我國計算機編制鐵路列車運行圖技術邁出歷史性一步

張晴

由交通運輸與物流學院倪少權教授主持的“基于群體協(xié)同的鐵路列車

運行圖編制系統(tǒng)”榮獲中國鐵道學會科學技術獎一等獎

倪少權，男，出生于1967年，教授，博導。全國鐵路列車運行圖編制研發(fā)培訓中心常務副主任，交通運輸與物流學院副院長。長期致力于計算機編制鐵路列車運行圖研究，主持研究開發(fā)的成果成為我國鐵路列車運行圖編制管理的支撐手段。曾獲鐵道部科技進步一等獎1項、省級科技進步三等獎4項，中國鐵道學會科學技術獎一等獎2項、二等獎4項，曾獲詹天佑鐵道科學技術獎之青年獎、茅以升鐵道科學技術獎。

2016年3月3日，中國鐵道部門傳來喜訊，基于鐵道部科技發(fā)展計劃、中國鐵路總公司科技開發(fā)計劃、“十一五”國家科技支撐計劃子課題、國家自然科學基金面上項目開展的“基于群體協(xié)同的鐵路列車運行圖編制系統(tǒng)”榮獲中國鐵道學會科學技術獎一等獎，邁出了我國計算機編制鐵路列車運行圖技術研究歷史性的一步，為我國鐵路運輸的發(fā)展再添利器。

列車運行圖是鐵路運輸工作的綜合計劃和鐵路行車組織的基礎，運行圖在適應市場發(fā)展、滿足市場對鐵路運輸的需求中，起著極為重要的作用，運行圖編制周期的長短、質量的優(yōu)劣，直接影響鐵路運輸的經濟效益和社會效益。傳統(tǒng)的手工編圖方式造成編圖周期過長，使得鐵路難以快速編制新的列車運行計劃以適應市場變化的需求，因此，采用計算機編制列車運行圖是我國鐵路發(fā)展的必然趨勢。

在這種大趨勢下，中國鐵路總公司運輸局及各鐵路局紛紛尋找更好的突破口，并支持交通運輸與物流學院教授倪少權、呂紅霞帶領學校計算機編圖研究團隊進行了“基于群體協(xié)同的鐵路列車運行圖編制系統(tǒng)”的系統(tǒng)研究。依托綜合交通運輸智能化國家地方聯(lián)合工程實驗室和全國鐵路列車運行圖編制研發(fā)培訓中心，他們十年磨一劍，終于在2015年完成了鐵路列車運行圖編制系統(tǒng)3.0版和4.0版的研發(fā)，取得了重大科研突破。

在項目開展過程中，他們自主研制開發(fā)了全路一體化的列車運行圖編制系統(tǒng)，取得了計算機編制全路列車運行圖的突破；建立了列車運行圖編制的網絡化協(xié)同技術，實現了全路聯(lián)網編制列車運行圖的突破；建立了群體協(xié)同工作的編圖模式，打破了傳統(tǒng)個體封閉作業(yè)的編圖模式；提出了基于分層決策和滿意優(yōu)化的鐵路列車運行圖編制智能化解決方案；建立了“單雙線合一”的計算機自動編圖技術，攻克了計算機編制路網列車運行圖的技術難關；構建了集列車運行圖相關作業(yè)計劃編制于一體的信息平臺，實現了系統(tǒng)集成創(chuàng)新；系統(tǒng)開發(fā)實現了基于64位的技術升級，大大提升了系統(tǒng)的處理能力和生命周期。

從另一個角度來看，該項研究構建了鐵路列車運行圖編制協(xié)同工作平臺，建立了支持群體協(xié)同工作的編圖方式，實現了以計算機聯(lián)網群體協(xié)同編圖的協(xié)同作業(yè)編圖方式取代傳統(tǒng)手工編圖或單機編圖的封閉作業(yè)編圖方式的變革，取得了我國鐵路計算機編圖研究及應用的歷史性突破，為我國鐵路既有線提速和高鐵運營提供了技術支撐，是近幾十年來我國鐵路運輸科技發(fā)展的重要成就之一。

其實，早在20世紀60年代初，我國已經開始了對運用計算機編制列車運行圖的大規(guī)模研究，并先后在應用計算機編制雙線和單線區(qū)段、全路旅客列車方案、雙線方向及樞紐列車運行圖等方面進行了大量的理論和實踐上的探索。各鐵路局在列車運行圖的編制中都不同程度地運用了計算機，初步達到了以采用計算機取代傳統(tǒng)作業(yè)方式下的紙和筆進行編圖的效果。

而國外計算機編制列車運行圖則始于20世紀50年代后期，日本于20世紀60年代初開始了計算機編制列車運行圖，到20世紀70年代初，日本已在部分線路開始使用計算機編制列車運行圖。前蘇聯(lián)從20世紀50年代后期開始試驗計算機編圖，并取得了一定實用效果，我國在20世紀90年代初與前蘇聯(lián)進行了合作，但沒有取得顯著進展。美國、英國、法國、德國、加拿大等國家也先后進行了計算機編制列車運行圖的研究，取得了一定效果。

從全世界范圍來看，計算機編制列車運行圖都經歷了一個迅速發(fā)展的時期。其主要原因是，鐵路是一個聯(lián)動機，可謂“牽一發(fā)而動全身”，無論是編制新圖，還是日常增開、調整跨局旅客列車，都涉及整個路網，編圖工作必須在鐵道部的統(tǒng)一部署和領導下進行。但多年來我國在列車運行圖的編制和管理工作中尚未有運用于鐵道部的全路列車運行圖編制軟件系統(tǒng)，因此，加速研究開發(fā)和運用“全路列車運行圖系統(tǒng)”十分迫切，其中，計算機編制全路直通旅客列車運行圖系統(tǒng)的研究和運用則是重中之重。

然而，國內早期在研究計算機編圖時，大多數科研工作者對全路列車運行圖系統(tǒng)編制并沒有完整的認識，尤其是在國外技術處于壟斷的情況下，他們更著重于根據不同區(qū)段或線路的特點對具體的研究對象進行有針對性的研究。

在這種情況下，倪少權卻準確認識到了國家需求，深入研究了系統(tǒng)的通用性和適應性，并取得了顯著效果。同時，與傳統(tǒng)研究中將單線與雙線分隔開來成為各自獨立的兩個系統(tǒng)進行研究的情況不同，他提出了“單雙線合一”的計算機編圖的統(tǒng)一算法思想。針對列車運行圖編制屬于NP問題，很難求其數學最優(yōu)解這一問題，倪少權采用了新的方法，將各種約束條件表示成數學表達式，再把它轉化為相應的數據結構模型，在滿足系統(tǒng)設定的約束條件的前提下，進行基于人工編圖經驗的啟發(fā)式搜索算法求解。這打破了過去基本上無法應用計算機編制單線列車運行圖的僵局，為我國鐵路廣泛應用計算機編圖探索出了一條可行之路。

在這之后，倪少權又主持研究開發(fā)了對單線、雙線及多線、自動閉塞及半自動閉塞、直線及網狀線路都有效的、智能化程度較高的基于鐵路局的列車運行圖編制系統(tǒng)，并將該軟件系統(tǒng)在全路全部18個鐵路局以及鐵道4大勘察設計院、中鐵電氣化設計研究院、中鐵咨詢工程設計研究院等鐵路運營和勘察設計單位進行推廣應用，取得了顯著的社會和經濟效益。

而以上的工作似乎都在為鐵路“十一五”重大工程科技專項“計算機編制全路直通客車運行圖的研究”項目鋪就道路。2003年，倪少權作為項目負責人開始了該項目的研發(fā)，僅一年時間就研究開發(fā)了基于計算機網絡的鐵路旅客列車運行圖編制系統(tǒng)軟件，受到鐵路相關部門的廣泛關注。

據悉，該系統(tǒng)集列車運行圖數據管理、列車運行圖編制及調整、列車運行圖繪制、列車時刻表輸出、列車運行圖指標統(tǒng)計等各子系統(tǒng)于一個不可分割的整體，基于C/S模式實現了網絡化編圖，可支持進行全路列車運行圖編制的多用戶的協(xié)同工作，各子系統(tǒng)可隨系統(tǒng)數據變化有效進行數據動態(tài)刷新，可適應鐵路各種行車條件下的客貨列車運行圖的自動編制與調整。系統(tǒng)在自動生成列車運行圖的前提下，通過人機交互調整編制列車運行圖，可支持單機和網絡操作，支持各鐵路局分散編圖和全路集中統(tǒng)一編圖，支持全路編圖數據的上報與下載。

該項研究成果是適應全路旅客列車運行圖編制需要的計算機編圖軟件系統(tǒng)，該研究成果直接投入我國鐵路第五次、第六次提速列車運行圖編制及近幾年全路各次列車運行圖編制工作中，為鐵路列車運行圖的編制提供了技術支持手段，成為我國鐵路列車運行圖編制的統(tǒng)一軟件工具。2004年以來，該系統(tǒng)已在我國鐵路列車運行圖編制工作中得到廣泛應用，成為我國鐵路列車運行圖編制的軟件支撐工具。無論編制新圖還是各種調整圖、節(jié)日圖，我國鐵路都廣泛采用了該項目研究軟件成果。該系統(tǒng)的研究和運用開創(chuàng)了我國采用計算機聯(lián)網編制全國鐵路旅客列車運行圖的先河，對我國鐵路采用計算機集中統(tǒng)一編制全路列車運行圖具有里程碑意義。

全路第六次提速調圖通過計算機聯(lián)網編制全國旅客列車運行圖，打破傳統(tǒng)的區(qū)域性編圖方法，鐵道部直接參與和管理全路列車運行圖的編制過程，對優(yōu)化客車運行結構、提高列車旅行速度、節(jié)省機車車輛投入、滿足旅客乘車需求、合理安排施工天窗以及列車運行圖信息綜合運用等方面均起到了至關重要的作用，實現了客運輸送能力提高18%、貨運輸送能力提高12%的目標。全路聯(lián)網編制列車運行圖在我國尚屬首次，是我國鐵路列車運行圖系統(tǒng)的核心組成部分，該項研究對于加速我國鐵路列車運行圖編制進一步適應市場需要，提高鐵路運輸產品的核心競爭力和服務質量水平具有支撐作用。

通過實地考察不難發(fā)現，目前全路直通旅客列車運行圖編制系統(tǒng)已經成為我國鐵路列車運行圖系統(tǒng)的核心組成部分，倪少權的研究對于加速我國鐵路列車運行圖編制進一步適應市場需要，提高鐵路運輸產品的核心競爭力和服務質量水平具有支撐作用。

網絡時代的到來使鐵路列車運行系統(tǒng)實現了信息化和智能化的管理，基于此，倪少權還建立了列車運行圖編制的網絡化協(xié)同技術，實現了全路聯(lián)網編制列車運行圖的突破，并在城市軌道交通列車運行圖的編制方面進行了新的嘗試。

在這些科研創(chuàng)新成果的支撐下，我國鐵路列車運行系統(tǒng)正在向著更加完整、先進和國際化的方向發(fā)展。我們不得不承認，科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之魂，誰在科技競爭的短道速滑中速度更快，誰就能擁有更多的話語權！