我国高速铁路列车运行图采用模式的分析
高速铁路列车运行图结构优化研究
高速铁路列车运行图结构优化研究张小炳;倪少权;潘金山【摘要】为提高高速铁路列车运行图的通过能力,通过紧凑铺画列车运行图,合理安排列车运行线顺序,优化了列车运行图结构;将列车运行图结构优化问题转化为旅行商问题,以巡回路径总费用最小化为目标建立0-1整数规划模型,并利用遗传算法求解.用2015年京沪高速铁路数据进行实例验证,求得列车运行图结构的优化方案.计算结果表明:原方案开行39列列车最少需628 min,优化方案的开行时间比原方案的开行时间减少了133 min,约21.2％,能更好地满足客流高峰时段或突发性客流激增时需尽快密集发车的要求.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2016(051)005【总页数】6页(P938-943)【关键词】铁路运输;列车运行图;遗传算法;高速铁路;通过能力;旅行商问题【作者】张小炳;倪少权;潘金山【作者单位】西南交通大学交通运输与物流学院,四川成都610031;全国铁路列车运行图编制研发培训中心,四川成都610031;西南交通大学交通运输与物流学院,四川成都610031;全国铁路列车运行图编制研发培训中心,四川成都610031;西南交通大学交通运输与物流学院,四川成都610031;全国铁路列车运行图编制研发培训中心,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U292.41我国高速铁路网正在大规模和高速度建设中，截至2014年底，总营业里程已经超过1.6万km.高速铁路运营组织是高速铁路安全平稳运行、满足旅客需求、确保铁路经济效益和社会效益的重要保障，高速铁路列车运行图是运营组织工作的基础. 国内外学者对列车运行图编制做了大量的研究，建立了丰富的数学理论和计算方法，这些成果对编制高速铁路列车运行图具有重大的借鉴意义.文献［1-8］对既有铁路单线、双线和网状线路的列车运行图进行了深入的研究；文献［9］系统地研究了基于网状线路的京沪高速铁路列车运行图编制理论，设计了高中速列车分层始发区域滚动铺画算法对运行图数学模型进行求解；文献［10］提出基于不同种类列车运行图铺划的分层叠加数学模型，设计了改进型遗传算法对其进行求解；文献［11-12］对周期性列车运行图进行优化，通过铺画某线路的周期性列车运行图验证了模型的可行性；文献［13-14］在考虑旅客列车始发时间域和维修天窗的基础上，建立了客运专线列车运行图优化模型，设计了基于定序优化的客运专线列车运行图铺画方法，并基于旅客列车开行方案和列车运行图的换乘网络进行客流分配，将旅客列车开行方案和列车运行图相结合进行了优化.在既定高速铁路停站方案的前提下，列车运行图结构在很大程度上影响铁路的通过能力.紧凑铺画列车运行图，合理布线进而优化其结构，可以提高铁路通过能力，有利于满足客流高峰时段或突发性客流激增情况下尽快密集发车的需求.本文将高速铁路列车运行图的结构优化问题转化为旅行商问题（traveling salesman problem，TSP），建立数学模型并用遗传算法［15］求解.以京沪高速铁路为实例，编制出优化的列车运行图方案.设高速铁路某线路上的车站集为1，2，…，n｝，Sj为上行方向（或下行方向）列车从线路区段始发站到终到站依次经过的车站，n为线路上的车站总数.线路上的列车集为i=1，2，…，m｝，线路上的列车总数为m.对于列车Ti在车站Sj只有停与不停两种情况，用0-1变量xij描述，｛xi1，xi2，…，xin｝表示列车Ti的停站序列.tj表示高速列车在站Sj的停站时分，tZC表示不停站直达列车的旅行时分，tQF表示起车附加时分，tTF表示停车附加时分.定义1 对任意两列车Ti1和Ti2，当Ti2为Ti1的紧后行列车时，找不到比Δti1i2更小的始发站发车间隔时间，使得这两列车在任意车站均满足相应的车站间隔时间，称Δti1i2为列车Ti1和Ti2的最小始发间隔时间.根据高速铁路已定的停站方案，由列车运行标尺、起车和停车附加时分、停站时分等已知参数，可以计算出任意两列车Ti1和Ti2的最小始发间隔时间Δti1i2，具体方法参照文献［10］.定义2 列车运行图中的任意两条相邻列车运行线在始发站的间隔时间等于这两列车的最小始发间隔时间，这种铺画方式称为紧凑铺画.根据既定的高速铁路停站方案，通过对列车进行合理排序，优化列车运行图结构，可以提高铁路通过能力.优化目标为使紧凑铺画的列车运行图中第一列列车从始发站出发至最后一列列车到达终到站之间的总间隔时间最短.将每条列车运行线视为一个节点，构造节点网络完全图.用k表示节点编号（与其对应的运行线编号）.令从节点k1指向节点k2的路径的费用等于列车Ti1和Ti2的最小始发间隔时间，那么根据定义1和定义2，整个网络完全图中所有路径的费用可以根据既定的高速铁路停站方案来确定.由于优化目标还涉及到运行线的运行时分，而这部分内容并没有在节点网络完全图中得以体现，这将导致在后续的建立模型和求解过程中陷入困境.为便于研究，增设一个虚拟节点，编号为m+ 1.令之前的m个节点到节点m+1的路径费用等于各列车运行线的运行时分，设节点m+1到其他各节点的路径费用为0，由此形成扩展的节点网络完全图.在新的节点网络完全图中，从任一节点出发，遍历所有节点1次并回到该节点，该巡回路径的拓扑结构是一个环.若将该环在节点m+1处断开并去掉节点m+1，将形成一条链，这时可以确定各节点的顺序.按照此顺序紧凑铺画各节点对应的列车运行线，所有相邻列车运行线的间隔时间与最末一条运行线的运行时分之和正好等于该巡回路线的总费用.也就是说，为了优化列车运行线顺序，使得相邻列车运行线的各间隔时间与最末一条运行线的运行时分之和最小，即在节点网络完全图中寻找总费用最小的巡回路径.由构造的节点网络完全图寻找最优巡回路径的过程如图1所示，优化结果的节点顺序为3241.紧凑铺画时列车运行图结构的优化问题可转化为经典的旅行商问题（TSP）.设G=（V，E）是带正权的完全图，V=（1，2，…，m+1），E表示完全图中所有边的集合，边（k1，k2）的费用记为Ck1k2.节点网络完全图的费用矩阵用变量λk1k2表示边（k1，k2）是否存在于总费用最小的巡回路径中，若是λk1k2=1，否则λk1k2=0.这里有一种特殊情况，若k1=k2时，取λk1k2=0，因为这样的边在节点网络完全图中并不存在.所以待求解的矩阵为了优化紧凑铺画列车运行图的结构，确定最优的列车运行线顺序，实现第一列车从始发站出发至最末列车到达终到站的间隔时间最小化的目标，巡回路径总费用最小化的TSP问题表达为式中为巡回路径子图的边的数目.式（1）和式（2）表示任一节点在巡回路径中只能出现一次，式（3）表示巡回路径必须遍历所有节点.3.1 染色体编码采用以遍历节点的次序进行编码的方法，如码串123456表示从节点1开始，依次经节点2、3、4、5和6，最后返回节点1的遍历路径，这是针对TSP问题的最自然的编码方式.3.2 适应度函数适应度函数常取路径长度Td的倒数，即f= 1/Td.结合TSP的约束条件（每个节点经过且只经过一次），适应度函数修正为f=1/（Td+αNt），式中：Nt为对TSP路径不合法的度量，这里取Nt为未遍历的节点的个数；α为惩罚系数，取值通常为节点之间最长距离dmax的两倍多，这里取2.1dmax；3.3 遗传算子（1）选择算子用适应度函数对群体中所有个体进行评估，将选择算子作用于群体，选择的目的是把优化的个体直接遗传到下一代，或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代.采用轮盘赌与精英个体保存的混合策略，选择当前种群中的最优个体直接进入下一代，剩余个体通过轮盘赌随机选择，这种方式能够在一定程度上避免算法过早收敛. （2）交叉算子采用部分匹配交叉策略：随机选择两个交叉点，将两交叉点之间的基因段互换，将互换后的基因段以外的部分中与互换后基因段中冲突的节点用另一父代相应位置的码值代替，直至没有冲突.（3）变异算子对群体中的个体，随机选择染色体中的两点，交换其码值.3.4 遗传算法求解流程具体步骤如下：（1）设定参数，种群大小为Mpop，交叉概率为Pc，变异概率为Pm，最大遗传代数为nmax.（2）按照染色体编码方式生成初始种群，当前代数n=1.（3）计算当前种群中各染色体的适应度，选择最优个体直接进入下一代，剩余个体通过轮盘赌随机选择.（4）根据给定的交叉概率Pc，对种群进行一致性交叉操作.（5）根据给定的变异概率Pm，对种群进行变异操作，更新代数n=n+1.（6）算法终止条件.若n≤nmax，转步骤（3）；否则，输出当前种群中最优染色体，并解码为列车运行图编制方案.为检验算法效果，用2015年京沪高铁为例进行验证.以全路运行图中由北京南始发上海虹桥终到的全部39列速度为300 km/h的下行列车为研究对象.tZC=276 min，tQF=2 min，tTF=3 min.全路运行图中京沪高铁在各站的停站时间如表1所示，具体停站方案如表2所示. 全路运行图中各列车的铺画顺序为：G101、G103、G105、G11、G107、G109、G111、G1、G113、G115、G117、G13、G119、G121、G15、G123、G125、G411、G127、G129、G131、G133、G135、G137、G3、G139、G141、G17、G143、G145、G19、G147、G149、G151、G21、G153、G155、G157、G159.若这些运行线紧凑铺画，总用时628 min.将表2中各列车依次编码为1至39，增加一个虚拟节点，其编号为40.设定遗传算法参数，种群大小Mpop=60，交叉概率Pc=0.4，变异概率Pm=0.05，最大遗传代数nmax=300.经300次迭代后，取当代种群中最优染色体，其编码为1-2-5-6-4-3-7-15-13-38-9-8-18-26-24-14-31-35-37-10-22-36-25-16-12-20-32-33-30-17-39-19-34-27-21-11-28-23-29-40，去除最末的虚拟节点，解码成列车运行线的铺画顺序：G1、G3、G15、G17、G13、G11、G19、G113、G109、G159、G101、G21、G119、G135、G131、G111、G145、G153、G157、G103、G127、G155、G133、G115、G107、G123、G147、G149、G143、G117、G411、G121、G151、G137、G125、G105、G139、G129、G141，总用时495 min，比现行方案缩短133 min，约21.2%，大幅度地提高了列车运行图的通过能力.本文从紧凑铺画列车运行图力求通过能力最大为出发点，建立了高速铁路列车运行图结构优化数学模型，并设计了遗传算法参数进行求解.以2015年京沪高铁为例，编制出结构更合理的列车运行图方案，得到以下主要结论：（1）通过实例计算，确定了更合理的运行线顺序.优化方案总用时比现行方案缩短了133 min，优化方案有重要的现实意义，可以较好地满足客流高峰时段或突发性客流激增时需尽快密集发车的需求.（2）以2015年京沪高铁高速列车为研究对象，是基于不存在越行情况，若不同速度的高速列车没有越行现象，本文方法同样适用.对于我国逐渐成型的高速铁路网络，条件更加复杂，列车运行图的结构还需进一步深入研究.【相关文献】［1］彭其渊，王慈光.铁路行车组织［M］.北京：中国铁道出版社，2007：266-275.［2］孙焰.单线列车运行图优化理论及计算机编制方法［D］.长沙：长沙铁道学院，1997.［3］周磊山，胡思继.计算机编制网状线路列车运行图方法研究［J］.铁道学报，1998，20（5）：15-21.ZHOU Leishan，HU work hierarchy parallel algorithm of automatic 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Journal of the China Railway Society，2001，23（1）：1-8.［7］史峰，黎新华，秦进，等.单线列车运行图铺划的时间循环迭代优化方法［J］.铁道学报，2005，27（1）：1-5.SHI Feng，LI Xinhua，QIN Jin，et al.A timing-cycle iterative optimizing method for drawing single-track railway train diagrams［J］.Journal of the China Railway Society，2005，27（1）：1-5.［8］史峰，黎新华，秦进，等.单线列车运行调整的最早冲突优化方法［J］.中国铁道科学，2005，26（1）：106-113.SHI Feng，LI Xinhua，QIN Jin，et al.The earliest conflict optimal method for train operation adjustment on single track［J］. China Railway Science， 2005，26（1）：106-113.［9］马建军.基于网状线路的京沪高速铁路列车运行图编制理论的研究［D］.北京：北方交通大学，2002.［10］许红，马建军，龙建成.客运专线列车运行图编制模型及计算方法研究［J］.铁道学报.2007，29（2）：1-7.XU Hong，MA Jianjun，LONG Jiancheng.Research on the model and algorithm of the train working diagram of dedicated Passenger line［J］.Journal of the China Railway Society，2007，29（2）：1-7.［11］谢美全，聂磊.周期性列车运行图优化模型研究［J］.铁道学报，2009，31（4）：7-13.XIE Meiquan，NIE Lei. 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列车图运行图知识讲解
图1-21追踪运行图
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3、列车运行图的基本要素
根据列车运行图的特殊性，可以将列车运行图分为不同的种类。而列车 运行图的共性，则是组成列车运行图的各项基本的要素。
这些要素的实质就是把列车的运行过程中按空间或时间上衔接的特征划 分为若干单项作业。在编制列车运行图之前，我们首先要确定这些基本 要素。
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图1-13一分格运行图
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图1-14 二分格运行图
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图1-15 十分格运行图
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图1-16 小时格运行
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2.4 列车运行图的分类
根据线路的技术设备、列车运行速度、上下行的列车数量、列车的运 行方式的不同，列车运行图可以分为不同的类型。 1. 按区间正线数目的不同分类； 2. 按列车的运行速度不同分类； 3. 按上下行列车数量不同分类； 4. 按列车运行方式不同分类；
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2.4.1按区间正线数目不同分类
1. 单线运行图（如下图所示）。在单线区段上，上下行方向的列车都 在同一正线上运行，两个方向的列车必须在车站进行交会。单线运 行图多数在运量不大的市郊轨道交通运用。
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2.4.1按区间正线数目不同分类
2. 双线运行图（下图所示）。在双线区段上，上下行方向 的列车分别在各自的正线上运行，两个方向的列车运行 互不干扰。绝大多数地铁、轻轨都采用此种类型的运行 图。
3.1 时间要素
3.1.4 列车出入停车场的作业时间 指列车从车辆停车场到达与其衔接的车站正线或返回的作业时间，可 以采用查标的方式确定。
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3.2 数量要素
高速铁路运输组织模式
结论： 世界各国高速铁路选择客流组织和运输组织模式 时考虑的影响因素： 首先是最大限度满足旅客客运需要 其次是各国铁路路网的关系和运营情况。
二、 我国客运专线的类型及其技术经济特征
客运专线的概念：
铁路线路中，专门运输旅客的线路称之为客 运专线，这是相对于不仅运输旅客，又运输货物 的客货混跑线路来说的。其特征是速度高，旅客 输送能力大，技术含量高。铁路《中长期路网规 划》已明确规划我国客运专线网包括“四纵四横” 快速客运通道和三个城际快速客运系统。
方案④：优点为跨线列车在客运专线上以较高速度运行，在 既有线上以线路的限制速度运行，跨线客流不必换乘就可以 乘坐高速客车，既改善了旅客旅行条件，又吸引了较多的高 速客流。目前，发达国家一般都采用这一运输组织模式，并 取得了良好的经济效益。按该方案实施，可以解决既有线能 力严重不足的问题，同时也能有效提高客运专线的经济效益 和社会效益。但是，采用该方案高速列车在既有线上是以线 路的限制速度运行的，使得高速动车组的周转时间大大延长， 增加了高速动车组的需要量。同时，高速动车组在既有线运 行，由于既有线的线路条件对高速车底的磨损将大于客运专 线，其运营成本将增大。特别是在客运专线修建的初期和近 期，由于客运专线里程较短，跨线列车在既有线上的运行距 离将远远大于在客运专线上的运行距离，采用这一方案，其 经济合理性有待进一步论证。
高速铁路列车运行数据分析与优化方法研究
高速铁路列车运行数据分析与优化方法研究概述：随着交通网络的发展和人们需求的增长，高速铁路作为一种快速、高效的交通工具，得到了广泛的应用。
为了保障高速铁路列车运行的安全、准确和高效，运行数据的分析与优化变得尤为重要。
本文将介绍高速铁路列车运行数据的分析与优化方法的研究。
一、高速铁路列车运行数据分析1. 数据收集与预处理高速铁路列车运行数据的收集包括了行车速度、牵引力、制动力、轨道状态等多个方面的信息。
数据预处理主要是对原始数据进行筛选、修正、校准等操作，以保证数据的准确性和可靠性。
2. 运行数据的统计分析统计分析是为了对运行数据进行整体的描述与概括。
常用的统计分析方法包括平均值、方差、频率分布等。
通过对运行数据的统计分析，可以了解列车运行的平均速度、行车间隔、运行时间等信息。
3. 数据的时空分析时空分析是为了揭示列车运行数据的时空分布特征，以及其中的规律性。
时空分析方法包括轨迹分析、时态分析、空间分析等。
通过时空分析，可以揭示列车在不同时间和空间范围内的运行特点和变化趋势。
4. 数据挖掘与模式识别数据挖掘和模式识别是对大量的列车运行数据进行智能化的分析和处理。
通过数据挖掘和模式识别的方法，可以发现数据中隐藏的规律、趋势、异常等信息，以支持后续的优化决策。
二、高速铁路列车运行数据优化方法研究1. 运行时刻表优化运行时刻表是列车行车的时间安排和列车之间的间隔时间。
通过优化运行时刻表，可以实现列车之间的最大限度的利用和资源的最优配置，以提高运行效率和服务质量。
2. 路网优化与资源调度高速铁路的路网优化包括线路选择、轨道布局、停车站位置等方面的优化。
资源调度是指对高速铁路的车辆、设备、人员等资源进行合理的调度和管理，以保证列车运行的顺利进行。
3. 运行控制与信号优化运行控制与信号优化是为了更好地控制和调度列车运行。
通过优化信号系统和列车之间的通信，可以实现列车运行的快速、准确和安全。
4. 能源消耗优化能源消耗的优化是为了降低列车运行中能源的消耗。
列车运行图与区间通过能力—列车运行图的格式与分类(铁路行车组织)
列车运行图格式
（二）列车运行图格式
列车运行图是利用坐标原理来表示列车运行的时 间与空间关系的图解形式 。
时分线
站名线
列车 运行线
列车运行图格式
（三）列车运行图概述
以上这种用横竖斜三种线分别代表车站时间和列车运行 的图表就构成了列车运行图的基本框架。
8-1-1 列车运行图格式
列车运行图格式
（一）列车运行图分类
①时分线：以垂直线等分横轴表示时间,按每一等份表示 的时间不同，运行图分为二分格运行图，十线：将纵轴按一定比例用横线加以划分,每横线表 示一个车站的中心线，大站或有技术站作业的中间站用粗线 表示，小站用细线表示;
在一张既有旅客列车又有货物列车，既有快车又有慢车 的运行图上，为了区分不同种类的列车，规定各种列车用不 同符号和不同颜色表示。
高速铁路列车运行图优化研究
高速铁路列车运行图优化研究随着科技的不断进步和交通出行需求的增长，高速铁路已成为现代交通网络中必不可少的一部分。
然而，随着高铁线路的不断扩建，如何更好地优化高速铁路列车的运行图，提高运行效率，成为了一个重要的研究课题。
本文将对高速铁路列车运行图优化进行探讨。
首先，为了进行高速铁路列车运行图的优化，我们需要考虑一系列因素。
其中最重要的因素包括列车线路长度和设计速度，站点分布和数量，车辆运行能力和车次密度，以及最大运行速度。
通过综合分析这些因素，我们可以建立数学模型来优化运行图。
其次，高速铁路列车的运行图优化需要考虑运行时间和列车间隔的平衡。
运行时间是指列车从起始站到终点站所需的时间，而列车间隔则是指相邻列车之间的时间间隔。
优化运行图要求在保证列车运行时间的同时，最大化列车运行效率，减小列车间隔，以满足不断增长的交通需求。
进一步，为了实现高速铁路列车运行图的优化，在制定运行图时还需要考虑到高铁列车的不同类型和运行特点。
例如，有些列车可能拥有更高的最大运行速度，而有些列车可能需要较多的停靠站点。
同时，还需要考虑到高铁列车的开口时间和关市时间，以避免拥堵和混乱。
此外，高速铁路列车的运行图优化还需要综合考虑乘客出行需求和列车运行安全。
通过掌握大数据分析，我们可以了解不同时间段和不同线路的客流情况，并根据需求调整列车运行图。
同时，还需要考虑列车的安全运行，包括避免列车之间的碰撞、保证列车信号的准确性和稳定性等方面。
最后，高速铁路列车运行图的优化还需要与相关领域的研究相结合。
例如，与列车信号优化和线路布局优化等相关的研究，以实现高速铁路列车的安全和高效运行。
总之，高速铁路列车运行图优化是一个复杂而重要的研究课题，需要综合考虑多种因素。
通过建立数学模型和分析实际数据，可以优化高速铁路列车的运行图，提高运行效率和乘客出行体验。
我们相信，在未来的发展中，高速铁路列车运行图优化的研究将继续深入，为人们出行提供更加便捷的选择。
高速铁路列车运行图优化设计模型研究
高速铁路列车运行图优化设计模型研究高速铁路系统已经成为现代化交通运输的重要组成部分。
为了提高列车运行的效率和服务质量，通过对运行图进行优化设计是一项重要的研究课题。
本文将针对高速铁路列车运行图的优化设计模型展开讨论，探讨如何通过合理的设计模型来提高列车运行图的效率和安全性。
一、高速铁路列车运行图的特点高速铁路列车运行图的特点主要包括运行时间、列车间隔以及车站停靠时间。
为了保证列车系统的高效运转，需要优化运行图设计，使得列车间隔最小化，运行时间最短化，并在保证安全和舒适的前提下，合理控制车站停靠时间。
二、高速铁路列车运行图优化的目标和约束在进行高速铁路列车运行图设计时，需要考虑以下的目标和约束因素：1. 运行时间最小化：避免列车之间相互影响，减少运行时间，提高列车的运输能力。
2. 乘客等待时间最小化：合理安排列车的发车时间和车站的停靠时间，减少乘客等待时间。
3. 列车之间的间隔最小化：通过控制列车出发和到达时间，调整列车之间的间隔，以确保运行的平稳性和安全性。
4. 车站停靠时间的控制：根据客流量和列车类型，合理安排车站停靠时间，以保证列车的正常运行和乘客的舒适出行。
5. 车站设备的限制：根据车站的设备条件和运行能力，将列车的停靠时间限制在合理范围内。
6. 车站之间的时分制约：考虑到车站之间的距离，车站停靠时间需要合理分配，避免造成拥堵。
三、高速铁路列车运行图优化设计模型为了实现高速铁路列车运行图的优化，可以采用数学建模的方法，建立相应的优化设计模型。
以下为可能的设计模型：1. 基于整数规划的模型：通过变量设定和约束公式，以最小化目标函数为目标，通过整数规划的方法来求解最优的列车运行图。
该模型可以考虑列车运行时间、列车间隔和车站停靠时间等因素。
2. 基于图论的模型：将高速铁路列车运行图视为一个图，节点表示车站，边表示列车行驶的路径，通过建立合适的图模型，来求解最优的列车运行图。
该模型可以考虑列车间隔和车站安排等因素。
高速铁路列车运行图优化配置的研究与实践
高速铁路列车运行图优化配置的研究与实践一、引言高速铁路交通系统作为现代交通运输的重要组成部分，具有运行速度快、运载能力大、便捷舒适等优势。
然而，在高速铁路列车运行中，由于列车数量众多、运行线路错综复杂，以及人流、货物流的不断变化，列车运行图的优化配置显得尤为重要。
本文旨在对高速铁路列车运行图优化配置进行研究与实践，从列车编组、线路分配、资源调度等方面分析，并提出相应的解决方案，以期实现高速铁路运输系统的高效、安全、稳定运行。
二、列车编组优化配置1.列车编组的概念和作用列车编组是指根据列车运行需要，将车辆按照一定的顺序、数量和类型进行组合的过程。
合理的列车编组可以提高列车运行的效率，减少能耗，降低运营成本。
2.列车编组的影响因素（1）旅客需求：根据不同时间段、不同线路的旅客需求情况，确定列车编组的座位数量和等级划分。
（2）列车类型：根据不同线路的运行速度、运行距离等要素，选择合适的列车类型进行编组。
（3）运力分配：根据线路的客流量和需求预测，合理分配各列车的运力，避免资源浪费和拥堵。
3.列车编组优化配置的方法（1）建立列车编组模型：根据线路运行特点和需求，建立数学模型，考虑座位数量、车型、乘客流量等因素，进行最优编组计算。
（2）运用优化算法：采用遗传算法、模拟退火算法等优化算法，通过迭代计算，求解最优的列车编组方案。
（3）考虑实际情况：在优化编组时，考虑车辆调度、维修保养、停靠站点等实际问题，确保编组方案的可行性和有效性。
三、线路分配优化配置1.线路分配的概念和重要性线路分配是指将不同线路的列车按照一定的规则分配到不同的轨道上行驶的过程。
合理的线路分配可以最大限度地减少列车之间的冲突，提高运行效率，确保列车安全运行。
2.线路分配的影响因素（1）线路容量：根据不同线路的运行能力，确定可容纳的列车数量和运行速度。
（2）列车峰值时刻：根据列车峰值时刻分配不同线路，避免拥堵和延误。
（3）运行距离：根据列车的运行距离和速度，确定最适宜的线路安排。
列车运行图全面详解
简介铁路列车运行图（以下简称列车运行图）是用以表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件，它规定各车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）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交路、列车重量和长度等，是全路组织列车运行的基础。
列车运行图是列车运行时刻表的图解，规定各次列车按一定的时刻在区间内运行及在车站到、发和通过。
列车运行图是列车运行的时间与空间关系的图解，它表示列车在各区间运行及在各车站停车或通过状态的二维线条图。
1837年法国铁路部门首次采用了列车运行图，以后其他国家也先后采用。
20世纪60年代初期以来，一些国家相继研究利用电子计算机编制列车运行图。
中国铁路于1965年开始进行研究。
研究方法大体上有模拟人工的方法和人机对话的方法。
如日本国有铁路主要采用人机对话的方法。
根据列车运行图是运用坐标原理描述列车运行时间、空间关系，表示列车在铁路各区间运行时间及在各车站停车和通过时间的线条图。
横坐标表示时间，纵坐标表示各分界点（车站），如甲、乙、丙、丁。
斜线表示列车，斜线上的数字表示车次。
列车运行图按时间坐标，根据不同用途，可分为2分格运行图（即垂直线每格表示2分钟）、10分格运行图、小时格运行图。
按列车运行图的特点可分为平行运行图和非平行运行图，以及单线运行图、双线运行图、单双线运行图，成对运行图和不成对运行图，连发运行图和追踪运行图。
背景列车运行图是根据国民经济发展的需要和铁路运输能力的情况而编制的。
它体现着铁路工作的各种质量指标和数量指标。
在编制运行图时充分考虑人民铁路为人民服务的方针，如安排列车运行线时，首先考虑旅客列车，并尽量安排开往大城市的客车在白天到达，在下午或夜间发车。
与此同时，安排好货物列车的运行线。
列车运行图规定了列车占用区间的次序，列车在每一个车站出发、到达或通过的时间，在区间的运行时分，在车站的停车时分以及列车的重量和长度等。
高速铁路动车组运行图优化设计
高速铁路动车组运行图优化设计一、引言在现代社会中，高速铁路动车组作为一种高效、快速、安全的交通工具，已经成为人们出行的首选。
然而，随着动车组的运行网络不断扩大和运行密度的增加，如何优化动车组的运行图成为了一个重要问题。
本文将针对高速铁路动车组运行图优化设计展开深入研究，并提出一种有效的优化方法。
二、问题分析1. 动车组运行图优化设计的意义随着动车组运营里程和开通线路数量不断增加，如何合理安排和调度动车组成为了一个重要问题。
合理的运行图能够提高列车正点率、减少能耗和减少列车之间的冲突，从而提升整个铁路系统效率。
2. 动车组运行图优化设计存在的挑战在实际应用中，动车组运行图优化设计面临着许多挑战。
首先是线路资源有限，在有限资源下如何合理分配给各个列次是一个复杂且具有挑战性的问题。
其次是列次之间存在冲突，在调度过程中需要解决各种复杂冲突关系。
三、相关研究综述1. 动车组运行图优化设计方法目前，国内外学者已经提出了许多动车组运行图优化设计方法。
其中，基于遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法等智能优化算法的方法被广泛应用。
此外，还有一些基于图论、动态规划等数学模型的方法。
2. 动车组运行图优化设计应用案例许多国内外城市已经应用了动车组运行图优化设计技术。
例如，中国铁路总公司在京沪高铁上进行了动车组运行图的优化设计，取得了显著的效果。
国外如德国、日本等高铁发达国家也在不断进行相关研究和实践。
四、动车组运行图优化设计模型1. 问题描述动车组运行图优化问题可以描述为一个多目标规划问题。
目标包括最小化列次延误时间、最小化能耗和最小化列次之间的冲突。
2. 模型建立为了解决这个多目标规划问题，可以建立一个混合整数线性规划模型。
通过引入时间窗口约束和列次间隔约束等约束条件，将问题转换为一个整数线性规划问题。
五、动车组运行图优化设计算法1. 算法设计本文提出了一种基于遗传算法的动车组运行图优化设计算法。
该算法通过遗传算子的选择、交叉和变异操作，不断优化动车组的运行图。
高铁系统中的列车运行图优化问题研究
高铁系统中的列车运行图优化问题研究摘要随着高铁的快速发展，列车运行图优化问题变得日益重要。
优化列车运行图可以提高高铁系统的效率，并提供更好的出行体验。
然而，由于高铁系统规模庞大、复杂度高，因此需要研究者针对列车运行图优化问题进行深入且全面的研究。
本文综述了当前高铁系统中的列车运行图优化问题的研究现状、方法和挑战，并提出了未来研究的方向。
引言随着城市化和交通需求的增加，高铁系统成为现代交通网络中不可或缺的一部分。
列车运行图优化是高铁系统运营中的重要问题之一。
优化列车运行图旨在最大化列车运行效率，减少列车之间的碰撞和延误，提供更好的乘客体验。
列车运行图的优化涉及到列车的排班、停靠站选择、速度控制等方面的问题。
相关研究目前，学者们已经进行了一些关于列车运行图优化问题的研究。
其中，最常见的方法是建立数学模型，利用运筹学和优化算法等技术进行求解。
在数学模型中，列车运行图被表示为一个图，顶点表示站点，边表示列车的运行路径。
研究者们通过调整列车到达和离开的时间来优化列车运行图，以实现最小的延误和最大的效率。
挑战和问题尽管已经有一些关于列车运行图优化问题的研究，但仍然存在一些挑战和问题需要解决。
首先，高铁系统规模庞大，复杂度高，涉及到多个车次和站点，因此需要考虑到各种因素如交通流量、列车速度等。
其次，高铁系统的运行往往受到外界因素的影响，如天气、乘客需求等，这些因素需要考虑进来以保证列车运行图的优化性。
此外，列车之间的协调也是一个重要问题，因为列车之间的冲突可能会导致延误和碰撞。
未来研究方向为了解决列车运行图优化问题，有必要进一步扩展和深入研究。
首先，可以考虑设计一种新的数学模型，使其能够更好地描述和解决高铁系统中的列车运行图优化问题。
其次，可以利用人工智能和机器学习等技术，通过分析大量的历史数据来优化列车运行图。
另外，可以探索更多的调度策略，例如动态调度策略，以应对各种不确定因素。
此外，优化列车运行图还可以与其他问题如乘客座位分配、票价优化等相结合。
高速铁路列车运行图结构特征分析
高速铁路 列车运行图结构特征分析
占 勇 ， 马 驷
（ 西南交通大学 交通运输 与物流学 院 ， 四川 Ｉ成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘要 ： 以现 有 的高速铁 路 列 车运行 图 资料 为 基础 ， 通 过 对京 沪线、 武广 线 两条 长 大干 线和 京
津、 沪 宁、 沪杭 三条城 际客 专 的列 车运行 图结构特 征及 其 在 时 间轴 上 的分 布进 行 统计 分析 ， 说明 列车 的速度 等级 、 停 站情 况 、 Ａ、 Ｂ类 列车 的开行 比例 以及 旅 客 列 车在 时 间轴上 的 分布 特征 ， 分析
作者简介 ： 占勇
男
１ ９ ８ ５年 出生
硕 士研究生
１ ０ ２
石家庄铁道大学学报（ 自 然科学版）
第２ ６卷
服 务频率 与时 间段相 关 ， 晚高峰期 间 中间站服 务频 率 比其 他时段 较高 。
表 １ 列 车 的 种 类及 数 量
１ ． ３ 列车的停 站率
城 际客专 与长大 干线 上的旅 客列车 的停 站 率 有较 大 差 别 。沪杭 、 沪宁、 京 津 ３条 客专 上 的平 均 停 站 率分 别为 １ ２ ． ８ ％、 ２ ３ ． １ ％、 ５ ％， 武广 和京 沪 的平 均停 站率 为 ３ ７ ． ７ ％、 ２ ６ ． ２ ％， 只有 京津 和 沪杭 两 条线 上 的 停 站率低 于 ２ ０ ％， 其 他 ３条线上 均高 于 ２ ０ ％， 而 且停站 率 随着 运行距 离 的增加 而增加 。
第２ ６ 卷 第２ 期
石 家庄铁 道 大 学 学报 （自然科 学版 ）
ｖ 。 １ ． ２ ６ Ｎ 。 ． ２
２ ０ １ ３ 年６ 月 Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｓ Ｈ Ｉ Ｊ Ｉ Ａ Ｚ Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｔ Ｉ Ｅ Ｄ Ａ Ｏ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ （ Ｎ Ａ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ） Ｊ ｎ ． ２ ０ １ ３
高速铁路列车运行图优化与调整研究
高速铁路列车运行图优化与调整研究高速铁路列车运行图优化与调整研究旨在提高高速铁路列车的运行效率和乘客的出行体验，通过合理规划列车的发车时间、车次间隔和车次编组，以最大程度地减少列车之间的冲突和保证列车的运行安全性。
一、研究背景随着经济的快速发展和交通需求的增长，高速铁路作为一种高效、快速、安全的交通方式得到了广泛的应用和推广。
然而，随着高速铁路的发展，列车的数量和频率也不断增加，给列车运行图的优化和调整带来了一定的挑战。
因此，研究高速铁路列车运行图的优化与调整，可以提高列车运行的效率和乘客的出行体验。
二、运行图优化的方法1.数据收集与分析首先，需要收集高速铁路列车的运行数据，包括列车数量、车次间隔、车次编组等。
然后，对收集到的数据进行统计和分析，以了解当前列车运行图存在的问题和优化的空间。
2.列车运行图规划模型在优化高速铁路列车运行图时，可以采用数学规划模型进行建模。
该模型以最小化列车之间的冲突和最大化列车的出发和到达时间为目标函数，并考虑列车的运行速度、站点停靠时间、换乘需求等因素进行约束。
3.优化算法的应用为了求解列车运行图规划模型，可以采用优化算法进行求解。
常见的优化算法包括线性规划、整数规划、遗传算法等。
根据具体情况选择适用的算法，对列车运行图进行优化调整。
三、运行图调整的策略1.高峰期运行图调整根据客流高峰期的需求，可以适当增加列车数量，并缩短车次间隔。
通过加密高峰期列车的运行密度，可以提高高峰期列车的运力和运行效率。
2.换乘站点的优化在高速铁路线路中，存在一些换乘站点，乘客需要在该站点进行换乘。
为了减少乘客的换乘时间，可以合理安排换乘站点列车的运行时间，确保乘客的换乘流畅和列车运行的效率。
3.调整列车的运行速度列车的运行速度直接影响列车的运行时间和效率。
通过对列车的运行速度进行调整，可以在不影响安全性的前提下，减少列车的运行时间和提高列车的运行效率。
四、优化与调整的效果评估在进行高速铁路列车运行图的优化和调整后，需要对优化方案的效果进行评估。
全国铁路实行新列车运行图
全国铁路实行新列车运行图最近，全国铁路正式实行了新的列车运行图。
这个新的运行图具有很多优势和改进，将极大地提高旅客出行的效率和体验。
下面，本文将就新的列车运行图进行介绍，从而让读者更好地了解这个变化。
新列车运行图主要有三个特点：优化列车时刻、提高列车速度和加强线路网络。
首先，通过优化列车时刻，新的运行图可以使得列车到站、发车和停车时间更加精确和规律，减少了旅客等候的时间和不确定性。
此外，优化列车时刻还可以让列车更加平均地分布在各个时间段内，避免了高峰期拥堵和低谷期负荷不足等问题。
其次，新的列车运行图提高了列车速度，旅客可以更快地到达目的地。
这是通过提升车辆的速度、优化线路和改进交通管制等多种方法来实现的。
以高铁为例，新运行图中实现了300公里/小时以上的最高时速，更高的时速意味着更短的行驶时间和更快的到达速度，方便了旅客的出行。
最后，新的列车运行图加强了线路网络的覆盖，使得全国的地区和城市更加紧密和联通。
这是通过新的高速铁路和地铁线路的
建设以及既有线的改造和升级来实现的。
例如，在新的运行图中，新增了人民铁道线路，这条线路连通北京、天津和河北，可以更
好地服务于人民所在地区的旅客。
综上所述，新的列车运行图具有很多优点和改进，将为旅客提
供更好的出行体验。
不过，新的运行图也需要相关部门和铁路工
作人员的积极配合和努力，才能真正实现旅客的需求和服务。
因此，希望全国铁路能够不断改进和完善自身，为旅客提供更加高效、舒适和安全的服务。
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文章编号:1001-8360(2000)01-0092-06我国高速铁路列车运行图采用模式的分析时 颢(铁道部科学研究院运输及经济研究所,北京100081)摘 要:分析了我国高速铁路列车运行图与既有铁路列车运行图的主要区别,提出并论述了在高速铁路列车运行图编制中如何满足旅客运输市场需求、合理利用通过能力以及便利列车运行调整的几个关键问题;借鉴国外高速铁路列车运行图编制思想,研究了我国高、中速列车共线运行的具体实现形式,综合分析后提出了高速铁路运行图初期采用集中-均衡模式,远期采用合理负荷下的规格化饱和运行图模式的论点,并对这种模式下高速铁路的通过能力进行试算,提出了高速铁路沿线车站设置的原则。
关键词:列车运行图;高速铁路;运输市场;通过能力;列车运行调整;规格化饱和运行图中图分类号:U292.41 文献标识码:AAnalysis on rational applied modes of high-speedtrain diagram in our countrySHI Hao(T ransportation&Economics Institute,China Academy of Rail w ay Sciences,Beijing100081,China)Abstract:This paper analy ses the main differences betw een the ex isting train diag ram and the high-speed train diag ram.It advances and discusses several important questions on how to satisfy the needs of passenger transport market,how to take advantage of carrying capacity reasonably and facilitate the train operation adjustm ent during designing the train diag ram.Referring to design ideas of high-speed train diag ram from foreign country,it studies the concrete realization of m ix ed running involving high and medium speed trains.Base on synthetically analy sis,it advances that the high-speed train diagrams apply concentrated-regular m ode in the early stages after the high-speed railway is constructed,w hile apply regular saturated mode under rational loading in a specified future date.It also makes preliminary calculation of carrying capacity of high-speed railw ay in this m ode,and bring up the principle for station-layout along high-speed railw ay.Keywords:train diagram;high-speed railw ay;transport m arket;carry ing capacity;train operation adjustment; regular saturated train operating prog ram 我国开展高速铁路研究以来,高速铁路的运输组织问题作为高速铁路建设论证的重要组成部分,得到了深入和发展,特别是在高速铁路建设的必要性与可行性的论证中对其发展模式进行了比较详细的论述,并取得基本共识。
之后,许多专家学者围绕着运输组织相关技术问题又进行了长期而深入的研究,提出了我国高速铁路运输组织的若干设想,但是,到目前为止,许多问题研究的深度距离实际运营的要求相差依旧很收稿日期:1999-04-27;修回日期:1999-08-02基金项目:国家“九五”科技攻关项目(95-411-03-02)作者简介:时 颢(1965—),男,河北沧州人,副研究员远,其中,高速铁路列车运行图的编制就是一个非常重要且急需深化的问题。
高速铁路列车运行图是高速铁路运输组织的核心,在市场经济条件下,如何合理组织列车运行,以稳定、可靠的列车运行计划最大限度的满足旅客需求是实现高速铁路经济效益和社会效益的关键。
因此,运行图中采用的行车方式,可简称运行图采用模式,直接影响着高速铁路的运用效率和经营效果。
本文结合几年来对京沪高速铁路运输组织问题的研究[1,2,5],从分析我国高速铁路运行图的特点入手,提出了有关高速铁路运行图编制的一些设想。
第22卷第1期铁 道 学 报V ol.22 No.1 2000年2月JOU RN A L OF T HE CHIN A RA IL WA Y SOCIET Y February20001 我国高速铁路运行图与既有铁路运行图的主要不同 几十年来围绕着挖潜扩能,我们在运行图的编制和运用上积累了丰富的经验,但以此来理解高速铁路运行图是远远不够的,因为两者存在着根本的不同。
主要差别体现在以下3个方面。
(1)运行图中的列车种类及等级关系不同既有铁路运行图中铺画的是客、货列车,旅客列车的速度和行车等级高于货物列车,在运行调整时货物列车让路于旅客列车。
高速列车运行图中尽管有高速列车和中速列车,且高速列车速度高于中速列车,但它们均是旅客列车,车上旅客对列车的正点运行均有较高要求,因此,在运行调整时同等重要。
(2)运行图的编制方法不同既有铁路运行图中旅客列车具有绝对的优先权,货物列车发车时间在编制运行图时可以随机安排。
按照现行列车运行图编制办法,大致的编制程序是:铁道部首先安排跨局的直通旅客列车,之后安排局管内旅客列车,最后各路局(分局)按区段铺画货物列车。
另外,由于货物列车(除快运货物列车和部分直达列车外)是在技术站产生和消失,因此,最后用于指挥运输生产的运行图所铺画的区段长度一般在150km左右,区段内(除了与大枢纽衔接区段)多数情况下开行的是区段全程列车。
高速铁路运行图与既有铁路在这一点上有很大不同,按照1997年的统计数字,铁路旅客平均行程达到386km,旅客列车平均运行距离达到550km左右,可见,我国旅客列车的运行距离较长,高速铁路上旅客列车的运行速度更高,运行覆盖里程将会更长。
再有,旅客列车的始发终到时间在高速线上有一定的限制范围,且来自全国各地的中速列车在高速沿线不同的地点、时间上下高速线,其在高速线上的始发、终到点最好显示在同一张图上,因此,高速铁路运行图所铺画的线路比较长,甚至超过1000km。
基于综合考虑,在体现高速列车和中速列车同等重视程度的前提下,高速铁路运行图合理的铺画顺序应是:首先铺画长途高速列车,这是高速铁路运行图的基本骨架,之后铺画长途的跨线中速列车,这是兼顾中速列车“合法权益”,最后铺画短程的高速列车和跨线中速列车,同时,对先铺画的长途中速列车进行适当调整。
(3)综合维修天窗开设及使用方式不同受旅客出行时间影响,高速铁路运行图上会形成较长的“行车空闲”时间带,目前既有铁路一般没有,特别是非电气化铁路。
旅客列车的始发和终到时间要适应旅客作息时间规律和城镇公交运输状况,因此,旅客列车的最早始发时间不宜早于6点,最晚终到时间不宜晚于24点。
这在运行图上形成了约6个小时的旅客非出行(上下车)时间带,如图1。
对于既有铁路运行图来说,虽然也存图1 旅客出行合理时间范围在这样的时间带,但其可被利用的机会比较多,主要原因有:¹我国幅员辽阔,既有铁路已经成网,旅客列车来自全国四面八方,尽管旅客列车的始发、终到时间要符合旅客的出行规律,但运行至其它区段很可能是在该区段的旅客非出行时间带内。
º旅客列车的旅行速度较低,许多旅客列车的旅行时间超过8h,旅客可以在列车上度过一个完整的夜晚。
为满足这些旅客的旅行需要,既有铁路开行了夕发朝至列车。
»既有铁路运行着货物列车,编制运行图时货物列车的运行时间可以在一天24h内自由选择。
高速列车的最高运行速度可以达到250～300km/h,平均旅行速度可达到220～260km/h,照此计算,若要求高速列车旅行时间达到8h以上(与旅客夜间休息时间相当),高速铁路应长于1760km。
对于长度小于1760km的高速铁路,高速列车不宜夜间行驶。
我国拟建的京沪高速铁路长度约1300km,因此,旅客非出行时间范围也就形成了高速列车的“空闲”时间带。
但所谓的“空闲”并非该时间带内不运行其它旅客列车,对于来自全国各地有条件的跨线中速列车还将在该时间带内运行。
从线路、供电系统等的维修标准来看,高速铁路的维修养护标准高于既有铁路,日常维修所需要的时间也较长。
我国电气化铁路的维修天窗时间一般在90 min左右,采用大型养路机械区段维修天窗时间一般也不超过3h。
而高速铁路维修天窗根据国外经验需要5h。
基于上述因素,既有铁路维修天窗的设置可采用矩形方式也可采用V形方式,但高速铁路由于天窗时间较长,天窗的设置不应占用高速列车运行的合理区域,否则对通过能力的影响较大。
因此,高速铁路宜采用矩形综合维修天窗形式,这种设置对能力的占用和运行秩序的干扰最小,天窗时间内可通过反向行车组93第1期我国高速铁路列车运行图采用模式的分析 织中速列车运行。
根据以上比较可以看到,虽然高速铁路运行的全部是旅客列车,列车种类不如既有铁路多,但运行图的编制要比既有线难度大。
2 高速铁路运行图编制中的关键问题针对高速铁路的服务对象和所提供服务方式的特点,高速铁路运行图的编制需要解决以下3个问题。
2.1 高速铁路运行图的编制必须满足旅客运输市场需要市场经济条件下的行车组织,应适应旅客运输市场的需要,而不是“强迫”旅客服从于铁路的“时间表”。
随着国民经济的发展和我国城市化进程的加快,城间旅客运输的需求量迅速增长,公务及商务出行比例增加,旅客对早出晚归等时效性较强列车的需求量增大。
如短途旅客比较关注早、晚列车的发、到时间,从而形成了客流集中式的到发;长途旅客较为在意铁路能够提供出行机会的多少,形成了客流比较均匀的到发[4]。