第一章高速铁路行车指挥自动化

第一章高速铁路行车指挥自动化第一节行车指挥自动化概述传统的铁路行车指挥系统采用的是以人为主、以设备为辅的集中统一调度方式，随着运量的加大，行车速度的提高，人为因素在行车指挥中所产生的不协调和联络中的失误，对行车的调度与调整将产生严重的影响。尤其是在高速铁路出现后，这种方式已不能很好地适应高速铁路行车指挥的需要。为改变这种状况，许多国家逐步开发出了行车指挥自动化系统。行车指挥自动化是指以铁路现代化技术设备为基础，利用信息采集装置收集列车运行的实时信息，由计算机自动进行列车运行追踪和管理，并根据未来运输变化的需要，自动制定列车运行计划，合理配备牵引动力、车辆及乘务员，传达列车运行调整信息，自动完成调度监督，提供列车进路控制手段，自动进行列车运行实迹的统计和分析。行车指挥自动化系统的采用可以显著提高行车安全和正点率、充分发挥车站和线路的通过能力、提高调度水平、提高计划和统计工作质量，进而可以获得较好的经济效益和社会效益。完整的行车指挥自动化系统包括列车运行计划的编制、列车运行管理、运能资源的合理配置和利用以及列车运行实迹的统计分析等几个方而，其中列车运行的管理是行车指挥自动化的关键核心。一、行车指挥自动化系统的主要功能1．列车运行计划的编制根据对运输市场情况的把握，制定满足运输市场需求的列车运行计划，并根据市场变化情况不断调整运行计划，以形成最终可以实施的实施计划，主要包括：根据运输需要制定列车基本计划(包括定期列车、季节列车、预定临时列车)，并对未来列车开行需要进行预测。根据列车计划和未来列车实际，制定与之相适应的乘务员和车辆运用计划。根据运输的季节性波动和施工作业等需要，对原计划进行追加、修改和调整，制定每日的运行实施计划。对运行实施计划进行整理、分类，向有关处所传达。2．列车运行管理列车运行管理是行车指挥自动化的基本任务，根据系统获得的实时信息，完成对列车运行的监督、控制和运行调整等任务，并将实时信息向有关部门传达，主要包括：列车运行调整。包括掌握列车运行状态，检出运行紊乱的列车和进行紧急调整：进行列车运行模拟，编制预测运行图；制定必要且适度的调整 (包括车底运用的变更)方案，为调度员作决策支持，然后向有关处所发布命令。进路控制。根据运行实施计划和运行指令，自动设定列车进路。传达列车信息。向有关处所(旅客向导系统等)传达列车及其运行状态信息。3．进行统计分析对计划及运行实绩数据进行搜集、统计和分析，并完成对基本计划及其他计划的反馈。二、构造行车指挥自动化系统的基本思路行车指挥自动化系统以铁路现代化设备为基础，以计算机为辅助工具，系统开发过程中一般采用如下思路：取消分散安装在线路两侧的信号设备，将列车运行指挥控制集中于地面的调度中心。在调度中心控制范围内，由车载计算机辅助司机操纵列车运行。

调度中心计算机自动跟踪其控制范围内的列车运行并向列车传递运行计划与调度命令。调度员监督计算机的工作并给予必要的辅助调整。利用有线与无线的数据传输网络为调度中心与列车之间进行双向信息传递。调度中心计算机在调整列车运行过程中，向车站各分机、分区、分时地下达列车运行计划。各车站的控制分机根据中心计算机的运行计划，直接控制现场的有关联锁设备与进路。三、行车指挥自动化系统的实例如日本新干线的COMTRAC(COM德国法兰克福的计算机辅助列车监实践证明是较为成功的系统。 由于如日本新干线的COMTRAC(COM德国法兰克福的计算机辅助列车监实践证明是较为成功的系统。 由于各国的行车组织模式各不相同， 其开发的系统一般不能直接引入到我国， 但其开发思想、关键技术仍对我国具有重要借鉴意义。COMTRAC的构成日本新干线的COMTRAC行车调度指挥系统是1972年冈山站营业时开始投入使用的。之后，随着博多站开始营业(1975年)，东北、上越新干线开始营业(1982年)，系统的内容不断扩充，功能日益强大，为日本的新干线列车的运行组织作出了重要贡献， 是目前为止比较成功的行车指挥自动化系统。该系统的主要构成如图 6—1—1所示。COMTRAC的主要功能COMTRAC的主要功能分类和基本内容如表 6—1—1所示。表6-1-1行车指挥自动化系统的功能及内容基本功陡子系额事称基本内容计 划纂丰、檢吋汁划1酬制、修改运行图矗运眾谁动时的列车、车辆及娥务员运用计划实施计划在基本'桂时计划基紬上.塩制每日列车*车辆运用计划理车無运用车网运用駁檢慨计划人员使用雜务员运用在卓本、划建础上,握制掾日靈务应运用计划+井対占日列车运用卖际琲tr业理运抒管理信息址理监现列军运行,进打耒来列车运行幣预熬运行urn由于列年运厅衣乱■酷耍列车运行蜒调整把列车运行图的变更•列车嵯点竿借息椁输焙车站和有芙运時部门*同时楼输车辆郵来务员运用：赍料管理以及佰息音躍系班的救撫进路控軸 |粮峯列车送存m以及列车运亓实际情民进荷迹籍控制擁翼向导诫客向导传输列车运行鬧及咬点信息，控制车姑自动广捨系址.控制发车指示牌资料暂理编制建理资料统计每日列车、车耦廉案务员益用宝迹却

ss«««上曙世«SA*EojEMsElmn»sr・«*w8hei*・*斗9«加«~4-em■A.1MguuBOX■*■&!!ss«««上曙世«SA*EojEMsElmn»sr・«*w8hei*・*斗9«加«~4-em■A.1MguuBOX■*■&!!每■圭*・ss«•^sla1刪-Jgfi33ss*«5WaffsM®iv4・SaUCCOMTRAC的最新发展随着新干线上列车种类的增加、列车运行密度的增大、列车运行速度的提高及原有计算机能力的限制和COMTRAC中一些针对单一线路的各种机能， COMTRAC开始表现出不适应新干线发展的需要的情况，主要体现在以下几方面：不能适应将要运营的秋田新干线、北陆新干线发展需要。不能适应速度提高、列车追踪间隔时间缩短等新形式的需要。不能充分发挥新型车辆的使用、运输设备的改善及新车站开始营业带来的效应。原有计算机能力有限，限制数据的有效利用。运输计划、数据的输入、系统之间的数据交换等效率较低。为了消除这些不利影响，日本对COMTRAC进行重大的更新、改造，开发了新的行车指挥自动化系统——COSMOS(COmputerized，Safety，MaintenanceandOperationSystemsofShinkansen)系统，并于1995年11月10日开始使用。新系统采用新的技术和设备，解决了上述问题，在保持COMTRtAC的全部功能的基础上，系统性能有了新的发展。新的COSMOS系统主要由运输计划子系统、运行管理子系统、安全保障子系统、设备管理子系统、电力控制子系统、信息集中管理子系统、车辆管理子系统和车辆基地作业计划子系统等8个子系构成。四、行车指挥自动化的关键问题在实现行车指挥自动化系统的各种功能时，列车跟踪和进路控制、列车运行调整及列车运行图的计算机编制是行车指挥自动化系统的技术关键和核心所在。随着通信技术、计算机技术和自动控制的不断发展，不同于传统的列车运行控制理论的移动自动闭塞理论和实践也得到了发展，移动自动闭塞的实现将为铁路行车指挥自动化提供更为有利的条件，为此，本章将对此作简要的介绍。第二节计算机编制列车运行图一、概述．列车运行图的定义与列车运行图的作用列车运行图是运用坐标原理表示列车运行的一种图解方式，是以表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的综合性技术文件，它规定了各次列车占用区间的程序，列车在每个车站的到达和出发(或通过)的时刻，列车在区间的运行时间、列车在车站的停站时间以及机车、车底的交路和列车重量和长度等，是铁道部、铁路局和铁路分局组织列车运行的基础。列车运行图是铁路综合性的技术文件，通过列车运行图可以把整个路网上铁路车、机、工、电、辆各个部门和各个工种的工作紧密地结合成一个统一的整体。 基层的车站和车务段根据运行图和客货列车时刻表所规定的列车到达和出发时间 (通过时间)安排本站的站线使用和接发车等行车作业，解体、编组等调车作业和客货运输工作计划， 分局调度所的列车调度指挥人员根据运行图指挥调度区段的行车工作；机务部门根据运行图的要求，确定每天需要派出的机车台数、派出的时刻，以及安排机车的整备和乘务员的作息计划；其他如工务、电务等部门，也都根据运行图的规定来安排施工计划和维修计划。 因此，可以说，通过铁路运行图的合理编制，使铁路像一架庞大的联动机环环紧扣，有节奏地运转。2．计算机编制列车运行图的意义传统的列车运行图编制一般由人员依靠二分格图纸和铅笔手工来完成的， 由于编图工作问题涉及面广，制约因素复杂，技术难度大，人工编制运行图的主要问题如下：(1)手工编制列车运行图周期长，不能作多方案比选和评价，运行图质量缺乏科学的保证，编图机动性差。手工编图从资料收集、准备、编图和调图工作的完成以及指标的计算、时刻表的打印和运行图的全过程中，重复劳动量大、牵涉的人员和部门多、组织工作复杂、效率低、出错率高。手工方式的运行图调整工作只能在小范围内进行，难以从全局出发保证运行图综合效益，也难以适应特殊的运行需要及环境的要求。现阶段，由于国民经济正处于高速发展阶段，全路范围内铁路设备不断更新改造以适应社会发展的需要，尤其是在公路和航空等其他交通运输方式的激烈竞争下， 铁路根据运量和市场营销的需要，可能频繁调整列车运行图，若仍然依靠人工编图，则很难适应运量和市场需求的变化，很难在激烈的市场竞争中取得有利的地位，因此，列车运行图的编制必须摆脱依赖手丁编制的落后状态，采用先进的计算机信息处理技术和网络技术，实现计算机自动编制运行图。3．国内、外研究计算机编制运行图的发展概况国外对计算机编制运行图的研究从20世纪50年代后期开始。日本从20世纪60年代初开始研究计算机编制列车运行图，研究的主要目的是尽量减少编制运行图所需要的人员和编制时间，70年代开始在部分线路上使用计算机编制列车运行图。日本使用计算机编制列车运行图的办法是编图人员利用光笔，根据每一列车运行线的编制要求，向计算机输入信息，通过人机对话进行作业。近年来，日本开始采用人工智能的方法，利用“专家系统'，进行运行图编制的研究。前苏联20世纪50年代后期，尝试用模拟人工算法、试探法、逻辑代数法以及数学规划法编制单线列车运行图的研究，但由于算法的局限性而未达到实用的程度；80年代开始采用工作人员与计算机对话的方式进行研究，更加追求实用性；90年代在部分双线线路上实现了计算机编图。美国、英国、德国、加拿大等国家也先后进行了计算机编制列车运行图的研究，取得了一些不同程度的成果。我国铁路研究利用电子计算机编制列车运行图始于20世纪60年代初期。30多年来，许多铁路高校如北方交通大学、西南交通大学、兰州铁道学院、长沙铁道学院等和铁道部科学研究院、哈尔滨铁路局电子所等科研单位采用不同的方法对不同的问题做了深入细致的研究，无论在理论上还是实用开发方面均取得了许多成果。其中，比较成熟的、应用效果较好的计算机编制列车运行图系统有以下三个系统：全路直通客车方案编制系统。铁道部科学研究院多年研制完成的全路直通客车方案编制系统是一个比较成熟的软件，该系统多次用于编制全路的直通旅客列车方案。列车运行图计算机系统。西南交通大学70年代中期开始研究计算机编制列车运行图，1989年与济南局合作完成了计算机编制符离集至徐州北复线区段货物列车运行图，1996年来，该系统开始编制京沪线天津至上海间、京广线安阳至蒲圻间、京九线林清至梁提间区段列车运行图，目前基本上实现了计算机编制复线干线上的列车运行图。网状列车运行图编制系统。北方交通大学利用两年多时间研制完成的网状线路列车运行图编制系统是一个基于路网的计算机编制列车运行图系统，该系统不仅可以完成整个铁路局路网的构建，运行图的编制、输出，时刻表、运输能力等指标的输出，还可以完成自动安排局管内各车站的站线使用，机车交路的铺画和铁路局全部客运报表的输出。在运行图编制完成后，还可以通过列车运行过程仿真，检查运行图编制的质量。由于系统具有实用性强，用户界面友好及易于操作的特点，使编图人员甩掉了铅笔和二分格图纸，并且使哈尔滨铁路局成为全路第一家应用计算机完成全铁路局运行图编制，列车运行图及其技术文件和各种客、货列车统计分析报表输出的单位。二、计算机编制列车运行图的原则和方法1．编制列车运行图的原则保证列车运行的安全。列车运行必须符合 (技规，的有关规定，严格遵守行车的作业程序和时间标准。迅速、便利地运输旅客和货物。在保证基本均衡的前提下，运行图上铺画的旅客列车应最大限度地为旅客提供方便条件。充分利用铁路通过能力，经济合理地运用机车车辆。在铺画列车运行线时，应消除各种不必要的停留时间，提高列车的旅行速度：要合理规定列车重量标准和机车运用方法。对直通列车要注意良好的衔接，以捉高机车车辆的运用效率。同时，要妥善安捧工务部门的施工计划，保证线路大修施工和日常运输的要求。列车运行图要与列车编组计划和车站技术作业过程相协调，使列车运行线与车流很好地结合起来。保证各站、各区段间工作上的协调和均衡。对于一个铁路工作日的各个阶段，在铺画列车运行线时，在保证旅客列车铺画的前提下，力求使各种货物列车的铺画大体上均衡，以充分利用车站到发线和咽喉的通过能力、车站改编作业能力，以及区间通过能力。合理安排乘务人员的作息时间，保证不超过规定的劳动时间标准。全而、质量良好地计算列车运行图评价指标统计和分析。2．计算机编制列车运行图的方法利用计算机编制列车运行图可以采用多种方法，就目前的研究动态来看，主要采用下述几种方法：模拟方法。该方法以人工编图的原则和经验为条件，生成计算机编图的判断准则和执行程序，在计算机上实现人工编图过程。该方法的缺陷是很难设计出全面、合理的判断准则和执行过程。移动始发点法。该方法主要用于双线区段，在设定同向列车运行线时，按给定间隔时间确定列车始发点，并对该运行线与其他运行线的列车间隔进行检查，当不满足间隔时间，移动该列车始发点，然后重新检算该运行线，如此反复，直到所有列车运行线被处理完毕。这一方法的缺陷是计算量太大。逐区间递推铺画法。该方法主要用于单线区段，从区段的一端开始，依次对每个区间顺序进行检查铺画，或从限制区间开始向区段两端延伸铺画。这种方法的缺陷是基于单向思维的编图思路，缺乏双单线运行图的图形轮廓方案的总体把握。数学模型法。利用逻辑代数、线性规划、图论、动态规划方法建立描述列车运行图的数学模型，通过编程实现计算机求解。该方法的局限性在于许多影响编图的因素是半结构化、非结构化的，难以用数学方法准确描述。人工智能方法。该方法将编制列车运行图的约束条件及人工编制列车运行图的经验，建立知识库，用程序语言设计推理机，推理机按照启动条件，按知识库的规则推理，演绎求出各列车在各站的合理发车时间而得到列车运行图。该方法的难点在于知识获取、知识结构和推理机的设计。人机对话方法。由计算机提出铺画方案，人工确认、修改、再确认的人机交互方式完成列车运行线设定。该方法较好地解决了具体区段编制列车运行图时人机之间优势的充分发挥和配合，但在解决有经验的编图工作者难于直接参与动手编图上尚须进一步改正。而在解决复杂条件的大范围编图问题时则缺乏有效的快速定案算法。在具体进行计算机编制运行图时，上述几种方法有时也可以交叉使用，比如以数学模型法为主的方法中，部分内容可以用人机对话方式进行。三、计算机编制列车运行图方法实例目前，计算机编制列车运行图比较成熟的系统较多，但就路网的实际特点和铁路编制列车运行图的发展趋势来看，利用计算机编制网状线路运行图无疑是今后编制运行图的发展方向。下而以北方交通大学编制的网状线路列车运行图编制系统为例，介绍一下计算机编制列车运行图的编制方法和编制过程。1．编图所需要数据的收集和数据结构的设定由于列车运行图是一个综合、基础的技术文件，涉及到的数据量庞大、 复杂，数据收集的完全与否，数据整理的是否适当和数据结构的是否设定合理直接影响到编制运行图的质量，因此，数据的收集、整理和数据结构的设定是计算机编制列车运行图的基础。计算机编制列车运行图需要的数据主要有以下资料：铁路局的线路名及其按站顺的车站名。铁路局各条线上的客货行车量。车站的上下行客货列车间的各种间隔时间。各区间的正线数及其使用分工。区间距离及其延长公里。技术站的技术作业时间标准。中间站的技术作业时间标准。区段客货列车的牵引机型。车站接发列车咽喉占用时间。车站禁停限制数据。区间各种列车的标尺。车站的衔接方向、线路及用于接发车的站场配置图及线路使用数据。施工计划及慢行地段和慢行速度。客车车底的使用情况。旅客列车的编组内容。通过以上数据可以设定铁路局的基本数据结构。 例如，由线路和车站及车站衔接方向等数据可以确定路网的基点、基线，站名字典和区伺字典， 列车径路基本数据机构； 由车站用于接发车的站场配置图及线路使用数据可以确定车站信息和站线数据结构： 由旅客列车的编组内容及客车车底的使用情况和列车运行时刻表可以确定客运报表所需的数据结构等等。•网状线路列车运行图编制系统的核心问题车站平面图、区间平面图和路网结构的描述网状线路列车运行图的编制是基于路网的， 是将单线区段、双线区段和枢纽地区作为一个整体包含于路网，通过描述路网基点和基线结构， 系统可以自动生成路网衔接关系和计算列车运行径路，通过描述车站平面图和区间平面图， 系统可以自动计算各车站咽喉列车平行、交叉进路和铺画站线使用程序， 使计算时刻表的交叉疏解自动化处理和智能化。 因此，用可视化图形描述方法构造车站平面结构、 区间平面结构以及整个路网结构是编制网状线路列车运行图的基础。车站平面图和区间平面图的描述主要是由直线轨道电路、 道岔、曲线、交叉渡线等基本图形单元组成，而这些构成平面图的基本单元可以用锚点和直线段表示出来。 锚点是本系统根据描画车站平面图和区间平面图的需要而设计的辅助单元结构， 主要目的是对站场图中的各个组成部分进行精确定位。 对于大多数的图形单元来说， 每个单元的几个重要控制点都由若干个锚点确定，因此通过确定锚点的坐标就可以确定该单元结构在屏幕中的显示位置。 例如，对于轨道电路单元是由两个锚点确定的直线段， 通过始端锚点和终端锚点坐标定位其在屏幕上的显示位置，根据轨道电路单元宽度计算出其四个边界点的屏幕坐标； 单开道岔是由三条直线轨道电路组成， 共有四个锚点，其中一个是共有锚点，即道岔中心点，由这四个锚点的位置和轨道电路单元的宽度即可计算出道岔的坐标和开通方向， 其他基本图形单元可以利用同样的方法确定其位置和坐标。图6—1—2为一段直线轨道电路，A2和A3分别为其始端和终端锚点，A1为该轨道电路上任一锚点，点1,2,3,4,5为A1的一侧边界点，定位锚点A1坐标实际上就是计算其边界点的坐标，可以通过以下算法实现。图6-1-2计算锚点定悅坐标示蕙图设设I为直线轨道的宽度的一半， A'的坐标为:和‘三和I+“龙心一 -和匕尸屮（丁心-=TAl+认了2-旳］）丿J（也1-耳A1尸十（兀2二兀4I予求出了A，点的坐标之后，可以依次求出点 1、2、3、4、5的坐标。点1、2、3、4的坐标求法基本相同，现只介绍点 1的坐标求法。设C06CT=（ -杠，J（斗仃一工和严十〔旳立一Wl）'*那么:'Jtj=x/-Isina*-y\=yk~Icosa5点是A1点和A'的几何中点，所以它的坐标求法也就是几何中点的坐标求法。如果A1点的连接锚点数等于1,即A1点作为直线轨道单元的端点，那么确定了这五个边界点的坐标即可将其显示出来了。如果 A1点的连接锚点数等于2,即A1点作为直线轨道单元中间的绝缘节存在， 则取A1点的第二个连接锚点A3，用同样的方法将A1点的另外五个边界点的坐标值计算出来。车站平面图描述。车站平面图的描述涉及以轨道电路、 道岔和曲线等单元组成的车站咽喉、站线和站内列车进路以及交叉进路疏解的表示方法， 为简便起见，省略了站内与调车作业有关的编组场（调车场）以及调车进路的表述，对于到发车流量较大的技术站（主要是编组站），由于车场配置和各个车场d6作业性质，可以将编组站细分为与接发列车作业相关的到达场、出发场或直通场，系统还将影响列车运行径路或路网结构走向的线路所归并到车站的描述中。车站平面图的描述涉及车站咽喉、站线和站内接、发列车进路和通过进路。车站咽喉描述需要枚举车站两端咽喉的衔接方向、 平行进路和交叉进路及疏解方法， 站线描述需要确定正线、到发线的数量及站线性质（单、双方向接发列车，客、货列车站线，有无站台等），根据车站咽喉、站线的表述方式计算站内接车进路、 发车进路和通过进路的数量和彼此间的平行、敌对关系。区间平面图描述。区间平面图主要根据车站平面图、 区间字典和线路衔接关系，描述区间正线的数量、使用方式、区间接发列车的性质 （单、双方向接发列车）和与车站的衔接方式，并与车站平面图一起构成路网线路图的基本单元。路网结构和路网线路图描述。路网结构和路网线路图的描述是编制网状线路列车运行图的基础，车站和区间按照一定的数学方法可以抽象为组成路网的点和线， 而基点作为衔接多方向的车站与基线按照线路衔接关系组成路网结构的基本框架， 通过可视化编程可以描述出编图铁路地区（铁路局或铁路分局）的网络逻辑结构。在路网结构图的基础上，将路网结构描述、车站平面图描述和区间平面图描述结合一起，

用两层节点图方法表示， 上层节点图通过调用路网结构中车站、 区间的坐标备份数据，以中间站、技术站（主要是编组站）到发场（直通场）和线路所为顶点，以区间、技术站车场间连络线为边组成的图，下层节点图是以轨道电路绝缘节，岔心和曲线交点、到发线中心为顶点，以节点间连接的最短轨道线路为边组成的图，可以详细和准确地描述路网线路图的实际性质。（2）网络分布式编制、调整列车运行图根据计算机集中控制和网络分布处理原则，系统包含两种编制、调整运行图方式，即网络分布处理方式和单机工作方式。 网络分布式处理方式是以编图铁路局所包含的铁路分局为基本编图客户机，编图铁路局为服务器的 C/S模式编制、调整列车运行图。服务器存储全铁路局完整的基础数据，运行图和时刻表编制生成数据，客户机存放该铁路分局的基础数据以及相应的编制运行图和时刻表生成数据， 并通过服务器授予的权限修改基础数据和进行运行图调整。为保证C/S模式下实施通信中的同步问题、数据传输和合理分布问题，系统采用封装CSocket类，利用TCP/IP网络通信协议，打包传输数据。建立网络连接流程图如图6—1—3所示。棋式下编制、iM牡列车运行图强第甚本流程图系统编制列车运行图是采用在跨局旅客列车直通方案既定情况下， 利用计算机网络通信功能，在铁路局和铁路分局间完成管内旅客列车运行图、 跨局货物列车运行图和管内货物列车运行图的编制和调整。根据网状线路条件下求解大规模列车时刻表规划的网络分层并行算法，在货物列车行车量已知条件下， 对于初始未布点的列车和已经布点但未优化的列车， 按列车优先等级和最优化原则轮询各列车事件， 并根据系统自动确定的列车运行径路， 列车运行标尺，车站咽喉平行、交叉进路的疏解方法以及车站站线使用程序规则， 计算、优化时刻表，当所有列车事件都成为优化状态时，就可求解出一个合理的列车时刻表集合。在 C/S模式下，由于服务器和客户机具有不同等级的编图、调图权限，服务器在重点保证、协调分局间分界口列车数量和到发时刻的前提下， 可以在宏观上完成整个铁路局管内列车运行图的编制和调整，并利用计算机网络向各客户机传输列车时刻表， 而作为铁路分局的客户机，在分界口列车方案既定条件下， 可以完成本分局管内范围列车运行调整和优化， 并上传到服务器。•计算机编制网状线路列车运行图系统设计⑴系统目的计算机编制网状线路列车运行图系统是在任意一个铁路局路网范围内， 在跨局旅客列车开行方案既定条件下，计算机自动编制旅客列车和货物列车运行图，机车交路图以及计算相应的运行图统计指标，以期达到减轻编图人员劳动强度，缩小编图周期，提高运行图编制质量的目的。(2)系统结构设计根据网状线路列车运行图编讳， j系统设计的需求，系统由数据管理，路网结构，车站平面图，区间平面图，路网线路图，计算时刻表，编辑运行图，输出运行图，输出时刻表，指标与能力，机车交路，客运报表，站线程序，运行仿真和数据库 15个子系统组成，通过

6—6—1—4所示。豪性维护ftSiSfiin—TOC\o"1-5"\h\z■ ——「・站宥字鼻-区闻字典 :•运打圈搏恂 ：・列丰直行标尺 :-刊车种类及车准帝摘 ：*车站嘉停険制•车站占标淮 ；■技术站植术祚业时间*中时ffil•车站间NI时厨数据 :*居阊间隔时间Ifcfli :'通U運学区间粹站列隼与时罔；•囂工■理*区段行车・ ；•时制衰M处理 ；ri•墓点字典|*SWFA严■■■~V■a■・*ri•墓点字典|*SWFA严■■■~V■a■・*车站疑位:i 述独据： 国摘述数掛；弹标点定程；； ：： ；4*M■■jj■■•J 「区间崔位］1车站平时； 、区阿平面;■--字m正计算时割衰子羸養站蛭程库■■运行圈•出：:格式~14时割覆输出揩採与直力鼻运箍表：子摹规子基挠子系tt运音圈■出子辜搓朝车交踣:勇謠議旳|运行盘ill：_和分析：于杲竦图6-1-4義统柩昶站枸因系统功能设计根据系统需求分析和结构设计的特点， 本系统从完整性、通用性和智能性角度出发，设计如下功能：数据智能化功能。数据管理子系统用于完成构建车站平面图、 区间平面图、路网结构和路网线路图功能，列车运行图编制、运行图调整、运行图输出、 时刻表输出功能和运行图统计、分析功能所需数据的输入和维护。 其中，站名字典模块完成车站的索引，车站上下行站线数量和车站性质等数据的输入和修改： 车站间隔时间模块完成铁路局所有各线路上车站的T不和T会等各种间隔时间的批处理录入和修改： 区间字典模块用于区间起点、 终点站名，区间正线数目和闭塞制式的显示和索引； 区间列车间隔时间模块完成区间上下行列车追踪间隔时间等各种间隔时间的批处理输入和修改； 区间正线模块用于完成区间正线数量和正线闭塞制式的输入和修改；区间数据模块以全屏幕编辑方式完成区间公里、 上下行列车运行时间等标尺的输入：分局及管辖线路数据模块用于管理分局管辖线路和车站， 以及铁路局和分局分界口的设定：技术站技术作业模块用于输入不同种类货物列车始发、 终到作业和无调、有调作业等技术作业时分；列车种类、车次范围和列车种类族模块用于确定编图涉及到的列车种类，列车车次起止范围和牵引机车种类； 中间站技术作业时间模块用于输入不同种类列车在中间站技术作业时间标准；各站接发车占用咽喉时间标准模块完成车站按接发车方向作业时间标准的输入；禁停限制数据模块用于完成不同方向不同种类列车牵引重量禁止停车标准的设定：通勤通学区间停站列车与时间模块用于完成为了方便通勤和通学需要区间停车的列车车次和停站时间数据的输入；列车时刻表管理模块用于预处理列车时刻表，提供自动顺推和自动反推列车时刻表，改变列车牵引类型，更改列车径路，删除列车和加开列车的功能；货物列车行车量模块根据选定的起始车站和终止车站，列车种类和牵引类型，上下行列车数量自动推算列车经由径路和列车车次，各个模块的调用由一个主控对话框模块完成。车站平面图、区间平面图和路网结构图的构建。利用可视化编程方法，建立车站平面图和区间平面图专用CAD系统，根据需要以图形界面方式方便地勾画车站、区间的轨道电路、道岔、交叉渡线和曲线，设定轨道电路绝缘节、站线编号和分界衔接点，自动生成接发列车进路并枚举平行进路与敌对进路，并可通过打印机或绘图仪以任意尺寸输出图形。列车运行图的编制和调整。在全路直通旅客列车开行方案基础上，依据网络分层并行算法，采用网络分布处理方式或单机丁作方式，完成跨局货物列车运行图的编制，管内旅客列车运行图的编制，管内货物列车的编制。运行图调整可以任意增加、删除列车运行线，移动某条运行线的部分或全部，改变列车到发点，变列车停车为通过或变列车通过为停车，运行线自动索引和提示，以及多种编辑方案的智能化比较和存储。机车交路图的生成和编辑。机车交路子系统完成自动编制、输出旅客列车机车交路图和货物列车机车周转图以及机车运用指标的计算和统计，系统还提供手工绘制、删除机车接续线等编辑功能。列车运行图评价指标统计和分析。列车运行图评价指标统计和分析是系统用来评价列车运行图编制质量的辅助性功能，但也是系统必不可少的重要组成部分，包括站线占用程序图的编制，列车运行图旅客列车报表统计、分析以及列车运行图评价指标统计、分析。站线占用程序图的编制根据运行图的编制结果，车站衔接方向和站线性质，自动或手工编制不同种类列车占用正线和到发线的顺序和占用时间；列车运行图旅客列车报表统计是根据系统生成的客运列车运行时刻表，自动完成铁道部客运报表的计算、比较、显示和输出，12个客运报表分别是客车停站站名、停站时分比较表：旅客列车运行时分表 （即标尺）：特、直快列车运行时间分析表；速度分析表：列车运行图旅客列车指标计算表；旅客列车指标汇总表；旅客列车标记定员表：列车运行时刻表：旅客列车对数表；旅客列车编组内容、辆数统计表；旅客列车编组表；旅客列车简明运行图。列车运行图评价指标统计、分析用于完成运行图货物列车指标登记表、运行图各线能力汇总表和区间能力计算表的计算和输出。列车运行图技术文件输出。列车运行图技术文件输出包括列车运行图输出和列车时刻表的输出。列车运行图输出按照运行图的输出格式，可以以二分格或十分格形式输出，或者多张运行图任意组合输出。列车时刻表输出是按时刻表文件格式要求，以铁路局、铁路分局或者列车种类为输出单位，打印列车时刻表或者列车调整图的时刻表。四、计算机编制列车运行图理论的比较在计算机编制列车运行图领域经过三十多年的研究，到目前为止，已经取得了较大的成就和较成熟的计算机编图的经验，并形成了按单、双线，按区段编制列车运行图理论和按网状线路编制列车运行图理论，下面通过表格形式分析二者在研究条件和求解方法方面的特点和不同，如表6—1—2所示。

表6-1-2两种计算机编图理论附比较理论持统的按单、取蜒■按区段集图理论越网状线踣晞阍理论L区段内有N牛车站X/V-D牛區fSh国段的越始戊和弊点通常曲列军运疔的起点和舞点*在草一区段冉.同方向列车具有栩同前列车运血区段内至间；列车关系仪发生在同包段运荷列车间.相对简单］区段内车站桁搖按踣方自数相同他为加・L铁律他区内有N牛车站，区间2.区陀的起点和弊点通當不金列车运行的起点和弊点；3低祈地区内存在叢条经路.局方向列车可有雾畏列车运4.毎卒区段禅至力有一午陶IM庭何丫乩列车关系不慎垠生在同区段运石列车间「也与相常接区何世抒列车何，为一杵复希型列丰黄系T柑对竄染；G材内车站輻播铁路方向数不岡.ttlff理论桂班的按单、双域.按区段轄图理论按剧状线路壇脚趙论变 ft!列车在车站的到达利出发f或通过)吋测戎以用觀学樱型来描述网内列车坛抒.国为：「善槿Ifi上的列车具有TRftM的列车到达和出靈1我通过〉时刘1对于同吋引入多6铁跻方向的车站咽喉"猫进仃列车到发时須的冲网内迪括败以百讹车姑和敷以干计的列车；解块列认线路到车时别理燥划材嗟的次整：设计网址拔踣的描述方袪；设计冏内列率is杠禅踣的描述方法1设计网内备区盤列车时刻表汁尊羅序*妁束条件列军区间运壮吋井j列车车站作业时间标准，九诅赊列车何隔时间；车站间fii时1W：机车桑豪爼連续工柞轉闻零忧化目尿列车雄廿速度；运用机车骨數：S.列车运行红分布的均匀性.'加列车数x车站数x2)的多曰标规划■里「購大規模按划问團. |「般将核型化解为錐行速度扱大的单日拯垠划问題・廿通过口邯參抚优it来实現全咼优化的方桃事解.】.枚计陋刚状找躊分层节点我不法12.设计出列军时刻着序列事件描述沱，轧攝出两軾St豁列车运行时割蛊爆期的网状分层井忏雌.第三节列车进路控制一、概述1.进路控制进路控制的主要功能。接发列车进路控制是行车指挥自动化的关键内容，是调度升级的重要标志；也是列车运行管理系统或运输管理自动化系统的重要组成部分。 进路控制自动化最主要的功能是解决列车进路办理自动化的问题， 是把运行图数据与从各车站经由调度集中传送来的列车位置信息(地点信息)相结合，在计算机内部对列车运行进行跟踪，当列车到达应进行进路控制的位置时， 进行必要的一致性检验，然后输出进路控制信息，实现对不同列车进路的有序控制， 简单地讲就是把目前的继电联锁装置的进路控制按扭的操作， 交由计算机代行处理。进路控制的校核条件。一个进路的输出要受到一系列限制条件的约束，只有当所有条件经检查校核都满足后，计算机才能通过调度集中输出控制命令。 进路控制输出校核条件主要来自几个方面：列车状态，包括列车所在位置及正晚点；设备状况，包括已设进路的确认及对应的敌对、交叉进路的确认：运行图，包括出发时刻、使用股道及出发顺序等。进路控制输出时，必须满足列车位置条件、时刻条件、顺序条件、闭锁条件、车次对照条件、站间列车数条件、有无直接输入的列车抑止条件、 进站进路输出的月标股道，有无禁止使用条件以及该站的列车跟踪状态应为 “正常”状态条件等，由计算机进行进路输出。当列车已经进入到信号机内方时以后， 在调度集中内加入专门进路复位逻辑， 依据地点信息实现进路的自动复位，计算机不再发复位命令。2•列车跟踪所谓列车跟踪，是利用各种测量设备感知、确定列车位置的动态变化，并将运动变化实时地反映在计算机的文件系统、 处理系统和表示系统之中，以实现对列车运行状态的监督和调控。因此，精确、同步的列车跟踪是实现列车运行实时控制的前提和基础。进行列车进路控制时，首先必须在计算机内部进行列车跟踪， 也就是在计算机内部模拟现场实际列车的运行状况，掌握在线列车的确切位置，并在列车运行控制造台或显示屏上相应地点显示该车次，实现进路控制。以下主要以日本COMTRAC为背景，对列车跟踪进行介绍。⑴列车位置信息检测点。为了能够检测列车的移动情况，需要事先确定地面上的跟踪方式（或叫跟踪单位），这是构成跟踪系统的基础，一般可采用下列方式：第一，以里程为跟踪单位来跟踪列车的行驶位置，同时储存列车的速度。一般以0.1km为单位，在跟踪的同时计算列车速度。这种方式对于列车运行状况的预测精度很高，但需要设置很多数量的检测点和检测器。第二，以轨道电路为跟踪单位来跟踪列车的行驶位置。 一般在区间以自动闭塞分区为单位，站内以0•1~0.15km为单位。这种方式可以连续跟踪，但处理效率低。第三，设置必要的地点作为跟踪单位来追踪列车的行驶位置。 这种方式是事先在区间和车站设置一些必要的检测点， 用来检测列车的移动。这样做可获得的信息量较少， 但处理效率高，有关硬设备的制造也可标准化。以上三种列车位置检测方式各有优缺点。如果仅从进路控制的角度讲，以必要检测地点为单位来跟踪列车就完全可以满足需要： 但从运行调整的角度讲，当然是跟踪的单位越细越有利于进行精确的调整，但是这样会消耗计算机处理的时间和增加处理的难度。 因此，通过比较，还是认为设置必要地点为单位这种跟踪方式来跟踪列车比较好， 采用这种方法，需要在区间和车站上设置一些必要检测点， 不同的地点，在跟踪列车时将起到不同的作用， 各设置点位置如图6—1—5所示。—~——十、图6-1-5列举位置信息取入点N点（车次检测点）：当列车通过该点时，检测列车车次，计算机把以前记忆的车次与本次接收的车次进行对照， 如果一致，就对有停车要求的列车构成进站进路， 对有通过要求的列车构成进站和出发进路（通过进路）。该点设置在R点列车运行方向的后方800~1200m处。R点（车站接近点）：列车通过时发生地点信息，作为 N点的后备点使用。H点（进站信号点）：当列车尾部通过该地点时，发生地点信息，用以检知列车已驶入车站，此时把表示盘上车次由区间窗移至站内窗表示。I点（停车地点），列车尾部完全进入到发线接车端轨道电路内方时，发生地点信息。经过一定时分，作为停车列车的到达时刻。L点（出发信号点）：当列车尾部越出该地点，发生地点信息，用来检知列车已由车站出发或通过，把表示盘上的车次从站内窗移入区间窗。计算实际出发时刻，并记录、更新列车跟踪表的有关内容（列车跟踪表后续介绍）。（2）列车跟踪方法。在计算机内，列车的实时动态跟踪，即机内列车位置信息的动态变动，是通过一系列表格数据的记录与更新来实现的。列车跟踪表。把与列车运行有关的数据事先写入丁作运行图文件 （WDF）内，WDF平时被储存在磁盘之中，当时列车跟踪和进路控制所需要的数据则记人列车跟踪表内， 列车跟踪表在计算机的内存中，随着列车的运行不断更新。在列车跟踪表内随时保持有两个站的有关数据，即本站和前方站的数据，计算机就利用这些数据，结合随时从调度集中收到的地点信息，对列车进行跟踪和控制进路。对于跟踪用的地点信息，也是随着列车的运行而不断更新，亦即当某一地点校核完了，立即进行下一地点名的更新。列车跟踪表主要包括：a.列车跟踪信息，包括现站名、地点名、进站链等列车位置信息，以及下一地点发生的预计时刻等；列车共同信息，包括实际车次、始发及终到站名等；现在站信息，包括站名、出发时刻、使用股道、停车时分等，此为列车控制方面核心信息：前方站信息，包括站名、出发时刻、使用股道、停车时分等，用于列车待避及其他列车运行紊乱监视等；采点信息，包括最新出发站的实时、实际时刻，用于晚点监视；f.链接部分，包括用于区间内列车链接。股道寄存器表和首列寄存器表。在列车跟踪表上的地点名通常包含指车站的接近点（只）、进站点（"）、到达点（／）和出发点（上）四个点，为了识别在同一站上的在线列车，仅靠这几个点的信息量就不够充分了，也不能表示出各个列车的确切位置，但如果依靠设备检索可以很快找到检索对象列车，为此，设置股道寄存器表和首列寄存器表。股道寄存器表：各站每条到发线都有一个股道寄存器表，它与表示盘上股道表示窗相对应。当列车进站（”点发生）时，在股道寄存器表中登记，出站（L点发生）时消去，用这种办法掌握车站的在线列车。首列寄存器表。在车站进出口按上、下行分别进行设置，用来记忆进站、出发的第一个列车，即需要进行进路控制的列车。在需要为某个列车办理进路时，首先必须核对一下该寄存器中车次是否与该车次相符，如果是该车次，才可以继续核对其他条件，所有条件都符合要求时，才能捉出进路输出要求。如果首列车次不符，则不再校核，而要等待条件的成熟。进站列车链。为了规定列车的进站顺序，而设置列车链。所谓列车链就是以首列寄存器为基准的单方向的列车检索结构。列车出发顺序表（SOT）。用来登记按方向别出发列车的顺序，在 SOT中，把最新出发的列车称为执行指针列车。进站列车链与后方站列车出发顺序表 （SOT）的联系如图6—1—6所示。各站按上下行，把该区间在线列车群中的首列，填人首列寄存器，而首列以后的列车，则依据后方站的出发顺序，再按进站顺序进行链接。列车跟踪的大致过程如图6—1—7。当A列车已被登记于N站的股道寄存器中，B至E列车则登记于N站的进站列车链内，而其中B列车则处于这个列车链的首位，即在首列寄

存器内。当B列车通过N站的H点，即被转登记在N站的股道寄存器中，C列车则被登记于进站链的首列寄存器内，其余车次顺序上移， F列车由N—1站出发，当通过L点后，即被登记在N站进站列车链的最末尾。通过上述有关表格数据的登录与更新，便实现了计算机对每个列车跟踪。在进站链中登记的列车进入 H点，即被转登记于股道寄存器中。而在股道寄存器中登记的列车，则依据该站的列车出发顺序，登记在按方向设置的 SOT中，而且从登记于出发首列寄存器中的列车开始出发。SOT~8~D~E执行擂軒列车D~E执行擂軒列车~£图6-1-6进站链与后方站列车出发顺序袁处理时间JV站腔道MJV站腔道M需存器rarnmm苜列奇存养用站进站蟹图6-1-7列车跟踪略图3.进路控制⑴进路输出时机始发进路。于列车始发前的一定时分由始发任务置输出要求， 但当先发列车尚未始发时，则该列车的处理被保留。进站进路。当列车到达接近点并为进站链上首列时， 由列车跟踪处理置输出要求，如该列车为非进站链上首列时，待进站中的前行列车进站后，再对后续列车置输出要求。出发进路。当该列车为通过列车时：到达接近点且为进路首列及出发首列时输出要求：到达接近点且为出发列车而非进站首列时，待进站先行列车进站后，对后续列车输

出要求：C.到达接近点且出发非首列时，待先行出发列车出发完了且后续列车为进站首列时输出要求：d.至U达接近点且出发非首列时，待先行列车出发完了，此时后续列车仍非首列时，再待先行列车进站以后，再对该后续列车输出要求：该列车为停车列车时：到达停车点(/点)后，停够最小停车时分并为出发首列，则输出要求；到达/点时，出发非首列，待先行出发列车出发完了，再对后续列车输出，要求；在时刻表变更及跟踪恢复时，凡是与变更或恢复有关的列车， 如为首位列车或已到达进路设定地点时，按正常处理输出要求。进路输出要求的具体作法向首列寄存器置输出要求；向列车跟踪处理连接表置输出要求。进路输出要求的取消在计算机进路输出以前，变更是可能的：当计算机进行输出以后，变更就不可能了。当进行变更输入时，显示出错信息，当把进路手柄拉回定位，确认信号已为停止的显示时，变更输入的受理成为可能。进路输出处理为了判定列车有无输出要求，首先检索连接表的要求是否置位， 如果找到该站的某个有要求的处所，就要对该处所内的首列寄存器进行逐个检索， 找出有输出要求的首列寄存器：在找出登记有输出要求列车的首列寄存表以后， 把在首列寄存器中写入的输出预定时刻与标准时刻比较，检查时刻是否到来，如果未到时，则转去检索下一个首列寄存表或下一个连接表；向调度集中送出控制数据。进路输出后的处理当进路输出数据输出以后，主要需进行进路构成监视和进路锁闭。①进路构成监视，其流程如图6—1—8所示。CPUD6Cere仲心)'卜+.ACXCPUD6Cere仲心)'卜+.ACX1进踣*DSC:图6-1-&进路构成监观流程图计算机在进行进路输出时，必须在能够构成进路的时刻 (亦即在与其他进路的争用解除后)才能输出。当输出后经过一定时分(即调度集中传输时分+联锁装置构成进路时分十冗余时分，约为45s),进路还未构成时，即认为发生异常；显示提示信息。现场的联锁装置虽然能保证不会开通争用(敌对、交叉)进路，然而出于计算机处理上的需要而不许预排和为更进一步保证安全起见，在计算机内实施软件锁闭的办法。②进路的锁闭与解锁。在进路控制数据输出以后，立即在首列寄存器中记忆输出完毕标记。进路控制的后备方式行车指挥自动化条件下的列车进路控制，虽已交由计算机办理，但同时也应具有一定灵活性，无论是在紧急情况下为了保证安全，或是出于作业 (如维修、调车等)上的需要，都应允许调度员或现场有关人员直接介入。第四节列车运行调整自动化一、概述1．列车运行调整列车运行调整就是当列车运行实际状态偏离预定值，造成列车运行紊乱时，通过重新规划列车运行时刻表，尽可能恢复列车有秩序运行状态的过程。它的实质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站线的合理时机。列车运行调整是实时性很强的问题，调整计划的编制必须在限定的时间内完成。列车运行调整在遵循实时性要求下，一般要综合考虑下面三个方而的工作：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，需要以预定时刻表为基本参照系进行调整，使列车运行秩序尽可能恢复到预定时刻表所规定的良性状态。调整手段。它是通过规划时刻表实现的。这里的规划的含义是指合理的和优化的含义，即在满足各种设备条件和时间间隔约束条件下，确定有利的调整策略。调整的目的，是尽快使列车从无序变为有序。调整就是产生新的有序。2．列车运行调整自动化的必要性在正常条件下，列车应严格按照运行图运行，但是由于种种原因的随机干扰，列车运行难免偏离基本运行图，尤其是在列车运行密度高的线路上，一个列车晚点，往往波及其他列车，有时受影响的幅度很大，需要调度员调整若干小时，才能恢复正常。当偏离程度不大，只影响到1-2列，可以利用运行图自身的冗余时间，通过一定措施组织列车恢复正点。但当遇到恶劣天气或灾害等情况，列车运行紊乱程度比较严重时，就需要从整体上在大范围内梳理己紊乱的运行线，组织列车配合运行，以便尽快恢复按图行车，也就是要进行大幅度的调整。采用传统的人工调整方法，要求调度员必须具备一定经验和业务水平，以便根据列车运行的当前情况和对未来的预计，采取一定的调整措施，使晚点列车尽快恢复正点，并使其损失和对其他列车的影响降低到最小。列车调度员要根据纷繁的客观条件和众多的随机因素，在有限的时间内制定出一个优化调整方案，并不是容易做到的。一个调整方案质量的好坏，在很大程度上取决于当班调度员的个人素质。采用自动化调整方法，可以通过充分发挥计算机逻辑判断等优势，能够比较及时并全面地选出优化的调控方案，克服上述因人而异的缺点。利用计算机进行列车运行调整，核心问题是正确地对运行调整进行描述、建立切合实际的模型和算法，使列车运行调整措施模型化、自动化；或者在总结前人经验基础上，建立运行调整的知识库，利用专家系统使列车运行调整措施智能化，把各种调整措施作为提案，向调度员进行显示，从而起到列车调度员的参谋和助手作用，以弥补人们经验不足的缺陷，同时也可以避免人们采用调度措施的随意性。因此，自动化调整的意义，就在于它不但代替人们繁琐的事务性劳动，而且它能从整体上提高调度工作水平，减少调度失误。当然，列车运行调整自动化也决不意味着束缚调度员的能力，限制其发挥主动精神，而是恰恰相反，应该为调度员提供一切可能，来发挥他们的主观能动性。调度员可以灵活利用运行图文件变更功能，通过事先改变运行图数据，来主动干预在线列车的运行，以达到运行调整的目的。因此，计算机自动调整列车运行计划的系统是一种智能化的决策支持系统，这种智能化的决策技术和微机化的调度集中技术相结合，构成综合的高度自动化的行车指挥系统。3．列车运行调整自动化的主要问题编制列车运行调整计划时，考虑的因素众多，涉及而广，内容复杂，工作量大，将这些工作用计算机处理，设计列车运行调整自动化系统时，注意解决以下几个难点问题；实时信息的采集问题。列车运行调整是实时性极强的问题，信息收集的及时性和准确性是列车运行调整的基本依据，因此，必须采用必要的手段加以保证。人机接口问题。快速、明了、便捷、直观、全面表示列车运行的历史、当前和计划信息，是行车指挥自动化的基本要求，因此，各种信息的表示、基本运行图、日班计划图、实绩运行图的显示和冲突报警所使用的画面以及相应的打印内容，应尽可能简单明确，便于操作，绝对不能由于图形等的辨认困难或操作烦琐而成为调度员的负担。调整计划的算法描述问题。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整必须考虑列车种类、机车交路、站线性质、信联闭类型等等众多因素，求解调整计划要进行大规模的比较与运算，算法的求解速度和收敛性是影响其实用性的一个重要因素。因此，调整问题的准确描述与求解算法的设计是该问题最重要的难点。二、关于列车运行调整算法的一些理论研究上述列车运行调整自动化三个主要问题中的前两个问题，主要依赖于硬技术和设备，随着通讯技术、自动控制技术和计算机技术的发展，已经得到了或即将得到令人满意解决；而算法问题则更主要是软技术问题，对该问题的研究更主要依敕于对问题的认识 (描述)和算法设计。为此，国内外许多专家学者对该问题进行了比较深入的研究。日本铁路行车密度大而且非常重视列车的正点率，因此对列车运行自动调整的研究比较深入。早在70年代，就有人将调整问题转化为大规模的组合问题来研究，将调整问题近似为0—1整数规划问题，利用已有运筹学方法求解，但在求解时间上不能满足实用化要求。作为对穷举法的改进，日本学者又提出了评价函数弃却法，主要采用按时间顺序列车设定法，随时间推移产生多个调整方案，计算各种方案的评价函数值，当方案数超过指定的允许值时，将评价函数最小的方案舍弃，这种方法的问题是当方案允许值过小时，难于得到较好的方案，而方案允许值过大时，需要过多的处理时间，并且难于找到评价函数的规律。为解决组合爆炸问题，1983年日本专家提出了利用专家系统和分枝定界法来减少搜索空间的方法，以达到快速求解的目的。该方法的特点是将专家系统和定量化决策分为独立的两步实现。在前一步吸取人的意志和专家的启发，在后一步则由计算机进行定量化决策。专家系统的目的是除去不可行的解，该方法能否消除穷举法的缺点主要取决于如何确定对分枝的各种限定，限定过多有可能失去相当一部分可能解，限制过少，则难于消除穷举法的缺点。 1995年，NorioTOMII先生提出一种基于知识工程与PERT方法结合的调整方法，该方法引进一个运行秩序可变节点集合，利用一个包括10条启发式规则的知识库推理列车运行秩序的改变，在测知运行线之间出现冲突的同时进行消解。该方法把专家经验及计算机的高速计算、处理能力良好地结合在一起，但对调整知识表示有些简单，而且难以同时处理几个相关的冲突点。对于列车运行调整自动化理论，我国学者也做了深入的研究。程宇博士对已有的理论研究方法和运行调整问题本身进行了深入研究后认为，列车运行调整计划编制问题属于劣构问题(111—structuredproblem)，即具有非数值性、不适应性、离散性和信息开放性，依赖于有经验专家判断的情况较多，指出利用数学模型方法解决是极其困难的。其原因主要是，在列车运行调整中，存在大量非常规决策(带有人的意志决定以及社会因素的决策)，这些非常规决策往往起着全面性、决定性的作用，在列车运行调整中占有重要地位，往往难于用数学方法描述：对于常规决策部分，有一部分难以描述成数学模型，有的即使描述成数学模型，可能也难于求解或求解时间难以满足实时性要求；另外对于运行调整这一多目标问题，很难转化为单目标：数学模型的修改将花费大量的时间和费用，数学模型建立后一般要求相对稳定，但随着人们对运行调整认识的不断发展，若不经常修改和补充，在新的条件下仍使用旧的数学模型，就不能作出适应新情况的最佳决策。基于上述认识，1988年程宇提出了“组合界线法”编制列车运行调整计划。该方法的思路是：先编制出客车运行调整计划，由其在运行图上的到发时刻构成客车界线。所谓界线就是列车的到发时刻在运行图上对应点的连线。然后，根据具体情况，确定虚拟客车界线。所谓虚拟是指该列车线并非由真正的客车到发时刻的连线构成，而是根据需要假定的。此外，还要参照运行调整开始时刻进行取舍组合，构成组合界线，这样，可用组合界线将由时间、距离构成的运行图平面，分割成若干设定子区域，在于区域内设定货车的部分，当该子区域的所有货车在此区域的部分都设定完之后，转入下一个子区域，直至设定到运行调整结束时刻。其主要内容为：旅客列车运行调整计划的编制、确定组合界线和货物列车运行调整计划的编制。1991年，程宇又对其前期研究丁作进行了改进，建立了基于产生式规则的专家系统，使列车运行调整自动化水平提高了一步。为了更加适合我国铁路的实际情况，1994年周磊山博士应用事件动态系统理论，用分层决策和滚动优化的方法设计了适合我国各种铁路区段列车运行计划与调整的通用算法。该算法主要思路如下：当列车运行状态偏离基本运行图，出现了不同列车同时间段内争夺同一设备的现象时，必须重新合理规划列车占用设备的时机。调整的表现形式是移动运行线，其焦点问题是合理安排运行线之间的间隔。如果将运行线定义为事件，则调整的焦点问题是疏解事件之间的冲突问题。所谓两事件冲突，是指同一空间上两事件发生的时机不能满足必要的间隔，即前一事件尚未腾空设备，后一事件便已出现。因此，设计计算机自动编制列车运行调整计划的算法关键是要有一套确定和疏解事件冲突的方法。事件冲突类型可以归结为区间冲突和车站冲突。区间冲突包括对向冲突、连发冲突和追踪冲突，车站冲突包括间隔时间冲突和站线冲突。对于各种冲突可按照事件的性质分别设计判别式。列车运行调整就是要按照优化原则疏解事件之间的冲突。疏解冲突的一般方法是采用错开冲突事件的发生时机，包括两个方面的含义：一是根据冲突类型和冲突性质，确定两冲突事件的放行顺序，二是根据放行顺序确定待避事件的滞后量，按上述方法构造的求解列车运行调整计划的算法模型，可以反映列车运行调整的规律。设计求解算法时，结合列车运行调整的实际要求，按照列车等级，区别轻重缓急，顺序求解，即采用分层决策的方法。所谓分层决策就是把问题按各种因素的重要程度分成不同的层次，按层次的优先顺序，对各个层次的因素分别决策，高层次的决策为低层次的决策规定轮廓，低层次的决策在高层次决策的基础上，使问题的决策具体化。这样可以把一个复杂的大问题化为几个简单的子问题，降低了问题的复杂性，提高求解效率。采用分层决策，可以比较准确的预测出列车越行和交会地点，为组织列车赶点运行、提高列车正点率提供了有利条件。由于调整计划的复杂性及因素的动态性，优化方法不宜采用数学规划方法，而应采用滚动优化的方法。滚动优化与一般意义下的优化方法不同，它不是采用一个不变的的全局最优目标，而是采用滚动式的有限时域内的优化策略；优化过程不是一次完成的，而是在求解过程中不断滚动实施、反复进行的。调整系统的优化主要体现在冲突事件的放行顺序上，只有当两事件发生冲突时，才需要根据当时的优化目标，配合事件的优先级、正晚点、紧交路等状况，确定两事件的放行顺序。调整计划的优化寓于冲突的疏解过程中，这样，可以避免构造大规模的优化模型和不必要的迭代计算。三、列车运行调整自动化的实现即列车运行调整不是根据列车运行国外关于列车运行调整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， 用于指挥列车运行，而是独立于列车运行监控系统， 通过对各种的实时信息制定调整方案， 用于指挥列车运行，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，供调度员调整时参考。各种系统一般都不具备自动制定大面积调整计划的功能。 我国的研究十分重视和铁路实际情况的结合，保证系统的在线性能，力求直接应用于实际系统中，但由于客观条件不十分完善，已有的研究仍没有用于实际系统中。在已有的自动化系统中，日本的COMTRAC系统是比较成功的系统，可以用于实时信息的处理，并可以实现自动局部调整功能。 其调整过程是通过解决始发列车间隔监视、 股道争用判断、待避判断、到发优先判断等问题， 然后向调度人员提供选择方案，由人机对话方式实现。1•始发列车间隔监视主要监视始发列车(包括由支线驶入)与其前后通过列车之间的间隔， 当间隔小于规定值时，显示提示信息，提示调度员注意，以便及时采取措施。设11为各站按方向测算的各种列车之间的规定间隔， t1为两列车之间的实际间隔，当t1<I1时，显示提示信息。如图6—1—9(a)中由于x列车晚点，当t1<I1时，显示提示信息；图6—1—9(b)中由于P列车晚点，当t2<l2时，显示提示信息。图6-1-9始发列车与其前后列车关系图p—始发列车或由支践驻入的列车：工一通过列车*2•列车争用接车股道判断主要监视图定接车股道是否空闲，即当列车已接近车站，在接车进路开通指令输出前，检查原定接车股道可否使用， 发现不能使用时，再检查本站有无其他可使用股道， 并将可使用股道进行画面输出，之后显示股道争用提案，当调度员用指定接车的股道号应答后， 自动修正该列车工作运行图和列车跟踪表中的有关车站的接车股道号， 从而使进路控制任务部分将按修改后的股道号办理接车进路。3.待避判断处理原则优先级低的列车待避优先级高的列车， 如后行的列车与本列车等级相同或后行列车级别低于本列车，则不进行待避判断。待避判断分两次进行，第一次为待避列车于出发后，判断其在前方站是否需要待避后行的列车，第二次为列车于站线上(停站或行进中)，判断其是否于前方站待避后行列车，第二次判断实质上是对第一次判断的复查。判断结果与原计划对比，如相同，不提示任何信息；不同时，如原计划待避，此次判断结果不需要待避，则显示取消待避的提案：如原计划无待避，此次判断结果需待避， 则显示待避提案。显示提案后，等待调度员的应答，当调度员用待避股道号应答后，执行。如无调度员的应答，则视为没有任何提案，按原计划执行。待遇判断算法无用等待时间比较法。分别计算前方站进行待避或不待避时的等待时间， 选择其中等待时间小者为方案。相对位置关系法。在一定时机测出前后两列车的相对位置， 与规定的位置限界进行比较，大于该限界不需待避，如果小于或等于该眼界时，则需要待避。时间间隔计算法。首先预测出判断列车和后行列车在判断站的出发时刻，求出时间差△t，再与事先查定的时间间隔常数 CC比较，确定是否在判断站待避。当△t<Ct时，需要待避，而△t>Ct时，则不需要待避。这种方法比较准确、简单、实用，在现实系统中多采用这种方法。（3） 列车运行预测方法预测或推算的目的，是为判断提供必要的计算数据，这个数据实际就是预计某列车到达某一点的时刻，这个数据应该尽可能的准确，否则判断将没有意义。概算法。这个方法是把列车计划发车时刻加上晚点时间，再按紊乱程度进行修正，而后得出概算时刻。为此，应事先根据经验按不同紊乱程度规定出修正系数。在预测比较长的区段时，一般精度可以满足要求。累加计算法。此法是把各区间的标准走行时间、车站最小停车时间、加减速附加时分以及冗余时间等累加起来，推算出预计到达某一点的时刻。在区段较短、列车密度不高的条件下，采用此法比较有效。（4） 判断时间常数的查定时间间隔常数Ct是根据不同类别列车组合，按各站上下行分别查定。4．到发优先判断主要为在跨越相对方向正线的列车进站 （出发）前，要求办理接（发）车进路时，进行本列车与相对方向列车的到发优先判断，向调度员显示接发列车顺序的提案，然后，根据调度员应答顺序，办理接（发）车进路。5．列车出发顺序的自动修正各站的列车出发按出发顺序表进行，如果不是出发顺序表的首列时就不能构成进路。但当某站的出发顺序表发生了变化（如进行待避或人为指定等），前方各站的出发顺序表也应进行相应的改变，可是这种改变如果由调度员来做，则很不恰当。 为此，设计了列车出发顺序自动修正程序。根据列车在线情况（如股道寄存器表的在线位置、进站的读入信息等 ）和列车运行计划（如抑制、保留等），查出出发顺序表中的矛盾，进而编制变更列车出发顺序表的文件，变更数据，经变更出发顺序表后，列车走行的矛盾得到解除。第五节移动自动闭塞一、移动自动闭塞的提出传统铁路的自动闭塞是按照固定闭塞分区方法组织行车，如果将运行计划的因素排除，把列车追踪间隔完全看作只与相邻两个列车有关的话，固定闭塞列车追踪间隔是由闭塞分区的长度和信号控制方式决定的。对于某一种信号控制方式 （如三显示、四显示等），闭塞分区的划分按最困难的运行参数设计，后行列车通过保持与前行列车占用的闭塞分区的间距保证行车安全。由于不同种类、重量、速度列车所需最小追踪间隔仅仅取决于后行列车的制动距离和必要的安全距离，这使得固定闭塞方式对于非困难运行参数的列车实际追踪间隔时分比所需间隔变大。因此，若能通过实时控制后行不同重量、速度列车保持所需最小间隔运行，便可以获得较短的运行间隔，从而较传统固定闭塞方式提高区间内的行车密度及线路的通过能力；微电子技术、通信技术等的飞速发展，为开发一种基于以上思想的、以现代通信技术、