国内有学者认为既然咽喉道岔占用之间的相互干扰对能力的影响难以确 定，不妨从保证运营的稳定性出发，根据实际情况给定一个容许的运行延误率( 表 示各次占用请求发出时恰遇咽喉被占用的概率) ，再根据这个容许延误率计算咽喉 能够实现的通过能力。 另一类方法则是：首先确定各咽喉道岔组的能力利用率，然后按负荷最大的 道岔组来确定咽喉的通过能力，所要解决的问题主要集中在咽喉道岔组的妨碍时 间和空费时间的计算上。采用这类方法有前苏联h b 普拉夫金教授等。h b 普拉 夫金教授引用了两个参数( 咽喉区平行作业同时发生的系数和时间损失系数) 来 扣除妨碍时间和空费时间的影响，并给出了按不同平行进路数规定的参数值；北 方交通大学提出了关于咽喉道岔间接妨碍时间的计算方法，根据咽喉区平行进路 的不同，给出了不同的计算公式；同时，北方交通大学还着重对客运站的咽喉道 2 岔通过能力计算进行分析，在提出的能力利用率的计算公式中运用了参数基( 由于 敌对进路造成咽喉道岔使用的中断系数) ，并通过对若干个车站的咽喉道岔总负荷 量进行计算，运用一元线性回归找出了此参数的确定方法。i l 】 国内通常采用后一类利用率法计算咽喉区通过能力。 1 2 2 作业进路排列的优化方法 在车站行、调车活动中，行车进路与调车进路一般是由允许列车或机车停留 的股道和不允许列车、机车停留的道岔组成。车站咽喉区在物理布置上具有网络 形态，即每一副道岔可使列车去往不同股道。每一条股道或每一副道岔在同一时 刻只允许一列车或一车列或机车行驶。而且由于作业进路的敌对或妨碍关系，使 得每一条迸路在一定时间范围内只允许某一列车或机车等唯一占用，具有容量限 制。因此车站各作业进路的排列方式是决定咽喉区的通过能力大小的关键所在 车站在技术作业过程中需要对作业进路的排列进行优化，优化的任务是在起、 止股道确定的前提下来优化进路，即确定要占用哪些道岔组，使行、调车作业经过 咽喉区的时间最短，同时又不影响咽喉区的其它作业。车站设计中的通过能力计 算是用于检算车站平面设计的合理性，为了能够准确的检算，通过能力计算中也 必须在已知条件下尽可能的合理安排作业进路。 车站咽喉区可抽象为一个多源多汇的网络，道岔代表网络中的节点，咽喉区 渡线或正线代表网络中的边，可以给每条边都赋予权值。 最简单的排列进路的方法是利用最短路径法，文章“技术站咽喉通过能力计 算中直接妨碍道岔组的确定一中提出，一条合理的进路就是一条由源点到汇点的 最短径路，求进路排列的问题便转化为求带权有向图的最短径路问题。即在网络 中找到作业起、终点对应的源、汇点，然后求出最短路。 目前在国内被多次提出的方法是最大平行进路优化法。利用网络的最小费用 最大流理论，在给定部分约束条件的情况下，力求咽喉区可安排的平行作业数最 多。文章“铁路技术站咽喉区道岔组占用安排的模型和算法一中提出，当具体行 车任务确定时，每一项作业都可以在网络中确定一个有起、止点的有向子两，有n 项作业就有n 个子网。铁道部印发的车站行车工作细则规定了关于道岔在两 次作业之间需要安排的其它辅助作业的时间标准，因此在排列作业迸路时要考虑 时问上的约束条件。当前后两次作业间隔时间满足该时间标准时，这两次作业均 可占用该道岔，否则仅能占用一次。在网络中，用一条边以及与其相连道岔组被 占用的时间表示流经该边的费用，也就是这条边的权值。对于一个确定的行车任 务，它经过咽喉区的时间由列车的速度和车长决定，而经过边和经过相邻道岔组 3 的时闻由边和道岔组的长度决定，故可以用相应长度代表费用。那么，最大平行进 路优化法可以描述为在时间约束条件下，目标函数为求费用之和最小值和作业数 量最大值的网络模型。 另一种模拟现场作业，安排作业进路的方法叫最大概率进路优化法与最大 平行进路优化法不同，它的基本思想不是在安排一项作业时力求在剩余进路中可 平行作业的数量最多，而是在安排作业时力求最大概率的为后续作业留下进路， 也就是最有利于后续作业的进路排列。文章“铁路车站咽喉区进路排列优化方法一 中提出，虽然不能确定后续作业内容，但可以根据每项作业的频率确定后续作业 的概率，因而可以谋求最大概率地为后续作业排列进路。给每一项作业确定一个 概率值，在安排作业进路时，所有不与该进路相交的作业进路均作为被安排的后 续进路，计算这些后续作业的概率之和。然后比较每条作业进路的所有后续进路 概率之和，最大值所对应的进路则是该作业最合理的进路。 1 ，2 3 研究现状分析 目前对通过能力模拟计算系统的研究一般用于分析既有车站的通过能力情 况，现有的站场设计系统中对通过能力的计算分析还很少。在对咽喉区通过能力 有重要影响的作业进路排列问题的研究中，也是以既有车站为背景和条件，为车 站安排最合理的作业进路，以充分发挥咽喉区的通过能力。但是由于站场设计时 通过能力的计算就是要模拟现场情况，因此，作业进路排列的优化方法同样可以 在站场设计系统的通过能力计算中应用，尽量准确和合理的求出咽喉区通过能力 的最大值。 在作业进路排列优化方法的研究中，最短路径法最简单易行。它保证了各项 作业在单独进行时可以以最快的速度完成。但是却忽略了作业与作业之间的关系。 由于在车站技术作业过程中，很多时候是几项作业同时进行，利用这种方法得到 的结果显然与现场实际情况有一定的差距。最大平行进路优化法在最短路径法的 基础上加入了作业之间相互关系的条件，同时考虑了时间以及作业交叉干扰两个 方面的因素，并且构建了一个随时间变化的动态网络模型。这种方法的基本思想 在一定程度上符合现场的作业情况，因此在国内也多次被人提出。最大概率进路 优化法提出了另一种对现场作业的模拟方式，它在安排作业时为后续作业留下较 合理的进路空间，使作业安排更为自由。但是这种方法目前还仅停留于基本理论， 对于计算机的实现方式，以及作业概率的取值方法还有待进一步研究。 可见，在现有的作业进路排列优化方法中，最大平行进路优化法虽然已被广 泛认可，但是最大概率进路优化法则相对更具有合理性，特别是作业概率的引入， 4 可以更好的与现场作业情况吻合。 综上所述，作业进路的排列方式是影响咽喉区通过能力大小的重要因素，通 过能力的计算结果是衡量车站设计合理与否的重要标准，因此研究作业进路的合 理排列方式并准确计算出咽喉区通过能力对站场设计具有重要意义 1 3 本文研究的主要内容 本文将从站场设计人员的角度出发，采用利用率法，研究和开发一套完整的 咽喉区通过能力计算系统。因此，本文的主要内容包括以下几个部分： l 、具体介绍咽喉区通过能力计算的原理及方法。详细介绍咽喉区通过能力各 步骤的实现方法。主要过程是参考搜索路径算法和作业进路排列的优化方法，并 对上述方法进行相互结合和改进，计算咽喉区通过能力 2 、以软件工程学的理论和方法从事系统开发，对系统的目标、开发原则、总 体结构、功能设计、实现方法及开发平台等进行了综合地分析和探讨，并建立数 据流程图和系统流程图。 3 、以实例详细说明咽喉区通过能力计算系统的实现过程。确定实例的作业进 路最优方案，计算咽喉区通过能力，并通过对计算结果的分析，讨论重要计算参 数的取值。 5 2 站场咽喉区通过能力的计算方法及原理 2 1 站场咽喉区通过能力的确定方法 车站通过能力是车站在现有设备条件下，采用合理的技术作业过程和先进工 作方法，于一昼夜内所能通过的每方向的列车数它包括咽喉区通过能力和到发 线通过能力两部分。 咽喉区通过能力是由该咽喉区内工作量最大的道岔，即咽喉道岔，一昼夜能 够通过的列车数决定的。因此，计算咽喉区通过能力就是要计算咽喉道岔通过能 力。 2 1 1 咽喉区通过能力的计算步骤 计算咽喉区通过能力可分四步进行： 首先，根据车站现有设备条件和技术作业过程，查定各项作业占用时间标准 其次，根据采用的计算行车量，确定各项作业占用各有关道岔的次数，并选 定咽喉道岔。 第三，根据各项占用时间标准、占用次数和咽喉区布置特点，计算咽喉道岔 的妨碍时间。 最后，将各有关数字代入计算公式求出咽喉通过能力。 2 1 ( 一) 查定各项作业占用时间标准 咽喉区道岔占用时间按作业性质不同可归纳为接车、发车、调车( 车列转线 和取送车) 及机车通过( 或出入段) 四种。 1 、接车占用咽喉区道岔时间( t 接) t 接= t 准+ t 进( 分) ( 2 _ 1 ) 式中t 准准备接车进路时间( 包括办理闭塞和开放进站信号等) ； t ：进一列车通过进站距离所需的时间。 2 、发车占用咽喉区道岔时间( t 发) t 发= t 准+ t 出( 分) ( 2 2 ) 式中t 准准备发车进路时间( 包括办理闭塞、开放出站信号、司机确认 出站信号及启动列车等时间) ； t 出列车通过出站距离所需的时间。 3 、调车占用咽喉区道岔时间( t 调) t 调= t 准+ t 移( 分) ( 2 3 ) 7 式中t 准准备调车进路时间： t 移车列通过调车距离所需的时间。 4 、机车占用咽喉区道岔时间( t 机) t 机= t ”准+ t 走( 分) ( 2 4 ) 式中t 准准备机车出( 入) 段进路时间； t 移机车通过出( 入) 段距离所需的时间。 对各项作业占用时间采用写实采点的方法，对写实后的各项数字进行分析， 保留其中合理的部分，剔出不合理部分，然后按不同的作业( 接车、发车、调车 和机车出入段) 分别汇总，接车和发车两项还需按各衔接方向( 包括上、下行方 向) 将客货列车占用时间分别汇总。检查核对无误后，即可初步确定各项作业占 用时间标准。 ( 二) 行车量分配方案和咽喉道岔的选定 当各项作业占用时间标准为已知，咽喉区许多道岔中哪一个应选定为咽喉道 岔，取决于咽喉区布置特点和行车量分配方案。 为了便于分析确定咽喉道岔，可将咽喉区许多道岔划分为少数几个组。道岔 分组的方法应符合下列规定： l 、不能被两项作业分别同时占用的道岔，应并为一组； 2 、两条平行进路上的道岔，不能并为一组； 3 、不能与相邻道岔并组的个别道岔，应单独划为一组； 4 、可以并入相邻两组中任何一组的道岔，应并入其中任何一组。【2 】 道岔分组的实质是把同一组中某个道岔被占用看成其余各道岔也被占用，故 经过道岔分组后分析各道岔被占用情况时，就不需要把咽喉区的各个道岔一一列 出，使分析计算工作大大简化。 道岔分组完成之后，还必须把经由计算咽喉区的行车量进一步具体分配到各 道岔和股道中去，将各项作业占用有关道岔的次数、时分确定下来，才能选定咽 喉道岔。 行车量分配方案应根据到发线数、线路使用办法、咽喉区布置特点和其他有 关因素等已知条件来确定，所选定的分配方案应满足下列两点要求： 1 、货物列车到发线均衡使用，各股道接发车列数相等或大致相等，总占用时 间大致相等。 2 、合理利用咽喉区的平行进路，减轻咽喉道岔的负担，提高通过能力。 各股道接发列车的种类和列数确定以后，接车、发车、调车和机车出入段占 用各有关道岔的次数也就基本上确定了。 选定咽喉道岔一般按表2 - 1 进行。 8 表2 1 各道岔组占用时间计算表 t a b 2 lo o c u p i e dt u n eo f t u r n o u tg r o u p sc a l c u l a t e dc h a r t 占用 每次时分 占用时间道岔分组号 进路作业进路 次数 共计 其中固定作业 t l 2i 编号名称 ( t ) ( n )( n t ) 时间 1 道下行旅客列 l xxzxxx 车出发 2 道上行旅客列 2xxxxxx 车到达 道岔组被占用总时闻y t 拥 xxx 总计 其中固定作业时间t 占一 xx x d 占m - z t 占一 xxx 表中第栏列出该咽喉区全部作业进路；第栏根据行车量分配方案及其他 已知条件填记各项作业占用次数；第栏填记各项占用时间标准，第、栏相 乘得占用时间填入第栏( 其中包括的固定作业时间应分别列出) ，同时填入第 栏中被该项作业占用的各道岔组项内，如系直接妨碍时间，应加括号以示区别。 所以作业填记完毕后，各道岔组占用时间分别加总，将总计栏内e t 拥一e t 占一的最 大值对应的道岔组选定为咽喉道岔。 ( 三) 妨碍时间的种类和计算方法 妨碍时间是指由于列车、调车车列和机车占用与咽喉道岔有关的进路上的其 他道岔，而需停止使用该咽喉道岔的时间。 各项作业进路按其与咽喉道岔的关系不同，可分为占用进路和妨碍进路两种 经过咽喉道岔的进路称为占用进路；不经过咽喉道岔但与该咽喉道岔的全部或部 分占用进路互相敌对的进路，称为妨碍进路。 妨碍时间按其产生的条件和计算方法的不同，可分为直接妨碍时间和间接妨 碍时间两种。 当某一妨碍进路与咽喉道岔的全部占用进路互相敌对时，受此妨碍进路影响 而造成的妨碍时间，称为直接妨碍时间。当某一妨碍进路只与咽喉道岔的部分占 用进路互相敌对时，为此而造成的妨碍时间，称为间接妨碍时间。由于直接妨碍 时间容易确定，不需要另行计算，为了简化计算手续，一般将它按占用时间处理， 9 列入表2 - 2 。 表2 - 2 咽喉通过能力计算已知资料 t a b 2 - 2c a l c u l a t i o nd a t ao f t h r o a tt n 伍cc a p a c i t y 进路进路占用次每次时分 占用时间 作业进路名称共计 性质 编号数( n )( t ) 其中固定作业时间 ( n t ) 1 道下行旅客列车 lxxxx 出发 占用 2 道上行旅客列车 2xxxx 进路 到达 t 占_e t 屠占 3 道本务机车出入 9xxxx 段 4 道本务机车出入 妨碍 1 0xxxx 段 进路 l l 4 道车列转线 xxxx e t 占饱e t l i l t s 表2 2 中占用进路指占用咽喉道岔的进路和造成直接妨碍时间的妨碍进路，妨 碍进路指造成间接妨碍时间的进路，下同。 占用进路占用咽喉道岔时间之和用t 占咽表示，其中固定作业时间之和用t 目 占表示；妨碍进路占用咽喉道岔时间之和用e t 占他表示，其中固定作业时间之和用 e t 商妨表示。 妨碍时间( 指间接妨碍时间，下同) 按如下步骤计算： 第一步，用“平行作业时间计算表 确定两两一组各平行进路占用时间乘积 的总和。 1 0 表2 - 3 平行作业时间计算表 t a b 2 - 3t i m eo f p a r a l l e lt a s kc a l c u l a t e dc h a r t 91 01 l n a t cdc l童 vv 一+ a x ( c + d + ) 2b v v 小x ( d 卜e 十) n i t i 码铲 该表的格式如表2 3 所示，其使用方法如下： 在表的左侧由上往下依次列出全部进路编号和占用时间，在表的上方由左往 右依次列出各妨碍进路的编号和占用时间( 表中数字由表2 - 2 摘抄) 。 在表中横行与竖行相交的小方格内填记有关进路的平行或敌对关系。两进路 相互敌对时记搿x 一，能平行办理则记“一。每个“一代表一项t 平。逐行填完后 将各t 平的有关进路占用时间相乘，最后将各项乘积加总，即得各平行进路占用时 间乘积的总和e n i t i n j t j 。 第二步，按下式计算总妨碍时间t 妨： e t 妨= t 占住- o ( e n i t i n j t j e t 占一) ( 2 5 ) 式中t 占t 、t 占啊的数值，可从表2 - 2 中查得；西为平行作业总时间修正系数， 当咽喉区最大平行作业数为2 时，o = 1 ；当咽喉区最大平行作业数为3 及3 以上 时，西= o 9 。 ( 四) 咽喉通过能力计算 总妨碍时间求得后，可将各已知数字代入下式计算通过能力。 t ：e t 占一+ k ( 2 - 6 ) r ， e t a = e t a 占+ e t 嗣妨x 掣 ( 2 7 ) 乙咕乜 k _ 三二鱼右( 2 - 8 ) k _ j 兰竺弋育一 ( 1 一y 空m ) ( 1 4 4 0 一f 固) n _ 鲁饥恤 ( 2 9 ) a 式中y 空膏- 考虑咽喉道岔( 组) 的空费时间和间接妨碍时间扣除的系数， 根据 o ，则i = i = 1 卢i i 1 ，重复第2 步，否则停止。 第3 步 若k i + j ，则k i + j ，p ( s ，d = p ( s ，t ) ；若j 砣时选择路径b 1 一a 2 一b 3 ，反之，选择b l c 2 一b 3 。 a1 b1 cl a 2 a3 图2 石道岔区示意图( 3 ) f i g 2 - 6t u r n o u ts e c t i o ns k e t c hm a p ( 3 ) 1 9 a1 b1 c1 a 2 a3 图2 - 7 道岔区不意图( 4 ) f i g 2 - 7t u r n o u ts e c t i o ns k e t c hm a p ( 4 ) 可见，采用最大概率进路优化法能够更准确、更客观的模拟现场情况，可以 刷水选择行车量分配的最优方案。 4 、选定咽喉道岔 咽喉道岔的选择一般是通过绘制“各道岔组占用时间计算表求得( 见表 2 1 ) ，利用计算机完成这一步骤省去了制表计算的繁琐过程。 行车量分配方案确定之后，各项作业经过的道岔也随之确定。对各道岔分别 统计占用其作业的类型和次数，计算每个道岔被占用的总时间和固定作业时间， 总时间和固定作业时间之差最大的道岔即为咽喉道岔。 5 、计算各平行进路占用时间乘积之和 各平行进路占用时间乘积之和是通过“平行作业时间计算表求得( 见表2 - 3 ) 。 计算之前，必须首先确定所有进路中哪些属于占用进路，哪些属于妨碍进路，然 后再判断占用进路与妨碍进路之间的一一对应关系( 平行或交叉) 。 根据行车量分配方案，找出所有经过咽喉道岔的进路并归为占用进路。再依 次判断剩余进路，将与所有经过咽喉道岔的进路均相交的进路也归为占用进路， 剩余进路归为妨碍进路。判断每条占用进路与每条妨碍进路的对应关系，若相交 则将它们的占用时间相乘。最后将所有的乘积求和，得到各平行进路占用时间乘 积之和。 6 、计算总妨碍时间 总妨碍时间的计算公式为见式2 - 5 。 e t 占咽表示占用进路占用咽喉道岔时间之和，通过计算占用进路的占用时间之 和求得；e t 占他表示妨碍进路占用咽喉道岔时间之和，通过计算妨碍进路的占用时 间之和求得；， - - 一e l 】修正系数，乙n i i n j j 为各平行进路占用时间乘 积之和，两者均已知。 7 、计算咽喉区通过能力 总妨碍时间求得后，将各已知数据代入式2 - 6 、2 - 7 、2 - 8 、2 - 9 ，其中t 一占 表示固定作业时间之和，通过计算占用进路的固定作业时间之和求得；t 一妨表示 固定作业时间之和，通过计算妨碍进路的固定作业时间之和求得n ，、n - 、n 謇分 别表示列入计算中的该方向的货物列车数、摘挂列车数和旅客列车数。 2 2 4 搜索路径算法 最大概率进路优化法中需要多次搜索起点与终点间的路径，因此需要找到搜 索两点间所有路径的方法。搜索路径需要用到图论中生长树的理论。其中搜索最 短路的方法主要有d i j l s t r a ( 迪科斯彻) 算法、f l o y d ( 弗洛伊德) 算法、k r u s k a l ( 克罗斯克尔) 算法和h u f 陆a n ( 哈夫曼) 算法，搜索两点问所有路径的方法可以 由搜索最短路方法引出。 在这四种算法中，f l o y d 算法常用于搜索存在负回路情况的图中任意两点最短 路；k r u s k a l 算法也叫。避圈 法，常用于解决最小生成树问题，即求整个生成树 的边之和最短；h u f f m a n 算法常用于解决最优2 元树问题，是一种编码算法可以 看出，k r u s k a l 算法和h u f 陆a n 算法不适用于求解两固定点间最短路的问题，由于 咽喉区形成的网络中不存在负回路，f l o y d 算法也不适用。 l 、d i j l s t r a 算法 d i j l s t r a 算法是一种基本的最短路搜索算法，用于求某一顶点到其余顶点最短 路，同样也可以用来求一顶点到另一顶点的最短路。 该算法介绍如下： 对一个图g ，将其每条边e 都对应一个实数w ( e ) ，称w ( e ) 为边e 的权， 称g 为赋权图。e ( g ) 表示图g 的边集；v ( g ) 表示图g 的顶点集。 设g 是赋权图，且w ( e ) o ，e e e ( g ) ，如图2 - 8 所示。图g 中两点i 、j 之间的最短路称为i 到j 的距离，记为d ( i ，j ) 。如果没有i _ j 通道，则令d ( i ，j ) = 。设图g 中有n 个顶点，即v ( g ) = 0 ，l ，n - 1 。若( i ，j ) e ( g ) 则w ( i ，j ) 表边( i ，j ) 的权。若( i ，j ) 叠e ( g ) ，则令w ( i ，j ) = 。设 表示叫的最短路，记d 0 1 i ：w ( ) ，s 表示生长到树中的顶点集，s 表示v ( g ) s ，t ( i ) - 3 表示顶点i 的紧前顶点是j 。 2 l 3 4 图2 8 赋权有向图g f i g 2 - 8e n d o ww i t hn u m e r i c a lv a l u ed i r e c t i o n a lc h a r tg 在开始时，s = 0 ) ，并给图中顶点标号如下： l o ) = o ，l j ) = w o ，j ) ，j s 。 这样的标号满足两个条件： l ( i ) = d o i ，i s ( 2 1 1 ) l ( j ) = m i n i ( i ) + w ( i ，j ) f i e s ，j s ( 2 1 2 ) 令 l ( k ) = m i n 1 ( j ) i j s ) l ( k ) + w ( k ，j ) 则令 l ( j ) = l ( k ) 押( k ，j ) ， t ( j ) = k ， 转第2 步 2 、搜索所有路径算法 ( 2 - 1 6 ) ( 2 - 1 7 ) d i j l s t r a 算法解决了搜索两点间最短路的问题，但是最大概率进路优化法需要 一种搜索两点间所有路径的方法。因此，作者以d i j l s t r a 算法为基础，提出了一套 搜索两点间所有路径的算法。 设在一个网络图中从一个源点到一个汇点存在路径，那么在这些路径中必然 存在最短路径、次短路径、二级次短路径如果不考虑最短路径，则次短路径 就变为了最短路径：若同时不考虑最短路径和次短路径，则二级次短路径就变为 了最短路径。依次类推，当其他所有路径均不考虑时，最长路径就变为了唯一路 径，也就是最短路径。 因此，依照上面的思路，搜索所有路径的问题可以转化为多次求解最短路的 问题。我们将不考虑该路径定义为该路径无效，使路径无效的方法是将路径上一 条边的权设为无穷大。设在一个网络图中从一个源点到一个汇点存在n 条路径， 在这n 条路径中必