章 超 （蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)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(yùn)輸生產(chǎn)的過程中，要保證兩個(gè)系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)[1]。鐵路大型客運(yùn)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(yùn)行圖，合理地安排車站列車進(jìn)路，確保車站到發(fā)線合理、高效的運(yùn)用，是鐵路大型客運(yùn)站作業(yè)需解決的關(guān)鍵問題。車站到發(fā)線的運(yùn)用計(jì)劃是重中之重，影響列車是否能嚴(yán)格按照列車運(yùn)行圖運(yùn)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(biāo)，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(shí)空網(wǎng)絡(luò)法對(duì)列車進(jìn)路的安排展開研究。Dorotea De[3]等利用圖染色模型分析客運(yùn)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(jìn)路分配問題描述為點(diǎn)包裝問題，運(yùn)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(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃模型。龍建成、高自有[6]等在建立車站銜接點(diǎn)的前提下，通過陳展網(wǎng)絡(luò)法將車站進(jìn)路問題進(jìn)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(yùn)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(yùn)用蟻群算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。在計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)技術(shù)站生產(chǎn)指揮自動(dòng)化。何瑞春[10]、楊信豐[11]等從鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度技術(shù)層面著手，展開相關(guān)研究工作。

車站運(yùn)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(jì)劃。實(shí)現(xiàn)車站到發(fā)線的合理分配，列車進(jìn)路的合理安排，是鐵路大型客運(yùn)站應(yīng)解決的重要問題。

2 大型客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃優(yōu)化原則

（1）任意一條到發(fā)線，已有列車占用時(shí)，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(dá)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(jìn)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(jìn)路時(shí)，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(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃優(yōu)化計(jì)算方法簡(jiǎn)述

對(duì)于大型客運(yùn)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(biāo)優(yōu)化模型等，通過算法來進(jìn)行求解，得出優(yōu)化方案。計(jì)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(jì)算機(jī)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(jiǎn)單的計(jì)算可得出一個(gè)相對(duì)可行的到發(fā)線優(yōu)化方案。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。進(jìn)行大型客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃編制時(shí)，需要的理論數(shù)據(jù)有：車站平面布置圖、列車運(yùn)行圖、到發(fā)線長(zhǎng)度、列車進(jìn)出站時(shí)運(yùn)行速度等。

3.2 計(jì)算方法。提出針對(duì)大型客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用計(jì)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(yùn)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(duì)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(jìn)路之間是否存在沖突，得出進(jìn)路沖突信息。（3）根據(jù)沖突進(jìn)路長(zhǎng)度和列車的進(jìn)出站速度，得出存在進(jìn)路沖突的兩列列車之間占用進(jìn)路的最小時(shí)間間隔。（4）根據(jù)最小時(shí)間間隔，得到到發(fā)線分配方案。

4 實(shí)例分析

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

武廣客運(yùn)專線上的長(zhǎng)沙南站，是一個(gè)大型客運(yùn)站，接發(fā)列車類型有始發(fā)、終到、通過、停站。長(zhǎng)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(shí)間，都來自于武廣客運(yùn)專線列車時(shí)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(shí)間為20min。

本文研究認(rèn)為所有道岔均為18號(hào)道岔，道岔號(hào)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(jìn)路來說，可近似認(rèn)為它們長(zhǎng)度相等。列車進(jìn)出站速度假設(shè)為40km/h，列車長(zhǎng)度為240m。

（1）列車到發(fā)信息表。長(zhǎng)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(hào)數(shù)，從而確定列車接發(fā)車的具體進(jìn)路，見表5。

（2）確定列車進(jìn)路是否存在沖突。用一系列的道岔編號(hào)來表示列車進(jìn)路，如上行列車接入到發(fā)線1的進(jìn)路可表示為4、10、12、26、42、72。部分進(jìn)路的某一部分可能會(huì)相同，產(chǎn)生重疊，即所謂的進(jìn)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(shí)刻以及各到發(fā)線所對(duì)應(yīng)的接發(fā)車進(jìn)路，確定各列車對(duì)應(yīng)進(jìn)路之間是否存在沖突。用列車到發(fā)信息表中列車的編號(hào)表示相對(duì)應(yīng)的列車進(jìn)路。所對(duì)應(yīng)的進(jìn)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(jìn)路、發(fā)車進(jìn)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(jìn)路的具體沖突位置。對(duì)于表1和表2得出具有沖突的三對(duì)列車進(jìn)路，參考進(jìn)路沖突的具體位置，求出沖突進(jìn)路的長(zhǎng)度，然后運(yùn)用公式得出沖突進(jìn)路解鎖需要的最短時(shí)間。沖突進(jìn)路位置表見表3。

表3中，沖突進(jìn)路的第一行表示的是在接車進(jìn)路上的沖突，第二行表示在發(fā)車進(jìn)路上的沖突，解鎖時(shí)間為先行列車解除占用這段進(jìn)路的時(shí)間，也就是后續(xù)列車能夠開始占用進(jìn)路的最早時(shí)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(shí)間順序，即進(jìn)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(shí)間，具有沖突進(jìn)路的相鄰兩列車之間的接續(xù)時(shí)間。獲得列車進(jìn)路具體時(shí)間見表5。

5 結(jié)束語

針對(duì)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(jìn)路分配問題的整數(shù)線性規(guī)劃模型提出一種計(jì)算方法，以武廣客運(yùn)專線上的長(zhǎng)沙南站為實(shí)例，對(duì)到發(fā)線的運(yùn)用計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，得出一個(gè)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(diǎn)、線路設(shè)備工作狀態(tài)等對(duì)列車運(yùn)行的影響。如何在滿足各影響因素的同時(shí)，又不依賴系統(tǒng)簡(jiǎn)單有效地獲得一個(gè)更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jìn)路沖突表

表2 下行列車進(jìn)路沖突表

表3 沖突進(jìn)路位置表

表4 進(jìn)路分配表

續(xù)表4 進(jìn)路分配表

表5 列車進(jìn)路具體時(shí)間