1、個人資料整理 僅限學習使用第 1 章緒論1.1 列車運行圖概述列車運行圖是鐵路運輸工作中受多種因素制約、技術性強的綜合性計劃，是鐵 路行車組織工作的基礎，是鐵路經濟效益的源頭。鐵路這個復雜的巨型聯(lián)動機 就是通過列車運行圖把車、機、工、電、輛等部門和 各個工種聯(lián)接成一個有機 的整體，晝夜不停地進行著有條不紊的工作，科學地 、合理地利用鐵路運輸資 源，為國民經濟生產和人民生活服務。提高鐵路運輸效率與綜合管理水平，改善運輸服務質量，降低運輸成本以增強 鐵路適應能力和競爭力是世界鐵路發(fā)展的重要主題。在國外，隨著計算機技術 的廣泛應用和現(xiàn)代信息與通信技術、智能技術的飛速發(fā)展，鐵路運輸組織管理 水平和控制

2、技術已取得了長足的進步，鐵路也一改夕陽工業(yè)”的面貌，進入了第三次發(fā)展時期。在我國，鐵路運輸是國民經濟的大動脈，鐵路建設 的長期滯后與低速發(fā)展 ，使得運輸能力十分緊張，成為國民經濟騰飛的制約因素。近幾年，隨著社會 主義市場經濟的建立、發(fā)展與完善，鐵路、高速公路、航空運輸與水運等各種 運輸方式之間的競爭日趨激烈，提高鐵路運輸能力和運行速度，改善鐵路運輸 服務質量，增強鐵路運輸?shù)撵`活性與機動性，是鐵路競爭制勝的基礎。因此， 傳統(tǒng)的長周期的手工編圖方式已不能適應運輸市場瞬息萬變的形勢，不利于鐵 路現(xiàn)代化的進程，不利于實現(xiàn)鐵路的兩個根本性轉變。這樣，列車運行圖的編 制方法、手段及管理體制，必須迅速向市場

3、型、效益型和服務型轉變，使鐵路 運輸體制以市場為導向，適應市場經濟的發(fā)展需要，增強鐵路的競爭力。為此 ，要求列車運行圖的編制與調整工作，必須擺脫目前人工通過橡皮和鉛筆進行 編制的落后狀態(tài)，采用當今科技發(fā)展的新成就、新理論和新方法，實現(xiàn)列車運 行圖編制的智能化和自動化，加快編圖速度，縮短編圖周期，提高編圖質量，把編圖人員從復雜的繁重的手工勞動中擺脫出來，使列車運行圖的編制和調整 工作進入一個新的階段，為鐵路行車指揮自動化和運輸管理現(xiàn)代化提供科學基 礎。因此，積極研究列車運行圖編制的理論和方法，研制適合我國國情的列車 運行圖編制與調整系統(tǒng)，提高列車運行圖編制的智能水平，對于增強我國鐵路 適應能力，

4、跟蹤發(fā)達國家先進技術，實現(xiàn)科技興路都具有極其重要的現(xiàn)實意義個人資料整理 僅限學習使用1.2 列車運行圖的作用列車運行圖是運用坐標原理表示列車運行的一種圖解方式。列車在任一時間的 運行位置都有唯一的點與之相對應。列車運行圖是列車運行的工作計劃，它決 定著列車占用各區(qū)間的順序、列車在車站到達和出發(fā) 或通過）的時刻，列車 在各區(qū)間的運行時分，列車在車站的停車時分等。通過列車運行圖，可以把整 個鐵路網的活動聯(lián)系成一個統(tǒng)一的整體，把車、機、工、電、輛等所有與行車 有關的單位組織起來，嚴格地按照一定程序，有條不紊地進行工作。因此，列 車運行圖是鐵路運輸工作的一個綜合性計劃。鐵路在組織旅客和貨物運輸?shù)纳a過

5、程中，列車運行是一個復雜的環(huán)節(jié)。它要 利用多種鐵路技術設備，通過各個部門和工種、各項作業(yè)之間的相互協(xié)調配合 ，才能保證行車安全和提高效率。列車運行圖在這方面起著極其重要的作用。為了保證鐵路運輸生產過程的節(jié)奏性、一致性和計劃性，為使各列車運行能彼 此很好的配合，保證列車運行與車站工作的協(xié)調一致，保證安全、迅速、經濟 、準確、便利地運送旅客和貨物，合理有效地利用鐵路技術設備，充分利用鐵 路通過能力，鐵路必須編制列車運行圖。1.3 列車運行圖的編制原則及編圖的主要過程1.3.1 列車運行圖的編制原則1）必須把便利旅客旅行放在首位。為此，要求列車的始發(fā)、終到時刻應在規(guī) 定的有效發(fā)到范圍內；旅客列車始發(fā)

6、時間的確定應盡可能地多吸收客流量，減 少旅客候車等待時間；短途列車要盡可能地安排在白天運行；列車到達換乘站 的時刻應相互配合，以減少換乘旅客的中轉停留時間，合理安排市郊通勤列車 的運行時刻；2）遵守低級列車待避或等會高級列車，短途列車待避或等會長途列車的原則;為此，應先鋪畫直通客車方案，然后鋪畫管內客車方案，先國際，后國內， 先快車，后慢車，先長途，后短途的優(yōu)先順序；3）為貨物列車的運行創(chuàng)造良好的條件，以便有效的利用區(qū)間通過能力，加速 機車車輛周轉；4）按照列車編組計劃規(guī)定的列車種類和列車數(shù)，在運行圖上鋪畫相應的貨物 列車運行線，并盡量使運行線與車流最大限度的結合起來，使列車運行圖與列 車編組

7、計劃協(xié)調配合；個人資料整理 僅限學習使用5）編制列車運行圖應力求使各方向改編列車和中轉列車交錯到發(fā)，為車站創(chuàng) 造均衡而有節(jié)奏的工作條件；6）嚴格保證列車區(qū)間運行時分標準，嚴格保證貨物列車在各車站的各種技術 作業(yè)時間標準；7）貫徹先難后易的原則，對重點區(qū)段、重點車站或重點列車優(yōu)先考慮；8）嚴格保證各種技術作業(yè)時間標準和列車運行間隔 時間標準，確保列車行車 安全和旅客乘降安全；9）為保證以最少的客車車底完成更多的運輸任務，要嚴格控制客車車底的需 要數(shù)，加速客車車底的周轉；10）避免不合理的會讓、越行，嚴格控制停車站點，提高列車的運行速度； 11）保證車站間隔時間以及列車追蹤和連發(fā)間隔等時間標準，遵

8、守不允許同 時接發(fā)列車車站的規(guī)定，避免列車在禁止停車的車站停車，列車的會讓、越行 等情況必須滿足車站到發(fā)線的要求，遵守規(guī)定的機車乘務組工作和休息的時間 標準；12）保證機車在基本段和折返段的 停留時間符合規(guī)定的標準，盡量 減少列車 和機車的額外停留時間， 并不斷改善機車運用指標， 使列車運行與機車周轉有 良好的配合。1.3.2 列車運行圖的編制過程我國編制列車運行圖是在鐵道部的直接領導下，組成以運輸局技術處為核心，其他相關部門參加的運行圖編制領導小組，負責全路列車運行圖的編制。整個編制過程分為以下幾步：1）各種列車運行圖數(shù)據資料的加工、整理、審核與確定 在編圖之前，鐵道部組織召開全路總工程師會

9、議，審核各鐵路局相關資料并整 理加工。如機務部門提出的區(qū)間運轉時分、起停車附加時分、技術站換掛機車作業(yè)時間；工務部門提出的施工慢行附加時分，施工天窗”時間；客貨運工作需要的列車停站次數(shù)、停站時間以及客貨運列車和車輛在車站的技術作業(yè)時間 等；計算確定各種車站間隔時分和行車間隔時分標準。2）鋪畫全路直通旅客列車運行圖方案在編制客車方案時，按地理位置將我國鐵路 劃分為相應的片區(qū)，分片進行編制 。在編制過程中，各片區(qū)之間經常交換信息，隨時進行檢查和調整。當各片區(qū) 方案鋪畫完畢，再進行總體檢查及調整，最后計算方案指標。編制旅客列車運 行方案主要解決旅客列車運行與車底周轉及機車周轉相協(xié)調的問題；解決各方

10、向旅客列車到達樞紐的時刻，直通旅客列車與管內旅客列車的運行時刻，鐵路 旅客列車與其它運輸工具 在開行時間上的相互競爭與相互配合問題；解決旅客 列車運行與客運站的技術作業(yè)過程和個人資料整理 僅限學習使用能力配合的問題；解決旅客列車在始發(fā)站 、終到站的到發(fā)時刻及通過主要城市的時刻與 方便旅客出行的問題；解決旅客 列車運行與貨物列車運行的配合等。3）編制旅客列車運行詳圖在全路直通客車方案編制的基礎上，確定所有旅客列車到發(fā)或通過車站的時刻 、占用區(qū)間的順序等。4）編制貨物列車運行圖在編制旅客列車運行圖的基礎上，進行貨物列車運行圖的編制。編制貨物列車 運行圖時，要嚴格保證行車安全，保證流線結合，減少不必

11、要的停站時間，提 高列車運行速度。在編圖過程中首先協(xié)調各相鄰路局間的列車運行線的銜接， 并在此基礎上編制本局列車運行圖。編制過程中可以通過協(xié)商調整列車在局分局）分界口的交接時間，以保證相 鄰區(qū)段列車的緊密銜接和經濟合理的使用 機車。5）列車運行圖編制完畢，計算運行圖指標，打印列車時刻表，繪制列車運行圖，為新圖的實施作好準備工作。1.4 傳統(tǒng)手工編圖存在的主要問題編制列車運行圖既要考慮車、機、工、電、輛等設備的具體條件和狀態(tài)，又要 結合不斷變化的各種要求，處理好上述多種因素間存在的相互配合與相互制約的關系，在確保運輸安全的前提下，解決好市場供需矛盾，實現(xiàn)鐵路運輸?shù)膬?yōu) 質服務和最大經濟效益。由于編

12、圖問題涉及面廣、制約因素復雜、技術難度大，在人工編圖的方式下，編圖理論和先進技術手段的應用受到 了極大的限制， 編圖的速度和質量得不到科學的保證?，F(xiàn)有的人工編圖 所呈現(xiàn)的主要問題如下1）由于手工編制列車運行圖周期長、不能作多方案比選和評價，運行圖質量 缺乏科學的保證，編圖機動性差，難以適應市場競爭的需要；2）手工編圖在從資料收集、準備，到編調圖工作的完成以及指標的計算、時 刻表的打印和運行圖繪制的全過程中，重復勞動量大、牽涉的人員和部門多、組織工作復雜、效率低、出錯率較高；3）手工方式的運行圖調整工作只能在小范圍內進行，難以從全局出發(fā)保證運 行圖綜合效益，也難以適應特殊的運行需要 和環(huán)境的要求

13、。個人資料整理 僅限學習使用1.5 計算機編制列車運行圖的特點隨著計算機應用的日益普及，計算機具有的速度快、計算精度高、存儲容量大 、通信能力強的特點使各行各業(yè)的生產和管理發(fā)生了深刻的變革。特別是近幾 年來多媒體技術的崛起和投入運用，計算機軟、硬件技術以及智能技術日新月異的改進和應用，為列車運行圖編制理論的應用 、技術手段的改善和實現(xiàn)列車 運行圖編制方式的徹底變革，提供了強有力的現(xiàn)代化技術基礎和保障。利用計 算機編制列車運行圖具有以下特點：V1）提供了高效的數(shù)據處理手段，減輕 了列車運行圖編制和數(shù)據資料處理中的 勞動強度，提高了處理的速度和精確度，降低了出錯率；2）保障了列車運行圖編制的科學性

14、，提供 了多方案輔助決策的信息，有利于 方案的評價和選擇；在此基礎上，吸取人工編圖 的先進經驗，使列車運行圖成 為智能化的產物，從而保證 了列車運行圖的質量；3）實現(xiàn)了系統(tǒng)資源共享，保證了編圖信息的存儲、傳輸及處理，改善 了數(shù)據 信息的管理和交流，實現(xiàn)了編圖業(yè)務的整體化，提高了編圖效率，為實現(xiàn)鐵路 運營管理現(xiàn)代化打下了基礎；4）縮短了列車運行圖編制全過程的時間，提高 了鐵路適應市場和特殊需要的 應變能力，改善了鐵路運輸服務水平，提高了鐵路運輸經濟效益；5）促進了全路技術設施合理配置 和設備能力的協(xié)調，有利于設備應用效率的 綜合發(fā)揮，有利于促進員工素質及服務水平的提高，形成人員設備及應用間的 良

15、性循環(huán)，提高了鐵路參與市場競爭制勝的能力。1.6 國內外研究現(xiàn)狀綜述1.6.1 國外計算機編制列車運行圖研究發(fā)展簡況國外對計算機編制列車運行圖 的研究，一般開始于五十年代后期。日本從 I960年開始研究利用計算機編制列車運行時刻表。1964 年在列車作業(yè)計劃中利用計算機編制了具有實用價值的運行時刻表，并進行 了以盡可能減少編制時刻 表所需勞動和時間為目標的研究。1971 年引進了具有圖形顯示設備的計算機， 使計算機編制列車時刻表更加接近實用。1972 年 10 月,在從M原至青森的日本 ?？v貫線上使用了由計算機編制的方案運行圖，取得了較好的效果。1973 年日本應用計算機編制了東北、高倚、上越

16、、倍越、東海道、山陽等六條線路中部 分區(qū)段的列車運行圖，效果顯著，節(jié)省 了約 2/3 的編圖時間。個人資料整理 僅限學習使用日本應用計算機編制列車運行圖主要采取人機對話的形式，編圖人員使用光筆 進行列車運行圖的編制和調整。編制原則是從咼級列車一列一列的鋪畫。當編 圖人員向計算機輸入車次、始發(fā)車站及始發(fā)時刻等數(shù)據后，由計算機自動計算 該列車在區(qū)段內各站的到發(fā)時刻。當后鋪畫的列車與先鋪畫的列車發(fā)生交會時 ，計算機采用后鋪畫列車停車等會先鋪畫列車 的方式進行處理，也可以用人工 調整的方式對先鋪畫列車的運行線進行修改。為使修改成為可能以及消除列車 的運行晚點，保證正常的運行秩序，計算機在確定列車在各車

17、站的到發(fā)時刻時 ，每個區(qū)間的運行時間在列車純運行時分的基礎上，還加了富裕時分”富裕 時分的大小由列車的種類 和區(qū)間的長短決定。由于純人機對話形式的計算機編圖只能縮短編圖時間，減少編圖計算工作量，卻難以提高編圖的質量。近幾年，日本在研究人工智能”的基礎上進行列車運行圖編制專家系統(tǒng)的開發(fā)，采用搜索樹原理和經驗制約作為知識規(guī)則進行驅動 ，以列車運行帶代替列車運行線，考慮各列車之間的相互約束及各車站間的列 車組合順序，利用人工作業(yè)中以經驗為依據的所謂啟發(fā)式vHEURISTIC ）手段，找出滿足條件程度盡可能高的選擇標準”進行局部自動調整，從而把人的 判斷能力和計算機的高速運行能力結合起來， 開發(fā)了列車

18、運行圖編制系統(tǒng) vDIA DS） ， 并在 1991年后的實際工作中得到了應用。原蘇聯(lián)從五十年代后期開始，對列車運行圖的計算機編制進行了大量的研究工 作，對模型及模式進行了多種實驗、改進和完善，在1959 年利用 烏拉爾一1”型計算機鋪畫了兩個區(qū)段的平行運行圖。然后，其西南鐵路局首先在局管內 實現(xiàn)了計算機編制雙線列車運行圖，原蘇聯(lián)交通部計算中心移植了西南鐵路局 已經運用的全套程序，制定出關于 計算機編制、收集和傳輸原始數(shù)據的詳盡方 法，并在全國建立了 9 個自動化編圖工作站和供編圖用的路網信息庫。1988 年利用計算機采用人機對話的方式，在給定旅客列車和摘掛列車運行時刻的基礎 上，編制了三萬多

19、公里的單、雙線區(qū)段列車運行圖。原蘇聯(lián)采用的基礎算法為模擬人工方法，不追求運行圖最優(yōu)，而是著眼于實用 ，采用人機對話方式，應用計算機代替人工煩瑣的運算工作，在計算機給定方 案的基礎上進行人機對話方式的修改調整，直至滿意為止，從而減少了運行圖編制時間，但優(yōu)化效果甚微。美國從五十年代后期以來一直開展應用計算機編制列車運行圖”的研究工作，其采用的主要技術路線是計算機模 擬方法和邏輯判別方法。1958 年，美國 GRS 公司開發(fā)了模擬列車運行程序。該 程序由兩部分組成：第一部分為牽引計算程序，以時間為自變量，用數(shù)值積分 的方法確定任意的列車運行位置及行車速度；第二部分為邏輯進路程序，當按 照第一部分程序

20、計算發(fā)現(xiàn)有兩列車將要發(fā)生會讓關系時， 執(zhí)行第二部分程序，確定某一列車在站停車或通過，列車的會讓方案，根據列車的等級、到達會車 地點的時間以及該方向區(qū)間是否空閑等個人資料整理 僅限學習使用條件確定。同時，還考慮貨物列車辦理 技術作業(yè)，旅客列車辦理乘降作業(yè)等停站的需要。通過模擬列車的運行過程， 確定最佳的信號配置方案及閉塞分區(qū)長度，進行人員的培訓和調度員、車站值 班員的能力測試，對運營中的各種影響因素進行研究分析，提出改進措施等。 英國也采用計算機模擬方法進行編圖研究。1965 年英國借助計算機，首先在較 短的區(qū)段上進行列車運行模擬，后來發(fā)展到在包括 30 個車站、300 架信號機的 單線自動閉塞

21、區(qū)段上進行列車運行模擬。從 1971 年開始，英國用計算機直接指 揮編組站的作業(yè)過程，廣泛采用列車運行圖自動描繪系統(tǒng)。此外，德國、比利時、羅馬尼亞、加拿大等國家也先后進行了計算機編圖的研 究與實驗，在不同程度上取得了一些成果。近年來，德國、法國、日本等國相繼建立了高速鐵路列車實時調度指揮系統(tǒng)， 用以控制指揮高速列車運行。另外，自 90 年代初，北美鐵路的先進列車控制系 統(tǒng) vATCS）建成后，對傳統(tǒng)的運輸管理方式產生了巨大 的沖擊。各大鐵路公司 在市場經濟競爭形勢下，紛紛考慮新的運輸管理體制，其中包括利用實時信息 開發(fā)實時列車運行圖的研制。綜上所述，國外利用計算機采用模擬方法編制列車運行圖已趨

22、于成熟，得到了 普遍的應用和推廣。由于計算機及其輔助裝置的不斷更新，編圖周期也日漸縮 短，從而可編制較多的方案運行圖以供選擇，或通過便利的人機交互手段提高 編圖質量。與此同時，國外也持續(xù)開展了建立數(shù)學模型、開發(fā)相應算法、實現(xiàn)計算機局部 編圖乃至整體優(yōu)化的研究，曾先后提出了以數(shù)學規(guī)劃類模型為主的各種不同形 式的數(shù)學模型。但由于列車運行圖的龐大規(guī)模及復雜內涵，往往不是由于模型本身存在病態(tài)無法計算，就是算法 的復雜性無法收斂，迄今 仍未見有實用性進 展的公開報道。1.6.2 國內研究簡況我國鐵路對利用電子計算機編制列車運行圖 的研究始于六十年代初期。三十多 年來，許多鐵路高校和科研單位采用不同的方法

23、對不同的問題作了深入細致的 研究，無論在理論上還是實用開發(fā)方面均取得了許多成果。1962 年，鐵科院運輸所率先在我國研究利用計算機鋪畫單線非平行運行圖。這 一階段的研究主要是按照人工編圖的過程和特點制定機器編圖的規(guī)則和步驟， 適當?shù)靥幚砹熊嚨臅岅P系。進入七十年代，鐵科院運輸所開始研究利用計算 機編制全路旅客列車直通方案。1976 年，該所試編了以時刻表形式表示的全路 直通客車方案，并實現(xiàn)了指標的計算和輸出，可檢查北京站列車到發(fā)間隔時間 約束并打印輸出沖突列車 的個人資料整理 僅限學習使用信息。在此基礎上，1985 年開發(fā)了人機對話方式鋪 畫全路直通客車方案”軟件，先后在 PDP-11 和 V

24、AX 系列計算機上運算，軟件增補了許多功能，但由于當時計算機運算速 度和技術水平的限制，系統(tǒng)仍不能直接應用。近十年來，經過鐵科院運輸所堅 持不懈的努力，對該軟件進行了大量的修改和完善，目前已應用于實際編制全 路客車直通方案。該軟件系統(tǒng)采用人機對話方式，在編圖人員給定有關時間標 準及列車始發(fā)點的情況下，由計算機編制方案，其主要功能有運行時分累計，運行輪廓方案，兌現(xiàn)方案和檢調方案的鋪畫，對主要樞紐客 運站進行行車間隔 檢查、車站到發(fā)線檢查和庫線檢查以及打印方案指標等。但該系統(tǒng)還沒有對列 車走行路徑上的所有車站進行間隔檢查，對樞紐的檢查也僅局限于北京樞紐。因此，為了提高方案實際兌現(xiàn)率和網絡 旅客列車

25、方案的綜合效益，還有必要 進 一步完善和增加旅客列車方案編制系統(tǒng)的功能 。哈爾濱鐵路局從七十年代開始研究計算機編制列車運行圖工作，利用DJS-C4 機研究模擬人工編圖，1980 年試編了雙線區(qū)段貨物列車運行圖。 1987 年與鐵科 院一起承擔了鐵道部下達的 電子計算機編制列車運行圖”的科研工程，在哈爾 濱至安達間 7 對旅客列車運行時刻確定的情況下，試編了 16 對與 24 對單線貨物 列車運行圖。1992 年通過了鐵道部鑒定。其方法是建立數(shù)學模型和車站越行判 別條件及區(qū)間占用判別條件的數(shù)學公式，利用模擬人工算法對模型進行求解。 但由于數(shù)學模型復雜且不夠全面，軟件功能不夠完善，計算結果離實際應

26、用仍 有一定距離。但作為用數(shù)學模型描述并采用一定算法求解的計算機編圖模式， 取得了許多可借鑒的經驗。北方交通大學從七十年代初開始就應用計算機對有關列車運行圖問題進行了多 方面的研究。首先，他們通過大量模擬實驗鋪劃滿表列車運行圖，取得了雙線 自動閉塞區(qū)段旅客列車扣除系數(shù)方面的一些重要數(shù)據和結論，并開展了編制具 有較合理彈性及均衡性雙線列車運行圖 的研究。此外，還配合鐵路重載運輸和 組合列車的實驗開行，用計算機進行了相應的模擬計算和研究。近年來，又開展了列車運行實時調整的研究。蘭州鐵道學院在 80 年代研究了單線非追蹤列車運行圖的數(shù)學模型，并用啟發(fā)式算法編制程序在 IBM-370 機上編制了 6

27、個區(qū)間、12 對貨物列車的實驗運行圖。近年來，長沙鐵道學院 也開展了列車運行圖的優(yōu)化及計算機編制問題的研究。他們根據列車運行圖的 組合特點，用優(yōu)化理論方法建立了單、復線區(qū)段列車運行圖優(yōu)化的初步數(shù)學模 型，建立了單線區(qū)段列車運行圖優(yōu)化的理論和方法，采用優(yōu)化計算與人機對話 相結合的方法，編制了衡陽冷水灘單線區(qū)段實驗貨物列車運行圖。西南交通大學從八十年代初開始了計算機編制列車運行圖的研究，采取理論研 究與實個人資料整理 僅限學習使用際應用開發(fā)并舉，著重于實際應用的研究 路線，1987 年底在 VAX- 750 機上試編出了三個區(qū)段的單線貨物列車運行圖。1990 年1993 年，與成都鐵路局合作研制開

28、發(fā)了單線區(qū)段實用列車運行圖編制系統(tǒng)，鋪劃了廣元馬角 壩區(qū)段單線列車運行圖。該系統(tǒng)采用窗口”滾動技術，即首先在運行圖中的某一時間段的某些區(qū)間內開一個 窗口 ”然后再在該 窗口”內進行列車會讓和越 行的局部優(yōu)化，并通過 窗口”的滾動尋求滿意解。在復線列車運行圖研究方面 ，1989 年實現(xiàn)了計算機編制符離集徐州北區(qū)段列車運行圖。并在此基礎上采 用模型控制為主，人機交互為輔，開發(fā)了復線列車運行圖計算機系統(tǒng)”并于 1993 年 11 月 1 日投入實際運用，編制了濟南徐州兩個相連區(qū)段的實用列車運行 圖。經過三年的深入研究和 不斷完善，該系統(tǒng)在 1997 年初全路列車運行圖大調 整的過程中，編制了京滬線天

29、津上海、京廣線安陽浦圻和京九線臨清梁 堤頭等區(qū)段的實用列車運行圖，在我國第一次實現(xiàn)了計算機編制樞紐列車運行 圖和復線干線上的方向列車運行圖。該系統(tǒng)在 1997 年 4 月通過了鐵道部鑒定， 主要解決了樞紐銜接各方向列車到發(fā)的協(xié)調配合、樞紐大小運轉列車工作組織、技術站直通列車接續(xù)以及敵對進路的交叉干擾等問題。此外，濟南局、北京局、成都局、上海局、蘭州局、柳州局、鄭州局、上海鐵 道大學、廣州鐵路職工大學等單位也都先后在這方面進行了研究，取得了一些 成績。1.6.3 國內外計算機編圖的方法綜述綜觀國內外對計算機編圖研究的歷史和現(xiàn)階段 的情況，所采用的方法主要有以 下幾種：1）模擬方法有模擬列車運行、

30、 模擬人工鋪劃等方法。 該方法主要以人工編圖的原則和經驗 為條件，生成計算機編圖的判別準則和執(zhí)行程序，實現(xiàn)人工編圖的全過程。采 用該方法編圖，其質量和效果在很大程度上取決于判別準則和執(zhí)行過程程序設計的合理與全面性。隨著計算機軟硬件技術的不斷發(fā)展和編程水平的提高，對 該方法的實用性和有效性還需進一步的研究。2）移動列車始發(fā)點該方法一般在雙線區(qū)段米用。編圖時按某一時間間隔給定列車始發(fā)點，實現(xiàn)一 條運行線的行車間隔檢查及處理的遞推鋪劃，當發(fā)現(xiàn)不滿足間隔時間時，移動 列車始發(fā)點，重新進行該條運行線的鋪劃，如此重復進行，直到處理完畢。3）逐區(qū)間遞推鋪劃個人資料整理 僅限學習使用該方法主要用于單線區(qū)段。從

31、該區(qū)段的某一端開始，依區(qū)間出現(xiàn)的先后順序進 行檢查鋪劃。對相對的兩個方向而言，其中一列 順列車運行方向鋪劃，另一列 則反方向鋪劃；依要求也可以從限制區(qū)間開始向區(qū)段兩端延伸鋪劃。4）數(shù)學模型方法利用邏輯代數(shù)、線性規(guī)劃、圖論及動態(tài)規(guī)劃方法建立描述列車運行圖的數(shù)學模 型，通過編程實現(xiàn)計算機求解。從目前的研究結果看，由于列車運行圖涉及面 廣、影響因素繁雜，難以用一個模型 進行描述，有些因素還難以用數(shù)學表達式 表達，甚至本身之間就是 相互矛盾和制約的。對于這樣一個 NP 完全問題，鑒于 現(xiàn)階段計算機速度、容量以及算法上的局限，還難以 通過數(shù)學模型和相應的求 解算法得出滿意且符合實用的列車運行圖。5）人工

32、智能專家系統(tǒng)方法利用智能化語言編程，把列車運行圖的物理條件和人工經驗作為知識規(guī)則，生 成編圖專家系統(tǒng)，并按照列車的走行順序進行組合的運行實驗。這種方法首先 起源于日本，是在對 人工智能”的研究及運用日趨活躍的背景下發(fā)展起來的。 6）范圍約束搜索樹法該方法把運行圖看作各區(qū)間列車運行順序的一個組合，以運行時間帶代 替運行線鋪畫列車，把運行圖編制作為一個搜索問題來解決。所謂時間帶， 是讓列車運行線具有一定的時間幅度，也就是說，在時間帶表示的范圍內列 車的設定是可行的，否則是不可行的。這樣，隨著運行時間帶的引入，就可 以把列車運行順序按運行線處理的很多組合作為一個組合問題，從而使計算 機的搜索空間大大

33、縮小，使按列車運行順序的組合來編制列車運行圖成為可 能。采用以時間帶代替運行線鋪畫列車運行圖，各列車的運行時間帶在各區(qū) 間單獨考慮時，幅度比較寬，但如果把相鄰區(qū)間合并起來考慮，由于列車運 行的連續(xù)性，各列車就會因自身或與其他列車之間相互制約可能的到發(fā)時刻 ，在時刻上的傳播約束條件，使時間帶的寬度變窄。隨著被考慮區(qū)間的增多，各列車運行時間帶的寬度也越來越窄，甚至接近于列車運行線。個人資料整理 僅限學習使用用運行時間帶鋪畫列車運行圖時，各區(qū)間列車的運行順序具有這樣的關 系：即后一區(qū)間 或從某站出發(fā)）的列車運行順序，是根據前一區(qū)間或到達該站）的列車運行順序按照列車在該站停車、通過、等會或待避等約束條

34、件形成的。用圖形可表示如圖 1.1 所示的搜索樹結構圖。在搜索樹中，每個 節(jié)點表示某一區(qū)間列車的各種運行順序，從某個節(jié)點展開的各個節(jié)點對應下 一區(qū)間的列車的各種運行順序。這樣，編制列車運行圖可以利用計算機生成 各區(qū)間的運行順序，即生成搜索樹，通過對搜索樹進行搜索實現(xiàn)。對搜索樹 的求解，采用人工智能理論中的狀態(tài)空間搜索方法和畫面理解的約束傳播方 法。該方法的特點為：在整個編圖過程中，該方法很接近于人工編圖思維特 點，能較好的處理各種列車的關系，確定列車合理的會讓地點，合理分配列 車之間的空費時間，既能照顧高級列車的優(yōu)先性，又能為低級列車的運行創(chuàng) 造良好的條件。由于范圍搜索約束法能夠考慮許多運行圖

35、方案， 因而， 鋪畫 的列車運行圖具有較好的質量指標。但范圍約束搜索法有其嚴重的弱點，當 區(qū)段內的運行列車數(shù)目較多或車站數(shù)目較多時，采用此方法鋪畫列車運行圖 計算機搜索狀態(tài)空間十分龐大，運算時間長，甚至無法實現(xiàn)。7）人機對話方式列車運行圖的編制，具有影響因素多，組織規(guī)模大，信息量大，變化快的特 點。從決策問題的特征分析，運行圖編制可分為方案圖 草圖）編制、基本圖 詳圖）編制和實績列車運行圖編制。在上述三類運行圖編圖層處理的決 策問題中，結構化決策問題和非結構化決策問題的比例可用圖1.2 表示。個人資料整理 僅限學習使用在制定列車運行方案圖過程中，要確定旅客列車和貨物列車的種類、行 車量、運行區(qū)

36、間、列車編組等等問題，這些大部分是與國家政策、經濟形勢 、市場變化等因素相關，非結構化決策問題。在列車運行圖基本圖編制過程 中，既有許多結構化問題，如列車到發(fā)時刻的計算、列車運行線的鋪畫是否 違反了設備制約條件的判斷等等，也有許多非結構化決策問題，女口設備能力不足時，對列車運行方案的調整 等。因此，列車基本運行圖的編制是一個半 結構化的決策問題。從上面的分析可看出，利用計算機編制列車運行圖是一個要求理論與實際相 結合、技術難度非常大的工作，國內外學者為此做了大量的研究工作，嘗試過許多解決方法，但是他們在取得一定的成果的同時，又存在著各種問題， 而產生這些問題的根本原因就在于他們所采用的方法都是

37、把列車運行圖的編 制問題作為結構化決策問題全部交由計算機來處理。實際上，正如上述討論 的那樣，編制列車運行圖的過程是在有限的鐵路運輸設備和人力的條件下， 把由戰(zhàn)略計劃層制定的列車運行方案變?yōu)榫唧w的能夠實施的列車運行計劃的 過程。 在這個過程中， 既有結構化決策問題，又有非結構化決策問題，處理 時不能一概而論。為此，結合我國實際情況，提出了采用人機對話方式編制 客貨列車運行圖的方法。在編制列車運行圖過程中，編圖者的業(yè)務知識可分為三個部分：1 編制列車運行圖的技能；2.編圖區(qū)段內與行車有關的鐵路設施、設備情況以及與編圖有關的數(shù)據；3.編圖區(qū)段列車運行方案、運輸需求和客流情況等信息。當采用手工的方式

38、編制列車運行圖時，編圖者先利用已掌握的知識第 3部分）將列車運行圖編制問題分解為某個列車運行線的鋪畫子問題，然后， 再利用知識 第 1 部分）鋪畫出該列車運行線。重復上述操作，即可完成列車 運行圖的編制工作。為了提高列車運行圖的編制效率，考慮將第 1、2 部分知識賦予計算機，使編圖者只需根據自己所掌握的第 3 部分，采用人機對話方式，由計算機編制列 車運行圖。根據這種思想建立的 計算機編制列車運行圖 系統(tǒng)，編圖者 只負責 將列車運行圖的編制問題分解成若干列車運行線的鋪畫子問題，由計算機擔 負子問題中結構化決策問題的處理。個人資料整理 僅限學習使用實踐表明，采用以模型優(yōu)化計算機控制為主，人機對話

39、調整為輔，人機 結合互補的方式編制列車運行圖，其的特點是：1）能充分發(fā)揮計算機 的高速計算能力和人的主觀能動性，避免了采用 單一方式所帶來的不足。 =i,c,j,bA(a匕二丄A(b =k,c,l,dA(b =j,aA(c =h,dA(c=i,a,k,bA(d =A(d =l,b,h,c對于簡化后的鐵路網絡，在模型構造中，仍保留傳統(tǒng)的區(qū)間列車運行圖的表示 法，列車通過節(jié)點的時間為 0。圖 2.1.7 所示是構造的德州樞紐簡化網絡示意圖圖 2.1.7 德州樞紐構造網絡示意圖個人資料整理 僅限學習使用2.2 模型構造個人資料整理 僅限學習使用圖 2.2.1 列車區(qū)間運行時分約束示意圖2.2.1 約

40、束條件這里，弓 I 入 dtime 表示一天的時間，dtime 為一常數(shù)，當用小時、半小時、分、半 分、1/4 分為單位表示時間時，分別為：24、48、1440、2880、5760。同時，引 入符號于模型中，其意義為：令 L 表示區(qū)間線路對應聯(lián)弧集， 習表示半自動閉塞區(qū)間線路對應弧集， 耳表示 自動閉塞區(qū)間線路對應弧集，DC 為網絡雙向弧集，SC 為網絡對應單向弧集，N 表示網絡節(jié)點集，T 表示在構造網絡上運行的列車集合， L 表示在雙向弧 j 上由一端至另一端的列車集合，廠表示在雙向弧 j 上與集合中列車運行方向相反的列車集合，丨并有:1 區(qū)間列車運行時間約束當 表示弧 j 的兩端節(jié)點， I

41、 表示列車 i 到達節(jié)點 k 的時刻， I 表示 列車 i 從節(jié)點 k出發(fā)的時刻。令 表示列車 i 在弧 j 對應線路的純運行時分， 表示列車 i 停留在弧 j的起始節(jié)點對應車站的列車啟動附加時分，表示列車 i 到達弧 j 終端節(jié)點對應車站停車附加時分。定義布爾邏輯變量 一，描述列車 i 在節(jié)點 k 是否停車：當列車 i 在節(jié)點 k 停車時， ，有：=1；否則，同 =0。這樣，對于列車區(qū)間運行時分 如圖 2.2.1)a個人資料整理 僅限學習使用(2.2.3(2.2.1個人資料整理 僅限學習使用(2.2.32 列車停站時分約束若令匸 表示列車 i 在節(jié)點 k 對應車站的停站時分，則列車 i 在節(jié)

42、點 k 的停站時間應 滿足如下條件 如圖 222）。圖 2.2.2 列車停站時分約束示意圖3 列車間隔時間約束1）列車追蹤間隔時間約束當列車在弧 j（ 一 I 上運行時，同向列車間應按追蹤間隔運行。若令-表示 列車經由弧 j 到達該弧終止節(jié)點停車的最小到達間隔時間，表示列車由停車狀態(tài)啟動駛入弧 j 的最小出發(fā)間隔時間，表示列車在弧 j 對應區(qū)間運行的最小追蹤間隔時間，設列車 為列車 的前行列車，則列車 、 在弧 j 運行需滿足 如下約束條件（圖 2.2.3（a、（b、（c。(a（b（c圖 2.2.3 自動閉塞區(qū)間列車間隔約束示意圖(2.2.2個人資料整理 僅限學習使用件圖 2.2.5)0這樣，

43、列車 被列車 在節(jié)點 越行應滿足如下條上運行時，同向列車應按連發(fā)條件運行。若令列車為列車 的前行列車，表示后行列車 在節(jié)點停車啟動的最小連發(fā)間隔時間，如圖 2.2.4(a所示；I 為后行列車 F 通過節(jié)點的最小連發(fā)間隔時間，如圖2.2.4(b所示，則、應滿足如下約束條件：4 同向列車越行條件約束由于列車等級不同，牽引列車的機車也可能不一樣，不同等級的列車在同一弧j對應的區(qū)間線路上運行時分也不一樣。這樣，在列車的運行過程中，就會產生 速度快的列車越行速度慢的列車。我們用 lctz(i.level 表示列車的等級，規(guī)定等 級號小的列車級別越高，高級別的列車越行低級別的列車。這樣，令為越行站，為以為

44、共同節(jié)點的相鄰弧，且對于列車內 其運行路徑的集合為I，存在I并且圖 225 列車越行示意圖(a(b圖 2.2.4 半自動閉塞區(qū)間列車間隔約束示意圖個人資料整理 僅限學習使用如圖 2.2.6 所示，貝例車叵 I 到達節(jié)點 應滿足:越行后的列車出發(fā)間隔需滿足:式中,5 車站間隔時間約束為了保證行車安全和最佳地利用區(qū)間通過能力，列車到達、出發(fā)或通過車站均 需滿足一定的時間間隔約束。(2.2.93） 同方向列車不同時到發(fā)間隔時間約束 如果.： ：1 為聯(lián)結弧可和 的節(jié)點， L的車站對應節(jié)點的集合， - ，對于列車 和，令 3 為列車 到達節(jié)點.：1 時起，至由該節(jié)點發(fā)出另一同向列車 匸時止的最小間隔時

45、間，如圖 2.2.7 所示，則列車 和 在節(jié)點 至 V、發(fā)應滿足如下條件：LEJ圖 2.2.7 同方向列車不同時到發(fā)間隔約束示意圖05)不同時通過間隔時間約束如果為連接單向弧和雙向弧的節(jié)點，一，其中匕 為一端連接雙向弧，一端連接單向弧的車站 個人資料整理 僅限學習使用8 敵對徑路約束列車在實際運行過程中，由于設備條件和線路配置關系，存在如圖的敵對徑路。2.2.11 所示6 列車單獨占用聯(lián)弧約束對于某些聯(lián)弧，如單線區(qū)間線路聯(lián)弧，在一定的時間范圍內只允許一列車占用。設.：1 為聯(lián)結單線區(qū)間線路對應弧 可和 的節(jié)點，列車 和 為方向相反的兩 列車。如圖 2210 所示，當列車 開始占用弧 至對向列車

46、 開始占用弧 應滿 足如下條件：圖 2.2.10 列車單獨占用聯(lián)弧約束示意圖7 列車禁停約束某些車站，禁止某方向或某種類的列車停車，對于該類列車在該站對應節(jié)點有禁停約束。同時，對于線路所對應節(jié)點，所有列車均應有此類約束。令丨表示節(jié)點有禁停約束的列車種類的集合，表示列車所屬特征類。這樣，有：-I , -I,、 一 I (2.2.14(2.2.15個人資料整理 僅限學習使用這里，弧可與弧.：1 是敵對徑路弧，即二二。令 一 1 表示列車 和區(qū)分別占用弧 和 的最小安全間隔，M 為敵對徑路種類。設I 為節(jié)點 敵對進路種類的集合，并用 _I 表示列車 和 在節(jié)點 發(fā)生的條件，I （_ 0 （衛(wèi)、耳兇、

47、因凹，圖 2.2.11 敵對徑路約束示意圖個人資料整理 僅限學習使用10 天窗時間約束 由于線路維修或接觸網檢修需要，在編制列車運行圖時往往需要預留天窗”。列車的運行不得與運行圖天窗時間沖突。如果因和 E1 為弧因的兩端節(jié)點，少 為弧 對應區(qū)間 天窗”時間，則有天窗時間約束（如圖 2.2.12。個人資料整理 僅限學習使用2212 天窗”約束示意圖11 列車到發(fā)時刻特殊要求約束在實際編制列車運行圖工作中，對某些列車在某些車站的到發(fā)時刻往往存在一些固定 的要求，如習慣的旅客列車到發(fā)時刻、車流接續(xù)要求、重點貨物列車如五定班列等)到發(fā)時刻等，使得該類列車在某些車站的到發(fā)時刻須滿足某些要求，令求的列車在

48、節(jié)點-的到發(fā)時刻的上下界， 則有該列車到發(fā)時刻特殊要求約束。(221912 車站到發(fā)線約束在列車運行過程中，路網中任何一個車站在任何時刻被列車占用的到發(fā)線 數(shù)目均不得超過該站用于接發(fā)該類列車的到發(fā)線數(shù)。設b 表示節(jié)點 用于接發(fā) S 類列車的到發(fā)線，貝(2.2.20(2218且 1 I. 分別為要個人資料整理 僅限學習使用(其中二元函數(shù):個人資料整理 僅限學習使用222 目標函數(shù)每一組滿足以上各約束條件2212.2.20）的解、冋（_I ，就對應一給定范圍的列車運行圖。這里，希望尋找一組解使以下三個目標函數(shù)都 達到或趨于最優(yōu)的列車運行圖。1 總旅行時間最小令為列車的始發(fā)站對應節(jié)點，為列車的終到站對應節(jié)點且 II，則(22212 技術站列車接續(xù)時間最小 設為技術站對應節(jié)點集合，且(2.2.223 機車總消耗時間最小機車總消耗時間由兩部分組成，一是牽引列車旅行消耗的時間，即列車的總旅行時間，第二是在機務段和機務折返段所在站的停留時間旦，則-1（2.2.23這樣，就構造了基于路網的預先給定