铁路调度

铁路调度结课论文论文题目：列车运行调整问题的研究

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列车运行调整问题的研究

摘要：列车运行调整是在实际运行中调度员根据列车运行图和列车运行现状编制的列车运行实施计划，是铁路行车组织研究的重点，在研究方法和内容上都有较为丰硕的成果。本文在大量查阅国内外有关文献的基础上,介绍了国内外对于铁路运行调整的研究现状，分析了铁路运行调整的原因和影响因素，提出了铁路运行调整的基本原则和可能的调整方法，最后提出了新的有关铁路运行调整的研究方向。

关键词：铁路运输；列车运行调整；调整方法

1概述

铁路运输在目前我国的交通运输中占有重要地位，被喻为国民经济的大动脉。随着我国国民经济的不断增长，我国的铁路建设进入了快速发展时期。在十三五规划中，国家对于铁路的投资仍然保持增长势头，在十三五期间全国新建铁路达2.3万公里，其总投资不少于2.8万亿元。至2020年全国铁路营业里程将达到15万公里，其中高速铁路达3万公里，并形成四横四纵的高铁客运专线以及环渤海地区、长江三角洲地区和珠江三角洲地区三大城际客运系统。

近些年，随着航空运输以及高速公路的大规模兴起，铁路运输面临着越来越大的竞争。随着我国高铁网络的不断扩大以及铁路运行速度的不断提升，使得人们出行的旅途时间不断减少，但同时人们对于旅客列车准时性的要求不断提高。因此，既要保证旅客运输的高时效性的同时又要保证列车的安全成为了目前亟待解决的一个问题。

在铁路日常的运营中，有着如天气变化、自然灾害、设备故障、人为因素等随机事件的产生，导致列车不能按照原先制定的计划正常运行，影响列车的出发到站、区间运行时间等，并且影响后续列车的运行，甚至影响到整个铁路网的运营。而当列车运行偏离制定的运行图时就需要调度人员采取适当的措施，制定出运行调整方案将其对运行图产生的负面影响降低到最低值，已恢复列车的正常运行。但是根据研究表明，调度员80%的时间用于搜索信息等常规性工作,而仅有20%的时间用于制定调度决策,这就决定了他们很难采用优化的方式来进行列车运行调整,而且不同的调度员采取的策略和调整的效果也不尽相同。因此，先进的列车运行调整理论成为了实现高效列车调度指挥的重要基础[1]。

2国内外研究状况

鉴于列车运行调整对铁路运营管理的重要作用，各国学者纷纷对列车运行调整问题进行研究以提升列车运行调整方案的质量。作为铁路调度的核心工作，目前列车运行调整的研究多集中在数学模型的建立和算法求解两方面。通过阅读相关研究文献，目前比较有代表性的主要有以下几类：运用传统数学或运筹学最优化方法、运用人工智能算法、运用计算机模巧仿真方法和运用智能计算方法[2]。

2.1运筹学方法

受运筹学在车间调度问题上的影响，上世纪七十年代初很多学者开始用运筹学解决列车运行调整问题。OR方法以目标函数最优为中心,其代表性的方法有分支界限法、整数规划法。1973年B.Szpigel首次提出最优列车调度问题，并采用分支定界法和线性规划法来解决单线铁路列车运行调度问题。之后Araya等人又对此做了更深入的研究，提出在干扰工况的情况下的在线行车指挥方法，将列车运行调整问题看作是0-1混合整数规划问题，利用产生式系统方法得到次优解，然后再采用分支限界法得到最优解。Jovanovic针对列车运行调整问题将启发式技术弓入整数规划方法，该方法可以减少搜索节点数，加快求解速度[3]。

我国学者对于此方面也进行了深入的研究。张咏、杨晓军、赵留杰、都国报等人采用层次分析法原理对影响列车运行调整的因素进行比较分析，并建立列车运行调整的模型；查伟雄、陈治亚、李夏苗等人针对列车运行调整问题，建立了线性规划模型；张翠萍等人将图论模型与启发式算法引入列车运行调整模型中等。然而，基于运筹学的列车运行调整方法有着其固有的缺陷：方法缺乏灵活性和适应性，不能很好地满足实际列车运行调整的需要，实时性和交互性差。

2.2人工智能算法

解决行车指挥问题的人工智能方法大致可分为专家系统方法、模糊决策方法及把两者结合起来的模糊专家系统方法[4]。

专家系统方法：专家系统本来是为医疗诊断和故障诊断而开发的,但它作为调度规划方法却得到了广泛的应用。专家系统把专家知识用IF-THEN形式的规则来表示并存放在规则库中,推理机则基于规则库进行调度。如日本三菱公司于1982年开发的ESTRAC 系统采用启发式规则和分支定界法相结合的方法，使得知识工程技术可以用于解决大规

模、复杂路网的调整问题。其后，Kataoka等于年提出了一个基于专家系统技术的时刻生成系统DLAPLAN,Hyoudou等于1997年提出了一个解决东海道新干线列车运行调整问题的专家系统UWS。

在我国具有代表性的是北方交通大学的程宇所提出的采用“组合界限法”来编制列车运行调整计划的理论和方法。但是在我国列车等级复杂,行车密度大,线路能力饱和的情况下,采用这种方法调整的效果存在一定的局限性[4]。

模糊决策方法：1991年铁道部科学研究院贾利民等提出了基于模糊决策的行车指挥方法,由于模糊系统具有将人类的知识和经验表达成模糊规则的特性,其推理方式与人类的推理十分接近。该方法用不同领域上的模糊集来表征调度员思维和决策中的各种不同因素,然后根据模糊运算规则对各站列车的发车优先级进行重新设定。但是模糊系统中隶属度函数的确定一直是一个比较困难的问题。传统的方法是采用试凑的方法,这要花费较长时间并且也难以得到优化的系统[4]。

模糊专家系统方法：Chang&Thia和Alexander先后提出了用模糊专家系统解决列车运行调整问题的方法。模糊专家系统由相互分离的知识库和推理机两部分构成，由于专家的知识具有模糊性，只有很少几个规则能被所有专家接受，大多数规则只能在某种程度上得到某些专家的认可，可以使用模糊方法来处理这一模糊性。该方法在一定程度上提高了专家系统的精度，但在如何优化处理隶属度方面存在问题。

2.3仿真方法

20世纪60年代IBM公司首次成功幵发出离散时间系统仿真语言后，人们对仿真语言展开了大量的研究并将其应用于列车运行调整问题上，以及20世纪90年代周伟、周嘉山等人提出的离散事件动态系统理论，都对列车运行调整问题的研究有着很大的推动作用。但是，离散事件动态系统有可能发生复杂性的组合爆炸，使用该方法还存在着模型不够直观、难以验证状态方程的完整性、正确性等不足[5]。

3列车运行调整的研究与分析

列车运行调整是指在实际运行中调度员滚动进行阶段计划编制,当列车受到干扰使其无法按图运行时,及时调整列车与车站区间的关系,以消除干扰并最终使列车按运行图运行。运行调整紧密围绕运行图进行,运行调整的目的是使列车尽快恢复按运行图运行。