计算机编制列车运行图的理论与方法

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计算机编制列车运行图
（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。
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二、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。
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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。
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第二节 传统手工编图存在的主要问题
编图问题涉及面广、制约因素复杂、技术难度大，因此 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；
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的理论与方法
主讲：彭其渊 教授/博导 E-mail:qiyuan-peng@263.net
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第一部分
列车运行图的理论与方法
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第一章
第一节 第二节 第三节 第四节
概
述
列车运行图的作用 传统手工编图存在的主要问题 计算机编制列车运行图的特点 国内外研究现状综述
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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。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，在哈尔滨至安达间单线货物列车运行图。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。
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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，确定任意的列车运行位臵及行车速度；第二部分为逻辑 进路程序，用于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。 过模拟列车的运行过程，确定最佳的信号配臵方案及闭 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。
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三、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。
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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。采用的基础算法主要为模拟人工方法， 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。
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第四节 国内外研究现状综述
一、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。 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。
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第三节
计算机编制列车运行图的特点
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；
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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。
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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。
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第一节
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臵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。
60年代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。经过多年的研究，铁科院于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，软件实现了许多功能， 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，实现了 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功能。
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开发的此系统在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。
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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。
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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。
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（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臵和设备能力的协调，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。
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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，大 大的减少了编图的工作量。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，利用启发式手段 （HEURISTIC），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。
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兰州铁道学院在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。
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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。
总之，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 装臵的不断更新，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。