大型客運站到發線運用計劃優化編制

章 超 （蘭州交通大學 交通運輸學院，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組成，在日常的組織運輸生產的過程中，要保證兩個系統的相互協調[1]。鐵路大型客運站組織作業的質量、效率，直接影響該區域鐵路甚至全路作業效率。如何根據列車運行圖，合理地安排車站列車進路，確保車站到發線合理、高效的運用，是鐵路大型客運站作業需解決的關鍵問題。車站到發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。大多數研究主要以到發線的合理分配為優化目標，并沒有考慮影響到發線分配的其它方面問題，比如咽喉區的作業交叉、旅客流量等因素。

在理論研究方面，T.Gainie[2]等通過時空網絡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線分配問題。Peter J.Zwaneved[4]等利用整數規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，通過陳展網絡法將車站進路問題進行描述，然后建立車站到發線需求的0-1規劃模型，并運用模擬退火算法得出優化方案。呂紅霞[7]等基于道岔組建立車站網狀撲結構圖，模型運用蟻群算法進行優化計算。在計算機輔助決策方面，毛節銘[8]、劉雋[9]等提出技術站智能調度決策系統的基本框架和組織思路，以期實現技術站生產指揮自動化。何瑞春[10]、楊信豐[11]等從鐵路運輸生產計劃調度技術層面著手，展開相關研究工作。

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

2 大型客運站到發線運用計劃優化原則

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

3 大型客運站到發線運用計劃優化計算方法簡述

對于大型客運站到發線的分配優化，很多著名專家學者做了深入的研究，提出了一系列的優化模型，比如到發線分配問題的圖染色模型、0-1整數規劃模型、多目標優化模型等，通過算法來進行求解，得出優化方案。計算方法主要有：遺傳算法、分支定界法、啟發式算法、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，以減少人工工作量。

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

3.1 基礎數據。進行大型客運站到發線運用計劃編制時，需要的理論數據有：車站平面布置圖、列車運行圖、到發線長度、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線運用計劃優化問題的啟發式算法：（1）通過分析車站平面布置圖與列車運行圖，得到列車到發信息表。（2）通過列車到發信息，確定對于在同一到發線作業的前行列車與后行列車之間或在不同到發線上作業但占用相同咽喉區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）根據最小時間間隔，得到到發線分配方案。

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，接發列車類型有始發、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條到發線，其中1至7道為上行到發線；10至16道為下行到發線。

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

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

（1）列車到發信息表。長沙南站14：00～16：00接發的列車信息，得到列車到發信息表，確定列車所要占用的到發線號數，從而確定列車接發車的具體進路，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，產生重疊，即所謂的進路交叉。

將列車到發信息按照上下行方向分類，根據列車到發時刻以及各到發線所對應的接發車進路，確定各列車對應進路之間是否存在沖突。用列車到發信息表中列車的編號表示相對應的列車進路。所對應的進路沖突如表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，以及求出的各種數據，得出列車占用車站咽喉區以及到發線的具體時間順序，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時間。獲得列車進路具體時間見表5。

5 結束語

針對無法應用輔助系統獲得到發線優化方案的車站，依據進路分配問題的整數線性規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，對到發線的運用計劃進行優化，得出一個可行的到發線分配方案。該研究方法只考慮主要影響因素，并沒考慮列車晚點、線路設備工作狀態等對列車運行的影響。如何在滿足各影響因素的同時，又不依賴系統簡單有效地獲得一個更符合現場實際工作的到發線分配方案，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

續表4 進路分配表

表5 列車進路具體時間