当前位置:首页 >> 小学教育 >>

一二章列车运行图编制研究


第1章

绪论

1.1 列车运行图概述
列车运行图是铁路运输工作中受多种因素制约、技术性强的综合性计划, 是铁路行车组织工作的基础,是铁路经济效益的源头。铁路这个复杂的巨型联 动机就是通过列车运行图把车、机、工、电、辆等部门和各个工种联接成一个 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。 提高铁路运输效率与综合管理水平,改善运输服务质量,降低运输成本以 增强铁路适应能力和竞争力是世界铁路发展的重要主题。在国外,随着计算机 技术的广泛应用和现代信息与通信技术、智能技术的飞速发展,铁路运输组织 管理水平和控制技术已取得了长足的进步,铁路也一改“夕阳工业”的面貌, 进入了第三次发展时期。 在我国,铁路运输是国民经济的大动脉,铁路建设的长期滞后与低速发展, 使得运输能力十分紧张,成为国民经济腾飞的制约因素。近几年,随着社会主 义市场经济的建立、发展与完善,铁路、高速公路、航空运输与水运等各种运 输方式之间的竞争日趋激烈,提高铁路运输能力和运行速度,改善铁路运输服 务质量,增强铁路运输的灵活性与机动性,是铁路竞争制胜的基础。因此,传 统的长周期的手工编图方式已不能适应运输市场瞬息万变的形势,不利于铁路 现代化的进程,不利于实现铁路的两个根本性转变。这样,列车运行图的编制 方法、手段及管理体制,必须迅速向市场型、效益型和服务型转变,使铁路运 输体制以市场为导向,适应市场经济的发展需要,增强铁路的竞争力。为此, 要求列车运行图的编制与调整工作,必须摆脱目前人工通过橡皮和铅笔进行编 制的落后状态,采用当今科技发展的新成就、新理论和新方法,实现列车运行 图编制的智能化和自动化,加快编图速度,缩短编图周期,提高编图质量,把

编图人员从复杂的繁重的手工劳动中摆脱出来,使列车运行图的编制和调整工 作进入一个新的阶段,为铁路行车指挥自动化和运输管理现代化提供科学基础。 因此,积极研究列车运行图编制的理论和方法,研制适合我国国情的列车 运行图编制与调整系统,提高列车运行图编制的智能水平,对于增强我国铁路 适应能力,跟踪发达国家先进技术,实现科技兴路都具有极其重要的现实意义。

1.2 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。列车在任一时 间的运行位置都有唯一的点与之相对应。列车运行图是列车运行的工作计划, 它决定着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等。通过列车运行图,可以 把整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的一个综合性计划。 铁路在组织旅客和货物运输的生产过程中,列车运行是一个复杂的环节。 它要利用多种铁路技术设备,通过各个部门和工种、各项作业之间的相互协调 配合,才能保证行车安全和提高效率。列车运行图在这方面起着极其重要的作 用。为了保证铁路运输生产过程的节奏性、一致性和计划性,为使各列车运行 能彼此很好的配合,保证列车运行与车站工作的协调一致,保证安全、迅速、 经济、准确、便利地运送旅客和货物,合理有效地利用铁路技术设备,充分利 用铁路通过能力,铁路必须编制列车运行图。

1.3 列车运行图的编制原则及编图的主要过程

1.3.1 列车运行图的编制原则 (1)必须把便利旅客旅行放在首位。为此,要求列车的始发、终到时刻应 在规定的有效发到范围内;旅客列车始发时间的确定应尽可能地多吸收客流量, 减少旅客候车等待时间;短途列车要尽可能地安排在白天运行;列车到达换乘 站的时刻应相互配合,以减少换乘旅客的中转停留时间,合理安排市郊通勤列 车的运行时刻; (2)遵守低级列车待避或等会高级列车,短途列车待避或等会长途列车的 原则;为此,应先铺画直通客车方案,然后铺画管内客车方案,先国际,后国 内,先快车,后慢车,先长途,后短途的优先顺序; (3)为货物列车的运行创造良好的条件,以便有效的利用区间通过能力, 加速机车车辆周转; (4)按照列车编组计划规定的列车种类和列车数,在运行图上铺画相应的 货物列车运行线,并尽量使运行线与车流最大限度的结合起来,使列车运行图 与列车编组计划协调配合; (5)编制列车运行图应力求使各方向改编列车和中转列车交错到发,为车 站创造均衡而有节奏的工作条件; (6)严格保证列车区间运行时分标准,严格保证货物列车在各车站的各种 技术作业时间标准; (7)贯彻先难后易的原则,对重点区段、重点车站或重点列车优先考虑; (8)严格保证各种技术作业时间标准和列车运行间隔时间标准,确保列车 行车安全和旅客乘降安全; (9)为保证以最少的客车车底完成更多的运输任务,要严格控制客车车底 的需要数,加速客车车底的周转; (10)避免不合理的会让、越行,严格控制停车站点,提高列车的运行速 度; (11)保证车站间隔时间以及列车追踪和连发间隔等时间标准,遵守不允 许同时接发列车车站的规定,避免列车在禁止停车的车站停车,列车的会让、 越行等情况必须满足车站到发线的要求,遵守规定的机车乘务组工作和休息的 时间标准; (12)保证机车在基本段和折返段的停留时间符合规定的标准,尽量减少

列车和机车的额外停留时间,并不断改善机车运用指标,使列车运行与机车周 转有良好的配合。

1.3.2 列车运行图的编制过程 我国编制列车运行图是在铁道部的直接领导下,组成以运输局技术处为核 心,其他相关部门参加的运行图编制领导小组,负责全路列车运行图的编制。 整个编制过程分为以下几步: (1)各种列车运行图数据资料的加工、整理、审核与确定 在编图之前,铁道部组织召开全路总工程师会议,审核各铁路局相关资料 并整理加工。如机务部门提出的区间运转时分、起停车附加时分、技术站换挂 机车作业时间;工务部门提出的施工慢行附加时分,施工“天窗”时间;客货 运工作需要的列车停站次数、停站时间以及客货运列车和车辆在车站的技术作 业时间等;计算确定各种车站间隔时分和行车间隔时分标准。 (2)铺画全路直通旅客列车运行图方案 在编制客车方案时,按地理位置将我国铁路划分为相应的片区,分片进行 编制。在编制过程中,各片区之间经常交换信息,随时进行检查和调整。当各 片区方案铺画完毕,再进行总体检查及调整,最后计算方案指标。编制旅客列 车运行方案主要解决旅客列车运行与车底周转及机车周转相协调的问题;解决 各方向旅客列车到达枢纽的时刻,直通旅客列车与管内旅客列车的运行时刻, 铁路旅客列车与其它运输工具在开行时间上的相互竞争与相互配合问题;解决 旅客列车运行与客运站的技术作业过程和能力配合的问题;解决旅客列车在始 发站、终到站的到发时刻及通过主要城市的时刻与方便旅客出行的问题;解决 旅客列车运行与货物列车运行的配合等。 (3)编制旅客列车运行详图 在全路直通客车方案编制的基础上,确定所有旅客列车到发或通过车站的 时刻、占用区间的顺序等。 (4)编制货物列车运行图 在编制旅客列车运行图的基础上,进行货物列车运行图的编制。编制货物 列车运行图时,要严格保证行车安全,保证流线结合,减少不必要的停站时间,

提高列车运行速度。在编图过程中首先协调各相邻路局间的列车运行线的衔接, 并在此基础上编制本局列车运行图。 编制过程中可以通过协商调整列车在局 (分 局)分界口的交接时间,以保证相邻区段列车的紧密衔接和经济合理的使用机 车。 (5)列车运行图编制完毕,计算运行图指标,打印列车时刻表,绘制列车 运行图,为新图的实施作好准备工作。

1.4 传统手工编图存在的主要问题

编制列车运行图既要考虑车、机、工、电、辆等设备的具体条件和状态, 又要结合不断变化的各种要求,处理好上述多种因素间存在的相互配合与相互 制约的关系,在确保运输安全的前提下,解决好市场供需矛盾,实现铁路运输 的优质服务和最大经济效益。由于编图问题涉及面广、制约因素复杂、技术难 度大,在人工编图的方式下,编图理论和先进技术手段的应用受到了极大的限 制,编图的速度和质量得不到科学的保证。现有的人工编图所呈现的主要问题 如下: (1)由于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,难以适应市场竞争的需要; (2)手工编图在从资料收集、准备,到编调图工作的完成以及指标的计算、 时刻表的打印和运行图绘制的全过程中,重复劳动量大、牵涉的人员和部门多、 组织工作复杂、效率低、出错率较高; (3)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和环境的要求。

1.5 计算机编制列车运行图的特点

随着计算机应用的日益普及,计算机具有的速度快、计算精度高、存储容

量大、通信能力强的特点使各行各业的生产和管理发生了深刻的变革。特别是 近几年来多媒体技术的崛起和投入运用,计算机软、硬件技术以及智能技术日 新月异的改进和应用,为列车运行图编制理论的应用、技术手段的改善和实现 列车运行图编制方式的彻底变革,提供了强有力的现代化技术基础和保障。利 用计算机编制列车运行图具有以下特点: (1)提供了高效的数据处理手段,减轻了列车运行图编制和数据资料处理 中的劳动强度,提高了处理的速度和精确度,降低了出错率; (2)保障了列车运行图编制的科学性,提供了多方案辅助决策的信息,有 利于方案的评价和选择;在此基础上,吸取人工编图的先进经验,使列车运行 图成为智能化的产物,从而保证了列车运行图的质量; (3)实现了系统资源共享,保证了编图信息的存储、传输及处理,改善了 数据信息的管理和交流,实现了编图业务的整体化,提高了编图效率,为实现 铁路运营管理现代化打下了基础; (4)缩短了列车运行图编制全过程的时间,提高了铁路适应市场和特殊需 要的应变能力,改善了铁路运输服务水平,提高了铁路运输经济效益; (5)促进了全路技术设施合理配置和设备能力的协调,有利于设备应用效 率的综合发挥,有利于促进员工素质及服务水平的提高,形成人员设备及应用 间的良性循环,提高了铁路参与市场竞争制胜的能力。

1.6 国内外研究现状综述

1.6.1 国外计算机编制列车运行图研究发展概况 国外对计算机编制列车运行图的研究,一般开始于五十年代后期。日本从 1960 年开始研究利用计算机编制列车运行时刻表。1964 年在列车作业计划中利 用计算机编制了具有实用价值的运行时刻表,并进行了以尽可能减少编制时刻 表所需劳动和时间为目标的研究。1971 年引进了具有图形显示设备的计算机, 使计算机编制列车时刻表更加接近实用。1972 年 10 月,在从米原至青森的日本 海纵贯线上使用了由计算机编制的方案运行图,取得了较好的效果。1973 年日

本应用计算机编制了东北、高倚、上越、倍越、东海道、山阳等六条线路中部 分区段的列车运行图,效果显著,节省了约 2/3 的编图时间。 日本应用计算机编制列车运行图主要采取人机对话的形式,编图人员使用 光笔进行列车运行图的编制和调整。编制原则是从高级列车一列一列的铺画。 当编图人员向计算机输入车次、始发车站及始发时刻等数据后,由计算机自动 计算该列车在区段内各站的到发时刻。当后铺画的列车与先铺画的列车发生交 会时,计算机采用后铺画列车停车等会先铺画列车的方式进行处理,也可以用 人工调整的方式对先铺画列车的运行线进行修改。为使修改成为可能以及消除 列车的运行晚点,保证正常的运行秩序,计算机在确定列车在各车站的到发时 刻时,每个区间的运行时间在列车纯运行时分的基础上,还加了“富裕时分”。 富裕时分的大小由列车的种类和区间的长短决定。 由于纯人机对话形式的计算机编图只能缩短编图时间,减少编图计算工作 量,却难以提高编图的质量。近几年,日本在研究“人工智能”的基础上进行 列车运行图编制专家系统的开发,采用搜索树原理和经验制约作为知识规则进 行驱动,以列车运行带代替列车运行线,考虑各列车之间的相互约束及各车站 间的列车组合顺序,利用人工作业中以经验为依据的所谓启发式(HEURISTIC) 手段,找出“满足条件程度尽可能高的选择标准”,进行局部自动调整,从而 把人的判断能力和计算机的高速运行能力结合起来,开发了列车运行图编制系 统(DIADS),并在 1991 年后的实际工作中得到了应用。 原苏联从五十年代后期开始,对列车运行图的计算机编制进行了大量的研 究工作, 对模型及模式进行了多种试验、 改进和完善, 1959 年利用 在 “乌拉尔— 1”型计算机铺画了两个区段的平行运行图。然后,其西南铁路局首先在局管内 实现了计算机编制双线列车运行图,原苏联交通部计算中心移植了西南铁路局 已经运用的全套程序,制定出关于计算机编制、收集和传输原始数据的详尽方 法,并在全国建立了 9 个自动化编图工作站和供编图用的路网信息库。1988 年 利用计算机采用人机对话的方式,在给定旅客列车和摘挂列车运行时刻的基础 上,编制了三万多公里的单、双线区段列车运行图。 原苏联采用的基础算法为模拟人工方法,不追求运行图最优,而是着眼于 实用,采用人机对话方式,应用计算机代替人工烦琐的运算工作,在计算机给 定方案的基础上进行人机对话方式的修改调整,直至满意为止,从而减少了运

行图编制时间,但优化效果甚微。 美国从五十年代后期以来一直开展 “应用计算机编制列车运行图”的研究 工作,其采用的主要技术路线是计算机模拟方法和逻辑判别方法。1958 年,美 国 GRS 公司开发了模拟列车运行程序。该程序由两部分组成:第一部分为牵引 计算程序,以时间为自变量,用数值积分的方法确定任意的列车运行位置及行 车速度;第二部分为逻辑进路程序,当按照第一部分程序计算发现有两列车将 要发生会让关系时,执行第二部分程序,确定某一列车在站停车或通过,列车 的会让方案,根据列车的等级、到达会车地点的时间以及该方向区间是否空闲 等条件确定。同时,还考虑货物列车办理技术作业,旅客列车办理乘降作业等 停站的需要。通过模拟列车的运行过程,确定最佳的信号配置方案及闭塞分区 长度,进行人员的培训和调度员、车站值班员的能力测试,对运营中的各种影 响因素进行研究分析,提出改进措施等。 英国也采用计算机模拟方法进行编图研究。1965 年英国借助计算机,首先 在较短的区段上进行列车运行模拟,后来发展到在包括 30 个车站、300 架信号 机的单线自动闭塞区段上进行列车运行模拟。从 1971 年开始,英国用计算机直 接指挥编组站的作业过程,广泛采用列车运行图自动描绘系统。 此外,德国、比利时、罗马尼亚、加拿大等国家也先后进行了计算机编图 的研究与试验,在不同程度上取得了一些成果。 近年来,德国、法国、日本等国相继建立了高速铁路列车实时调度指挥系 统,用以控制指挥高速列车运行。另外,自 90 年代初,北美铁路的先进列车控 制系统(ATCS)建成后,对传统的运输管理方式产生了巨大的冲击。各大铁路 公司在市场经济竞争形势下,纷纷考虑新的运输管理体制,其中包括利用实时 信息开发实时列车运行图的研制。 综上所述,国外利用计算机采用模拟方法编制列车运行图已趋于成熟,得 到了普遍的应用和推广。由于计算机及其辅助装置的不断更新,编图周期也日 渐缩短,从而可编制较多的方案运行图以供选择,或通过便利的人机交互手段 提高编图质量。 与此同时,国外也持续开展了建立数学模型、开发相应算法、实现计算机 局部编图乃至整体优化的研究,曾先后提出了以数学规划类模型为主的各种不 同形式的数学模型。但由于列车运行图的庞大规模及复杂内涵,往往不是由于

模型本身存在病态无法计算,就是算法的复杂性无法收敛,迄今仍未见有实用 性进展的公开报道。

1.6.2 国内研究概况 我国铁路对利用电子计算机编制列车运行图的研究始于六十年代初期。三 十多年来,许多铁路高校和科研单位采用不同的方法对不同的问题作了深入细 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。 1962 年, 铁科院运输所率先在我国研究利用计算机铺画单线非平行运行图。 这一阶段的研究主要是按照人工编图的过程和特点制定机器编图的规则和步 骤,适当地处理列车的会让关系。进入七十年代,铁科院运输所开始研究利用 计算机编制全路旅客列车直通方案。1976 年,该所试编了以时刻表形式表示的 全路直通客车方案,并实现了指标的计算和输出,可检查北京站列车到发间隔 时间约束并打印输出冲突列车的信息。在此基础上,1985 年开发了“人机对话 方式铺画全路直通客车方案”软件,先后在 PDP-11 和 VAX 系列计算机上运算, 软件增补了许多功能,但由于当时计算机运算速度和技术水平的限制,系统仍 不能直接应用。近十年来,经过铁科院运输所坚持不懈的努力,对该软件进行 了大量的修改和完善,目前已应用于实际编制全路客车直通方案。该软件系统 采用人机对话方式,在编图人员给定有关时间标准及列车始发点的情况下,由 计算机编制方案,其主要功能有运行时分累计,运行轮廓方案,兑现方案和检 调方案的铺画,对主要枢纽客运站进行行车间隔检查、车站到发线检查和库线 检查以及打印方案指标等。但该系统还没有对列车走行路径上的所有车站进行 间隔检查,对枢纽的检查也仅局限于北京枢纽。因此,为了提高方案实际兑现 率和网络旅客列车方案的综合效益,还有必要进一步完善和增加旅客列车方案 编制系统的功能。 哈尔滨铁路局从七十年代开始研究计算机编制列车运行图工作,利用 DJS-C4 机研究模拟人工编图,1980 年试编了双线区段货物列车运行图。1987 年 与铁科院一起承担了铁道部下达的“电子计算机编制列车运行图”的科研项目, 在哈尔滨至安达间 7 对旅客列车运行时刻确定的情况下,试编了 16 对与 24 对 单线货物列车运行图。1992 年通过了铁道部鉴定。其方法是建立数学模型和车

站越行判别条件及区间占用判别条件的数学公式,利用模拟人工算法对模型进 行求解。但由于数学模型复杂且不够全面,软件功能不够完善,计算结果离实 际应用仍有一定距离。但作为用数学模型描述并采用一定算法求解的计算机编 图模式,取得了许多可借鉴的经验。 北方交通大学从七十年代初开始就应用计算机对有关列车运行图问题进行 了多方面的研究。首先,他们通过大量模拟试验铺划满表列车运行图,取得了 双线自动闭塞区段旅客列车扣除系数方面的一些重要数据和结论,并开展了编 制具有较合理弹性及均衡性双线列车运行图的研究。此外,还配合铁路重载运 输和组合列车的试验开行,用计算机进行了相应的模拟计算和研究。近年来, 又开展了列车运行实时调整的研究。 兰州铁道学院 [13] 在 80 年代研究了单线非追踪列车运行图的数学模型, 并用 启发式算法编制程序在 IBM-370 机上编制了 6 个区间、12 对货物列车的实验运 行图。近年来,长沙铁道学院也开展了列车运行图的优化及计算机编制问题的 研究。他们根据列车运行图的组合特点,用优化理论方法建立了单、复线区段 列车运行图优化的初步数学模型,建立了单线区段列车运行图优化的理论和方 法,采用优化计算与人机对话相结合的方法,编制了衡阳~冷水滩单线区段试 验货物列车运行图。 西南交通大学从八十年代初开始了计算机编制列车运行图的研究,采取理 论研究与实际应用开发并举, 着重于实际应用的研究路线, 1987 年底在 VAX-750 机上试编出了三个区段的单线货物列车运行图。1990 年~1993 年,与成都铁路 局合作研制开发了单线区段实用列车运行图编制系统,铺划了广元~马角坝区 段单线列车运行图。该系统采用“窗口”滚动技术,即首先在运行图中的某一 时间段的某些区间内开一个“窗口”,然后再在该“窗口”内进行列车会让和 越行的局部优化,并通过“窗口”的滚动寻求满意解。在复线列车运行图研究 方面,1989 年实现了计算机编制符离集~徐州北区段列车运行图。并在此基础 上采用模型控制为主,人机交互为辅,开发了“复线列车运行图计算机系统”, 并于 1993 年 11 月 1 日投入实际运用,编制了济南~徐州两个相连区段的实用 列车运行图。经过三年的深入研究和不断完善,该系统在 1997 年初全路列车运 行图大调整的过程中,编制了京沪线天津~上海、京广线安阳~浦圻和京九线 临清~梁堤头等区段的实用列车运行图,在我国第一次实现了计算机编制枢纽

列车运行图和复线干线上的方向列车运行图。该系统在 1997 年 4 月通过了铁道 部鉴定,主要解决了枢纽衔接各方向列车到发的协调配合、枢纽大小运转列车 工作组织、技术站直通列车接续以及敌对进路的交叉干扰等问题。 此外,济南局、北京局、成都局、上海局、兰州局、柳州局、郑州局、上 海铁道大学、广州铁路职工大学等单位也都先后在这方面进行了研究,取得了 一些成绩。

1.6.3 国内外计算机编图的方法综述 综观国内外对计算机编图研究的历史和现阶段的情况,所采用的方法主要 有以下几种: (1)模拟方法 有模拟列车运行、模拟人工铺划等方法。该方法主要以人工编图的原则和 经验为条件,生成计算机编图的判别准则和执行程序,实现人工编图的全过程。 采用该方法编图,其质量和效果在很大程度上取决于判别准则和执行过程程序 设计的合理与全面性。随着计算机软硬件技术的不断发展和编程水平的提高, 对该方法的实用性和有效性还需进一步的研究。 (2)移动列车始发点 该方法一般在双线区段采用。编图时按某一时间间隔给定列车始发点,实 现一条运行线的行车间隔检查及处理的递推铺划,当发现不满足间隔时间时, 移动列车始发点,重新进行该条运行线的铺划,如此重复进行,直到处理完毕。 (3)逐区间递推铺划 该方法主要用于单线区段。从该区段的某一端开始,依区间出现的先后顺 序进行检查铺划。对相对的两个方向而言,其中一列顺列车运行方向铺划,另 一列则反方向铺划;依要求也可以从限制区间开始向区段两端延伸铺划。 (4)数学模型方法 利用逻辑代数、线性规划、图论及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。从目前的研究结果看,由于列车运行图涉 及面广、影响因素繁杂,难以用一个模型进行描述,有些因素还难以用数学表 达式表达,甚至本身之间就是相互矛盾和制约的。对于这样一个 NP 完全问题,

鉴于现阶段计算机速度、容量以及算法上的局限,还难以通过数学模型和相应 的求解算法得出满意且符合实用的列车运行图。 (5)人工智能专家系统方法 利用智能化语言编程,把列车运行图的物理条件和人工经验作为知识规则, 生成编图专家系统,并按照列车的走行顺序进行组合的运行实验。这种方法首 先起源于日本,是在对“人工智能”的研究及运用日趋活跃的背景下发展起来 的。 (6)范围约束搜索树法 该方法把运行图看作各区间列车运行顺序的一个组合,以运行时间带 代替运行线铺画列车,把运行图编制作为一个搜索问题来解决。所谓时间 带,是让列车运行线具有一定的时间幅度,也就是说,在时间带表示的范 围内列车的设定是可行的,否则是不可行的。这样,随着运行时间带的引 入,就可以把列车运行顺序按运行线处理的很多组合作为一个组合问题, 从而使计算机的搜索空间大大缩小,使按列车运行顺序的组合来编制列车 运行图成为可能。 采用以时间带代替运行线铺画列车运行图,各列车的运行时间带在各 区间单独考虑时,幅度比较宽,但如果把相邻区间合并起来考虑,由于列 车运行的连续性,各列车就会因自身或与其他列车之间相互制约可能的到 发时刻,在时刻上的传播约束条件,使时间带的宽度 变窄。随着被考虑区 间的增多, 各列车运行时间带的宽度也越来越窄, 甚至接近于列车运行线。

虚拟节点 第一区间 运行顺序 第二区间 运行顺序

最后区间 运行顺序 图 1.1 确定列车运行顺序的搜索树

用运行时间带铺画列车运行图时,各区间列车的运行顺序具有这样的 关系:即后一区间(或从某站出发)的列车运行顺序,是根据前一区间(或 到达该站)的列车运行顺序按照列车在该站停车、通过、等会或待避等约 束条件形成的。用图形可表示如图 1.1 所示的搜索树结构图。在搜索树中, 每个节点表示某一区间列车的各种运行顺序,从某个节点展开的各个节点 对应下一区间的列车的各种运行顺序。这样,编制列车运行图可以利用计 算机生成各区间的运行顺序, 即生成搜索树, 通过对搜索树进行搜索实现。 对搜索树的求解,采用人工智能理论中的状态空间搜索方法和画面理解的 约束传播方法。 该方法的特点为:在整个编图过程中,该方法很接近于人工编图思维 特点,能较好的处理各种列车的关系,确定列车合理的会让地点,合理分 配列车之间的空费时间,既能照顾高级列车的优先性,又能为低级列车的 运行创造良好的条件。由于范围搜索约束法能够考虑许多运行图方案,因 而,铺画的列车运行图具有较好的质量指标。但范围约束搜索法有其严重 的弱点,当区段内的运行列车数目较多或车站数目较多时,采用此方法铺 画列车运行图计算机搜索状态空间十分庞大, 运算时间长, 甚至无法实现。 (7)人机对话方式 列车运行图的编制,具有影响因素多,组织规模大,信息量大,变化

快的特点。从决策问题的特征分析,运行图编制可分为方案图(草图)编 制、基本图(详图)编制和实绩列车运行图编制。在上述三类运行图编图 层处理的决策问题中,结构化决策问题和非结构化决策问题的比例可用图 1.2 表示。
非结构化 编制列车运行图方案图 编制列车运行图基本图 编制实绩列车运行图 结构化 图 1.2 问题结构化程度示意图

在制定列车运行方案图过程中,要确定旅客列车和货物列车的种类、 行车量、运行区间、列车编组等等问题,这些大部分是与国家政策、经济 形势、市场变化等因素相关,非结构化决策问题。在列车运行图基本图编 制过程中,既有许多结构化问题,如列车到发时刻的计算、列车运行线的 铺画是否违反了设备制约条件的判断等等,也有许多非结构化决策问题, 如设备能力不足时,对列车运行方案的调整等。因此,列车基本运行图的 编制是一个半结构化的决策问题。 从上面的分析可看出,利用计算机编制列车运行图是一个要求理论与 实际相结合、技术难度非常大的工作,国内外学者为此 做了大量的研究工 作,尝试过许多解决方法,但是他们在取得一定的成果的同时,又存在着 各种问题,而产生这些问题的根本原因就在于他们所采用的方法都是把列 车运行图的编制问题作为结构化决策问题全部交由计算机来处理。实际 上,正如上述讨论的那样,编制列车运行图的过程是在有限的铁路运输设 备和人力的条件下,把由战略计划层制定的列车运行方案变为具体的能够 实施的列车运行计划的过程。在这个过程中,既有结构化决策问题,又有 非结构化决策问题,处理时不能一概而论。为此,结合我国实际情况,提 出了采用人机对话方式编制客货列车运行图的方法。 在编制列车运行图过程中,编图者的业务知识可分为三个部分: 1.编制列车运行图的技能; 2. 编图区段内与行车有关的铁路设施、设备情况以及与编图有关的

数据; 3.编图区段列车运行方案、运输需求和客流情况等信息。 当采用手工的方式编制列车运行图时,编图者先利用已掌握的知识 (第 3 部分) 将列车运行图编制问题分解为某个列车运行线的铺画子问题, 然后,再利用知识(第 1 部分)铺画出该列车运行线。重复上述操作,即 可完成列车运行图的编制工作。 为了提高列车运行图的编制效率,考虑将第 1、2 部分知识赋予计算 机,使编图者只需根据自己所掌握的第 3 部分,采用人机对话方式,由计 算机编制列车运行图。根据这种思想建立的计算机编制列车运行图系统, 编图者只负责将列车运行图的编制问题分解成若干列车运行线的铺画子 问题,由计算机担负子问题中结构化决策问题的处理。
计算机
2.线路设备 有关知识 (数据库) 1.编制列车 运行图技能 (模型)

其它铁路计划制定者

输出 列车运行图
阅读列车运行 图知识 与本职工作 有关的知识

命令
3.列车运行图 方案等

人 图 1.3 人机对话编制列车运行图示意图

实践表明,采用以模型优化计算机控制为主,人机对话调整为辅,人 机结合互补的方式编制列车运行图,其的特点是: ( 1)能充分发挥计算机 的高速计算能力和人的主观能动性,避免了 采用单一方式所带来的不足。 ( 2)结合了我国编图 的实际情况 ,能有效的解决客货列车运行图综 合编制、复线方向直通列车在技术站接续、枢纽各衔接方向列车的均衡到 达、各局间分界口列车合理衔接、枢纽内大小运转列车的协调配合以及机 车交路勾画等问题。

第2章

网络列车运行图数学模型的研究

2.1 铁路网描述
铁路是一个复杂的网络,旅客列车和货物列车在列车运行图的指导下有序 地在铁路网上运行。构成铁路网络的主要因素是分界点(指车站和线路所)和 线路。为了讨论的方便,在构造简化的铁路网络图时,只保留与列车运行直接 相关的网络干支线和枢纽联络线等。同时,把车站看成一个点,车站到发线因 素以及与车站相关的进路因素在构建模型时作为约束条件。这样,简化的铁路 网络图由节点和弧(连接节点的线路)组成。对应于单线铁路和双线铁路的弧, 给出如下定义: 定义 1 在构造的网络图中,如果 a、b 为弧 j 的两端节点,则节点 a 和节 点 b 是相邻的;当 a 为弧 j 的起点,b 为弧 j 的终点,则弧 j 是从节点 a 出发并 到达节点 b。同样,当两条弧 i 和 j 有相同节点 a 时,则弧 i 与弧 j 是相邻的。 定义 2 单向弧: 在一个网络图 G 中, 有两个相邻节点 ja 和 jb , ja 至 jb 存 由 在线路 j ,如图 2.1.1 所示,经过此线路只能由节点 ja 到达 jb ,反之则不能。对 应于这样线路的弧称为单向弧。
ja


j

jb


图 2.1.1

单向弧示意图

组成复线铁路的上、下行线路在网络图中用单向弧表示,其集合为 SC。 定义 3 双向弧: 在一个网络图 G 中, 有两个相邻节点 ja 和 jb , 连接 ja 和 jb 的线路 j 存在如下特性:既可经由此线路从节点 ja 到达节点 jb ,也可沿此线路 从节点 jb 到达节点 ja ,对应于这样线路的弧称为双向弧。如图 2.1.2 所示,双向

弧的集合为 DC。 在网络构造时,单线铁路对应的弧为双向弧。
ja


j

jb


图 2.1.2

双向弧示意图

实际上,网络图构造中,单线铁路对应的双向弧,也可看成由两条单向弧 组成,只不过由 ja 至 jb 这一事件与由 jb 至 ja 的事件互为敌对,不能同时发生。 为了描述方便,用单向弧的编号下缀 B 表示该弧的起点,下缀 E 表示该弧 的终点。如 KB
SC

、 KE

SC

表示弧 K 为单向弧,其起始节点为 B,终止节点为 E。

对于双向弧,用弧的编号下缀该弧两端节点的编号来表示。例如 K AB|DC 表示 K 为双向弧,其一端节点为 A,另一端节点为 B。 实际运营工作中,由于列车种类不一样,在同一线路上运行,其时刻采集 点也不一样。比如:在津浦线蚌埠~蚌埠东这一路段,一般列车只在蚌埠、蚌 埠东两个点采集列车到发时刻,而市郊列车除了上述两个地点之外,还需在宏 业村和机务段进行作业,如图 2.1.3 所示。因此,也必须在这两个点采集列车到 发时刻,但这两个点既不是车站也不是线路所,它们是一类特殊点。这样,对 应于图 2.1.3 构造的网络逻辑图如图 2.1.4 所示。
蚌埠 ⊙ 宏业村

机务段

蚌埠东 ⊙

图 2.1.3

蚌埠~蚌埠东线路示意图

a ⊙ 蚌埠

宏业村

b d

机务段 c ⊙ 蚌埠东

图 2.1.4

蚌埠~蚌埠东构造网络逻辑图

定义 4

如图 2.1.4 所示, d 与弧 a、 、 具有包含关系, 弧 b c 记为(a、 、 ?d, b c)

称弧 d 为包含弧,弧 a、b、c 为被包含弧,且弧 a 称为被包含起始弧,弧 c 称为 被包含终止弧。 包含弧与被包含弧在物理上是同一径路,因此在模型构造时应视为相同弧 进行约束。 包含弧与被包含弧经常在铁路枢纽内出现。 定义 5 关系,记为 i 如图 2.1.5 所示,在列车实际运行径路中,若弧 i 被一列车占用, j。
i
d ⊙ ⊙ b

则另一弧 j 必不能被另一列车同时占用。反之亦然。称弧 i 与弧 j 存在敌对进路

a

⊙ c ⊙

j

图 2.1.5

敌对进路示意图

这样,对于构造的简化铁路网络图,可以用改进的邻接目录表示,即用弧 的编号与其对应节点顺序排列表示。如图 2.1.6 所示的网络图,可以写出其所有 节点的到达邻接目录和出发邻接目录。 邻接目录表由弧的编号与节点的编号组成。某节点的出发邻接目录是以该 节点为起点的所有弧及该弧的终端节点组成的集合;某节点的到达邻接目录是 以该节点为终点的所有弧及该弧的起始节点组成的集合。 用这种方法表示,能够大量节约对机器存储资源的需求。

a⊙ j b⊙

i k

c ⊙ h ⊙d l

图 2.1.6

简化铁路网络示意图

出发邻接目录

到达邻接目录

A(a) ? ={i,c,j,b} A(b) ? ={k,c,l,d} A(c) ? ={h,d} A(d) ? = ?? ?

A(a) ? = ?? ? A(b) ? ={j,a} A(c) ? ={i,a,k,b} A(d) ? ={l,b,h,c}

对于简化后的铁路网络,在模型构造中,仍保留传统的区间列车运行图的 表示法,列车通过节点的时间为 0。图 2.1.7 所示是构造的德州枢纽简化网络示 意图。
许官屯 ⊙ 9 7

⊙ 长庄 8 10 ⊙ 八里庄 10 ⊙ k176 10 ⊙ 10 10 ⊙ 于官屯 8 德州

10

图 2.1.7

德州枢纽构造网络示意图

2.2 模型构造

2.2.1 约束条件 这里,引入 dtime 表示一天的时间,dtime 为一常数,当用小时、半小时、 分、半分、1/4 分为单位表示时间时,分别为:24、48、1440、2880、5760。同 时,引入 ? 符号于模型中,其意义为:

?x ? y 当x ? y时 x?y ? ? ? x ? dtime ? y 当x ? y时
令 L 表示区间线路对应联弧集, LB 表示半自动闭塞区间线路对应弧集, LZ

表示自动闭塞区间线路对应弧集,DC 为网络双向弧集,SC 为网络对应单向弧 集,N 表示网络节点集,T 表示在构造网络上运行的列车集合, Tj? 表示在双向 弧 j 上由一端至另一端的列车集合, Tj? 表示在双向弧 j 上与 Tj? 集合中列车运行 方向相反的列车集合, j ? DC 并有: L ? LB ? LZ , L ? DC ? SC 。 1 区间列车运行时间约束 当 k1 、k 2 表示弧 j 的两端节点, XDik1 表示列车 i 到达节点 k 1 的时刻, XFi k1 表示列车 i 从节点 k 1 出发的时刻。令 tyij 表示列车 i 在弧 j 对应线路的纯运行时 分, tqij 表示列车 i 停留在弧 j 的起始节点对应车站的列车启动附加时分, tt i j 表 示列车 i 到达弧 j 终端节点对应车站停车附加时分。 定义布尔逻辑变量 QX ik1 ,描述列车 i 在节点 k 1 是否停车:当列车 i 在节点 k 1 停车时, ik1 =1; 否则, ik1 =0。 这样, 对于列车区间运行时分 (如图 2.2.1) , QX QX 有:
XDik 2

k2
j

XFi k1

k1
QX ik1 ? tq i j ? QX ik 2 ? tt i j ? ty i j
图 2.2.1 列车区间运行时分约束示意图

XDik2 ?XFi k1 ? QX ik1 ? tqij ? QX ik2 ? tt i j ? tyij (i ? T , j ? L, k1 、k 2 ? N且k1 ? j B
L

? k2 ? jE

L

)

(2.2.1)

2 列车停站时分约束 若令 tsik 表示列车 i 在节点 k 对应车站的停站时分, 则列车 i 在节点 k 的停站 时间应满足如下条件(如图 2.2.2)。

XDik ts

XFi k
k i

k

图 2.2.2 列车停站时分约束示意图

XFi k ?XDik ? tsik
3 列车间隔时间约束 (1) 列车追踪间隔时间约束

(i ? T , k ? N )

(2.2.2)

当列车在弧 j( j ? LZ )上运行时,同向列车间应按追踪间隔运行。若令 td j 表 示列车经由弧 j 到达该弧终止节点停车的最小到达间隔时间, tf j 表示列车由停
tz 车状态启动驶入弧 j 的最小出发间隔时间, j 表示列车在弧 j 对应区间运行的最

小追踪间隔时间,设列车 i1 为列车 i 2 的前行列车,则列车 i1 、 i 2 在弧 j 运行需满 足如下约束条件(图 2.2.3(a)、(b)、(c))。
XDik2 1

td j

k2 XDik2 2

i1
j

i2
tf
j

k2
j

i1
tz j
XFi1k1

i2

k2
j

k1 i1 i2

XFi1k1

XFi2k1

k1

XFi2k1

k1

(a)

(b)
图 2.2.3 自动闭塞区间列车间隔约束示意图

(c)

XDik 2 ?XDik 2 ? QX ik 2 ? td j ? (1 ? QX ik 2 ) ? tz j ? 0 2 1 1 1 (i1、i2 ? T , j ? LZ ; k2 ? N且k2 ? jE ) LZ

(2.2.3)

XFi2k1 ?XF ki1 ?QX ik1 ? tf j ? (1 ? QX ik1 ) ? tz j ? 0 1 2 2 (i1 、i2 ? T , j ? LZ ; k1 ? N且k1 ? j B ) LZ

(2.2.4)

(2) 列车连发间隔时间约束 当列车在弧 j( j ? LB )上运行时, 同向列车应按连发条件运行。 若令列车 i1 为 列车 i 2 的前行列车, tlt j 表示后行列车 i 2 在节点 k1 停车启动的最小连发间隔时 间,如图 2.2.4(a)所示; tlc j 为后行列车 i 2 通过节点 k1 的最小连发间隔时间,如

图 2.2.4(b)所示,则 i1 、 i 2 应满足如下约束条件:
XDik2 1

k2

XDik2 i1 1

i2

k2
j

XFi1k1

tlt j

i2
XFi2k1

j

XFi1k1

k1
tlc j

i1

XFi2k1

k1

(a)
图 2.2.4 半自动闭塞区间列车间隔约束示意图

(b)

XFi2k1 ?( XFi1k1 ? QX ik1 ? tqi1j ? QX ik2 ? tt i1j ? tyi1j ) ? QX ik1 ? tlt j ? (1 ? QX ik1 ) ? tlc j ? 0 1 1 2 2 (i1 、i2 ? T , j ? LB , k1 、k 2 ? N且k1 ? j B
LB

? k 2 ? j E LB )

(2.2.5)

4 同向列车越行条件约束 由于列车等级不同,牵引列车的机车也可能不一样,不同等级的列车在同 一弧 j 对应的区间线路上运行时分也不一样。这样,在列车的运行过程中,就会 产生速度快的列车越行速度慢的列车。我们用 lctz(i).level 表示列车的等级,规 定等级号小的列车级别越高,高级别的列车越行低级别的列车。这样,令 k1 为 越行站, j1 、j2 为以 k1 为共同节点的相邻弧,且对于列车 i1、i2 其运行路径的集 合 为 LJi1 、LJi2 , 存 在 ( j1 ? LJi1 ) ?( j2 ? LJi1 ) ?( j1 ? LJi2 ) ?( j2 ? LJi2 ) 并 且

( k1 ? j1E

L

) ?( k1 ? j 2 B L ) 。这样,列车 i1 被列车 i 2 在节点 k1 越行应满足如下条件

(图 2.2.5)。
i2
XDik1 1

k2 j2 k1
k1
1 2

XFi k1
XFi

i1

j1

k0
图 2.2.5 列车越行示意图

XDik1 ?XDik1 ? td j1 2 1 (i1、i2 ? T,k1 ? N且k1 ? j1E
LZ

(2.2.6) ? k1 ? j2 B
LZ

, j1、j2 ? LZ , lctz(i2 ). level ? lctz(i1 ). level )

XDik1 ? iyi2j1 ? QX ik0 ? tq j1 ?XDik1 ? QX ik0 ? tlt j1 ? (1 ? QX ik0 ) ? tlc j1 2 2 1 2 2 (i1 , i2 ? T,k1 ? N且k1 ? j1E
LB

(2.2.7)

? k 0 ? j1B

LB

? k1 ? j2 B L ,

j1 ? LB , lctz(i2 ). level ? lctz(i1 ). level ) 越行后的列车出发间隔需满足:
XFi1k1 ?XFi2k1 ? tfy j2 (i1 , i2 ? T , k1 ? N且k1 ? j2 B
L

(2.2.8) , j2 ? L, lctz(i2 ). level ? lctz(i1 ). level )
当 j 2 ? LZ 当 j2 ? LB

式中,
tfy
j2

? tf j2 ? ? ? j2 k j j ?tLt ? QX i2 2 ? tt i22 ? tyi22 ?

5 车站间隔时间约束 为了保证行车安全和最佳地利用区间通过能力,列车到达、出发或通过车 站均需满足一定的时间间隔约束。 (1) 不同时到达间隔时间约束
k1 ? BT ,其中 BT 为不能办理相对方向同时接车的车站对应节点的集合。令

k1 为 联 结 弧 j1 和 j2 的 节 点 , j1 ? DC且j2 ? DC, 对 于 列 车 i1 和 列 车

i2 ,i1 ?Tj? ,i2 ?Tj? ,tB k1 为两相对方向列车不同时到达节点 k1 的最小间隔时 1 1
间。如图 2.2.6 所示,则列车 i1和i2 到达节点 k1 应满足:
i2
tB k1

k2 k1 k0 i1

tH k1 XFi1k1 k1 k1 XDi1 XDi2

j2 j1

图 2.2.6

不同时到达和会车间隔约束示意图

XDik1 ?XDik1 ? tBk1 2 1

(2.2.9)

?i 、i
1

2

? T且i1 ? Tj1 , i2 ? Tj1 ; k1 ? N且k1 ? BT ; j1 ? DC, j2 ? DC

?

?

?

(2) 会车间隔时间约束 令 tH k1 为列车 i 2 由弧 j2 到达或通过节点 k1 对应车站时起,至该车站 k1 向弧 如图 2.2.6 所示, 则列车 i1 j2 对应区间发出另一对向列车 i1 时止的最小间隔时间, 与列车 i 2 应满足:

XFi1k1 ?XDik1 ? tH k1 2

(2.2.10)

?i
(3)

1

? Tj2 , i2 ? Tj2 , k1 ? N , j1 ? DC, j2 ? DC

?

?

?

同方向列车不同时到发间隔时间约束

如果 k1 为联结弧 j1 和 j2 的节点, k1 ? BD, BD 为不能办理同时接发同方向列 车的车站对应节点的集合, j1 、j2 ? L ,对于列车 i1 和 i 2 ,令 tdf k1 为列车 i1 到达 节点 k1 时起,至由该节点发出另一同向列车 i 2 时止的最小间隔时间,如图 2.2.7 所示,则列车 i1 和 i 2 在节点 k1 到、发应满足如下条件:
i2
k1

k2
XFi
k1
2

XD

k1 i1

j2 k1 j1 k0

i1

tdf

图 2.2.7

同方向列车不同时到发间隔约束示意图

XFi2k1 ?XDik11 ? tdf k1
(4) 同方向列车不同时发到间隔时间约束

(2.2.11)

(i1 ? i2 、i1 ?T , i2 ?T , k1 ? N ? K1 ? BD, j1、j2 ? L, k1 ? j1E |L ,k1 ? j2 B|L )
设 k1 为联结弧 j1 和j2 的节点, k1 ?BF , BF 为不能办理同时发接同方向列车 的 车 站 对 应 节 点 的 集 合 , j1 、j2 ? L , 对 于 列 车 i1 和 i 2 有
? ? ? ? i1 ?Tj1 ? i2 ?Tj1 或i1 ?Tj1 ? i2 ?Tj1 。令 tfd k1 为列车 i1 从 k1 节点出发时起,至另

一列同向列车 i 2 到达该节点时止的最小间隔时间, 如图 2.2.8 所示。 列车 i1 和 i2 在 节点 k1 发到间隔应满足以下条件:

i1
XFi1k1

XD

k1 i
2

j2
j1

k2 k1 k0

i2

图 2.2.8

同方向列车不同时发到间隔约束示意图

XDik1 ?XFi1K1 ? tfd K1 2 (i1 ? i2 、i1 ?T ,i2 ?T, k1 ? N ? K1 ? BD,j1、j2 ? L, k1 ? j1E | L ,k1 ? j2 B| L )
(5) 不同时通过间隔时间约束

(2.2.12)

如果 k1 为连接单向弧 j1 和双向弧 j2 的节点, k1 ?DST ,其中 DST 为一端连 接双向弧, 一端连接单向弧的车站 (或线路所) 对应节点的集合,j1 ? SC, j2 ? DC, 对应列车 i1 和 i 2 ,有 i1 ? Tj? 则 i2 ? Tj? ,即 i1 和 i 2 为方向相反的两列车。令 tbt k1 表 2 2 示两方向相反的列车不同时通过节点 k 1 的最小间隔时间,如图 2.2.9 所示。则列 车 i1 和 i 2 应满足如下条件:
k2
i1
XD
k1 i1

i1 tbt k2
XD
k1 i2

j2 k1 j1
k0

图 2.2.9
k

不同时通过间隔约束示意图
k1

XDi2 1 ?XDi1

? tbt k1

(2.2.13)

( i1 ? Tj? 、i2 ? Tj? , K1 ? N 且 K1 ? DST , j1 ? SC, j2 ? DC, K1 ? j1 AB|SC ? K1 ? j2 B|DC ) 2 2 6 列车单独占用联弧约束 对于某些联弧,如单线区间线路联弧,在一定的时间范围内只允许一列车 占用。 k1 为联结单线区间线路对应弧 j1 和 j2 的节点, 设 列车 i 1 和 i 2 为方向相反的 两列车。如图 2.2.10 所示,当列车 i 1 开始占用弧 j1 至对向列车 i 2 开始占用弧 j1 应

满足如下条件:
XDik1 2 1

i

k2 j2 j1 k0 k1
XFi 2k 1

i1

图 2.2.10

列车单独占用联弧约束示意图

XFi2k1 ?XFi1k 0 ? ?X ik1 ? tB 1

k1

? 1 ? ?X ik1 ? tH k1 ? tyi1j1 ? ?X ik1 ? tt j1 ? ?X i1 0 ? tq j1 ? 0 1 1
k

?

?

XFi1k0 ?XFi2k1 ? ?X ik0 ? tH k0 ? (1 ? QX ik0 )tB k0 ? tyi2j1 ? ?X ik0 ? tt j1 ? QX ik1 ? tq j1 ? 0 1 1 2 2
( k 1 ? N , k 0 ? N , i1 ? Tj? , i2 ? Tj? , j 1 、 j 2 ?DC ) 1 1 7 列车禁停约束 某些车站,禁止某方向或某种类的列车停车,对于该类列车在该站对应节 点有禁停约束。同时,对于线路所对应节点,所有列车均应有此类约束。令 JT
K1

(2.2.14)

表示节点 k 1 有禁停约束的列车种类的集合, Lctz(i ) ? tzh 表示列车所属特征类。这 样,有:

?X ik ? 0
1

( k1 ? N , i ? T , Lctz(i ) ? tzh ? JT k1 ) 8 敌对径路约束

(2.2.15)

列车在实际运行过程中,由于设备条件和线路配置关系,存在如图 2.2.11 所示的敌对径路。
i1

j1

j2 i2
k1

图 2.2.11

敌对径路约束示意图

k1 ? 这里,弧 j1 与弧 j2 是敌对径路弧,即 j1 ? ? j2 。令 tds M 表示列车 i 1 和 i 2 分

别占用弧 j1 和 j2 的最小安全间隔,M 为敌对径路种类。设 DTL 为节点 k1 敌对进
k1

路种类的集合, 并用 L(i1 , G1 , i2 , G2 ) 表示列车 i 1 和 i 2 在节点 k1 发生的条件,G1 , G2 (指到或发的关系)表示其敌对关系。为保证行车安全,该两列车到发须满足 如下敌对径路条件约束:
k1 XDik1 ?XFi2k1 ? tds M1 1

(2.2.16)

k1 XFi2k1 ?XDik1 ? tds M2 1

( i 1 、 i 2 ?T, k1 ? N , j1 、 j2 ?L , L(i1 , G1 , i2 , G2 ) = M1 ( M 2 ), M1 、 M 2 ? DJLk1 ) 9 机车乘务组工作时间约束 令 k1 和 k 2 分别表示牵引列车 i 的机车乘务组始发、终到换乘车站对应节点,
k 1 ? LJ i , k 2 ? LJ i , tj 为机车乘务组允许连续工作时间,为使机车乘务组不超劳,

则机车乘务组实际工作时间应满足:

XDiK2 ?XFi K1 ? tj
( i ?T , k1 、k 2 ? N , k1 、k 2 ? LJi ) 10 天窗时间约束

(2.2.17)

由于线路维修或接触网检修需要,在编制列车运行图时往往需要预留“天 窗”。列车的运行不得与运行图天窗时间冲突。如果 k1 和 k 2 为弧 j 的两端节点,

?t

j 1

, t 2 为弧 j 对应区间“天窗”时间,则有天窗时间约束(如图 2.2.12)。

j

?

k2
j

k1 t1 t2
2.2.12 “天窗”约束示意图

XFi 1 ? t1 ? XDi
k j j

k2 k2

? t1

j j

XFi k1 ? t2 ? XDi

? t2

(2.2.18)

( i ?T , j ? L, k1 ? N , k 2 ? N , 且 k1 ? j B|L ? k 2 ? j E |L ) 11 列车到发时刻特殊要求约束
在实际编制列车运行图工作中,对某些列车在某些车站的到发时刻往往存在一些固定 的要求,如习惯的旅客列车到发时刻、车流接续要求、重点货物列车(如五定班列等)到 发时刻等,使得该类列车在某些车站的到发时刻须满足某些要求,令 t1 , t2 , t1 , t2 分别为要 ? ? 求的列车在节点 k 的到发时刻的上下界,则有该列车到发时刻特殊要求约束。

t1 ? XDik1 ? t 2 t1? ? XFi
k1

(i ? T , k1 ? N ) (i ? T , k1 ? N )

? t2 ?

(2.2.19)

12 车站到发线约束 在列车运行过程中,路网中任何一个车站在任何时刻被列车占用的到发线 数目均不得超过该站用于接发该类列车的到发线数。 DFX s k1 表示节点 k1 用于接 设 发 S 类列车的到发线,则:

?[? ( XD
i ?T

k1

i

, t ) ? ? ( XFi

k1

, t )] ? DFX sk1

(2.2.20)

( k1 ? N且k1 ? LJi , lctz[i]. tzh ? s,t为某一时刻,0 ? t ? dtime ) 其中二元函数:

? ( x, t ) ? ?

?1 ?0

x?t x?t

2.2.2 目标函数 每一组满足以上各约束条件 (2.2.1~2.2.20)的解 XDik 、 XFi k ( i ? T , k ? N ) , 就对应一给定范围的列车运行图。这里,希望寻找一组解使以下三个目标函数 都达到或趋于最优的列车运行图。 1 总旅行时间最小 令 k1 为列车 i 的始发站对应节点, k 2 为列车 i 的终到站对应节点且 k1 、

k 2 ? LJ i ,则

min Z1 ? ? ( XDik2 ?XFi k1 )
i ?T

(2.2.21)

2 技术站列车接续时间最小 设 JS 为技术站对应节点集合,且 k ? LJ i ? k ? JS ,则

min Z2 ? ? ? (XFi k ?XDik )
i ?T k ?JS

(2.2.22)

3 机车总消耗时间最小 机车总消耗时间由两部分组成,一是牵引列车旅行消耗的时间,即列车的 总旅行时间 Z 1 ,第二是在机务段和机务折返段所在站的停留时间 Z L ,则
min Z 3 ? Z1 ? Z L

(2.2.23)

这样,就构造了基于路网的预先给定列车路径的列车运行图模型,编制列 车 运 行 图 就 是 求 一 组 满 足 约 束 条 件 ( 2.2.1 ) ~ ( 2.2.20 ) 的 解

XDik , XFi k ( k ? N , i ?T ), 使目标函数(2.2.21)、(2.2.22)和(2.2.23)达到或趋
于最优。

2.3 关于模型的进一步讨论

2.3.1 关于目标函数的优化处理 使目标函数(2.2.21)、(2.2.22)和(2.2.23)都达到最小值的运行图是理想的最优 运行图。在实际工作中,由于这些目标既相互依赖又相互制约,一般不可能使 所有的目标函数均达到最优。因此,处理该多目标规划问题时,可以从具体实 际出发,视各目标在总问题上所占的地位,抓住主要因素,将问题简化为单目 标规划问题求解。 铁路上的一切设备和活动,都是为了以最少的时间、最快的速度将旅客和 货物安全的运往目的地。因此,我们可以把追求列车旅行时间最小(2.2.21)作为 优化目标,把(2.2.22)作为约束条件处理:

XFi k ?XDik ? tw k

(2.3.1) ( i ?T且i ? ZT k , k ? JS且k ? LJ i )

这里, ZT k 为节点 k 的直通列车集合, JS 为路网技术站对应节点集合, tw k 为节点 k 的直通列车接续时间标准。 对于机车总消耗时间,它是牵引列车消耗的总旅行时间 Z 1 和不牵引列车时 在段(机务段和折返段)所在站停留总时间 Z L 组成,而第一部分时间即为列车 的总旅行时间。因此,式(2.2.24)可以写成:
min Z3 ? min Z1 ? min Z L

(2.3.2)

式(2.3.2)等价于求解两个子优化问题 min Z 1 和 min Z L ,min Z 1 已作为主要优 化目标。这样,在计算列车运行图时,可以先不考虑优化目标(2.2.23),在求得 总旅行时间最小的列车运行图后, 再通过(3.3)节所述方法计算在此基础上的最优 机车周转图。

2.3.2 关于模型的适用性 模型基于网状线路编写,适用于单线、复线、单复线、三线及多线情况,也适 用于自动闭塞和半自动闭塞区段、直线方向、枢纽及路网情况。 (1) 当构造的路网图中只存在双向弧,去掉约束条件(2.2.13),模型退化为 一个单线网络列车运行图模型; (2) 当构造的网络图中只存在单向弧,则去掉约束条件(2.2.9)、(2.2.10)、 (2.2.13)、(2.2.14),模型退化成一个复线列车运行图模型; (3) 当构造的网络图中所有的弧 j ? LZ ,则约束条件(2.2.5),(2.2.7)可以 删去;当所有的弧 j ? L B ,可以不考虑约束条件(2.2.3)和(2.2.4); (4) 当把模型用于区段和直线线路时,则模型自动退化为区段列车运行 图和直线方向列车运行图模型。

2.3.3 关于弧的统一简化 根据单线铁路行车的特点,在构造的网络图中,把单线区间线路对应的双向弧

看成具有敌对径路关系的两条单向弧,如图 2.3.1 所示。这样,(2.2.9)和(2.2.13) 式可改写为:
k XDik1 ?XDik1 ? tdsm11 2 1

(2.3.3)

( i1 , i2 ?T且i1 ?Tj? , i2 ?Tj? , k1 ? N , L(i1 , G1 , i2 , G2 ) ? M1 , M1 ? DTLk1 ) 1 1



a

j

b


?

j?

⊙b
j ??

a?


j ??

a ⊙
j?

a??




b?
(b)



b ?? ⊙

(a)
图 2.3.1

双向弧敌对关系示意图

同理,式(2.2.10)、(2.2.11)可改写为:
k1 XFi1k1 ?XDik1 ? tds M 2

(2.3.4)
2

( i1 , i2 ? T , k1 ? N , L(i1 , G1 , i2 , G2 ) ? M2 , M2 ? DJLk1 ) 式(2.2.12)改写为:
k1 XDik1 ?XFi1k1 ? tds M 3
2

(2.3.5)

( i1 .i2 ?T , k1 ? N , L(i1 , G1 , i2 , G2 ) ? M3 , M3 ? DTLk1 ) 而式(2.2.14)则可分解为约束条件(2.3.4)和(2.3.5)。 因此,对于发生在两相邻弧和同一双相弧的不同列车运行事件,可归纳为约 束条件(2.3.6)。
k1 XFi1k1 ?XFi2k1 ? tds M L1 k XFi2k1 ?XFi1k1 ? tdsm1l2

k1 XDik1 ?XDik1 ? tds M L 3 1 2

XD ?XD ? tds XD ?XF XF ?XD ? tds
k1 i2 k1 i1 k1 i2 k1 i1 k1 i2 k1 i1

? tds

k1 ml4 k1 M L5 k1 M L6

(2.3.6)

其中, k1 ? N , i1 、i2 ?T , i1 ? i2 M Li ? DTLk1 , L(i1 , G1 , i2 , G2 ) ? M Li 。 如此处理,模型可得到进一步简化。

2.3.4 关于接触网天窗的约束处理 在编制列车运行图时,一般要考虑线路维修和接触网检修需要,即在编制的 列车运行图中要预留施工“天窗”。电力牵引线路,处理“天窗”时需要考虑 电分相点的位置;复线铁路,当封锁一条正线进行施工,另一未施工正线可按 单向或双向方式行车。因此,对不同线路条件、不同类型的“天窗”,模型中 对“天窗”约束的处理是有区别的。 (1) 接触网检修“天窗”,考虑电分相点的位置 如图 2.3.2 所示,电分相点 a 在 k1 站的左侧,当弧 j1 对应区间线路设置的检 修“天窗”为 ?t1 , t2 ?, 在该范围内弧 j1 不能行车,同时车站 k1 也不能发出进入弧 j2 对应区间线路的列车。这样,如果 j2 区间开设“天窗”为 ?t 3 , t 4 ? ,如图 2.3.3 所示。 则对于弧 j2 的“天窗”约束条件为:
XFi k1 ? t1j1 ? XDik2 ? t 3j2 XFi k1 ? t 2j1 ? XDik2 ? t 4j2
2

?i ? T , k 、k
1

? N且k1 ? j 2 AB DC , k 2 ? j 2 AB DC , j1、j 2 ? DC

?

(2.3.7)



k2

j2

a

k1

j1

k0

? ⊙



图 2.3.2

电分相点位置示意图

k2 k1 k0
图 2.3.3

t3

t4 j2 j1

t1

t2

电力牵引“天窗”设置示意图

(2) 复线线路开设“天窗”,封锁一条正线,另一条正线双向行车 不失一般性,设在 ?t1 , t 2 ? 时间范围内,上行正线封锁施工,下行正线改为双 向行车。在计算时,只需在该时间范围内把下行正线区间线路对应弧 j 由单向弧

变为双向弧,由式(2.2.9)、(2.2.10)、(2.2.13)、(2.2.14)约束;也可在该时间范围 内把发生在该弧 j 的上下行列车运行事件看成互为敌对事件,由式(2.3.6)约束。


相关文章:
列车运行图编制课程设计任务书
列车运行图指标计算 (3)本人对该图的自我评价 第四章 车辆周转图和乘务排班计划 (1)基于上述列车运行图,铺画各车辆的车辆周转图 (2)基于上述列车运行图,编制...
单线列车运行图编制及调整实验
本实验中通过教师对该系统 各部分功能的讲解和演示, 要求学生会使用运行图编制及调整子系统完成一条单线列车运行 图的编制,包括:(1)以第二章数据库子系统构建的...
列车运行图课程设计资料
(2)列车平均进站速度 V 通进=0.8V 货,V 停进...设计说明书内容 第1章 绪论 概述列车运行图的重要...编制列车及机车周转图 1 铺画列车运行图 2 计算...
[参考资料]列车运行图编制规则(技术部分)
列车运行图的编制 52页 免费 第4章 列车运行图 40页 免费 列车运行图设计书...第6条 列车运行图必须符合下列各项基本要求: 条 1 1.保证列车运行安全; 2....
计算机编制列车运行图实验大纲
四 .实验基本要求 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 了解 列车运行图编制的工作流程、方法和相关要素; 掌握《 计算机编制列车运行图》 相关原理和...
列车运行图课程设计说明书
二章 计算区段通过能力 第一节 区段现有通过能力计算由设计任务书资料可知:...列车运行图编制规则 18页 免费 列车运行图要素 14页 免费 I列车运行图 108页...
列车运行图自我评价及总结
总结:通过这一次的行车设计,我充分了解到编制列车运行图的 困难与繁琐,一改当初学习运营管理课程时对其的印象。从这一次的 行车设计过程中,我学到了很多,编制运行...
第一节 列车运行图的图形表示方法及分类
小时格图主要在编制( 小时格运行图。它的横轴以(1)h 为单位用竖线加以划分。小时格图主要在编制(列车方 时使用。 案)时使用。 ;十分格运行图主要用在 二分...
(2)列车运行图课程设计说明书(2)
列车运行图编制 59页 1下载券 第4章 列车运行图 ...(9) 2 铁路行车组织运行图课程设计 列车运行图课程...休闲农庄项目可行性研究报告 2014年建筑幕墙建筑装饰行业...
列车运行图说明11570218
列车运行图课程设计 第一章 原始资料 1、铁路区段...2 列车运行图课程设计 2、区间运行时分通过所给...同时注意编制资料中各个车站股道数对交 会越行的...
更多相关标签:
列车运行图编制 | 列车运行图编制软件 | 列车运行图编制步骤 | 计算机编制列车运行图 | 列车运行图的编制 | 列车解体计划编制 | 列车编制的原理 | 列车运行图调整 |