车流组号算法

车流组号算法
钱名军
【摘要】依据重车的到站来确定其所属出发车流组号是技术站的基础工作.基于数据结构的基本原理,提出了依靠车流最短径路链段用枝端相接的多杈树来划分技术
站车流组号范围的数学模型,利用有分段终止条件的遍历方法解决了算法问题.在这
一基础上,提出了组号范围的数据库存储和组号图的图示方法,为计算结果的程序应
用和查找提供了条件.
【期刊名称】《兰州交通大学学报》
【年(卷),期】2010(029)001
【总页数】4页(P62-65)
【关键词】技术站;调车作业计划;列车编组计划;车流径路;车流组号
【作者】钱名军
【作者单位】兰州交通大学,交通运输学院,甘肃,兰州730070
【正文语种】中文
【中图分类】U292.31
技术站是车流集散的中心,其主要任务是解、编列车.按照列车编组计划规定的出发
车流组号来固定调车场线路的用途,把列车的解体与编组作业结合起来,对于提高调
车作业效率,改善车站作业秩序发挥了重要作用,业已成为我国铁路技术站作业组织
的一项基本制度.因而研究计算机系统自动确定任一技术站各组号到站范围的算法、
组号范围的机内存储及在全国铁路环状图上标示的方法具有理论和实际意义.
1 划分车流组号的作用
在列车编组计划中,对指定的列车编成站其规定的出发重车流的一个到达站及其中
转范围称为该站的一个组号[1].一个组号的到站范围实际上是该组车流中转站的中
转范围,称该组号的中转站为组号站.例如:对兰州西编组站来说,兰州西-陇西摘挂车
流的组号站为兰州西站,“天水及其以远”车流的组号站为天水站.从该组号站起至
下一个组号站或组号分界站之间的线路称为该组号车流的径路链段.一个组号的到
站范围为以其组号站为根节点的径路链段所形成的树上所有货运办理站的集合,即
式中为组号i的到站集合;ni为组号i径路链段上的车站;C为组号i的径路链段.
例如兰州西站的列车编组计划规定该站开行兰州西至天水和兰州西至宝鸡东的直通列车,因而兰州西至天水直通列车的编组内容“天水及其以远”为该站的一个组号,
该组号的重车流到站范围包括列车的终到站天水及天水-宝鸡东区段内的各中间站. 在铁路技术站,车流组号是制定调车场线路固定使用方案的重要依据;到达解体列车
和本站自装重车首先要按照车辆到站确定所属组号,才能确定其应进入的调车场线路;编制自站编组出发列车的编组调车作业计划时,也要判断被编组的车辆所属的组
号是否符合列车编组计划对该到达站的规定.
可见,为技术站确定该站各组号的到站范围是一项十分重要的任务,是列车解、编工
作的基础.
2 现行组号确定方法存在的问题
铁道部以“列车编组计划”规定各列车编成站编组列车的到站、种类和编组内容,
以“全国铁路环状车流径路图”和《全国铁路车流特定径路》文件(简称“径路图”和“径路文件”)发布全路车流径路的规定[2].
目前,为技术站确定车流组号范围的做法是:首先依据列车编组计划人工确定车站自
编列车的全部组号;然后查找全国铁路环状车流径路图和铁道部特定径路文件,确定各组号的到站范围.由于径路图是为全路制定的,其上标注了全部支点站为发点时至路网各站的径路,因而车流径路线十分密集,查找很困难.其次,难以确定指定到站的查找范围,即大环.人工查找费时、费力,速度慢,容易出错.
在铁路现场,车站技术室通常把人工确定的各组号范围涂以不同颜色,标注在全国铁路货运营业站示意图上,方便了查找.但列车编组计划每1～2 a就要修订一次,手工涂色显然不能适应现场需要.
在车站综合自动化系统中,如果采用人工输入各到站方向号的方法修改“站名字典”,既繁琐又无法实现动态修改.因而实现确定组号范围的计算机算法是非常必要的.
3 技术站车流最短径路结构的存储及车流组号范围划分方法
划分技术站各组号车流到站范围的工作是在对路网进行最短径路计算的基础上进行的.设路网G =(V,E),如图1所示.
图1 虚拟的全国铁路环状图Fig.1 Anassumednationalrailwaynetwork
V,E分别为全国铁路环状车流径路图上的支点站和连接支点站间线路的集
合,V={,},E={,线路上的权值为里程,以1站为起点的路网车流最短径路如图2所示,1站的列车编组计划如表1所示.
表1 1站列车编组计划Tab.1 Trainformationplanofstation1发站到站列车种类编组内容1站 2站摘挂 1站-2站间站顺1站 3站摘挂 1站-3站间站顺1站4站摘挂 1站-4站间站顺1站 2站区段 2站及其以远1站 3站区段 3站及其以远1站 4站区段 4站及其以远1站 5站直通 5站及其以远1站 9站直达 9站及其以远
图2 虚拟全国路网上以支点站1为起点的车流最短径路Fig.2 Shortestwagonflowroutingattheassumedrailway
networktakingstation1astheorigin
3.1 车流最短径路结构的存储方法
由于全国铁路环状图机内存储的邻接矩阵是一个稀疏矩阵,存储空间的利用率很低,而邻接表把图的顺序存储和链表存储方法结合起来,可以很好地适应全国铁路环状图中各支点的度不相同的实际情况,所以通常采用邻接表的存储方法[3].目前,求算最短径路的方法很多,如Dijkstra算法、Floyd算法[4-5]等,本文不做详述.
从图2可以看出,在全国铁路环状车流径路图中,任一指定支点站至路网各站的最短车流径路是一株以起点站为根、枝端相接的多杈树,每一个组号的到站范围构成该树的一棵子树,其逻辑结构如图3所示.其中a1,a2;b1,b2;c1,c2;d1,d2;e1,e2;f1,f2; 表示本环或跨环最短车流径路的分界站.
图3 以支点站1为起点的路网车流最短径路树Fig.3 Shortestwagonflowtreewithstation1astheorigin
二叉树可以用顺序存储结构的一维数组或二维数组方法存储,也可以采用链式存储结构的二叉链表或三叉链表方法存储.其中二叉链表节省存储空间,能够满足运算的需要;三叉链表增加了返回父结点的指针,需要较多的存储空间,但方便了遍历.由于车流最短径路树是多叉树,因而必须首先将其转变为二叉树.本文采用“左儿子右兄弟表示法”转换,即把树的长子作为其父结点的左子树,而把长子的兄弟作为右子树,其逻辑结构如图4所示.
图4 以支点站1为起点的车流最短径路二叉树的逻辑结构Fig.4 Logical structure of thebinary tree for the shortestwagon f low routing with station 1 as theorigin
3.2 车流组号算法
在车流最短径路二叉树上确定车流组号范围的过程是对二叉树进行有分段终止条件的遍历.其解算的步骤如下:
Step1 标记各组号站结点(在本例中,组号站为1站、2站、3站、4站、5站和9站),标记起点站1为当前组号站.
Step2 从当前组号站开始,先序遍历当前组号径路二叉树左树,记录所经过的路径,将径路上遇到的组号站依次存入遍历队列.
Step3 检查遍历队列,如果不为空,取出队列中的第一个组号站为当前组号站,转
Step2;如果为空,路网最短车流径路树左树遍历结束,标记起点1为当前组号站. Step4 从当前组号站开始,先序遍历当前组号径路二叉树右树,记录所经过的路径链段,将径路上遇到的组号站依次存入遍历队列.
Step5 检查遍历队列,如果不为空,取出队列中的第一个组号站为当前组号站,转
Step2;如果为空,转Step6.
Step6 路网径路二叉树遍历结束,依据各组号的路径链段,建立组号路径文件和组号
字典.
本例的计算结果为:
1)1站-2站间摘挂车流的到站范围:1站-2站区段的全部中间站;
2)2站及其以远:2站、(2站-6站间各站、6站间各站、6站-c1间各站、2站间各站;
3)1站-3站间摘挂车流的到站范围:1站-3站区段的全部中间站;
4)3站及其以远:3站、3站间各站、3站-7站间各站、7站、7站-c2间各站、7
站-9站间各站、7站间各站、3站间各站;
5)9站及其以远:9站、9站-f2间各站、9站-h1间各站;
6)1站-4站间摘挂车流的到站范围为:1站-4站区段的全部中间站;
7)4站及其以远:4站、4站间各站、4站-8站间各站、8站、8站间各站、8站-g1间各站、8站间各站;
8)5站及其以远:5站、5站间各站、5站-10站间各站、10站、10站-g2间各站、
10站-h2间各站.
4 车流组号存储和图示方法
技术站各车流组号的到站范围确定后,应当在计算机内存储起来并生成图示,以供应用.
4.1 车流组号到站范围的存储方法
4.1.1 车流组号树
车流组号树用二叉链表表示,用以储存各组号径路树的结构,展示各组号到站范围在路网上的拓扑分布.把路网最短径路树按组号拆分即可.
4.1.2 组号字典
组号字典用以储存以指定技术站为列车始发站时,路网各货运办理站的车站基本信息和所属的组号.字典的数据结构可以包括车站编码、汉字站名、营业限制、出发车流方向号等字段.
数学模型的解算结果以规定的格式储存,通过链接计算结果库表、链路段站序表和组号字典,即可利用SQL语句,自动修改组号字段的出发车流方向号字段,形成组号字典.
4.2 车流组号到站范围的图示方法
技术站各车流组号的到站范围可以利用该站的车流组号图表示.车流组号图是在全国铁路环状车流径路图上标示指定技术站各组号出发车流到站范围的图示,由节点站和车流径路链[5]组成.节点站是路网上衔接3个及以上方向的车站及列车编组计划规定的列车始发站.
5 车流组号算法的应用
依据重车到站确定的各站车流组号范围可以广泛地应用于计划车流分析、路局调度所推算车流编制列车工作计划和车站编制调车作业计划.
技术站可以利用对到达列车和自装重车的组号划分,编制车列解体调车作业计划、
推算出发列车集结车流量和编制列车编组调车作业计划.
6 结语
根据货车的到站确定其车流组号是技术站的基础工作,利用计算机确定重车组号对于完善车站信息处理系统的功能,加快作业进度具有重要意义.本文提出的技术站车流组号计算方法可以较好地适应路网各结点站的度不相同的特征,存储结构合理,计算速度较快.
参考文献:
【相关文献】
[1] 宋建业,谢金宝.铁路行车组织基础[M].北京:中国铁道出版社,2005.
[2] 铁道部.货物列车编组计划规则[M].北京:中国铁道出版社,2002.
[3] 宋建业.全国铁路车流径路计算方法的研究[J].兰州交通大学学报,1990,9(3):37-44.
[4] 熊岳山.数据结构与算法[M].北京:电子工业出版社, 2007.
[5] 赵玉兰,王俊义.数据结构与算法[M].北京:清华大学出版社,2008.。