（交通运输规划与管理专业论文）客运专线枢纽站作业计划编制研究.pdf

中文摘要 自日本新干线投入运营以来，高速铁路逐渐发挥出其强大的生命力，世界上 许多国家都在研究建设适合自己国情的高速客运专线，我国也掀起了客运专线建 设高潮。为能更好发挥客运专线效用，客运专线综合调度系统的研究就显得尤为 重要。计划调度子系统是综合调度系统的核心，枢纽站是客运专线上列车始发终 到、交汇换乘的重要节点，其作业计划编制也就是计划调度子系统功能的重要组 成部分，并在很大程度上影响客运专线的运用效率与经营效果。本文通过对客运 专线枢纽站作业计划编制相关理论与基本原理的分析，旨在研究作业计划编制的 模型与算法，支持实现客运专线枢纽站作业计划的编制。 本文借鉴日本新干线相关技术的成熟经验，结合我国客运专线建设现状，主 要做了以下研究工作： 1 分别从国内外两方面对客运专线建设现状、综合调度系统及计划调度子系 统进行了分析； 2 介绍了客运专线枢纽站的主要作业内容以及列车在客运专线枢纽站的作业 流程； 3 提出了客运专线枢纽站作业计划编制的原则以及内容； 4 对客运专线枢纽站作业计划编制的基本理论进行了介绍； 5 描述了客运专线枢纽站作业进路，研究了客运专线枢纽站作业计划的编制 模型与算法以及方案评价方法； 6 探讨了异常条件下客运专线枢纽站作业计划的调整方法； 7 对客运专线枢纽站作业计划编制模块进行了功能结构设计，实现了客运专 线枢纽站作业计划的计算机编制。 关键词：客运专线综合调度系统；计划调度子系统；枢纽站作业计划；调整优化； 异常条件 分类号：u 2 9 2 a bs t r a c t f r o mt h ej a p a n e s es h i n k a n s e np u ti n t oo p e r a t i o n , p a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a y h a s b e i n ge x e r t i n gg r e a tv i t a l i t yg r a d u a l l y m a n yc o u n t r i e sa r es t u d y i n ga tc o n s t r u c t i n g t h ea d a p t a b l ep a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a y ；m e a n w h i l e , o b i c o u n t r yr a i s e st h eh e a to f p a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yc o n s t r u c t i o n t o a f f e c tt h ef u n c t i o no fp a s s e n g e r d e d i c a t e dr a i l w a y , i ti sm o r ei m p o r t a n tt os t u d yt h ec o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n g s y s t e mo fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a y p l a nd i s p a t c h i n gs u b s y s t e mi st h ek e r n e lo f c o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e m t e r m i n a ls t a t i o ni sas o r to fi m p o r t a n ts t a t i o n s ， a n dw e a v e so p e r a t i o np l a nw h i c hi n f l u e n c e st h ef u n c t i o no fp l a nd i s p a t c h i n g s u b s y s t e ma n df u r t h e ri n f l u e n c e st h ee x e r t i o ne f f i c i e n c ya n dm a n a g e m e n t i ng r e a tp a r t f r o mt h es t u d yo f r e l a t e dt h e o r i e so f t e r m i n a ls t a t i o no p e r a t i o np l a n ，t h i sp a p e ra i m sa t r e s e a r c h i n go nm o d e la n da l g o r i t h m o fo p e r a t i o np l a n , a n dt h e n p u tt h i si n t o c y b e r - p l a n n i n g t h i sp a p e ru s e st h es u c c e s s f u le x p e r i e n c e so fj a p a nf o rr e f e r e n c e ，f i n a l l yc o m b i n e s t h ec o n s t r u c t i o no fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yi no u rc o u n t r y t h em a i n a c h i e v e m e n t si nt h i sp a p e ra l e ： 1 b a s e do nt w os i d e so fh o m ea n do v e r s e a s ，t h ec o n s t r u c t i o no fp a s s e n g e r d e d i c a t e dr a i l w a y , c o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e m ，a n dt h ep l a nd i s p a t c h i n g s u b s y s t e ma r ea n a l y z e d 2 t h em a i no p e r a t i o n so ft e r m i n a ls t a t i o na n do p e r a t i o nf l o w so fp a s s e n g e r d e d i c a t e dr a i l w a ya r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r 3 i ta l s op u tf o r w a r dt h eo r g a n i z a t i o np r i n c i p l ea n dc o n t e n to f t h et e r m i n a ls t a t i o n o p e r a t i o np l a n 4 t h er a t i o n a l eo ft e r m i n a ls t a t i o no p e r a t i o np l a n n i n go fp a s s e n g e rd e d i c a t e d r a i l w a yi se x p o u n d e di nd e t a i l 5 t h i sp a p e rd e s c r i b e st h eo p e r a t i o np a t ho ft e r m i n a ls t a t i o n ，a n dt h e ns t u d i e st h e m o d e la n da l g o r i t h mo ft e r m i n a ls t a t i o no p e r a t i o np l a n , a l s ot h em e t h o do fe v a l u a t i o n a b o u td i f f e r e n tp l a n s 6 t h ea d j u s t m e n tm e t h o d so ft e r m i n a ls t a t i o no p e r a t i o np l a ni ns o m ee x c e p t i o n a l c o n d i t i o na r ed i s c u s s e d 7 i td e s i g n st h ef u n c t i o na n ds t r u c t u r eo ft e r m i n a ls t a t i o no p e r a t i o np l a n ，w h i c h a c h i e v e st h ec y b e r - p l a n n i n go ft e r m i n a ls t a t i o no p e r a t i o np l a n k e y w o r d s ：c o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e mo fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a y ； p l a nd i s p a t c h i n gs u b s y s t e m ；t e r m i n a ls t a t i o no p e r a t i o np l a n ；a d j u s t m e n ta n d o p t i m i z a t i o n ；e x c e p t i o n a lc o n d i t i o n c l a s s n 0 ：u 2 9 2 v 图目录 图1 1 日本新干线路网图2 图1 2 我国中长期客运专线网示意图。4 图1 3 客运专线综合调度系统结构6 图1 _ 4 论文结构图9 图2 1 单程调车作业1 3 图2 - 2 双程调车作业l3 图2 3 客运专线枢纽站作业计划编制流程1 5 图3 1 贯通式枢纽站立折线示意图1 8 图3 2 客运专线枢纽站作业过程2 3 图3 3 作业计划生成关系图2 5 图4 _ l 接发列车作业计划编制流程图3 8 图4 - 2 调车作业计划编制流程图4 0 图4 3 面积法求解示意图4 2 图昏l 客运专线枢纽站作业计划编制模块结构图5 3 图6 - 2 数据管理子模块结构图5 4 图6 _ 3 北京南站下行方向作业计划表5 5 图6 4 北京南站调车作业计划表5 6 图每5 北京南站作业计划示意图5 7 图6 6 车次信息变更后的北京南站下行方向作业计划表5 8 图昏7 车次信息变更后的北京南站作业计划示意图5 8 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： 乒1 墨为 f 导师签名： 扔瞄 签字日期：必耐年多月，日 签字日期：狮子年易n , f - e l 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：吲坞签字喻删年石月，日 致谢 本论文的工作是在我的导师杨浩教授的悉心指导下完成的。杨浩教授坦荡的 做人风格、渊博的知识、严谨的治学态度、勇于探索的作风和科学的工作方法都 给了我极大的帮助和影响，是我今后学习的楷模。在此衷心感谢两年来杨老师对 我的关心与指导。 在论文撰写过程中，杨浩教授总是不厌其烦地与我商讨一些关键问题的解决 办法，耐心地解答我所提出的任何问题，对于论文的审阅更是字斟句酌，批阅多 次，提出了许多宝贵意见，在此，我表示衷心感谢! 杨浩教授不仅指导我完成了实验室的科研工作以及论文的研究与撰写，在学 习和生活上还给予了我很大的关心和帮助。两年来，我不但学习了更多的知识， 还提高了动手能力，增长了见闻，这是我一生中非常难忘的时期，在此向杨老师 表示诚挚的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，张红亮师兄对我论文中的研究工作给予了热 情帮助并提出了宝贵意见，在此向他表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 最后，衷心感谢在百忙之中对我论文评审的各位评审专家! 感谢你们提出宝 贵意见，为我今后继续深造研究开阔思路。 序 高速铁路在运输能力、速度、安全以及节省资源、保护环境、提高运输能源 利用的合理性与效率等方面有着无可比拟的技术经济优势。现今，世界各国都在 研究建设适合自己国情的高速客运专线，我国也于2 0 0 5 年开始兴起了高速客运专 线建设高潮。 客运专线综合调度系统是集计算机、通信、网络等现代化技术为一体的综合 调度系统，它能够完成列车的计划、运行、维修等一系列管理和控制，为完成运 输生产提供有力保障，本论文就是其核心计划调度子系统的重要内容。计划 调度子系统是日常调度指挥工作的基础，车站作业计划是指导车站接发列车、调 车等作业的重要技术文件。 根据目前国内外客运专线以及既有线车站作业计划编制研究成果，结合我国 客运专线枢纽站的具体设置与功能特点，基于客运专线相关技术与管理的研究现 状，我国客运专线枢纽站作业计划编制将主要借鉴日本的模式，参考日本新干线 车站作业计划编制。本文前三章主要对客运专线枢纽站作业计划编制的需求、原 理进行了介绍，通过对基本原理的研究引出全文的重点，进而研制了客运专线枢 纽站作业计划编制的模型与算法，并对在异常情况下作业计划如何调整进行了探 讨，然后围绕客运专线枢纽站作业计划的计算机编制方法，从系统的组成、结构 与功能等方面进行深层次分析，给出相应的结构设计，并以实例加以验证。 1 1 研究背景及研究必要性 1 绪论 自从以日本新干线、法国t g v 、德国i c e 为代表的客运专线投入运营以来， 高速铁路在运输能力、速度、安全以及节省资源、保护环境、提高运输能源利用 的合理性与效率等方面体现出了无可比拟的技术经济优势，被认为是人类在新经 济发展方式( 节约资源、保护生态与生存环境、可持续发展) 下运输模式的一种 理性选择。现今，世界各国都在研究建设适合自己国情的高速客运专线。我国也 已经制定了铁路网中长期发展规划，提出到2 0 2 0 年建设1 6 万k m 客运专线，实 现主要干线客货分线运行，建成国家快速铁路交通网络的宏伟目标【3 1 。从2 0 0 5 年 开始，全国兴起了高速客运专线建设高潮。 客运专线综合调度系统是集计算机、通信、网络等技术为一体的现代化综合 调度系统，是实现铁路运输高速度、高安全性、高正点率的基本保证，能够完成 列车的计划、运行、维修等一系列管理与控制，为完成运输生产提供有力保障。 计划调度子系统是整个综合调度系统的核心，是日常调度指挥工作的基础：车站 作业计划又是计划调度子系统的重要内容，是实现车站接发列车、调车等作业的 技术文件。客运专线建设在中长期铁路网规划中占有举足轻重的地位，也是 中国铁路进入跨越式发展新阶段的标志。新的路网规划布局极大地提升了客运能 力与规模，同时也就必然要在相关大城市建设新的客运枢纽站。枢纽站是客运专 线上的一类重要车站，计划调度子系统还必须具有正确编制枢纽站作业计划的功 能，因此很有必要对客运专线枢纽站作业计划的编制进行深入研究。 1 2 国内外客运专线建设现状 1 2 1 国外现状 世界高速铁路的发展大致经历了三个阶段：第一阶段从2 0 世纪6 0 年代至8 0 年代，为高速铁路发展初期，以日本为首，相继研究修建高速铁路的国家有法国、 意大利、德国等，建成高速铁路近3 0 0 0 k m ；第二阶段从2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代中期，在欧洲兴起修建高速铁路的热潮，修建铁路的国家扩展到西班牙、比 利时、荷兰、瑞典及英国；第三阶段为2 0 世纪9 0 年代后期至今，研究修建高速 j 匕立交通厶堂亟堂僮途塞绪论 铁路的国家又迅速扩展，正在修建与规划修建高速铁路的国家及地区达2 0 多个， 有些国家与地区已形成高速铁路网【4 】。 1 日本高速客运专线建设 同本于1 9 6 4 年建成了世界上第一条客运专线东海道新干线，其后相继完 成了山阳、东北、上越、北陆、山形、秋f t l 等新干线，形成了2 1 7 5 k m 的新干线网。 日本新干线路网如图1 1 所示。 一全国瓤至金稼敛堂剖圈一一 瓣鬻鬻j 超镊撼瑟嚣7 趟1 。摇! 舞。西毋 4 i 貉埠惫 医甩侈oj= 照舞 麓、0j 一? 影谴_ 税辜要二缝il 仃 篁潍6 8 h 薹鸶i 盐；骋# l i k 爱，蔷5 ，一税镊) 纛鬻辫慕，海j 彰幕要0 ：友篪j 稿 彭窝出一露霖) 山璐( 太簸一- 疆闭) 。雾。一 臭l 累7 蓦鹦圣鼙圈) 篇誉i 目i 囊襞 疆槊芹| 八声)2 饪弹辑中舞( 柬誉煮鞭 i 鎏鬻 上缘杰麓弘一辑捣，鲞粥 话霹瓤隆书褒( 鞔趣j 一霸辗， 3 5 c i 孵j j p 蔓离哥 ，接鲐) 躐；量j i ；鲞i山# 簌六戮下撕 誊魂 鬻 北灞) 霞( 脊警卜托缀) # 臻。餮f ：；卑蓐礴瓤阻幽秘江) 籀嘲嘲蓖 扯露鞋最l 卜拳蹶i 四i 暖大瑷龙j 予 襄 毅( 丛芦一劳癀) j 时m。，。啊四匿 曩靳( 掰l 出一- 蔫瓤 囊滚 丸，、艘疆黔翳零黔碾a ；! ! 渥渤一g 蓦彗黟 九州( 蕃霸一一岳蟠 一鬻雾九崩碴藿 ( 走分熊本) 孓鬻， 誓黼 渔“、 鹗， 黪 图1 - 1 日本新干线路网图( 资料来源于参考文献【7 】) f i g u r e l 1r a i l w a yn e t w o r ko f j a p a n e s es h i n k a n s e n 日本新干线以其出色的运营管理闻名世界，在经济和社会方面取得明显效益。 1 9 7 0 年同本颁布了全国新干线铁路整备法，此后制定了全日本高速铁路网络， 在己建成的高速线的基础上，近期将修建1 3 3 7 k m ，远期修建3 5 1 0 k m 的高速铁路， 最终将建成全日本6 8 0 0 多公里的高速铁路网【2 】。 2 法国高速客运专线建设 法国在高速铁路方面具有独特的地位，从2 0 世纪7 0 年代开始修建高速铁路， 目前已建成高速铁路1 5 7 6 k m 。在世界上已建成的高速铁路中，设计允许速度最高 的是法国的t g v 地中海线，设计速度( 预留速度) 为3 5 0 k m h 。目前，t g v - r 高 速列车实际运营速度为3 0 0 k m h ，近期将提高到3 2 0 k m h 。法国运输部于1 9 8 9 年 制定了未来2 0 年的高速铁路发展计划，确定要建设高速铁路新线4 8 0 0 k m ，t g v 通行线路1 1 0 0 k m ，其中东部线巴黎至斯特拉斯堡( 4 6 0 k m ) 和通向意大利及西班 牙的南部欧洲线( 6 4 1 k m ) 将优先修建【5 】。 o 裳) 哺， 3 德国高速客运专线建设 德国的高速铁路是客货混运型，货物列车只在夜间旅客列车停驶的时间内行 驶。根据1 9 9 8 年开始实施的“2 1 世纪网络，加上经过升级改造的既有线，即在 2 l 世纪初长距离旅客运输的快速铁路网络将达到4 0 0 0 k m ，其中1 5 0 0 k m 为新建的 高速铁路线【6 】。 4 其他国家高速客运专线建设 意大利政府于1 9 9 3 年正式批准建设罗马那不勒斯、佛罗伦萨一博洛尼亚、 博洛尼亚一米兰、米兰都灵等高速铁路线。至2 0 0 2 年底，这些线路已陆续开工。 西班牙引进了法、德两国技术，建成了马德里至塞维利亚高速铁路，全长 4 7 1 k m ，是按快慢车混运、客货车混运的原则设计的。 美国的东北走廊高速铁路于2 0 0 0 年正式投入运营。此外，美国铁路客运公司 与州政府合作，面向5 个地区市场制定了高速铁路规划。 俄罗斯于1 9 9 1 年成立高速铁路股份公司，负责高速铁路的筹建、经营以及高 速列车的研制、生产等。在规划、设计莫斯科圣彼得堡高速客运专线的同时， 俄罗斯铁路还研制了新一代神鹰号高速电动车组。 从各国正在投入建设与技术开发的趋势看，高速铁路的发展主要具有以下几 个特点【l 】【2 】： ( 1 ) 干线通道和人口密集的大城市问兴建最高速度为3 0 0 k m h 的高速铁路； ( 2 ) 将建设标准不高的线路改造为高速铁路； ( 3 ) 在运输不繁忙、入口密度较低的地区改造既有线，使用摆式列车提速； ( 4 ) 修建高速铁路客运专线与既有线提速共同推动2 1 世纪世界高速铁路的 发展。 1 2 2 国内现状 从2 0 世纪8 0 年代至今，我国社会各界对在中国修建高速客运专线的必要性 与可行性做了大量而有力的论证。1 9 9 4 年，我国第一条广州至深圳准高速铁路建 成并投入运营，其旅客列车速度为1 6 0 - - , 2 0 0 k m h ，为建设我国高速铁路做好了前期 准备，成为我国铁路高速化的起点。2 0 0 3 年，我国第一条客运专线秦皇岛至沈阳 客运专线建成并投入运营，这为探索适合我国国情的高速客运专线技术标准、施 工方法、运营管理及维护等提供了宝贵经验。 我国的中长期铁路网规划以及铁路跨越式发展的思路提出，到2 0 2 0 年， 我国将建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，建成“四纵四横 铁路快速 通道以及四个城际快速客运系统，构成我国高速铁路的基本框架，以解决我国主 3 = | 匕京交通太堂亟堂僮途塞绪诠 干铁路运力不足和满足社会经济发展的需要。其中“四纵”客运专线分别是：北 京一上海客运专线；北京一武汉一广州一深圳客运专线；北京一沈阳一哈尔滨( 大 连) 客运专线；杭州一宁波一福州一深圳客运专线；“四横”客运专线分别是：徐 州一郑州一兰州客运专线；杭州一南昌一长沙客运专线；青岛一石家庄一太原客 运专线；南京一武汉一重庆一成都客运专线。我国对客运专线的规划如下图1 2 所示。 图l 一2 我国中长期客运专线网示意图( 资料米源于【3 】) f i g u r e1 2s c h e m a t i cd i a g r a mo fm i dl o n gt e r mp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yn e t w o r k 目前，京津城际客运专线、武广客运专线、西郑客运专线等己进入施工建设 阶段。2 0 0 8 年，京津城际客运专线将建成并投入运营。2 0 1 0 年我国将建成5 0 0 0 k m 客运专线，2 0 2 0 年建成1 2 0 0 0 k m 客运专线并形成客运专线网 1 】【3 1 。 1 3 国内外客运专线综合调度系统研究现状 1 3 1 国外现状 目前，国外客运专线综合调度系统基本分为三种模式：第一类以日本为代表， 4 根据高速客运专线的特点和需要，构建与既有线独立的综合各专业的新型调度系 统；第二类以法国和西班牙为代表，对高速线路另建控制中心，既不像德国客运 专线那样完全融入既有线调度系统，但由于高速列车下既有线运行，与既有线调 度系统仍存在列车相互交接的在线运行控制，故而也不像日本高速客运专线那样 完全独立于既有线；第三类以德国为代表，其高速线为既有线路的一部分，调度 系统是以地区为中心建立调度控制中心，客运专线完全融入既有线调度系统。 日本的新干线调度指挥系统基本上是采用独立的系统，其调度系统的构建适 应客运专线运行的特点，充分考虑了高速行车所伴随的高风险性及行车安全对调 度系统的依赖性，构建了集各专业功能为一体的综合调度系统。该系统综合了与 行车有关的各方面的内容，使整个调度指挥系统全面协调地工作。日本新干线自 投入运营以来始终保持着客运专线安全、正点及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。 日本高速铁路调度指挥系统是典型的综合型指挥系统。东海道、山阳新干线 调度指挥采用计算机辅助控制系统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 0 1 ) ， 是1 9 6 4 年东海道新干线开通时开始采用的，调度中心在东京，同时为防止地震等 自然灾害，在大阪设置了备用中心。系统使用3 0 年后，由于功能已经不能适应东 日本公司新干线等的要求，1 9 9 5 年1 1 月，将东北、上越、北陆新干线各子系统进 行整合，形成了新的c o s m o s 系统。c o s m o s 是日本最新、功能最全的调度指 挥系统，调度中心设在东京( 和东海道、山阳调度中心在同一大楼内) 【7 1 。 法国高速铁路调度指挥系统【8 】具有相对独立的高速铁路调度指挥系统，以区域 设置分局调度作为管理机构，但也存在高速线与既有线相对独立的调度指挥模式 难以适应运营需要不足的状况。法国客运专线的综合调度尚未形成完整的独立系 统，其调度系统的构建思想受既有线的影响和制约，调度业务仅包含客运组织、 行车组织及机车车辆等方面的调度，系统结构较为简单，功能较弱。 德国 2 1 现有的高速线只是路网干线的一部分，在调度指挥机构上，其做法 是将现有的高速线都纳入到全国统一调度系统之中，并没有设立专门的调度指 挥系统，从体系结构到管理方式完全与既有线相同，实行调度指挥中心一地区调 度所一基层车站值班员的三级调度指挥模式。西门子公司高速运行控制和信号系 统用于最早建成的约4 3 2 k m 的i c e 线路，1 9 9 1 年投入使用，系统由连续式自动列 车控制( c a t c ) 、自动速度控制( a s c ) 、微机联锁和自动列车监视( a t s ) 等 子系统组成【9 】。 1 3 2 国内现状 5 就国内对客运专线综合调度系统的研究现状来看，电力遥控、轴温探测、调 度集中( c t c ) 、微机联锁已经在推广应用，车次追踪、实绩运行图自动描绘、计 算机辅助列车运行计划系统也都取得了可喜的进展，为研究客运专线综合调度系 统打下了一定基础。但与国外相比，目前我国的调度中心自动化水平还不高，在 列车运行指挥、列车运行计划管理、牵引供电、设备管理与维护、旅客服务等方 面与客运专线综合调度中心的要求还有一定差距【1 0 】【l l 】。 我国客运专线调度指挥应当实现运输管理、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、事故分析与 救援、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 培训等相关子系统的综合调度。根据我国现有研究成果，高速客运专线综合调度 系统为三级管理【1 2 】【1 3 】，即公司运营层、发布调度命令的综合调度中心层与接受执 行命令的基层站段层。基层的检测中心和设于车站内的信息处理中心一般不参与 调度工作，只起信息处理及中转作用。铁路沿线的变电所、列车群、事故及维修 现场是受控部分，其余为信息源点。公司的运营部直接领导综合调度中心，装备 部和工电部在业务上对口指导有关业务调度台、跨线列车的交接等有关业务，综 合调度中心直接与既有线有关调度所办理相关业务。综合调度系统相关机构见图 1 3 ，其中信息处理中心设于各车站内。 l 一垦垦圈圉旦里圉i 公司 综合 调度 中心 基层 现场 图1 3 客运专线综合调度系统结构 f i g u r e l - 3s t r u c t u r eo f c o m p r e h e n s i v ed i s p a t c h i n gs y s t e mo f p a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a y 6 1 4 客运专线计划调度子系统及枢纽站作业计划 1 4 1 客运专线计划调度子系统 计划调度子系统的工作内裂m 】主要包括基本计划的编制( 包括基本列车运行 计划、基本动车组交路计划、基本乘务计划) 、实施计划的编制( 包括列车运行计 划、动车组交路计划、车辆分配计划、车辆检修计划、乘务计划、车站作业计划) 以及统计分析三个相互关联的部分。其中，基本计划是实施计划编制的基础，实 施计划是在基本计划的基础上考虑每日客流变化等信息生成的具体执行计划。客 运专线列车类型比较单一，因此列车日常运行基本上是按图行车，调度日( 班) 计划的编制多为一种确认程序。同时，与列车运行计划有关的动车组运用计划( 交 路及检修计划) 、乘务组乘务计划等都可由计划台一并编制。 计划调度子系统是运营调度中心的先导。客运专线运营部门必须认真借鉴国 外调整铁路经营的经验，在尽可能保证基本图不变的前提下，随时根据客流预测 情况编制相应运行图，以最大限度地适应客流实时变化的需要。计划调度子系统 作为运营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【1 5 】。 1 4 2 客运专线枢纽站作业计划 客运专线车站只办理客运相关业务，因列车正点率较高、作业类型较单一， 车站作业计划也就相对简单，但其也是计划调度子系统的重要组成部分。枢纽站 是高速客运专线上的一类重要车站，衔接各方向到达、出发列车，站内作业较多， 相互之间的交叉干扰也较多，作业计划编制相对其他类型车站较复杂。枢纽站作 业计划】包括接发列车作业计划和调车作业计划，它是基于列车运行计划、动车 组交路计划、车辆分配计划和车辆检修计划编制而成的，是列车运行计划在车站 的具体实现。枢纽站作业计划编制的好坏是综合调度系统运营效率在基层的最直 接、重要的反映。 国内外对客运专线综合调度系统的研究较多，日本、法国、德国的研究成果 比较成熟，我国的客运专线建设与综合调度系统的建立参照了国外的这些建设与 发展模式。另外，国内对既有站作业班计划、阶段计划、调车作业计划的研究也 较深入，尤其是对用计算机编制班计划、阶段计划与调车作业计划的模型与算法 的研究。这些研究将编制模型归纳为n p 问题，采用实用算法进行求解，这种思想 也得到了广泛应用，在对到发线运用研究时，其模型与算法的建立大多是借鉴了 7 这种思路。其中，文献 2 8 】对铁路编组站到发线运用的模型与算法进行了研究；文 献【3 l 3 4 】通过采用不同的方法就如何合理制定到发线运用方案进行探讨，但未涉 及车站车底作业问题；文献【3 5 】通过建立客运站车底周转接续方式优化模型制定路 网性车底周转计划；文献【3 6 】提出了车底作业计划表的原始算法与优化调整算法， 研究了铁路客技站车底作业排序模型与算法。然而，涉及客运专线枢纽站作业计 划编制的研究甚微，在现今我国如火如荼开展客运专线建设时期，枢纽站作用的 发挥对整个客运专线网的运营起着重要作用，因而很有必要根据我国客运专线现 状对枢纽站作业计划编制进行深入研究。 1 5 本文研究思路 根据目前国内外车站作业计划编制研究的成果，结合我国客运专线枢纽站设 置及功能特点，基于客运专线相关技术与管理的研究现状，我国客运专线枢纽站 作业计划编制将主要借鉴日本的模式，参考日本新干线车站作业计划编制。本文 首先从理论部分对客运专线枢纽站作业计划编制工作进行需求分析，对作业计划 编制的基本原理及相关问题进行讨论，随后研制客运专线枢纽站作业计划编制模 型的目标与约束条件，给出具体的算法，对方案进行评价，并对在异常情况下作 业计划的调整策略进行介绍，然后围绕客运专线枢纽站作业计划的计算机编制方 法，从系统的组成、结构与功能等方面进行深层次的分析，给出相应的结构设计， 通过运用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 设计客运专线枢纽站作业计划编制模块，最后再 以北京南站作业计划编制为实例加以验证。 本文提出了客运专线枢纽站作业计划编制是有时空约束的多目标的作业排序 优化决策问题。全文的重点也就是要建立具体的编制模型，并进行算法设计，最 后对编制出的结果进行优化调整。为了能更全面地对研究问题迸行深入探讨和详 细论述，全文共分为7 章：第l 章是对论文的选题以及国内外研究现状进行介绍； 第2 章、第3 章是阐述论文所研究问题的需求与基本原理；第4 章和第5 章重点 研究模型、算法、方案评价，以及优化调整问题，是全文的研究重点；第6 章是 将理论应用于实践，通过实例来验证论文的研究结果；第7 章对全文进行总结， 并提出了尚需进一步深入研究讨论的问题。 具体的论文结构如下图1 4 所示。 8 1 6 本章小结 图l _ 4 论文结构图 f i g u r v l - 4s t r u c t u r eo f t h e s i s 本章首先指出了本文的研究背景以及研究必要性，简要介绍了国内外客运专 线路网建设、规划情况，详细介绍了国内外客运专线综合调度系统及计划调度子 系统，主要是以日本模式为参照进行对比，其次对客运专线枢纽站作业计划做了 简要介绍，最后提出了本文的研究思路。 9 2 客运专线枢纽站作业计划编制需求分析 2 1 客运专线枢纽站主要作业内容 客运专线由于运输组织模式采用多种速度列车共线运行向“全高速 模式转 换的过程，因此对应于不同模式下的车站作业内容和车站需要数量都有所不同。 对于多种速度列车共线运行模式，车站要为本线3 0 0 k m h 及以上的列车、跨线 3 0 0 k m h 及以上的列车和2 5 0 k m h 、2 0 0 k m h 的列车等不同种类列车办理作业。客 运专线枢纽站因其与既有线不同的分工和车站设置的需要，主要作业有： 1 办理大量停站高、中速列车到发作业； 2 办理少量通过高、中速列车作业； 3 办理为数较多的高速列车始发终到作业，以及相关的列车接发、车底调动、 技术检查，列车车底整备作业( 包括车底清洗、检修、整备) 等【1 7 1 。 2 2 各种列车在客运专线枢纽站的作业流程 在客运专线枢纽站作业列车有中速列车和高速列车，其中中速列车一般是指 新建客运专线上时速低于2 5 0 k m h 的列车，高速列车一般是指运行时速高于 2 5 0 k m h 的列车。 2 2 1 中速列车 1 中速列车通过作业流程 对于通过停站的中速列车，其在高速线上走行不需要换挂机车，到达枢纽站 后，进入股道作业完毕后即可出站。而对于通过不停站的中速列车，一般都从枢 纽站正线通过。 2 中速列车始发、终到作业流程 在特殊情况下，若高速客运专线枢纽站车场能力有空余，而中速始发、终到 列车又比较多的情况下，可以用枢纽站车场接发中速始发、终到列车。 2 2 2 高速列车 1 0 1 通过高速列车 ( 1 ) 停站的通过列车，为了不影响正线高速列车的通过，一般应在侧线停车， 特殊情况下也可在正线停车。 ( 2 ) 不停站的通过列车，一般只能从正线通过而不能侧向通过。 2 始发、终到高速列车 ( 1 ) 在动车段( 所) 整备检修的始发、终到列车 除列车在到发线的旅客乘降作业外，还需办理始发车底在动车段( 所) 整备 场进入车站到发线，以及终到车底从到发线返回整备场的调车作业。 ( 2 ) 到站立即折返的高速列车 到站立即折返高速列车不在整备场办理整备作业，只在到发线上停留，办理 少量的技术作业，且停站时间比较长。一般情况下，到站立即折返列车都在侧线 上停车。 在到发线使用非常繁忙的高峰时期，可以允许高速列车停车后先转入牵出线， 空出到发线办理后续列车的接发车作业后，再转入空闲股道【1 8 】。 2 3 列车在客运专线枢纽站的不同内容的作业流程 与既有线车站作业相比，客运专线车站作业则相对简单，工作量较小，主要 有以下特点： 1 客运专线没有货运作业，因此也没有既有线货运的一系列有关货运的编组、 解编、装车、卸车等作业。 2 客运专线上列车正点率较高，车站作业时间要求较严格。由于不允许早点 到达列车早点出发，因而列车运行调整余地较小。 3 车站调车作业由相应的列车到、发作业生成，与列车作业有很强的时间和 空间关联关系。 对于客运专线枢纽站，其作业计划一般是以一天为单位进行编制，主要是根 据列车运行计划、动车组交路计划、车辆分配计划和车辆检修计划编制而成，是 为c t c 系统和动车组车载列控系统提供作业控制指令的车站作业技术文件，内容 主要包括接发列车作业、动车组出入段及转线调车作业等。 2 3 1 接发车作业流程 接车作业的过程为：对于进入车站范围内的列车，根据列车运行图确定其车 次号，并在控制点接收到车次号后，与运行图车次号相比较以核对车次号，根据 车站作业计划及运行调整计划，在到达前的规定时刻内准备接车进路，安排列车 进入相应股道。列车到达后，进路自动解除。 发车作业过程为：根据列车在站停靠时间标准，在列车运行计划规定的列车 出发时刻之前，排定发车进路并开放相应发车信号，指示发车，待列车启动，尾 部越过出站信号机轨道电路区段后自动解除进路。 通过列车作业过程是将接车作业与发车作业合二为一，在确认和核对通过列 车车次号后，在列车运行计划规定的列车通过时刻之前的规定时刻，排定通过进 路并开放通过信号，指示列车按正常速度通过车站，待列车尾部进入接车线轨道 电路区段后，接车端咽喉道岔进路解锁，待列车尾部越过出站信号轨道电路区段 后，发车端咽喉道岔进路解锁。 2 3 2 调车作业流程 1 转线调车作业流程 一般对于需要进行平交转线调车作业的车站，动车组在站内的调车作业是指 终到列车的动车组为担当下一个始发列车车次任务，在站线之间的移动调车作业， 称为立即折返调车。立即折返调车包括动车组牵出和回退两个调车程。一般情况 下，到站立即折返列车都在侧线上停车。在到发线使用非常繁忙的高峰时期，可 以允许高速列车终到作业后先转入牵出线等待，再转入空闲线路进行出发作业【1 9 1 。 由于动车组在车站上下行到发线之间的移动调车进路一般要穿越正线，容易同车 站接发列车进路产生冲突，因此调车作业应以不影响接发列车作业办理为前提， 可选择在车站两端咽喉中的一端进行。 2 出入段调车作业流程 出段作业是指根据动车组交路计划及车辆分配计划，担当始发列车任务的动 车组从动车段( 所) 向指定车站到发线的调车作业。当动车段( 所) 走行线与站 线衔接道岔为动车组走行方向的顺向道岔时，出段走行调车进路为一个调车行程， 称为单调车程；当为动车组走行方向的逆向道岔时，出段走行调车进路为一个顺 向调车行程和一个逆向调车行程，称为双调车程。 1 2 单程调车作业如图2 - 1 所示。 动车段 i 圈 、 i l 圈_ 。 图2 - 1 单程调车作业 f i g u r e 2 - 1s i n g l ep a s ss h u n t i n go p e r a t i o n 图2 1 中，短竖线表示动车段走行线与站线衔接道岔，担当始发列车任务的动 车组从动车段( 所) 向指定车站到发线调车经过该道岔时，将其置为定位或反位 ( 具体视其车站情况而定) ，动车组可直接进入相应发车股道。 双程调车作业如图2 2 所示。 动车段 图2 - 2 双程调车作业 f i g u r e 2 - 2d o u b l ep a s ss h u n t i n go p e r a t i o n 图2 2 中，短竖线表示动车段走行线与站线衔接道岔，担当始发列车任务的动 车组从动车段( 所) 向指定车站到发线调车两次经过该道岔，第一次是动车组出 段进入车站正线，该道岔置为定位或反位( 具体视其车站情况而定) ，随后动车组 进入发车股道第二次经过该道岔时，若第一次经过该道岔时置为定位，此处将其 置为反位，反之置为定位。动车组在整个出段调车作业中要经过两个调车程。 入段作业则指根据动车组交路计划及车辆分配计划，终到列车的动车组从车 站到发线返回动车段( 所) 的调车作业，依动车段( 所) 走行线与站线衔接道岔 1 3 的配列方式，入段走行调车进路也有单调车程和双调车程之分。具体作业同出段 作业类似，可参照图2 1 、2 2 的逆走行线科2 2 1 。 2 4 客运专线枢纽站作业计划编制原则 编制客运专线枢纽站作业计划时，首先必须要搜集必要的原始资料，即关于 各站场、股道使用、轨道电路、各种进路专门化资料，道岔和信号相互联锁情况 的资料，列车运行和调车占用车站咽喉以及股道的时间标准，列车到发时刻表， 车底整备作业时间标准等。 客运专线枢纽站作业计划的编制需要遵循一定的原则，主要有以下原则： 1 设备独占性原则：对于某一固定设备，在某一时间段只能执行一个任务； 2 合理性原则：车站接发列车及调车作业有多条进路可供选择时，应尽可能 选择最便捷、途径道岔数量最少的基本进路，减少走行距离和走行时间； 3 线路固定使用的原n - 每个车站各次列车( 包括始发的、终到的、通过的 及经停的等) 的线路使用应预先确