大型客運站到發(fā)線運用計劃優(yōu)化編制

章 超 （蘭州交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

1 概述

鐵路通常由車站和車站之間的線路兩大系統(tǒng)組成，在日常的組織運輸生產(chǎn)的過程中，要保證兩個系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)[1]。鐵路大型客運站組織作業(yè)的質(zhì)量、效率，直接影響該區(qū)域鐵路甚至全路作業(yè)效率。如何根據(jù)列車運行圖，合理地安排車站列車進路，確保車站到發(fā)線合理、高效的運用，是鐵路大型客運站作業(yè)需解決的關(guān)鍵問題。車站到發(fā)線的運用計劃是重中之重，影響列車是否能嚴格按照列車運行圖運行。大多數(shù)研究主要以到發(fā)線的合理分配為優(yōu)化目標，并沒有考慮影響到發(fā)線分配的其它方面問題，比如咽喉區(qū)的作業(yè)交叉、旅客流量等因素。

在理論研究方面，T.Gainie[2]等通過時空網(wǎng)絡(luò)法對列車進路的安排展開研究。Dorotea De[3]等利用圖染色模型分析客運站到發(fā)線分配問題。Peter J.Zwaneved[4]等利用整數(shù)規(guī)劃模型將進路分配問題描述為點包裝問題，運用分支定界法求解問題。王正彬、杜文[5]等采用遺傳算法求解客運站到發(fā)線運用計劃模型。龍建成、高自有[6]等在建立車站銜接點的前提下，通過陳展網(wǎng)絡(luò)法將車站進路問題進行描述，然后建立車站到發(fā)線需求的0-1規(guī)劃模型，并運用模擬退火算法得出優(yōu)化方案。呂紅霞[7]等基于道岔組建立車站網(wǎng)狀撲結(jié)構(gòu)圖，模型運用蟻群算法進行優(yōu)化計算。在計算機輔助決策方面，毛節(jié)銘[8]、劉雋[9]等提出技術(shù)站智能調(diào)度決策系統(tǒng)的基本框架和組織思路，以期實現(xiàn)技術(shù)站生產(chǎn)指揮自動化。何瑞春[10]、楊信豐[11]等從鐵路運輸生產(chǎn)計劃調(diào)度技術(shù)層面著手，展開相關(guān)研究工作。

車站運輸生產(chǎn)效率能否提高，在于車站作業(yè)人員能否編制高水平、高效率的作業(yè)計劃。實現(xiàn)車站到發(fā)線的合理分配，列車進路的合理安排，是鐵路大型客運站應(yīng)解決的重要問題。

2 大型客運站到發(fā)線運用計劃優(yōu)化原則

（1）任意一條到發(fā)線，已有列車占用時，不能繼續(xù)向該到發(fā)線接入列車；任一列車，為其安排某條到發(fā)線后，不能再安排其他到發(fā)線。（2）如果必須要為先后到達兩列列車安排相同到發(fā)線，要后續(xù)等待先行；如果是不同到發(fā)線，但進路存在沖突，也要后續(xù)等待先行。（3）車站在為到發(fā)列車安排進路時，應(yīng)保證各條到發(fā)線的使用情況基本相同。（4）考慮旅客需求和固定使用到發(fā)線。（5）滿足接發(fā)列車需要。

3 大型客運站到發(fā)線運用計劃優(yōu)化計算方法簡述

對于大型客運站到發(fā)線的分配優(yōu)化，很多著名專家學(xué)者做了深入的研究，提出了一系列的優(yōu)化模型，比如到發(fā)線分配問題的圖染色模型、0-1整數(shù)規(guī)劃模型、多目標優(yōu)化模型等，通過算法來進行求解，得出優(yōu)化方案。計算方法主要有：遺傳算法、分支定界法、啟發(fā)式算法、弗洛伊德算法和排序算法等。這些研究配以計算機輔助系統(tǒng)，以減少人工工作量。

并不是所有車站都可以應(yīng)用輔助系統(tǒng)獲得到發(fā)線優(yōu)化方案，需要通過一些簡單的計算可得出一個相對可行的到發(fā)線優(yōu)化方案。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。進行大型客運站到發(fā)線運用計劃編制時，需要的理論數(shù)據(jù)有：車站平面布置圖、列車運行圖、到發(fā)線長度、列車進出站時運行速度等。

3.2 計算方法。提出針對大型客運站到發(fā)線運用計劃優(yōu)化問題的啟發(fā)式算法：（1）通過分析車站平面布置圖與列車運行圖，得到列車到發(fā)信息表。（2）通過列車到發(fā)信息，確定對于在同一到發(fā)線作業(yè)的前行列車與后行列車之間或在不同到發(fā)線上作業(yè)但占用相同咽喉區(qū)道岔的兩列列車進路之間是否存在沖突，得出進路沖突信息。（3）根據(jù)沖突進路長度和列車的進出站速度，得出存在進路沖突的兩列列車之間占用進路的最小時間間隔。（4）根據(jù)最小時間間隔，得到到發(fā)線分配方案。

4 實例分析

以武廣客運專線上的長沙南站為例，運用上述方法，得到一個可行的到發(fā)線分配方案。長沙南站平面布置示意圖見圖1。

武廣客運專線上的長沙南站，是一個大型客運站，接發(fā)列車類型有始發(fā)、終到、通過、停站。長沙南站有兩條正線，上行正線為VIII道，下行正線為IX道。14條到發(fā)線，其中1至7道為上行到發(fā)線；10至16道為下行到發(fā)線。

所有旅客列車的相關(guān)作業(yè)時間，都來自于武廣客運專線列車時刻表。始發(fā)、終到列車由于要考慮旅客的乘降、乘務(wù)組換乘問題等需要在車站到發(fā)線上停留時間為20min。

本文研究認為所有道岔均為18號道岔，道岔號數(shù)較大，道岔的直向和側(cè)向的距離近似相等，通過同一道岔直向和側(cè)向的兩條進路來說，可近似認為它們長度相等。列車進出站速度假設(shè)為40km/h，列車長度為240m。

（1）列車到發(fā)信息表。長沙南站14：00～16：00接發(fā)的列車信息，得到列車到發(fā)信息表，確定列車所要占用的到發(fā)線號數(shù)，從而確定列車接發(fā)車的具體進路，見表5。

（2）確定列車進路是否存在沖突。用一系列的道岔編號來表示列車進路，如上行列車接入到發(fā)線1的進路可表示為4、10、12、26、42、72。部分進路的某一部分可能會相同，產(chǎn)生重疊，即所謂的進路交叉。

將列車到發(fā)信息按照上下行方向分類，根據(jù)列車到發(fā)時刻以及各到發(fā)線所對應(yīng)的接發(fā)車進路，確定各列車對應(yīng)進路之間是否存在沖突。用列車到發(fā)信息表中列車的編號表示相對應(yīng)的列車進路。所對應(yīng)的進路沖突如表1、表2所示。

從表1和表2中得出，上行方向，G1010與G1124次列車接車進路、發(fā)車進路之間存在沖突，同樣G1132與G732次列車之間、G79與G1133次列車之間也存在沖突。

（3）確定沖突進路的具體沖突位置。對于表1和表2得出具有沖突的三對列車進路，參考進路沖突的具體位置，求出沖突進路的長度，然后運用公式得出沖突進路解鎖需要的最短時間。沖突進路位置表見表3。

表3中，沖突進路的第一行表示的是在接車進路上的沖突，第二行表示在發(fā)車進路上的沖突，解鎖時間為先行列車解除占用這段進路的時間，也就是后續(xù)列車能夠開始占用進路的最早時間。

（4）綜合上述各種條件，以及求出的各種數(shù)據(jù)，得出列車占用車站咽喉區(qū)以及到發(fā)線的具體時間順序，即進路分配情況見表4。

從表4中，可以具體地看到：列車占用車站咽喉、到發(fā)線的順序以及確切的時間，具有沖突進路的相鄰兩列車之間的接續(xù)時間。獲得列車進路具體時間見表5。

5 結(jié)束語

針對無法應(yīng)用輔助系統(tǒng)獲得到發(fā)線優(yōu)化方案的車站，依據(jù)進路分配問題的整數(shù)線性規(guī)劃模型提出一種計算方法，以武廣客運專線上的長沙南站為實例，對到發(fā)線的運用計劃進行優(yōu)化，得出一個可行的到發(fā)線分配方案。該研究方法只考慮主要影響因素，并沒考慮列車晚點、線路設(shè)備工作狀態(tài)等對列車運行的影響。如何在滿足各影響因素的同時，又不依賴系統(tǒng)簡單有效地獲得一個更符合現(xiàn)場實際工作的到發(fā)線分配方案，提高車站的通過能力和工作效率仍有待深入研究。

表1 上行列車進路沖突表

表2 下行列車進路沖突表

表3 沖突進路位置表

表4 進路分配表

續(xù)表4 進路分配表

表5 列車進路具體時間