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y 5 8 6 4 1 9 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 摘要 国内外对铁路行车调度指挥计算机辅助决策的研究由来 已久，在理论上己经十分成熟，而且相继开发了很多成功应 用于现场 的系统 。但是 由于我 国地理环境复杂 ，致使各地铁 路设备先进程度差别很大 ，所 以一直 以来都是各 自为战 ，各 铁路单位一般都只开发适用于自己的一套系统， 很多甚至没 有条件实现网络计算机化作业。这几年随着 t mi s , d mi s 系统的开发应用 ， 使整个铁路绝大部分车站都实现 了在硬件 上的网络互联，因此，有条件也有必要开发一个通用型的计 算机辅助调度指挥系统，以逐步实现全路的统一调度指挥。 作为起步，我们以铁路分局为研究对象开发了铁路行车 调度指挥计算机辅助决策系统， 在系统设计实现过程 中以通 用性为宗旨，因此，实际上系统的路网结构是可扩充的，不 仅适用于铁路分局，扩充后还可适用于路局甚至全路。 论文首先介绍了国内外相关领域的研究情况，并根据国 内近期的研究成果选择本系统的理论基础， 随后介绍了系统 的设计思想和开发工具的选择。 然后论文从现场实际工作入手，通过对现场工作的流程 和各方面资料的需要和获取情况的详细分析， 在研究系统应 用理论的基础上分析了系统的功能需求， 并将整个系统细化 为基本运行图编制子系统、日班计划编制子系统和列车运行 调整计划编制子系统，对各子系统进行详细的功能设计。 弩 怒 音 下 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 最后论文按照系统设计的程序，有重点，有次序的先后 介绍了时刻表列车与运行图列车转换算法、图上列车布点算 法、冲突检查算法、各子系统之间的网络传输算法和系统与 现有 d m 工 s系统的接口，并对系统实现的功能情况进行了简 要介绍 。 关键词:调度指挥、列车运行调整、列车运行图、日班计 划 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 ab s t r a c t i t h as b e e n l o n g t i m e b e f o re t h e s t u d y o f ma k i n g t r a i n w o r k i n g d i a g r a m h a d b e e n d e v e l o p e d . a f t e r d e c a d e s d e v e l o p i n g t h e t h e o r i e s o f m a k i n g t r a i n w o r k i n g d i a g r a m m u s t h a v e b e e n v e ry c o n s u m m a t e a n d m a n y s u c c e s s f u l s y s t e m s h a d b e e n d e v e l o p e d w h ic h c o u ld b e u s e d i n t h e s c e n e o f o u r r a i l w a y s . b u t t h e re w as g re a t d i ff e re n c e b e t w e e n d i ff e r e n t p l a c e s b e c a u s e o f o u r c o m p l e x n a t i o n a l g e o g r a p h i c a l e n v i r o n m e n t . s o m o s t o f t h e m o ft e n d e v e l o p t h e s y s t e m s w h i c h w e r e o n l y a p p l i c a b l e f o r t h e ms e l v e s a n d i n d e e d s o me o f t h e m c o u l d n o t r e a l i z e n e t wo r k wo r k . i n r e c e n t y e a r s , a l o n g w i t h t h e d e v e lo p i n g o f t mi s a n d d mi s m o s t o f t h e d e p o t s i n t h e w h o le r a i l w a y h a v e b e e n i n c l u d e d i n t h e n e t w o r k o f r a i l w a y . c o n s e q u e n t l y , i n o r d e r t o r e a l i z e u n i f o r m d i s p a t c h i n g i n t h e w h o l e r a i l w a y , w e m u s t a n d c o u l d d e v e l o p t h e r a i l w a y d i s p a t c h i n g s y s t e m w i t h c o m p u t e r . a s t h e b e g i n n i n g w e re g a r d r a i l w a y b r a n c h a d m i n i s t r a t i o n as o u r s t u d y o b j e c t . i n f a c t o u r s y s t e m i s a n a l l- p u r p o s e s y s te m . i t c a n a p p l y t o r a i l w a y b u re a u a n d t h e w h o l e r a i l w a y 勿e x p a n s i o n . i n t h e f a s t p a r t o f t h i s a rt i c l e i t d e s c r i b e s t h e d e v e l o p i n g i n i n t e r r e l a t e d f i e l d s o f o u r n a t i o n a n d o t h e r n a t io n s . a c c o r d i n g t o re c e n t n a t i o n a l t h e o r i e s w e m a k e u p t h e a c a d e m i c b a s i s o f o u r s y s t e m . a t l as t t h e s y s t e m d e s i g n i d e a a n d t h e s e l e c t i o n o f d e v e l o p in g t o o l w e re d e s c r i b e d . i n t h e s e c o n d p a r t , a t f i r s t , t h e a c t u a l w o r k i n s c e n e w as i n t r o d u c e d . a n d t h e n w h a t f u n c t i o n s w e n e e d w e re m a d e b y a n a l y z i n g t h e s c e n e w o r k 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 fl o w a n d a l l in f o r m a t i o n s c o l l e c t i n g . w e c o n s i d e r t h e w h o l e s y s t e m i s m a d e u p o f ma k i n g t r a in w o r k i n g d i a g r a m s u b s y s t e m , m a k i n g t r a in o p e r a t i o n a d j u s t m e n t p l a n s u b s y s t e m a n d m a k i n g d a y s h i ft p l a n s u b s y s t e m a n d d e s i g n t h e i r f u n c t i o n i n d e t a i l . a t l a s t t h e d e s i g n o f e v e ry s u b s y s t e m w a s d e s c r i b e d i n t e c h n o l o g y . i n t h e l a s t p a r t o f t h i s a r t i c l e , a c c o r d i n g t o t h e s e q u e n c e o f t h e s y s t e m d e s i g n , t h e r e a l i z a t i o n a n d i m p o r ta n t a r i t h m e t i c o f ma k i n g t r a i n w o r k i n g d ia g r a m s u b s y s t e m , t h e r e a l i z a t i o n a n d im p o r ta n t a r i t h m e t i c o f m a k i n g t r a i n o p e r a t i o n a d j u s t m e n t p l a n s u b s y s t e m , t h e a r i t h m e t i c o f e x a m i n i n g c o l l i s i o n , 山 e r e a l i z a t i o n o f n e t w o r k m o d u l e a n d t h e c o n n e c t i o n w i t h d mi s w e r e d e s c r i b e d s u c c e s s i v e l y . ke y wo r d s : d i s p a t c h i n g d i r e c t i o n , t r a i n o p e r a t i o n a d j u s t m e n t , t r a i n w o r k i n g d ia g r a m , d a y s h i ft p l a n 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 第一章绪论 一、引言 铁路长期担负着我国交通运输的大部分的客货流量，是 国民经济发展的大动脉， 铁路的现代化程度不仅能体现我国 不断提高的科学技术水平 ， 更有利于节省人力物力提高铁路 运输行 车组织 的效率 。过去几年铁路面 临着裁 员的 巨大压 力，却保证了增效，这与先进技术的应用是分不开的，尤其 许多应用于铁路的计算机系统先后研发成功，如客票系统、 计算机编制列车运行图系统、t m i s系统、d m i s系统等，使 很多铁路职工从复杂的、繁琐的手工劳动中解脱出来，同时 提高 了他们 的工作效率 ，简化 了工作方法 。 二、问题的提出 铁路运输管理现代化是铁路现代化的集 中体现 ，用计算 机进行列车运行监督、 调整和控制是运输管理现代化的重点 和难 点.九十年代前后国外 已发展了计算机辅助 的 c t c ( c e n t r a l i z e d t r a f f i c c o n t r a l )系统 ，如德 国 a l c a t e l 公司的 e s t w l 9 0电子连锁和连续 自动化列车控制 l z b系统， 瑞典 a b b公司的 e b i c o s 9 0 0交通管理系统，日本新干线的 c o m t r a c行车调度指挥系统等。德国法兰克 7 9 8 f的计算机 辅助列车监督系统，管辖九个铁路区域，自动收集列车运行 的实时信息，进行数据处理，信息交换和图形显示.西班牙 马德里至赛维尔的高速铁路，在 9 2巴塞罗那奥运会期间， 向世界充分展示 了现代化铁路的优越性 。 同时期我 国也正在 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 进行铁路现代化技术改造，大秦铁路全线 d 5型调度集中、 许多大型编组站的综合 自动化，以及将要进行的徐州枢纽综 合 自动化工程 ，标 志着我 国 己进入 了铁路现代 化 的发展 时 期。但是现代化的铁路不仅要有现代化的技术设备，更重要 的是要有现代化 的管理手段 ，特别是软科学的支持。我 国人 口众多，资源短缺，在经济腾飞时期，进行铁路运输管理现 代化改造的要求就更为迫切 。 在国外规划型的行车组织方式 下，行车调度指挥只起辅助作用，因此，其现代化管理主要 集中在基本计划的管理和列车运行监控。 而我国采用的是组 织型的行车组织方式，日常运输是通过调度员制定合理的日 班计划和阶段计划完成的。列车运行调整是经常的、不可避 免的，它起着十分关键的作用 。实质上 ，列车运行调整是列 车运行计划 的核心 问题 ， 这就决定了我 国运输组织现代化 的 重点是行车调度指挥 自动化。 由于我国运能与运量的矛盾十 分尖锐，日常运输的多变性和复杂性决定了行车调度指挥 自 动化的理论研究与实践步履维艰， 也决定了行车调度指挥 自 动化的难点和焦点是如何用计算机快速编制高质量的列车 运行调整计划问题。 国外的现代化铁路， 由于通过能力富余， 在编制列车运行图时，根据列车性质留有缓冲时间，因而列 车晚点和突发事件引起的扰动能很快被消解， 其调整方式简 单 ，一般通过人机对话方式就可 以解决，因而国外的 自动化 系统难 以满足我 国铁路的实际需要。 而且即使在规划型的行 车组织方式下，随着行车密度的提高，调整也必将复杂化， 制定调整计划也将成为其核心 问题。 我们这里所说的行车调度指挥，包括基本图的编制、在 基本图上拔线、加开、区间或车站施工封锁等条件下制定的 日班计划和根据列车运行 的当前实况制定 3 -4小时列车运 行调整计 划 ( 也称 阶段 计划 ) 。 为方便 起 见，我们将 日班 计 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 划和 3 -4小时调整计划统称为调整计划 ，将制定调整计划 的过程统称 为列车运行调整 . 由以上论述可知制定调整计划 是整 个行 车调度指挥 的核心 ， 因此 也是 铁路行车调度 指挥 计 算机辅助决策系统要解决的核心问题。 传统制定调整计划的 作业方式是 由调度 员用铅笔和尺子逐个 列车逐个 区 间的推 算， 且还必须随时记录列车运行实绩。 随着列车速度的提高， 列车密度 的增加 ， 这种状既况影响了铁路运输能力的充分发 挥 ，也严重影响着铁路 的行车安全 。 可喜的是经过十多年的探索研究，我国科研工作者在这 些领域的研究己有了长足的发展并取得了许多可喜的成绩 如文献 ( 1 - 1 6 ) 。目前很多相关领域的铁路计算机软件系统 在铁路现场的应用 已达到较好的水平 ，在运行 图、调度 日班 计划和列车运行调整计划的编制等领域的技术 已比较成熟 。 但是现有条件下铁路大部分仍采用传统制定调整计划的作 业方式。现代条件下随着客流和货物运量的不断增加，过往 车次也不断增多，行车组织的复杂程度成指数增加。过去条 件下熟练的调度员能胜任的工作，现在也逐渐感到力不从 心， 因此有必要开发出一个通用型的计算机应用系统使调度 员从繁杂的手工操作 中解放 出来。 三、国内外研究现状 在计算机编制列车运行图方面，国外铁路从 5 0年代开始进行计 算机编制列车运行图的研究，并早在 6 0年代就已在计算机编制 列车运行图、 编制旅客列车运行图等方面取得了实用性的科研成 果。从 8 0 年代开始，由单纯计算机编制列车运行图进一步地过 渡到列车运行图信息管理系统， 向实现全路列车运行图信息系统 管理的阶段发展。国内铁路始于 6 0 年代初期，先后经历了: 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 单线、双线区段和枢纽地区运行图的分别编制阶段: 单线、双线和枢纽地区运行图的编制以及区段和枢纽运行 图的衔接阶段; 以铁路局整个网状线路为单位的运行图编制阶段。 现已具有较成熟的理论和技术。铁路行车调度指挥计算机辅 助决策系统的核心问题是列车运行调整计划的编制， 这也是系统 的重点、难点所在，下面详细介绍国内外在该领域的研究情况。 3 . 1 国外研究现状 在计算机辅助列车运行调整方面，国外的研究一般都是离线 进行的， 即列车运行调整不是根据列车运行的实时信息制定调整 方案指挥列车运行的， 而是独立于列车运行监控系统， 通过对各 种情况的扰动分析， 用计算机模拟各种延误和突发事件， 分析各 种调整策略的调整效果， 供调度员实际调整时参考。 前面提到的 几个计算机辅助列车运行监控系统， 都不具备 自动制定大面积调 整计划的功能 ( 最多只能进行自动局部调整， 且不考虑多交会情 况) 。日本新干线安装了c o m t r a c 之后， 又于 1 9 7 7 年专门开发了 新干线列车运行模拟系统 s t r a t s ( s h i n k a n s o n t r a i n t r a f f i c s i m u l a t i o n s y s t e m ) ， 安装在日 本国铁铁路技术研究所，用以模 拟多方式列车运行扰动时，各种调整策略的调整效果， 实际调整 还需要人机对话方式完成。1 9 8 7 年 1 1 月投入使用的e d p 子系统 只具有自 动局部调整的功能， 调整方式也比较简单， 而且日 本的 新千线是客运专线， 自动调整的目的主要是解决客车底和乘务人 员的运用问题。 通过对列车运行扰动的产生和传递规律的分析，可以用以指 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 导确定基本图中的合理撒点时间， 以提高基本图的兑现率和适应 能力。 有的国家甚至用这种方法进行在单线铁路利用复线插入段 满足高速铁路运输要求的可行性分析。 关于列车延误分析的最早工作见于 0 . f r a n k的研究，相继又 有人提出过模拟模型和分析模型。 能够比较全面地反映列车运行 调整过程的模型， 大概要属e . r . p e t e r s e n 和a . j . t a y l o r 的铁路 线模拟和优化的一种结构模型。该模型以线路数目的变化地点 ( 区间与车站的交接点，复线插入段与正线的汇合和分岔点) 为 分界点， 将铁路线路分成多个分段， 每一段的线路数 目是列车在 该段可选择的运行路径。 假定列车出现时机服从某一分布， 通过 对设备的可用性 ( 某一段线路可以被列车占用)和安全性 ( 列车 运行的间隔)因素关系的代数描述， 建立了可用于列车运行模拟 和优化的通用框架，利用该模型可以规划列车运行时间表。 b i n t o r y c h e n 和 p a t r i c k t . h a r k e r 研究t单线铁路列车运 行预定时间表的可靠程度的评价方法， 提出了一种“ 双时估计法” ( t w o m o m e n t s e s t i m a t i o n ) ，使列车的发到以预定时间表为中 心产生随机扰动， 文中给出了确定列车延误概率， 会车和越行概 率的计算方法并给出了确定列车扰动的非线性方程。 通过简化模 型得到的求解算法，可用来评价预定时间表的可靠程度。 为了研 究列车运行扰动的传播规律， 日本学者甚至提出将列车运行扰动 看作液体中产生的震动波， 利用液体动力模型来研究列车扰动的 传递消失过程。 日本七十年代初开始研究用计算机 自动编制调整计划的问 题，曾提出评价函数弃却法。该方法在时间推进的过程中，对每 一步迭代所产生的可选的方案构造其评价函数， 并从中选择最优 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 解。为解决组合激增问题， 八十年代又提出利用专家系统和分支 定界法 ( b r a n c h a n d b o u n d )减少搜索空间求解的方法和利用产 生规则表示调度员的调整知识库建立专家系统的方法。 计算机辅助的 c t c ( c e n t r a l i z e d t r a f f i c c o n t r o l ) 加拿大列车轨道系统公司 n t 平台上的交通管理系统 ( t r a i n t r a c k s y s t e m s i n c . ) 系统是 开发的 t d -p r o 。目前这一系统已经用于在几 处铁路线路上每天指挥 3 0 0多列火车的运行。同时，该公司正在 为 m e t r a - w i s c o n s i n c e n t r a l l t d . 和纽约北线地铁安装 t d - p r 。 系统. 作为一个健壮的客户/ 服务器系统， t d -p r 。 给用户提 供了友好的人机交互界面，使用户操作极为方便。 八十年代初，由s . a r a y a 等人开发的e s t r a c ，其实现方法是 将调度过程分为四个基本步骤:预置、检查、选择和调整。针对 每个步骤均有相应的规则， 并通过启发式知识避免不满足约束的 a 不合理现象 ( u n r e a s o n a b l e e v e n t ) 。为7提高调整水平， 该系统还引入了基于分支定界法的辅助优化环节。 八十年代中期，为了提高e s t r a c 系统的实用性， s . a r a y a 等 人又开发了e s t r a c = i i 系统。它与前者的显著区别是，加入了可 视化人一机界面使调度员能参与调整。 这方面的工作同英国学者 j . 0 . m i l e r 等人开发的d i s p o s 系统相似。由于 d i s p o s 系统的调 整工作主要通过人一机交互完成， 其调整专家系统功能较弱， 处 于辅助地位。这类专家系统研究时，由于针对性较强，其规则不 具有普遍性， 其可维护性和可移植性较差， 系统对铁路系统的“ 变 化”较敏感。 九十年代，由k . k o m a y a等人开发的e s t r a c - i i 系统， 其求解 过程分解为上、下两个层次.在每个车站，首先运用全局 “ 战略 知识 ( s t r a t e g i c k n o w l e d g e ) ” 进行上层决策，并以“ 基本命令 ( b a s i c c o m m a n d ) ”的形式送到下层决策单元。在下层决策中， 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 首先运用局部 “ 战术知识 ( t a c t i c a l k n o w l e d g e ) ”判断 ， 基本 命令”能否执行。若能执行，则利用设定和调整时刻表的过程性 知识设定各列车的到、发时刻:若不能执行，则要求上层决策单 元重新决策，直到可执行为止。其次在各列车的到、发时刻设定 后，由局部仿真单元 ( p a r t i a l s i m u l a t i o n )对列车的到、发过 程进行动态仿真， 并将结果返回上层决策单元。由上层决策单元 判断在该车站是否需要重新进行决策。 如此逐站求解知道全部解 决运行调整问题。上、下层决策单元之间的这种交互机制，构成 了e s t r a c - i i 系统问题求解机制的核心。 以上是近些年来国外在列车运行调整领域的研究成果，下面 介绍一下我国都做了哪些研究。 3 . 2 国内研究现状 我国的行车调度指挥方式与国外有很大差异。我国铁路不仅 必须根据各区段的运输波动等原因的影响来改变基本运行时间 表， 制定日班计划， 而且更重要的是由于制定日班计划时的原始 数据不够准确，以及设备条件、气候、灾害等意外事故的影响使 日班计划往往不能兑现， 因而还必须制定 3 - 4 小时列车运行调整 计划。这是我国铁路运输独有的特征。从前面的分析可知，国外 的计算机辅助c t c 系统， 并不能制定适合我国铁路运输情况的列 车运行调整计划，因此，我国铁路进行现代化改造时，除了借鉴 国外先进技术，安装自动列车运行监控系统外， 还必须研制出适 合我国路情的列车运行管理( 计划与调整) 自 动化的计算机软件， 才可以说真正实现了我国铁路行车调度指挥自动化。 国外规划性 的行车组织方式下对列车运行调整问题的研究成果， 不能用于在 线调整 ( o n l i n e r e g u l a t e )的情况，其研究方法对实时性要求 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 的考虑不足，虽然有减少搜索空间，加快求解速度的方法，但都 是在可解与不可解意义下的改善，即撇开实时性要求不谈。国外 的研究方法在考虑调整问题的参照系、手段、目标三个方面时， 也都顾此失彼。 要么是脱离参照系去规划时间表的盲目调整， 要 么是不去规划时间表的片面分析。 这些方法都不适合我国铁路列 车运行调整的多变性和复杂性， 因此， 国外目前的研究都不适合 我国的实际需要。为解决我国行车调度指挥自动化问题， 我们必 须寻找可满足实时性要求， 综合考虑调整问题参照系、调整手段 和调整目标三个方面的新的解决途径和方法。 这里顺便要指出的 是，在经济发展，铁路运量增加，行车密度提高的情况下，国外 铁路也将面临同样的问题。 我国对列车运行调整问题的研究始于七十年代末。在许多学 者的努力下，己取得了许多成果，如文献 ( 1 - 1 6 ) 。我国学者的 研究中较有影响力的主要有以下两种理论观点: 1 . 中国学者贾利民等人， 在对调度员的行车指挥知识进行分 类的基础上， 提出了针对不精确因素的基于模糊集合之上的形式 化表示， 通过各模糊变量和人工干扰项的模糊运算， 确定各列车 的相对优先度。并依此构造了“ 基于模糊决策的分布式智能化调 度方法 d t c s 。由于模糊集及模糊运算的引入，使其优先级的定 义更自然、更接近实际，因而引人注目。 分布式运行调整方法思想新颖、易于实现、实时性好，但是 其优先级的定义即排序方法仍有待完善。 2 .基于离散事件动态系统理论的方法 离散事件动态系统 ( d e d s )的理论研究近年来受到广泛的关 注， 取得了显著进展。 我国学者局磊山等人结合我国铁路的现实， 对此理论在列车运行调整中的应用进行了有益的探索。 周磊山等人指出，如果以列车占用区间为一事件，那么列车 铁路行车调度指挥计算机辅助决蛾系统研究 运行调整系统是一个离散事件动态系统。 在构造了以事件驱动的 系统状态空间递推模型的基础上，以列车等级为基本依据，采用 分层决策的求解策略。 在问题求解中， 采用滚动优化的优化策略， 并分别提出了提高正点率和提高旅速的判据。 对于计算机实现的 研究， 如数据结构、 知识表达等研究均很有价值。 模拟测试表明， 该方法是有效的。 鉴于此本系统选择该理论作为理论基础来设计 完成。 四、论文研究的主要内容 由于整个系统的设计开发过程是从实用的角度出发，在现场 实际应用中得到较好的效果， 因此整个系统设计的思路也是以现 场实际的工作流程和工作方法为基础， 使现场工作计算机化，并 从计算机编程的角度将现场中的各项工作通过模块化的设计方 法予以实现。鉴于此，论文将以下内容作为研究重点: 绪论部分: 通过对我国铁路行车调度指挥现状的分析阐述 了当前情况下开发铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统 的必要性和紧迫性; 通过对国内外在该领域研究的描述和分 析选择本系统设计的理论基础， 确定铁路行车调度指挥计算 机辅助决策系统研究的可行性;介绍论文的主要研究内容: 最后根据设计思想的需要确定系统开发工具 。 铁路行车调度指挥的理论基础部分:根据铁路调度指挥工 作的需要先后介绍了列车运行图、 分局日班计划及其编制情 况、 列车运行调整计划及列车运行调整的方法并对产生冲突 的各种情况及其疏解计算进行了详细介绍。 系统的理论基础部分:这部分在绪论部分选择系统理论基 础的基础上对在系统设计开发中用到的网状线路的分层节 点表示法、 离散事件动态理论和系统中网络传输用到的网络 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 技术知识进行了介绍。 铁路行车调度指挥系统总体设计部分:首先根据第二、三 章中对铁路行车调度指挥现场工作流程和相关理论概念的 分析描述，总结出系统设计的功能需求，然后从系统设计的 角度，围绕系统工能的实现，按照模块化程序设计的要求， 将系统进行模块化细分设计。 系统中重点算法的设计实现部分:先后介绍了列车运行图 铺画中的时刻表转换和布点算法、 列车运行调整计划编制中 交接班算法和冲突检查的算法、 各子系统之间的网络传输算 法和系统与现有 d m i s系统接口的设计等内容进行了详细的 介绍 ( 其中布点算法在各子系统中都是十分重要的) 。 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统:根据系统各功能 模块的实现的功能情况，对其进行概要说明。 五、系统设计思想 考虑到我国铁路日常生产活动现状和现场操作人员的技 术水平， 要实现铁路行车调度指挥的计算机化必须要求设计 开发的计算机系统直观、 便捷、 利于操作人员尽快熟悉掌握， 并能很好地与现场的其他工作相协调，鉴于此对铁路行车调 度指挥计算机辅助决策系统的设计思想可描述如下: 1 .尽量实现自动化，减少手工操作在整个系统中的比重 正如前面描述的，设计该系统的目的之一就是将操作人 员从繁杂的手工作业中解放出来，因此在铁路行车调度指挥 计算机辅助决策系统中尤其在其核心一一列车运行调整计划的 编制子系统中的各个环节如:列车运行调整计划的发送、 列车的 自动报点、交接班等，尽量实现系统的自动操作，减少操作人员 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 的工作量，避免由于操作人员的疏忽而导致的错误及安全隐患。 同时考虑到系统的灵活性， 使系统能在正常情况下给出一个初始 理想的方案， 同时提供手工操作的方法使操作者能充分发挥其主 观能动性。 2 .采用可视化工具，直观地体现各相关工作 从系统易于使用，易于理解的角度出发，充分发挥图形、表 格、文字等多种表现形式的各自优点，从不同角度、不同侧面， 直观地将运行图、日班计划、列车运行调整计划等各阶段工作表 现出来. 例如在列车运行调整计划的编制过程中，日常需要考虑 到的冲突检查问题， 就可以通过图形化的显示方式加以显示以区 别其它没有冲突的列车。 3 .充分利用现有资源，节约成本，提高经济效益 信息化建设己在铁路运输系统中取得了不小的成绩，在软、 硬件方面，都有了一定的基础，充分利用这些己有资源，避免重 复建设， 一方面可以缩短系统的开发周期， 另一方面也可以节约 成本， 提高经济效益。 硬件方面可以利用铁路目前现有的通信网 络，计算机等设备，而无需重新购置;软件方面，可以通过设计 相互连接的软接口，利用现有 d m i s系统的传输功能和其所拥有 丰富的实时信息，使它们相互协作、相互补充，充分发挥各自的 功能优势。 4 .在保证各项功能的同时，注意系统的可扩展性 在对系统进行设计时， 充分考虑到系统 日后可 能的发展， 预留合适的空间接口，为日后系统的升级提供便利。同时注 重组件化的系统设计，尽量减少各组件间的祸合，使各组件 能够独立变化升级而不影响到系统其它组件的使用。 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 六、开发工具的选择 由于系统需要尽快适应现场的实际应用，因此要考虑到 系统的开发周期问题， 根据系统的实际需要必须尽快完成系 统设计和程序的编写工作。 c #是微软最新设计的语言，它 通过采用特殊的垃圾回收处理方法，解决了c 十 十 中存在很难 避免的内存泄漏问题。而且 c #在图形处理方面功能强大丝 毫不逊色于 c 十 十 。此外 c #较 c 十 十 易于学习，编程周期短效 率高。由于在铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统中基本 运行图、日班计划和列车调整计划都需要进行大量的图形处 理工作， 因此， 考虑采用 v i s u a l c # 为开发工具在 w i n d o w s x p 下进行开 发设计 。 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 第二章铁路行车调度指挥的理论基础 第一节 列车运行图 列车运行图是列车在各区间运行和在各车站到达、出发 ( 或 通过)时刻的图解形式。所以，列车运行图实质上就是列车运行 时刻表的图解。列车运行图是全路组织列车运行的基础， 凡与列 车运行有关的各个部门， 都必须正确地组织本部门的工作，以保 证列车按运行图运行。 通过列车运行图， 把整个铁路网的活动联 成统一的整体， 把与行车有关的单位组织起来， 严格地按照一定 的程序有条不紊地进行工作，共同保证列车按列车运行图运行。 列车运行图运用坐标原理来表示列车运行，将横轴按一定比 例用竖线划成多个等份， 竖线代表一昼夜的小时和分钟; 将纵轴 按一定的比例用横线加以划分， 横线代表车站的中心线，这样便 构成了列车运行图的基本格式。 列车运行图根据时间划分不同可 以表示为:二分格运行图、十分格运行图和小时格运行图，我国 铁路上较常用的一般是前两种。 在运行图上，以横线表示车站中心线的位置，有下列两种确 定方法 : 1 . 按区间实际里程的比率确定。 即按整个区段内各车站间实 际里程的比例来画横线。采用这种方法时，运行图上的站间 距离完全反映实际情况，能明显地表示出站间距离的大小。 这种方式的优点就是运行图的结构变化较少，本系统即是采 用这种方式。 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 2 . 按区间运行时分的比率确定， 即按整个区段内各车站间列 车运行时分的比例来画横线。采用这种方法时，可以使列车 在整个区段的运行线基本上是一条斜直线，既整齐美观，也 易于发现列车区间运行时分上的差错。但是由于我国铁路经 常提速和有其他变化，这就给这种方式带来了很多不便。 运行图上的列车运行线( 斜线) 与车站中心线( 横线) 的交点， 即为列车到、发或通过车站的时刻。 根据列车运行图的格式，它 有不同的表示方法。 在二分格图上，以规定的标记符号表示，不 需填写数字( 例如: “i ”表示分钟， “t ”表示3 0 秒) ;在十分 格图上，填写十分钟以下数值; 在小时格运行图上， 填写六十分 钟以下数值。 所有表示时刻的数字，都填写在列车运行线与横线 相交的钝角内。 列车通过车站的时刻， 一般填写在出站一端的钝 角内。 在运行图上，铺画有许多不同种类列车的运行线。为了 便于识别起见，对各种列车采用不同的表示方法，并对每一 列车冠以规定的车次， 标在区段的首末两端区间相应列车运 行线的上方。上行列车的车次一般为双数，下行列车的车次 一般为单数。我国铁路规定向首都的方向为上行方向，反之 为下行方 向。 由此我们可以看到列车运行图是由一些基本的要素所组 成的， 在编制列车运行图前我们必须首先确定组成列车运行 图的各项要素: 1 ，列车区间运行时分，指列车在两个相邻车站或线路所 之间的运行时间标准， 列车不停车通过两个相邻车站所需的 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 区间运行时分称为纯运行 时分 ， 列车到站停车的要加上停车 附加时分，列车停站后 出发的要加上起动 附加 时分 : 2 .列车在中间站的停站时间，主要包括列车在中间站进 行的技术作业时间、 客货运作业的时间和列车在 中间站的会 车和越行时间; 3 .机车在基本段和折返段所在站的停留时间标准; 4 .列车在技术站、客货运站的技术作业过程及其主要作 业时间标准 ; 5 .车站间隔时间，指在车站上办理相邻两列车的到达、 出发或通过作业所需要的最小间隔时间， 主要包括不 同时到 达间隔时间r f 、会车间隔时间r t 、同方向列车连发间隔时 间r il l 、同方向列车不同时到发间隔时间、发 、同方向列车 不同时发到间隔时间r a m 、相对方向列车不同时通过间隔时 间r 连 通 ; 6 .追踪列车间隔时间 ( i )指追踪运行列车之间的最小间隔 时 间 ， 主 要 包 括 : 由 车 站 发 出 追 踪 列 车 的 间 隔 时 间 i 发 ， 追 踪 列 车 不 停 车 通 过 车 站 的 间 隔 时 间 i is 、 追 踪 列 车 在同 一 区 间 运 行 时 的 间 隔 时 间 1 。 ， 追 踪 列 车 同 一 到 站 的 间 隔 时 间 i m o 此外编制运行图还必须拥有以下资料: 1 .各区段各种客货列车行车量: 2 .各区段通过能力; 3 .各区段货物列车重量及长度标准: 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 4 .各区段线路允许速度; 5 ，施工计划以及慢行地段和慢行速度; 6 .现行列车运行图执行情况; 7 列车时刻表。 由于基本运行图的编制不是本系统的核心所在，基本运行图 的编制在此不再赘述。 第二节 分局日 班计划 一、运输工作日常计划的描述 运输工作日常计划是运输生产的作业组织计划。由于在 日常铁路运输工作中运输情况不断变化， 每日的装车数量和 车流量也与所规定的任务不尽相同。因此，为了均衡地完成 月度货物运输计划、技术计划，实现列车编组计划、列车运 行图及运输方案，必须根据每旬、 每日的具体情况编制运输 工作日常计划。运输工作日常计划包括旬计划、日班计划和 车站作业计划。铁道部、铁路局、铁路分局均需制定旬计划 和 日计划，分局还要制定班计划。 旬计划旬计划是根据货源、货流、车流变化及运用车 的分布情况，制定旬间调整计划。旬计划由铁道部、铁路局 和分局编制并采取由下而上和由上而下相结合的方式进行 编制 。 日计划 日计划是规定由当日1 8 时至次日1 8 时一昼夜 的运输工作计划。日计划的编制，铁道部由调度处长负责， 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 铁路局由调度科长负责，铁路分局由调度所主任负责。局和 分局的装车、卸车、列车编发和交接等工作均依据 日计划进 行，因此它应包括货运工作计划、列车工作计划和机车工作 计划 。 为了均衡完成运输生产任务 ，合理调整运用车 ，预 防运 输生产过程发生困难 ， 铁道部在每 日早 9时前应 向铁路局下 达轮廓计划任务，铁路局在 1 0时前应向分局下达轮廓计划 任务。按照轮廓计划，铁路分局在每 日 “ 1 4时半即着手收 集编制日班计划的资料，并编制 日计划。经分局长批准后， 在铁路局 1 6时召开的电话会议上报路局， 于 1 7时半前下达 到站段。铁路局汇总各分局的日计划组成铁路局的日计划， 于 1 7时前上报到部，同时下达到分局。铁道部对各局上报 的 日计划经过平衡调整后于 1 7时 4 0分前下达到铁路局 。 分局 日计划分两班执行，前半个 日计划就是第一班计 划。 后半个日计划应根据前半日计划执行情况于每日早 6时 前进行部分调整，作为第二班计划 ，以便更好地实现 日计划 任务。分局后半日计划的修正工作，由调度所主任或值班主 任负责，计划调度员、货运调度员和机车调度员参加。修正 后报铁路局调度科批准。 运输工作日常计划，特别是日班计划，是运输生产人员 的具体行动计划，是实现调度集中统一指挥的基础，团此改 善日常计划的编制工作，逐步实现日常计划编制的 自动化， 对提高运输组织工作水平具有重要的意义。而且如前面所 述，我们以铁路分局为研究对象，所以主要考虑分局日班计 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 划的编制。图2 -1 为分局调度所的调度组织机构系统。 调 度所主在 1 6 1 卞仃 r 任客运 调度员 责任货运 调度员 值班 e 柱 1 任机车 调度员 卞 在统 1 1 . 员 卞任分析 调度员 分析调度员 统计员 其他公众调度员 零担篷布调度员 车辆检修调度员 预报调度员 客运调度员 货运调度员 机车调度员 列车调度员 计划调度员 图2 -1 分局调度所的调度组织机构系统 铁路分局编制 日班计划的主要依据: 1 .铁道部、铁路局下达的轮廓计划。 2 . 月度运输生产经营计划、 列车编组计划、 列车运行图、 机车周转图、运输方案、施工计划和站、段有关技术作业时 间标准 。 3 .日要车计划 ( 军运应有军运任务通知书，超限货物应 提出批准装运电报)和物资部门的要求。 4 .预计当日 1 8 : 0 0 各类运用车数、车站现在车数 ( 重车 分去向其中到本分局或邻分局管内摘挂车流分到站，待卸 车、空车分车种)和机车分布情况。 5 .列车预确报。 6 .分界站协议。 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 二、分局日计划的编制 2 . 1 分局日间总计划的制定 分局总计划的编制，可以根据车流情况，全面安排装车、 卸车 ，排 空及移交重车计划 ，预计次 日完成运输任务过程中 可能发生的问题，以便在编制详细计划时采取相应 的措施 。 同时，由于在人工编制计划的条件下 ，日计划 的各项详细 内 容不可能在 1 6时前编完，因此，也需要编制 日间总计划， 以便 1 6时向路局上报，分局日间总计划是使用 “ 分局日间 计划表 ”编制，并按如下程序进行 : 1 .推算当日1 8 时各种运用车保有量 推算当日 1 8时各种运用车保有量，包括推算管内工作 车、 移交重车， 空车及总运用车保有量， 依据当日 1 2时( 装、 卸车的完成情况) 及 1 5时( 当日分界站交接重车、 空车情况) 的预计资料. 2 .推算次日 应卸车数，确定次日卸车计划 推算次 日应卸车数以及确定卸车计划，即根据推算的当 日 1 8时管内工作车保有量，计划的管内工作车周转时间及 次 日接入 自卸和 自装 自卸的车流情况及主要站卸车能力 ， 计 算应卸车数 ，确定卸车计划。 3 .确定排空及装车计划 分局在制定排空计划和装车计划时，必须按照 “ 一卸、 二排，三装”的原则，首先按照铁路局下达的排空任务安排 各分界站的排空计划 ; 在保证次 日空车保有量基本符合技术 计划规定标准的情况下，确定分局的装车任务计划。当铁路 局规定的某分界站的排 空任务主要是接运通过 的空车时， 该 铁路行车调度指挥计算机辅助决策系统研究 分界站某车种 的排空计划就需要根据 次 日有效空车来确定 。 4 .确定次日移交重车数及列车数 有效车的确定方法 ， 可采用有效过渡 点法和概率计算法。 所谓有效过渡