費振豪

（卡斯柯信號有限公司，上海 200071)

1 概述

截止2018 年底，國內(nèi)高鐵運營里程已達(dá)2.9 萬km以上，約占全世界高鐵運營里程的60%以上，到2020 年，中國高鐵路網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到3.0 萬km，覆蓋80%以上的大城市[1]。隨著高鐵線路的不斷建成和并網(wǎng)運行，大量的高鐵列車跨局、跨線運行，在全國范圍內(nèi)形成多個大型的高鐵樞紐站，如北京南、上海虹橋、廣州南等。近年來全國列車運行圖調(diào)圖相對頻繁，既有每年既定的春運、暑運調(diào)圖，又有新線開通并網(wǎng)運行的調(diào)圖，而調(diào)圖中運輸部門重點關(guān)注樞紐站的接發(fā)列車能力。

目前運輸部門已經(jīng)配備了計算機(jī)化的列車運行圖編制軟件，但這些軟件主要是完成運行圖時刻編排以及跨局協(xié)同編圖，關(guān)注點相對宏觀；而對于樞紐站的股道運用、咽喉沖突檢查等，仍舊依靠經(jīng)驗豐富的運輸人員人工編排錄入，智能化程度較低[2]。另外，當(dāng)遇到風(fēng)雨雪以及設(shè)備故障等應(yīng)急情況下，需要對接發(fā)車秩序以及股道運用進(jìn)行實時調(diào)整時，目前這方面的研究和手段相對較少[3]，在實際生產(chǎn)中主要依靠經(jīng)驗豐富的行車指揮人員進(jìn)行人工股道調(diào)整運用。因此，股道運用成為樞紐站編圖和應(yīng)急指揮工作的重中之重，分析樞紐站股道運用的影響因素，借助計算機(jī)手段研究自動化、智能化的股道運用系統(tǒng)可降低人為錯誤、提高勞動效率。

2 股道運用影響因素分析

在樞紐站接發(fā)動車組的股道運用中，須考慮多種因素，這些因素都是影響和制約股道運用的重要因素，如果不能合理的考慮這些因素，會在一定程度產(chǎn)生作業(yè)安全風(fēng)險[4]。這些因素主要包括以下幾點。

1）咽喉運用能力限制

一般樞紐站都會存在同咽喉轉(zhuǎn)線或者立折車次以及多方向咽喉交叉限制，這樣同一咽喉區(qū)的接發(fā)車進(jìn)路就會存在交叉，使得在股道運用時必須充分考慮相鄰時間段列車之間的影響。咽喉運用的合理優(yōu)化，可以保證不間斷正點接發(fā)列車，是控制運輸組織優(yōu)化的重要內(nèi)容。

2）技術(shù)作業(yè)限制

上水、吸污和行包快運是目前高鐵主要技術(shù)作業(yè)項目，在股道運用過程中要求在特定的股道上進(jìn)行作業(yè)，因故需要臨時變更時必須在同等設(shè)備條件股道間變換。

3）客運組織限制

同檢票口的相鄰股道列車存在檢票交叉時間時，容易產(chǎn)生誤乘風(fēng)險及停檢后仍有旅客上站臺沖車隱患。同站臺面的相鄰股道，一側(cè)辦理旅客候車、乘降作業(yè)，另一側(cè)有動車組運行時（動車組出入庫或到達(dá)列車），存在較大的旅客人身安全防護(hù)風(fēng)險。因特殊客運組織限制（如專運或特殊時期安保加強(qiáng)需求等），特定的列車需指定在特定的股道且同站臺面禁止安排非同檔次列車到發(fā)等。

4）站臺有效長限制

有些站臺由于站型原因不滿足接發(fā)16/17 輛長編動車組條件，因此安排股道時只能安排8 節(jié)短編動車組。

3 當(dāng)前問題和解決思路

由于影響股道編排的因素較多，目前仍然依靠經(jīng)驗豐富的人員編排，存在許多弊端和隱患。首先，影響股道編排的因素多，僅靠人工編排，存在勞動強(qiáng)度大、安全壓力大的風(fēng)險；其次，股道編排的咽喉區(qū)使用、列車追蹤間隔等參數(shù)都是人工經(jīng)驗數(shù)值，由于每個車站的站型各不相同，并非所有參數(shù)都完全適用，同時這些參數(shù)在一些車站是否還有優(yōu)化的空間，也缺少一些有力的數(shù)據(jù)支撐；最后，股道編排的經(jīng)驗往往只適用于一個車站，無法將這些經(jīng)驗推廣到其他車站，編圖人員的變動也會是影響編圖效果的因素。

目前高鐵區(qū)段已經(jīng)全部覆蓋調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC），CTC 系統(tǒng)具備線路圖、站細(xì)以及聯(lián)鎖進(jìn)路表等基礎(chǔ)信息[5]，同時通過大量的日常應(yīng)用，在該系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)積累了大量的運行數(shù)據(jù)。因此，可以利用CTC 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括對樞紐站咽喉接車行為分析、列車進(jìn)出站行為分析、列車區(qū)間緩行分析、進(jìn)路排列行為分析等，獲取樞紐站接發(fā)列車的行為模型，并結(jié)合CTC 已有站場拓?fù)鋱D形和聯(lián)鎖表，實現(xiàn)到發(fā)線股道運用與咽喉沖突檢查；另外，CTC 系統(tǒng)中還具備基本的站細(xì)數(shù)據(jù)，如股道是否具備上水吸污設(shè)備、站臺有效長等。因而，充分利用CTC 系統(tǒng)已有的數(shù)據(jù)，可為開發(fā)智能股道運用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)

高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)（簡稱智能股道運用系統(tǒng)）與CTC 系統(tǒng)、編圖系統(tǒng)的邏輯關(guān)系如圖1 所示。

圖1 高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)邏輯圖Fig.1 Logical diagram for intelligent track operation system of high-speed railway station

智能股道運用系統(tǒng)可以從其他編圖系統(tǒng)中（如西南交大開發(fā)的編圖4.0 系統(tǒng)）獲取相應(yīng)的列車車次和基本圖時刻，根據(jù)路局的車次交路信息維護(hù)到發(fā)車次間的關(guān)系。根據(jù)從CTC 系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)分析獲取列車進(jìn)出站運行信息、站場拓?fù)鋱D以及聯(lián)鎖進(jìn)路表信息檢查列車運行的沖突。

智能股道運用系統(tǒng)主要功能如下。

1）股道推算

智能股道運用系統(tǒng)通過對車站列車實際運行數(shù)據(jù)的歷史分析，學(xué)習(xí)實際接發(fā)列車過程的數(shù)據(jù)參數(shù)，并依據(jù)這些參數(shù)，結(jié)合車站基本圖、車站接車發(fā)車作業(yè)時間、站細(xì)規(guī)章、車站股道運用條件、車站拓?fù)鋱D形、車站進(jìn)路表等信息建立智能模型，計算列車接發(fā)車股道的優(yōu)選方案。

2）仿真驗證

利用計算機(jī)實現(xiàn)高速鐵路客運站通過能力仿真時，接發(fā)車進(jìn)路的排列和股道運用是其核心研究內(nèi)容[6]。智能股道運用系統(tǒng)可提供仿真驗證功能，其原理為基于列車實際運行參數(shù)和站場圖，對已編制的列車計劃進(jìn)行仿真驗證，仿真驗證過程提供可視化的圖形界面展示。同時，仿真驗證可提供熱修改功能，即對驗證過程中出現(xiàn)的問題可以即時調(diào)整即時運行。通過仿真驗證的列車計劃可以很大程度上避免實際運行可能會出現(xiàn)的問題。

3）應(yīng)急調(diào)整

智能股道運用系統(tǒng)通過信息安全隔離方式接入CTC 查詢系統(tǒng)，根據(jù)列車運行實際數(shù)據(jù)、列車計劃和人為設(shè)置條件，對未來一段時間的列車運行情況進(jìn)行預(yù)判推演，對可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行提示，并提供優(yōu)選方案，為應(yīng)急指揮提供股道運用的決策參考。

5 高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)的初步實現(xiàn)

智能股道運用系統(tǒng)其核心為股道推算和運用，因此系統(tǒng)圍繞這一核心問題進(jìn)行計算機(jī)化的編程實現(xiàn)。由于高鐵樞紐車站車次密度大、股道多的特點，系統(tǒng)求整體最優(yōu)解的復(fù)雜度較高，以廣州南京廣場為例，每天接發(fā)列車約350 組，車站共有19 個股道，可能性有19 350 種。本系統(tǒng)整體采用貪心算法[7]，局部求解采用深度優(yōu)先遍歷算法（DFS）[8]，根據(jù)列車運行沖突的檢查算法進(jìn)行快速剪枝提高效率。系統(tǒng)對完全滿足股道運用規(guī)則的車次股道安排采用綠色橫線標(biāo)記，對存在股道運用沖突的且程序無法自動安排的則采用紅色橫線標(biāo)記，展示界面如圖2 所示。

以廣州南京廣場19 股道為例，在同一臺電腦上測試不同組列車的執(zhí)行效率和精準(zhǔn)度。如表1 所示，在車次較少的情況下精準(zhǔn)度非常高，而當(dāng)車次數(shù)量增長時，股道編排的精準(zhǔn)度會下降，這是與行車密度增大后，股道安排的難度增加有關(guān)。隨著車次的增加時間基本上會線性增加，這主要是本算法沒有追求全局最優(yōu)，而關(guān)注局部最優(yōu)有關(guān)。目前智能股道運用系統(tǒng)還是主要以調(diào)整股道為目的，不會調(diào)整時間點，因此從結(jié)果上看精度不是很高，但從使用效果上看已經(jīng)較大程度上降低勞動強(qiáng)度，輔以人工微調(diào)，即可達(dá)到使用的效果。

表1 高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)執(zhí)行效率和精準(zhǔn)度Tab.1 The efficiency and accuracy for intelligent track operation system of high-speed railway junction station

編排所需時間包括界面顯示的時間。

精準(zhǔn)度=（選排列車總數(shù)-存在沖突的列車數(shù)）/選排列車總數(shù)。

6 結(jié)束語

圖2 高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)界面Fig.2 The interface of intelligent track operation system of high-speed railway station

目前高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)未對車次到發(fā)時刻進(jìn)行智能調(diào)整，后期可進(jìn)一步推算合理的調(diào)整時刻， 提升系統(tǒng)的智能化水平；另外還需要進(jìn)一步優(yōu)化算法，提高計算結(jié)果的實時性。通過高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)進(jìn)行股道編排，可以顯著降低編圖人員的勞動強(qiáng)度，而且基于實際數(shù)據(jù)的編排結(jié)果比依據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)更加可靠，同時樞紐站智能股道運用系統(tǒng)與CTC 系統(tǒng)結(jié)合后，為樞紐站應(yīng)急指揮提供股道運用的判斷依據(jù)，提高應(yīng)急指揮效率和行車安全。高鐵樞紐站智能股道運用系統(tǒng)將多種技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)合起來，為鐵路運輸提供更加智能的技術(shù)裝備，助力智能高鐵建設(shè)。