（交通信息工程及控制专业论文）铁路综合调度系统中行调子系统的研究.pdf

铁道科学研究院学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：漱 日期： 。岁年5 月 日 铁道科学研究院硕士学位论文 摘要 我国铁路技术政策中明确提出“在沿海经济发达、客流集中的东部走廊，发展时速 2 5 0k m h 及其以上的高速客车专线”。随着铁路运营速度的不断提高和“中长期铁路网规 划”的实施，铁路综合调度指挥管理系统的大发展已是必然趋势，t d c s ( d m i s ) 系统的 成功实施无疑给铁路综合调度指挥管理系统奠定了坚实的基础。 本文选择了综调系统的核心子系统一行调子系统，重点对其中的列车运行调接模块 进行了研究，主要内容有： 1 查阅大鼍文献，了解国内外的铁路综合调度指挥管理系统的发展状况。对行调工作 进行实地调研，研究了行调工作的内容，方式和流程，总结了行调工作的基本规律。 对列车运行图调摧的原则、目标与方法进行了研究。 2 列车运行计划调整问题的准确描述与求解算法的设计是难点，目前常用的一些算法， 如资源竞争算法，逐条铺画法和时间推移法都有其自身的缺点，难以满足现在铁路 列车运行计划调整中的实际要求。本文对单线区段内的列车运行计划调整要素，及 相应的列车运行约束条件进行了比较广泛的设置，并以列车晚点加权总时分最少作 为调整运行图的目标函数，构建了列车运行计划调整的数学模犁。将所建数学模型 化成“图论”中的工序问题进行考虑，利用分支定界法求出最优解。 3 研究使用面向对象的系统设计方法对行调子系统涉及的对象进行了分析和抽象类的 设计，将系统模块化，描述其具体属性和对象之间的关系，使得程序具有很好的扩 展性和重用性。 关键词：行调子系统列车运行计划调整工序问题面向对象设计 堡堡型鲎堕塞堕堡主望垡丝苎 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，o u rn a t i o n f lr a i l w a yt e c h n i q u ep o l i c i e sh a v e a l r e a d yp u tf o r w a r dd e f i n i t e l y “d e v e l o ph i g h s p e e dp a s s e n g e r - t r a n s p o r ts p e c i a lr a i l w a yl i n e so fa b o u t2 5 0k r n ha n dm o r e t h a nt h a ti nt h ee a s tl i t t o r a lc o r r i d o rw h e r ei so fd e v e l o p e de c o n o m ya n dc e n t r a l i z e dp a s s e n g e r f l o w w i t ht h ec o n t i n u a li m p r o v e m e n to f r a i l w a yo p e r a t i o ns p o e da n dt h ei m p l e m e n t a t i o no f o u rn a t i o n a ir a i l w a yn e t w o r kp l a n n i n g ，t h eg r e a td e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e dr a i l w a yd i s p a t c h c o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e mh a sa k e a d yb e c o m et h en e c e s s a r yt r e n d ；t h es u c c e s s f u l c o n s t r u c t i o no ft d c s ( d m i s ) s y s t e mh a se s t a b l i s h e das t a b l ef o u n d a t i o nf o rt h ei n t e g r a t e d r a i l w a yd i s p a t c hc o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e m t h et h e s i ss e l e c t st h ek e r n e ls u b s y s t e mo fi n t e g r a t e dd i s p a t c hs y s t e mt h a ti st r a f f i cd i s p a t c h s u b s y s t e m ，a n dm a k e sd e t a i l e dr e s e a r c h e so ni t st r a i nm o v e m e n ta d j u s t m e n tm o d u l e m a i n c o n t e n t sa r ea sf o l l o w i n g ： 1 ih a v er e f e r r e dt op l e n t yo fd o c u m e n t st ok n o wt h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o no ft h ei n t e g r a t e d r a i l w a y sd i s p a t c hc o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e ma th o m ea n da b r o a d ，s u r v e y e da n d r e s e a r c h e do nt h et r a f f i cd i s p a t c hw o r ko ns i t e ，s t u d i e di t sc o n t e n t s ，w o r k i n gm o d ea n d f l o w ，c o n c l u d e dt h et r a f f i cd i s p a t c hw o r k sb a s i cr e g u l a t i o n ，a n da l s om a d eas t u d yo ft r a i n g r a p ha d j u s t m e n t p r i n c i p l e s ，o b j e c t i v e sa n dm e t h o d s 2 h o wt oa c c u r a t e l yd e s c r i b et h et r a i nm o v e m e n ta d j u s t m e n ta n dd e s i g nt h ea l g o r i t h m sh a s b e c o m ead i f f i c u l t yi nt r a i nm o v e m e n ta d j u s t m e n t s u c hc u r r e n ta l g o r i t h m si nc o m m o n u s e ，s u c ha sr e s o u r c e sc o m p e t i t i o na l g o f i t h m ，a l g o r i t h mo fd r a w i n gb yt r i p ，t i m e p r o c e s s i n ga l g o r i t h m ，h a v et h e i fo w nd i s a d v a n t a g e s ；t h e r e f o r e ，t h e ya r ed i f f i c u l tt os a t i s f y t h ea c t u a lr e q u i r e m e n t se x i s t i n gi nt h er a i l w a ym o v e m e n ta d j u s t m e n t n 地t h e s i sh a ss e t w i d e l yt h ef a c t o r so ft r a i nm o v e m e n ta d j u s t m e n ti nt h es i n g l e l i n es e g m e n ta n dt h e i r c o r r e s p o n d i n gt r a i nm o v e m e n tr e s t r i c t i o n m o r e o v e r , t h et h e s i sr e g a r d st r a i n st o t a ll a t e t i m ew h i c hi sw e i g h t e da st h eo b j e c t i v ef u n c t i o nf o ra a i ng r a p ha d j u s t m e n tt oc o n s t r u c t t h em a t h e m a t i c sm o d u l e i na d d i t i o n t h e 出e s i sc o n s i t i e r st h ec o n s t r u c t e dm a t h e m a t i c m o d u l ea st h ew o r k i n g p r o c e d u r ep r o b l e mi nt h eg r a p ht h e o r ya n dt h e nu s e st h e e m b r a n c h m e n t - d e m a r c a t i o nm e t h o dt og e tt h eb e s ts o l u t i o n 2 铁道科学研究院硕士学位论文 3 t h et h e s i sh a ss t u d i e dt h a tu s i n go od e s i g nm e t h o dt oa n a l y z ea n dd e s i g nt h eo b j e c t s i n v o l v e db yt h e 锄cd i s p a t c hs u b s y s t e m ，m o d u l a r i z e dt h es y s t e ma n dd e s c r i b e dt h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h e i rc o n c r e t ep r o p e r t i e sa n do b j e c t s ，w h i c hm a d ep r o g r a m sb e t t e r f o re x p a n s i o na n dr 目b s e k e y w o r d ：t r a f f i cd i s p a t c hs u b s y s t e m t r a i nm o v e m e n ta d j u s t m e n t w o r k i n g p r o c e d u r ep r o b l e m o o d e s i g n 3 铁道科学研究院硕士学位论文 第一章绪论 随着铁路列车运行速度、密度和重量的不断提高，传统的运输调度指挥技术已经硝； 能很好的适应当前铁路运输的需要，主要表现在调度员工作繁重，劳动强度大，还处于 手工时代；而计算机、数据库、网络和通信、多媒体、人工智能等现代高科技尚未得到 很好应用，技术水平和工作效率低下。纵观世界铁路运输调度管理系统的发展，国外铁 路般经历了调度集中一计算机辅助调度一综合调度系统的发展过程。我国根据本国国 情，首先发展了计算机辅助调度t d c s ( d m i s ) ，然后以t d c s ( d m i s ) 为平台，以分 散自律调度集中系统( c t c ) 为核心，构建更加先进的铁路现代化调度指挥系统。目前 我国铁路技术政策中已经明确提出“在沿海经济发达、客流集中的东部走廊，发展时速 2 5 0 k m h 及其以上的高速客车专线”。随着铁路运营速度的不断提高和我国中长期铁路网 规划的实施，全面推进实现生产管理和生产过程控制的综合化和全面展开铁路综合调度 指挥管理系统的建设是我国铁路运输管理系统发展的必然趋势。 以行车调度子系统为中心的综合调度系统，包括列车运行计划调度，行车调度，机 车车辆调度，供电调度，综合维修调度，安全监控调度，旅客服务等调度子系统。目前 覆盖我国铁路全局的t d c s ( d m i s ) 系统的成功实施为我国铁路综合调度系统打下了坚 实的基础，对于行车调度子系统中的列车控制部分在c t c 系统中另有专题研究，本文 仅就以t d c s ( d m i s ) 为平台，将综调系统的核心一一行调子系统作为研究对象，并重点 对其核心问题一一列车运行图自动调整进行分析建模，及其软件设计与功能实现进行研 究。 1 1 国外铁路综合调度系统发展概况 铁路运输调度指挥管理信息系统是整个铁路运输组织的核心，特别是高速铁路诞生 后对运输组织、调度指挥提出了更为严峻的挑战，随着3 c 技术不断发展，使得铁路运输 组织信息化、智能化、现代化程度不断提高，尤其是欧洲、日本等国家的研究更为引人 注目。 壁望型兰堑壅堕矍圭堂堡望茎 1 1 1 欧洲高速铁路综调系统 欧洲高速铁路以法国、德国和西班牙为代表。 法国高速铁路的客运专线，按线路设立综合调度中心，综合调度中心由列车和能源 控制、运营管理、计划管理三部分组成。具体由调度集中系统、电力遥控系统、热轴探 测系统、列车运行描述器及途通信、列车无线、列车丢车等故障报警系统组成。 德国与日本、法国高速铁路运营体系不同，德国称为快速铁路，从建设的起始阶段 就与原有铁路紧密结合在一起，加入原有的铁路运输网络。德国快速铁路白天运行旅客 列车，晚间运行货车，与既有铁路紧密的结合在一起，调度中心是与既有铁路在一起按 地区设置的，没有为高速铁路另建调度中心。调度系统的功能有列车控制、列车监视、 供电管理、旅客信息管理、车站监视、记录列车实绩运行图、显示线路全景图、记录工 作事件以及记录调度员、司机、和现场工作人员对话等。 西班牙高速铁路设置高速铁路专用调度中心，列车运行管理与控制都集中在调度中 一b 。 1 1 2 日本新干线列车运行管理系统( c o s m o s ) 自从日本国铁1 9 8 7 年实行民营会以后，j r 尔日本公司的业务呈多样化，8 2 年开业 的原有系统( c o m t r a c ) p , 老化、陈旧，再加之北陆新干线的建设，车辆基地的管理 纳入系统等，原有c o m t r a c 系统不能满足要求，为此，决定开发新的新干线综合管 理系统“c o s m o s ( c o m p u t e r i z e ds a f e t y , m a i n t e n a n c ea n do p e r a t i o ns y s t e m s ) ”。19 9 1 年 球东日本公司与日立制作所共同着手开发，1 9 9 5 年，东日本铁道公司开发了功能强大 的新型列车运行管理系统c o s m o s 。它是在计算机辅助列车运行管理系统c o m t r a c 和新干线管理信息系统( s m i s ) 的基础上对硬件、软件和网络进行改进和完善而研制 开发成功的。 c o s m o s 的特征是：以列车运行计划管理为中心，对所辖各站进行集中式的进路控 制，形成了围绕列车运行的、周密的运输计划来制订程序，从宏观上管理了全线运输的 秩序。 c o s m o s 的最新目标： 8 铁道科学研究院硕_ 上学位论文 ( 1 ) 提高指令业务的功能性。例如直接将行车指令传达给乘务员，指挥列车运行，甚至 直接指挥维护人员进行设备维修，从而简化信息传递的程序。用户接口得n - j 充实， 实现了信息一致化和共享化。 ( 2 ) 建立现代化的业务体制。对车辆装配数据、设备数据、检查数据、故障数据、运输 计划的制定、道路控制等全部实行系统化管理。 ( 3 ) 提高服务质量。例如当运行出现故障时，能及时地向乘客提供故障修复再次开车的 时刻，或车辆到站比原计划延迟的时间等信息。 从2 0 0 0 年起曰本铁道技术综研所( j a p a nr a i l w a yt e c h n o l o g yr e s e a r c hi n s t i t u t e ，简 称r t r i ) 开始对综合使用信息和通信技术的铁路智能交通系统的研究，提出了一个2 1 世纪铁路系统，即有效使用公共交通系统的联运系统概念，称为数字铁路系统 ( c y b e r r a i l ) 。目的是要将其作为研究机构、铁路运营单位和相关r r 公司讨论的起始点，以 建立一个联运的经营模式，解决阻碍联运发展阀题。 c y b e r r a i l 系统致力于实现两方面的目标：一是提供实时的联运旅客信息服务：即为 旅客提供关于旅行前的信息、门到门的旅行导航、交通受阻时的旅行计划调整等方面更 方便、更可靠、更实时的信息。二是使铁路列车运营更灵活、更安全、更可靠、更具竞 争j l ：即实现实时的、面向需求的列车运行计划和基于通讯的智能列车控制。 国外铁路系统从不同角度和不同方面对我国铁路综合调度系统的建设有着一定的 借鉴作用。 1 2 国内铁路运输调度指挥管理信息系统概况 改革开放以来，国内铁路行车指挥技术和装备有了很大发展，特别是目前铁路运输 调度指挥管理信息系统t d c s ( d m i s ) 的成功实施，以及在以t d c s 为平台进行分散自律 调度集中系统的建设，为研究设计高速铁路综合调度系统及其关键设备奠定了基础。 九十年代中期，根据技术的发展及运输生产的迫切需要，在广泛吸取国外的先进经 验的基础上，铁道部提出了建设集信号、计算机、网络、通信技术为一体的铁路运输调 度指挥管理系统t d c s ( d m i s ) ， 系统构成为部、局、车站三级网络结构，其核心是将 铁路列车、车站和区间的实时运营情况汇总到铁路局及铁道部等各级调度指挥中枢，使 各级调度人员能够准确地制定运输调度计划，科学有序地指挥列车群的安全运行。这个 9 铁道科学研究院硕土学位论文 项目自1 9 9 6 年1 月1 8 日通过部长办公会批准立项， 1 9 9 7 年进行工程前期准备， 1 9 9 8 年开始进行工程建设。几年来，经过有关铁路局和t d c s 研制、设计、施工单位 的共同努力，基本上形成了部、局、分局调度指挥中心和四大干线车站基层网。在系统 建设中，通过运营部门的大力支持和参与，用户需求和系统功能不断完善，关键技术取 得了重大突破，t d c s ( d m i s ) 整体技术于2 0 0 1 年通过了部科技司组织的技术鉴定， 与其配套的无线车次号校核、调度命令无线传送系统也相继通过了部级鉴定和技术审 查，列车三小时计划自动调整达到了实用水平，铁道部于2 0 0 3 年颁发了的技术标准， t d c s 无论从系统功能上，还是建设速度上，都取得了很大的发展和突破。 铁道部提出的铁路跨越式发展思路，2 0 0 6 年前要在全路所有繁忙干线和干线装备 t d c s ，并以此为基础在六大干线建成c t c ，以确保列车提速的行车安全，提高运输能 力和优化运输调度指挥手段。t d c s ( d m i s ) 系统的实施正在一步步提高我国铁路在调度 指挥手段、行车控制技术和信号技术设备等方面的总体技术水平，为建立我国铁路综合 调度指挥系统奠定坚实的基础。 1 3 系统研究的目的及意义 从国外的情况来看，通过对铁路系统进行自动化、信息化建设，他们的铁路运输企 业取得了良好的经济效益。美国c s x 铁路公司1 9 7 8 年开始使用运输管理信息系统，取 得了可观的经济效益，在1 9 7 8 1 9 8 9 年间运量提高1 4 ，机车节省3 0 ，货车节省3 8 ， 人员缩减4 3 ，运输收入提高7 0 。加拿大c n 铁路公司的运输管理信息系统1 9 7 5 年 投入使用，在1 9 7 5 1 9 8 7 年间吨公里增加2 5 ，机车节省2 0 ，车辆节省2 5 ，人员缩 减5 0 。o 。可见，通过自动控制和调度集中等智能化设备，国外铁路公司减少了人员，提 高了运输效率，增强了安全性，由此看来，铁路进行信息化、自动化建设具有很强的经 济效益，是铁路企业发展的必然趋势，也是其走向市场、应对市场竞争的客观需要。中 国铁路企业自动控制与信息技术发展的迫切需求决定了对铁路综合调度系统进行研究 和开发已成必然趋势。 1 3 1 经济必要性 我国作为一个发展中国家，铁路在我国运输业中仍然占有很大比重，2 0 0 0 年统计结 1 0 铁道科学研究院硕士学位论文 果表明，目前我国铁路承担着3 0 左右的旅客和5 0 左右的货物运输任务。随着经济的 发展，运输业目前已经成为制约国民经济发展的瓶颈，而作为运输业主要支柱的铁路， 其运输能力的强弱直接影响着国民经济的发展速度。在充分利用现有运输设备的基础 上，改变现有的调度指挥方式，采用先进的科学技术和合理的行车组织方法，实现较高 的劳动生产率，达到提高运力的目的。这种方式投资小、见效快，既合理利用了已有的 资源，又达到了目的，避免了不必要的浪费。 1 3 2 社会必要性 我国开始建立社会主义市场经济体制已近十年，铁路作为个企业，必须适应社会 发展的需要，否则就有可能被淘汰。建立社会主义市场经济初期，由于铁路特殊的地位， 其受市场经济大潮的影响并不很大，但随着市场经济体制的逐步建立，其必颁不断调艇， 以适应市场紧急的需要。铁路原有的运输组织方式和行车指挥设备，大多是六十年代建 立起来的，目前虽运转正常，但其工作效率早已不能满足现代化运输的需要，这要求铁 路尽快建立起一套新的运输组织方式和行车指挥设备，来适应不断发展的社会的需要。 1 3 3 行业内部必要性 从铁路工作本身来讲，目前我国铁路运输组织采用铁道部、铁路局、车站三级指挥 的管理模式，进行日常的生产经营管理。随着改革的深化，铁路企业传统的管理模式和 手段已不适应科学管理的要求，为实现以信息化带动铁路现代化的目标，必须采用先进 的技术，构建安全、可靠、智能化、信息化及现代化的运输指挥管理系统，为铁路在客 户服务、货运营销及管理、运输组织、车站管理、机车车辆管理及办公自动化方面提高 效率、改善服务、扩大运能。 铁路运输管理工作的核心是行车调度工作，凡是与铁路运输有关的各部门各工种 都必须在运输调度的统一组织指挥下进行各项活动。行调工作牵涉部门多，运用法则复 杂，动态变化和实时性强，与安全生产关系密切，调度员劳动强度大，因而行调子系统 是综调系统中其他子系统的信息基础，是整个综调系统的核心，它的设计和实现关系到 按个系统共同目标的实现。 铁道科学研究院硕上学位论文 1 4 本文主要内容 本文选择综合调度系统的核心一行调子系统作为研究对象，对其核心问题一列车运 行调整从以下几个方面进行重点研究。 第一章概述国内外铁路综合调度系统的发展情况，铁路综调系统是我国铁路运输管理 实现信息化建设的核心。 第二章t d c s 系统的成功建设是铁路综调系统的坚实基础，提出行调子系统的核一已 列车运行自动调整问题，并对此问题加以分析。 第三章详细分析了列车运行图自动调整的难点，介绍了三种解决此问题的算法思想并 且比较其优缺点，为提出新的算法做铺垫。 第四章研究了一种单线区段列车运行计划调整的自动化方法，详细阐述了其应用图论 的思想进行数学建模的过程，应用分支定界法的思想设计算法。 第五章具体阐述了应用面向对象的程序设计方法以及v c + + 语言来实现行调子系统 的软件设计与构建，以及所实现的基本功能。 铁道科学研究院硕_ 上学位论文 第二章综调系统的核心一行调子系统 2 1t d c s ( d m i s ) 系统简介 我国铁路目前有近7 万k m 的营业里程，众多的客货列车在线路上按计划科学有序 地运行，关键在于调度指挥。中国铁路运输调度指挥管理系统，几十年来沿用传统的人 工作业指挥生产，捕捉的信息量少，实效与可靠性差，方案难以最佳，安全度不够高， 不能满足铁路运输日益发展的需求。为了改变这种落后的状况，1 9 9 6 年1 月1 8 日铁道 部第二次部长办公会议上通过了( t d c s ( d m i s ) i 程实旄可行性报告，决定在广泛吸取 国外先进经验的基础上建设我国铁路运输调度指挥管理信息系统t d c s ( d m i s ) 。 铁路t d c s ( d m i s ) 系统是改善现有运输指挥管理模式、提高调度管理水平和运 输效率、改善调度指挥人员工作条件的大型网络化系统工程，它覆盖全国铁路，有机地 将铁道部、铁路局和车站连成一个安全、可靠、实时的现代化信息网络，科学有序地指 挥管理全国铁路内各种有关列车安全地运行，极大地提高了铁路装备的总体现代化水 平。 2 1 1t d c s ( d m i s ) 系统建设的总体目标 1 ) 建立一个开放、集中、透明的现代化调度指挥管理信息系统。 2 ) 将传统的信号设备提升为集先进的通信、信号、计舞枫网络、数据传输、多媒体 技术为一体的现代化信息系统。 3 ) 为行车调度人员和相关业务部门及时提供丰富可靠的信息和决策依据。 4 ) 为行车调度人员提供现代化的调度指挥手段，提高调度指挥水平，减少调度人员 的人工作业量，充分发挥与提高铁路运输能力。 5 ) 改善调度人员的工作条件和环境。 6 ) 改善服务质爨。适应市场经济的需要。 2 1 2 m c s ( d 【s ) 系统的结构及主要功熊 t d c s ( d m i s ) 系统工程是我国铁路调度指挥现代化进程中的重要环节，它采用现 1 3 铁道科学研究院硕士学位论文 代信息技术改造传统落后的调度方式，建立以通信、信号、计算机网络、数据传输、多 媒体等融为一体的三层( 即铁道部、铁路局、和站段基层信息采集层) 分散控制、集中 管理的综合性现代化运输调度指挥系统。图2 1 为系统整体框架。 调度i 心 图2 一l 系统整体框架结构 由图可见，它主要包括以下三个层次： 第一层铁道部调度指挥中心 铁道部调度指挥中心是现代化铁路运输调度指挥的核心，是整个t d c s f d m i s ) 系 统的最高管理层。部调度中心由高性能的服务器、工作站、计算机、网络设备及相应的 软件构成一个为调度指挥服务的局域网，通过铁路分组数据交换网( x 2 5 网) 和专用设 备与各铁路局调度中心远程连接，接收全国铁路系统的各种实时信息与运输数据和资 料，监视各铁路局、主要干线、路局交接口、大型客站、编组站、枢纽、车站、区间的 列车宏观运行状态、运行统计数据、重点列车及车站的列车实际运行位置和站场状态显 示，建立全国铁路调度指挥系统数据库。 第二层铁路局调度指挥中心 在各铁路局所在地，建有路局调度指挥中心局域网。路局调度中心通过x 2 5 网和 专用设备与铁道部及其所属各基层车站远程连接，进行信息交换。铁路局调度中心具有 铁道部调度中心的所有功能。接收各基层站段的信息与资料，监视各铁路站段主要干线、 路局交接口、大型客站、编组站、枢纽、车站、区间的列车宏观运行状态、运行统计数 据、列车实际运行位置与车次跟踪和站场状态显示，完成列车运行计划及行车命令下达， 1 4 铁道科学研究院硕士学位论文 直接指挥行车，同时显示与铁道部、相邻铁路局之间的信息交换。 第三层基层信息采集系统 安装在各车站、分界口调度监督、枢纽调度监督、区段调度监督，以及港口、u 岸 和大型企业、煤炭装卸点等基层网点它从信号设备及相关设备上采集有关列车运行位 置、列车车次输入校核及跟踪、信号设备状态等数据，并将上述数据通过专用通信线路 传送到铁路局，实现运统二、运统三的自动生成。图2 即t d c s ( d m i s ) 系统的信息流程 图。 图2 2 信息流程图 在t d c s ( d m i s ) 取得成功的基础上，铁道部在铁路信息化总体规划中又提出了更高 的发展目标：以t d c s ( d m i s ) 为平台，以分散自律调度集中系统( c t c ) 为核心，构建 更加先进的铁路现代化调度指挥系统。t d c s 的成功实旌为以后构建铁路综合调度指挥 系统奠定了坚实的基础。 2 2 行调子系统 行车调度是行车调度员组织列车运行调整的综合部署过程，也是实现列车运行图、 铁道科学研究院硕士学位论文 列车编组计划、运输方案和目班计划的具体行动程序。 行调工作涉及客流、货流、车流、卸车、排车、装车、零担货物的装卸、列车编解 和摘挂、机车、车辆、工电设备的应用等多方面的工作，受到车流波动、流向变动、专 运列车的加开、线路设备施工以及气候等原因的影响，而且铁路行车调度工作是多部门、 多工种参加联合工作，列车运行不仅与本区段的运机工电辆各部门有关，而且往往要涉 及几个区段，甚至几个铁路局。行车调度是铁路各种调度指挥业务中的关键，行调子系 统是其他子系统的信息基础，是综合调度系统的核心子系统。 行调子系统以计算机和网络技术为基础，根据行车调度工作的特点、内容、性质等， 利用计算机辅助行车调度员来组织列车运行调整，实现列车运行图的编制、调整、下达 与管理的计算机化，并可采用网络技术实现信息资源共享，实现综合调度指挥工作的计 算机化和网络化。 2 2 1 行车调度员的工作与职责 行车调度员是负责一个调度区段内行车工作的统一指挥者，有关行车人员必须执行 行车调度员的命令、指示，不得违反。行车调度员( 简称“行调”) 工作目标是：根据列 车运行图和调规、技规、站细等规定，依据旅客和货物的运输要求，在一段空 间和时间内，组织不同速度和要求的列车在安全的前提下尽可能以最大的速度运行完该 区段。 为实现按图行车，行车调度员应熟悉主要行车人员和机车、车辆、线路等设备情况， 掌握天候变化对行车工作影响的规律，善于组织行车有关人员协调动作，保证列车按运 行图正点运行。 行车调度员要掌握机车运用，并在列车运行图上标明实际交路，当变更日( 班) 计 划机车交路时，要征得机车所属局的同意。 行车调度员根据列车实际运行情况，及时铺画和下达三、四小时列车运行调整计划。 1 6 铁道科学研究院硕士学位论文 2 2 2 行调工作的流程与特点 图2 3 行调工作流程图 由上图我们可以总结出行调工作的特点： 1 ) ：亡作目标：根据列车运行图和相关的行车法则，依撵旅客和货物的运输要求，在 段空间和时间内，组织不同速度和要求的列车在安全的前提下，尽可能以最大的速 度运行完该区段。 2 ) ： 作方法：通常行车调度员要完成一个班的工作要通过以下方法来实现：依靠大脑 记忆行车法则并处理各方面的行车信息，用图表记录下处理过的数据，用电话和图 表传递和反馈信息。 3 ) 二 作内容：行车调度员要通过大量简单重复的劳动完成数据记载和图表绘制工作， 这些重复的工作增大了调度员的工作量和劳动强度。同时，行调工作牵涉到的行车 信息点多面广，在一个调度所范围内，行调要与其他工种进行信息的互换，接受计 划调度员和值班主任的统一领导，在整个调度指挥体系中，他要与上级调度员和下 级单位进行信息交换。 7 铁道科学研究院硕士学位论文 4 ) r 作性质：行车调度员在工作中既是指挥者又是组织者也是执行者，指挥者的角色 要求他具有宏观调控的能力，组织者的角色要求他从微观入手详细了解现场作业情 况，使他处于上传下达的位嚣，因而要求他具有上下协调、综合管理的能力。 2 2 3 手工行调中存在的问题 目前我国线路能力紧张，运能与运量矛盾十分突出，在列车密度、速度和重量不断 提高的情况下，列车关联性强，运行点间相互牵制面广，变一点则牵动全局，在我国铁 路实现列车运行调整的难度是相当大的。 由于线路能力紧张，因而在制定列车运行图时采用区间“撒点”的方法增加列车的运 行富裕时分是十分有限的。且区间“撒点一般安排在区间运行时分较小的区间，较普遍 采剧的是车站停时“撒点”，该方法在调整时波及列车面r ，往往需要通过较大范围列车 会让：方案的优选，增加了调度调整的复杂性和难度。我国现阶段列车运行图的抗干扰能 力有限，列车运行图适应车流结构和强度变化能力有限，需要通过日常运输调整制定日 班计划来适应车流的变化。我国目前制定计划的原始数据不够准确，致使班计划本身准 确性不够，再受列车运行秩序和指挥水平影响，班计划的兑现率不高。有时受客观条件 ( 设各条件、气候、灾害等) 影响，导致列车运行面积紊乱。可以说3 4 小时列车运 行调整计划就是针对我国铁路特点而制定的。 目前，我国铁路调度指挥工作中还有相当大的部分线路是靠调度人员的个人技能和 工作经验以及主观能动性的发挥来完成的。由调度人员用铅笔、直尺透个列车逐个区间 推算，编制列车调整运行计划，并必须随时记录列车运行实绩。通过电话获得有关信息， 发布有关调度命令和列车运行计划。然而，这种传统的行车调度方法存在着很大弊端。 通过电话获得的信息往往水分很大，此外有些行调人员花费大量时间制定列车运行调整 计划，而疏于对列车运行的监控、指挥，致使编制的列车运行调整计划兑现率低，列车 运行计划变动频繁，调度人员劳动强度大。同时列车运行调接实时性强，调度人员在有 限时间内制定一个经过优化的调镣方案是十分不容易的，而且调度人员的素质很大程度 上决定了调整方案质量。相关资料表明，几乎三分之一旅行速度的损失与列车调度员没 有很好地组织列车运行调接有关。这种情况严重影响了铁路运输能力地充分发挥，同时 也给行车安全带来隐患。研究行调子系统，其主要目的就是为了实现列车运行计划的自 1 8 铁道科学研究院硕士学位论文 动编制、调整，将调度员从传统的调度手段中解放出来，使调度员有更多的时间监控和 指挥列车运行。 2 3 行调子系统的目标 以计算机和网络技术为基础的行调子系统，其目标在于完成列车运行图的自动铺 画、a 动调整，计划和调度命令的自动下达和接收等功能；系统本身具有可靠性、移植 性、可扩展性，便于升级；实现与其它予系统的信息共享；保证了数据和信息的可靠性 和安全性。综合而言，体现在以下两点： 2 3 1 替代手工操作，减轻劳动强度 行调子系统的程序模拟现有工作方式和流程，基本取代手工操作，替代完成调度指 挥工作当中相对简单的一面的工作，成为辅助调度决策的工具，为调度员快速提供参考 方案和数据，减轻调度人员的劳动强度 2 _ 3 2 实现信息共享，提高运输效率 综合调度指挥系统的技术特征发挥网络交换信息的优势，自动完成信息的采集、交 换、处理。更大范围的采用系统完成调度指挥、调度管理中交换信息数据和处理数据的 工作，并保证信息的安全、及时、可靠科学正确地完成适应高速铁路需求的综合调度 指挥工作，提高调度指挥的综合质量。 2 4 行调子系统中有关列车运行调整问题的分析与对策 适合我国铁路特点的彳亍调子系统不仅要有很强的实时处理能力，还必须要有一个表 现丰富、操作灵活、适应性强的人机交互系统，它必须能直观、全面、准确、快速地表 现列车运行调整的各个作业过程，并具有通用性，以适应各种线路条件、各种车流结构、 各种行车组织方法，且可运行于多种操作平台。在行调子系统中，合理的数据结构是提 高处理能力和处理速度的基础，完美的图形处理方法是提高系统表现能力和速度的途 径，而编制列车运行调整计划的调度算法则是系统能否实用的关键所在，这三个方面是 1 9 铁道科学研究院硕上学位论文 调整系统的核心和难点，是开发调度系统首先应该解决的关键问题。 2 4 1 列车运行调整的重要性 列车运行图是列车在各区间运行时刻及在各分界点上停车和通过时刻的图解，是行 车组织工作的基础。在列车运行过程中，当列车的运行出现偏离基本运行图规定的状态 时，列车调度员必须根据日( 班) 计划的要求，实时调整列车的运行计划，并组织指挥 列车运行。 列车运行调整计划是列车调度员根据阶段计划开始时间至计划结束时间内对区段 设备的状态、列车运行、机车运用等相对确定的信息，按照期望的目标制定的区段列车 运行工作组织计划。也就是说，当有序的列车运行状态出现紊乱时，列车运行调整就是 一个使其恢复有序的过程。这里的有序指基本运行图( 或阶段计划) 规定的列车运行及 作业次序。列车运行调整的目的是使列车在调度区段内的运行尽量符合基本运行图( 或 阶段计划) 。列车运行调整计划包括行车调度曰班计划和阶段计划两部分( 重点是阶段 计划) 。 列车运行调整计划是列车工作计划结合列车运行实际情况的具体实施，列车调度员 根据列车运行的实际情况制定列车运行阶段计划( 一般为3 h 或4 h ) ，借以规划列车运行， 进行调度指挥。可见，列车运行调整计划是完成铁路运输任务的保障，在整个运输生产 活动中起着不可替代的作用。 2 4 2 问题分析 列车运行调整问题本质上属于一类特殊的调度问题，实质上就是处理列车与车站、 列车与区间及列车之间的关系，规定列车占用区间和占线的合理时机。目前我国列车运 行调整研究主要集中于双线自动闭塞区段，对单线区段涉及较少。本文将对单线铁路医 段上的列车运行计划的自动化调整进行研究。 2 4 3 调度调整算法 列车运行调整问题具有很强的实时性，因而编制调整计划的时间不能过长。但是用 于实际的运行计划调髌必须考虑列车种类、机车交路、站线性质等等众多因素。求解计 铁道科学研究院硕上学位论文 划的调整要进行大规模的比较与运算，算法的求解速度与收敛性是影响其实用性的个 重要因素。因此，调整问题的准确描述与求解算法的设计成为最核心的难点。 铁道科学研究院硕士学位论文 3 1 列车运行图 第三章列车运行图自动调整 列车运行图是铁路运输工作中受多种因素制约、技术性最强的综合性计划，是铁路 行车组织工作的基础，是铁路经济效益的源头。铁路这个复杂的巨翟联动机就是通过列 车运行图把车、机、工、电、辆等部| 、j 和各个工种连接成一个有机的整体，昼夜不停地 进行着有条不紊的工作，科学地、合理地利用铁路运输资源，为国民经济生产和人民生 活服务。 3 1 1 有关列车运行图的几个基本概念 列车运行图是用以表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件。 它运用坐标原理来表示列车的运行时间、空间关系，实际上就是在图纸或显示器上用 维图形方式描述列车在各站及各区间运行情况的一种图解方式。 列车在任一时刻的运行位置都有唯一的点与之对应，简明的显示列车占用各区间的 顺序、列车在车站到达和出发( 或通过) 的时刻，列车在各区间的运行时分，列车在 车站的停车时分及机车交路、列车重萤和长度等等。它还可以显示列车的运行冲突情况， 并可以对实际发生的情况、计划施工等信息进行标记。 列车实际运行图是根据列车的实际运行情况把计划运行线转成实际运行线，反映列 车的实际运行轨迹。它是在基本图的基础上，根据每天的具体情况，车流、列车运输方 案、机车车辆使用方案、线路与设备情况、乘务人员情况、天气情况、设备情况、施t 计划和l 缶时计划等制定的3 小时阶段运行计划，并根据计划的执行情况进行实时的动态 记录。 列车运行图要素包括：列车区间运行时分：列车在中间站的停站时间；机车在基本 段和折返段所在站的停留时间标准；列车在技术站、客运站和货运站的技术作业过程及 其主要作业时问标准；车站间隔时间；追踪列车间隔时间。 在列车运行图上，对列车运行时空过程的图解可以有两种不同的形式。一种是以横 坐标表示时间，纵坐标表示距离。一种是以横坐标表示距离，纵坐标表示时间。目前我 2 2 铁道科学研究院硕士学位论文 国铁路列车运行图采用第一种图形表示形式。 在运行图上，右上斜线表示上行列车，右下斜线表示下行列车。水平线表示车站中 心位晟，各车站间隔根据区间里程按比例显示在运行图上。列车运行线与水平线的交点 是陔列车在该车站的到达、出发或通过时间。 3 1 2 列车运行图与行调工作 列车运行图是铁路运输产品结构、运力资源配置、企业劳动组织的综合体现。由于 各种交通运输方式竞争日趋激烈和铁路改革的不断深入，列车运行图已由传统的2 年编 制1 次，发展为根据客货运量和营销需要，频繁进行编制和调整。通过列车运行图，可 以把摧个铁路网的活动联系成一个统一的整体，把车、机、工、电、辆等所有与行车有 关的单位组织起来，严格地按照一定程序，有条不紊地进行工作。因此，列车运行图是 铁路运输工作中的一个综合性计划，是行车调度员指挥行车的重要依据。行调人员在组 织实现列车运行图、编组计划、运输方案时，必须检查各站执行列车运行图和编组计划 的情况，严格按列车运行图指挥行车。分析现行列车运行图的执行情况，将其计算机化， 对提高铁路运输效率，保证行车安全，改善铁路技术设备运用有重要的意义。 3 2 列车运行调整的基本原则和方法 当列车运行实际状态偏离预定值，造成列车运行紊乱时，通过重新编制、调整列车 运行阶段计划( 列车运行图) ，尽可能恢复列车有秩序运行状态。在遵循实时性要求下， 列车运行调整要综合考虑以下三个方面的工作： i 参照系列车运行是一项有计划、有组织的活动，需要有一个预定的时刻表( 基本图、 日班计划或上一阶段计划) ，当列车偏离预定时刻，造成列车运行次序变更时，需要 以列车运行图为基本参照系进行调整，使列车运行秩序尽可能恢复到列车运行图所 规定的良性运行状态。 2 调整手段以规划时刻表的方式实现。在满足各种设备约束条件和时间间隔约束条件 下，确定有利的调整策略。 3 调整目的尽快使列车从无序变为有序，调整就是产生新的有序。 铁道科学研究院硕士学位论文 3 2 1 基本原则 运行调整过程中，对处于正常状态下的各次列车应以列车运行图为依据办理，当列 车不能安列车运行图运行时，除遇有特殊情况外，按下列等级顺序进行运行整理： 1 国际旅客列车 2 特别旅客列车 3 ! 直通旅客快车，管内旅客快车 4 直通旅客列车，管内旅客列车( 包括市郊旅客列车) 5 混合列车( 包括货物列车