安 迪，武晉飛，張宇墨

(1.中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；4.中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司 科技管理部，北京 100038)

高速鐵路(以下簡稱“高鐵”)列車運(yùn)行圖編制一直以來都是高鐵運(yùn)輸組織的核心問題之一。目前,全路采用的列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)仍以人工編制為主,究其原因,高鐵列車運(yùn)行圖除包含列車時(shí)刻表外,還包含車底交路方案、運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)方案、車站股道運(yùn)用方案等,是運(yùn)輸需求與運(yùn)輸供給的集中體現(xiàn)。由于高鐵列車運(yùn)行圖編制影響因素都具有一定的復(fù)雜性,且相互耦合,一體化自動(dòng)編制的難度則更大。

針對(duì)運(yùn)行圖編制的復(fù)雜問題,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)列車運(yùn)行圖自動(dòng)編制問題進(jìn)行過很多研究。部分學(xué)者采用簡化或分步式方法求解。馬建軍等[1]針對(duì)不同速度列車,建立高中速列車運(yùn)行圖數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)高中速列車分層始發(fā)區(qū)域滾動(dòng)鋪畫算法;許紅等[2]研究不同種類列車的布點(diǎn)模型,設(shè)計(jì)基于改進(jìn)型遺傳算法的優(yōu)化策略和算法;Castillo等[3]基于單雙線混合鐵路,提出基于二分法的優(yōu)化算法,將運(yùn)行圖編制問題進(jìn)行簡化從而求解;張小炳等[4]將列車運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為旅行商問題,以巡回路徑總費(fèi)用最小化為目標(biāo)建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型,利用遺傳算法求解;張琴等[5]提出區(qū)間—咽喉區(qū)—到發(fā)線三段式列車運(yùn)行圖編制框架,以列車運(yùn)行總費(fèi)用最小為目標(biāo)建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型;Feng等[6]針對(duì)高鐵提出一種在日常需求波動(dòng)下的運(yùn)行線合并與新增方法,并采用組合啟發(fā)式局部搜索算法求解。部分學(xué)者針對(duì)運(yùn)行圖編制的多個(gè)階段,研究一體化(或協(xié)同)編制的技術(shù)和方法。Kaspi等[7]以旅客全程旅行時(shí)間和運(yùn)營成本最小化為目標(biāo),建立運(yùn)行圖優(yōu)化模型,并采用交叉熵元啟發(fā)式方法求解;張寧[8]按照協(xié)同學(xué)相變理論,提出協(xié)同優(yōu)化思路和方法;于汝濱等[9]以列車停站方案數(shù)、越行次數(shù)、區(qū)間群數(shù)、運(yùn)行圖四邊形平均面積、運(yùn)行線距離作為運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)指標(biāo),批量鋪畫列車運(yùn)行圖;Barrena等[10]基于旅客動(dòng)態(tài)需求,提出單條線路上的非周期性列車時(shí)刻表一體化編制方法;Martin-iradi等[11]基于旅客出行時(shí)間提出期性列車運(yùn)行圖編制算法,并結(jié)合丹麥鐵路進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證;張新等[12]考慮運(yùn)行圖參數(shù)、車站停站次數(shù)等因素,構(gòu)建列車停站方案與運(yùn)行圖協(xié)同編制模型,并以京滬高鐵為例求解。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鐵路運(yùn)行圖自動(dòng)編制問題進(jìn)行了大量探索,特別是對(duì)分階段思路下的高鐵列車運(yùn)行圖編制技術(shù)方面的研究有一定基礎(chǔ),但由于運(yùn)行圖編制涉及因素較多,針對(duì)運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制仍處于探索階段,運(yùn)行圖編制自動(dòng)化程度仍不高。為此,本文面向高鐵運(yùn)行圖編制,在不改變現(xiàn)有編圖模式的前提下,提出基于車底交路方案、列車結(jié)構(gòu)方案、人工與自動(dòng)調(diào)整在內(nèi)的一體化自動(dòng)編制流程,并考慮微觀站場(chǎng)進(jìn)路占用策略,提出運(yùn)行圖優(yōu)化編制模型,以京滬高鐵作為案例進(jìn)行驗(yàn)證,為提升我國高鐵列車運(yùn)行圖編制效率、提高列車運(yùn)行圖編制質(zhì)量提供技術(shù)支撐。

1 人工運(yùn)行圖編制流程及原則概述

目前,我國鐵路列車運(yùn)行圖的編制均由人工操作計(jì)算機(jī)鋪畫完成,全年一共編制4次季度運(yùn)行圖、1次春運(yùn)運(yùn)行圖、1次暑運(yùn)運(yùn)行圖,按運(yùn)行圖編制需求可分為新圖鋪畫和現(xiàn)圖調(diào)整2類,新圖鋪畫是在開通新線路后第一次進(jìn)行運(yùn)行圖鋪畫,現(xiàn)圖調(diào)整是在上一季度運(yùn)行圖基礎(chǔ)上進(jìn)行增加、刪除和修改,我國高鐵運(yùn)行圖編制大部分情況下為現(xiàn)圖調(diào)整。

高鐵運(yùn)行圖編制流程可分為基礎(chǔ)資料收集、開行方案確定、高等級(jí)與長交路列車運(yùn)行線鋪畫、較低等級(jí)與短交路列車運(yùn)行線鋪畫、運(yùn)行圖輸出等步驟,各步驟具體含義如下:

1)基礎(chǔ)資料收集。由工務(wù)、電務(wù)、供電等部門在新圖鋪畫時(shí)提供新開通線路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),由機(jī)務(wù)部門提供運(yùn)行圖標(biāo)尺,由車輛部門提供車型、配置、編組、數(shù)量、檢修地點(diǎn)等數(shù)據(jù),由客運(yùn)部門提供車底交路方案及停站需求,以上資料都提供給運(yùn)輸部門作為編圖依據(jù)。

2)開行方案確定。中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡稱“國鐵集團(tuán)”)組織各路局、各專業(yè)部門協(xié)商,下達(dá)本次調(diào)圖的輪廓性計(jì)劃,并通過溝通協(xié)調(diào),確定具體列車開行方案,在現(xiàn)圖調(diào)整時(shí)主要為上一季度運(yùn)行圖的車底交路方案和修改計(jì)劃。

3)高等級(jí)與長交路列車運(yùn)行線鋪畫。根據(jù)國鐵集團(tuán)確定的開行方案或車底交路方案修改計(jì)劃,鋪畫繁忙干線、跨局的長交路高速度等級(jí)列車運(yùn)行線。

4)較低等級(jí)與短交路列車運(yùn)行線鋪畫。根據(jù)國鐵集團(tuán)、本局客運(yùn)部門確定的開行方案或車底交路方案修改計(jì)劃,鋪畫與繁忙干線相銜接的其他線路、局管內(nèi)、短交路以及較低速度等級(jí)列車運(yùn)行線。

5)運(yùn)行圖輸出。運(yùn)行圖編制完成后,客運(yùn)、車輛、機(jī)務(wù)人員都需要對(duì)涉及自身的運(yùn)行圖要素進(jìn)行驗(yàn)證,然后根據(jù)運(yùn)行圖輸出自己專業(yè)的相關(guān)信息。

高鐵運(yùn)行圖編制原則有以下幾項(xiàng):

1)適應(yīng)客流。高鐵運(yùn)行圖編制要適應(yīng)高鐵沿線各站客流特點(diǎn),滿足旅客出行的需要,盡可能均衡停站,并按時(shí)段、頻率安排列車運(yùn)行線。

2)提高能力。高鐵運(yùn)行圖編制要盡可能利用線路和車站的通過能力,減少不必要的越行與避讓,同時(shí)還要有一定冗余時(shí)間。

3)順序鋪畫。從列車速度等級(jí)看,列車按速度等級(jí)和交路長度進(jìn)行劃分,旅行速度越高、交路越長、所跨路局越多的列車,其鋪畫的越優(yōu)級(jí)越高,鋪畫好高等級(jí)列車運(yùn)行線后再鋪畫較低等級(jí)列車運(yùn)行線。從能力運(yùn)用看,優(yōu)先編制能力最為緊張的線路和區(qū)間,再鋪畫其他線路和區(qū)間。

4)合理運(yùn)用。充分提高動(dòng)車組車底運(yùn)用效率,降低動(dòng)車組運(yùn)用數(shù)量,同時(shí)兼顧列車旅行速度、動(dòng)車組檢修、司機(jī)換班等因素。

5)影響最小。當(dāng)列車運(yùn)行線鋪畫遇到?jīng)_突時(shí),采用影響最小的改動(dòng)方式協(xié)調(diào)運(yùn)行線間的沖突,對(duì)于跨局列車來說,盡量不改動(dòng)分界站列車到發(fā)時(shí)刻。

由人工運(yùn)行圖編制流程及原則可見,高鐵運(yùn)行圖編制涉及多專業(yè)、多部門,在編制過程中往往需要多方協(xié)調(diào)才能完成,且某條運(yùn)行線一經(jīng)修改,可能“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。因此,為實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行圖的計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制,需要借鑒人工編制經(jīng)驗(yàn),在目前編圖機(jī)制的基礎(chǔ)上盡可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

2 運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制流程

2.1 總體流程

高鐵列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制充分考慮高速鐵路運(yùn)行圖人工編制機(jī)制和經(jīng)驗(yàn),考慮現(xiàn)有運(yùn)行圖編制流程和原則,提出迭代加入帶有車底交路的運(yùn)行線自動(dòng)編制方法,并結(jié)合調(diào)整策略,以全面適應(yīng)現(xiàn)有列車運(yùn)行圖調(diào)整、加密或重新編制等需求。高鐵列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制總體流程見圖1。

圖1 高鐵列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制總體流程

1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

與人工運(yùn)行圖編制類似,一體化自動(dòng)編制流程需要數(shù)據(jù)準(zhǔn)備作為支撐。數(shù)據(jù)主要包含高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)行圖要素、運(yùn)輸組織方案、模型參數(shù)4類。其中,高鐵基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)主要包含線路和站場(chǎng)數(shù)據(jù);運(yùn)行圖要素包含各類列車追蹤間隔時(shí)間及各類車站間隔時(shí)間;運(yùn)輸組織方案數(shù)據(jù)主要包含上一季度列車時(shí)刻表、車底交路方案、本次調(diào)圖的相關(guān)列車結(jié)構(gòu)方案;模型參數(shù)指與優(yōu)化編制模型求解、自動(dòng)調(diào)整等相關(guān)的參數(shù)。

2)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理階段實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行圖的生成,包括迭代加入車底交路、迭代加入列車結(jié)構(gòu)方案、自動(dòng)調(diào)整等等。其中,一體化指自動(dòng)編制生成的列車運(yùn)行圖完整包含列車時(shí)刻表、車底交路方案、車站股道運(yùn)用方案,無需分階段生成;人工與自動(dòng)調(diào)整指可人工或自動(dòng)中斷自動(dòng)編制過程,利用專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),調(diào)整相關(guān)內(nèi)容后,繼續(xù)進(jìn)行。

3)數(shù)據(jù)輸出

數(shù)據(jù)輸出結(jié)果為完整的列車運(yùn)行圖,主要包含列車時(shí)刻表、車底交路方案、車站股道運(yùn)用方案3類。

2.2 車底交路方案與列車結(jié)構(gòu)方案

車底交路方案是高鐵列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制過程的重要基礎(chǔ)資料之一。利用車底交路方案自動(dòng)編制運(yùn)行圖的基本思路是,依據(jù)上一季度與新一季度運(yùn)行圖車底交路方案,按優(yōu)先級(jí)順序,依次將車底交路改動(dòng)方案進(jìn)行鋪畫。為控制求解規(guī)模,保持已加入列車的停站方案、路徑方案和開行順序,一體化生成待加入列車的時(shí)刻、停站方案和路徑方案。

列車結(jié)構(gòu)方案是列車結(jié)構(gòu)的集合,1個(gè)列車結(jié)構(gòu)是1組列車的共同結(jié)構(gòu)信息,主要內(nèi)容包括:

1)車底信息。包括速度級(jí)、編組方案等。

2)停站方案信息。指在每個(gè)車站的停站方案,包括是否必停、禁?；蛲Ｕ颈壤⑹欠裾c(diǎn)發(fā)車、出發(fā)和到達(dá)時(shí)間范圍、最小出發(fā)和到達(dá)間隔時(shí)間等。

3)分區(qū)段方案。對(duì)開行路徑上的某個(gè)區(qū)段,設(shè)置越行、停站數(shù)量、慢行時(shí)分等要求。

2.3 人工與自動(dòng)調(diào)整

人工與自動(dòng)調(diào)整策略主要用于解決列車運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題,包括以下典型情形:①在一個(gè)時(shí)空范圍內(nèi),組織多列車的停站方案規(guī)律化,包括交錯(cuò)停站、成組交錯(cuò)停站、集中停站或通過等模式,優(yōu)化利用通過能力;②對(duì)特定OD,使時(shí)段服務(wù)頻率與時(shí)段客流量分布相匹配。人工調(diào)整的因素主要為迭代車底交路或列車結(jié)構(gòu)加入運(yùn)行圖時(shí)存在隨機(jī)性、迭代間隔時(shí)間過長等。

當(dāng)前的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法均難以描述多列車的停站方案組合優(yōu)化以及開行時(shí)段分布優(yōu)化等要求,即在列車開行順序以及時(shí)段均不確定的情況下,難以構(gòu)建線性約束或優(yōu)化目標(biāo)。對(duì)于①類問題,需要在保持列車開行順序的情況下,人工或自動(dòng)調(diào)整列車停站方案。對(duì)于②類問題,需要人工調(diào)整列車開行順序。

3 微觀站場(chǎng)進(jìn)路占用策略

3.1 備選路徑

列車在每個(gè)車站或線路所均有一個(gè)備選路徑集合,每條備選路徑由列車作業(yè)的進(jìn)路依次連接構(gòu)成?；谡€通過、側(cè)線停站的一般規(guī)則,備選路徑和停站方案有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

考慮進(jìn)路占用時(shí)間不同,將進(jìn)路分為股道區(qū)段和咽喉區(qū)段,統(tǒng)稱為進(jìn)路區(qū)段。每個(gè)進(jìn)路區(qū)段的占用開始和結(jié)束時(shí)刻基本均以列車到達(dá)或出發(fā)時(shí)刻為基準(zhǔn),提前或推遲固定的時(shí)長表示,進(jìn)路占用時(shí)間示意見圖2。

圖2 進(jìn)路占用時(shí)間示意

圖2中,對(duì)于發(fā)車和通過作業(yè),由于發(fā)車進(jìn)路釋放與第一離去出清時(shí)刻存在較小的冗余時(shí)間,對(duì)運(yùn)行圖編制的影響很小,因而每個(gè)進(jìn)路區(qū)段的占用時(shí)間與列車到達(dá)或出發(fā)時(shí)刻關(guān)聯(lián)最為緊密。每條備選路徑由股道方案、停站方案、進(jìn)路區(qū)段集合與進(jìn)路區(qū)段占用時(shí)間所決定。

3.2 間隔時(shí)間

間隔時(shí)間作為運(yùn)行圖編制的重要參數(shù),是運(yùn)行線鋪畫的主要限制條件之一。高速鐵路列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制流程中主要考慮以下兩種間隔時(shí)間情形。

1)一般間隔時(shí)間

根據(jù)Q/CR 471—2015《高速鐵路列車間隔時(shí)間查定辦法》[13],除具體需要確定的間隔時(shí)間以外,列車追蹤間隔類型共含6種,車站間隔時(shí)間共含4種。由于運(yùn)行圖編制屬于中觀列車運(yùn)行體現(xiàn),流程中主要考慮列車出發(fā)追蹤間隔、列車到達(dá)追蹤間隔、列車通過追蹤間隔、同方向列車到通間隔、同方向列車通發(fā)間隔、敵對(duì)進(jìn)路相對(duì)方向不同時(shí)到發(fā)間隔以及不同時(shí)發(fā)到間隔等8種。理論上,只要進(jìn)路占用時(shí)間參數(shù)取值準(zhǔn)確,運(yùn)行圖編制無需額外考慮間隔時(shí)間要求。

2)動(dòng)車所出入庫特殊情形

對(duì)于動(dòng)車所出入庫線(或可雙向開行的任意單線區(qū)間),需額外考慮先發(fā)后到與先到后發(fā)間隔時(shí)間要求,動(dòng)車所出入庫線先發(fā)后到與先到后發(fā)間隔時(shí)間示意見圖3。

圖3 動(dòng)車所出入庫線先發(fā)后到與先到后發(fā)間隔時(shí)間示意

情形A時(shí),只有前行出發(fā)列車出清區(qū)間且鄰站進(jìn)路釋放后,后行到達(dá)列車才可辦理鄰站發(fā)車作業(yè)進(jìn)入動(dòng)車所出入庫線。情形B與一般敵對(duì)進(jìn)路相對(duì)方向不同時(shí)到發(fā)間隔基本相同。由于動(dòng)車所在列車運(yùn)行圖上也作為車站節(jié)點(diǎn)之一,當(dāng)鋪畫動(dòng)車所出入庫運(yùn)行線時(shí),需額外考慮先發(fā)后到間隔時(shí)間。

4 運(yùn)行圖優(yōu)化編制模型與求解

4.1 問題描述

為實(shí)現(xiàn)運(yùn)行線自動(dòng)編制,運(yùn)行圖優(yōu)化編制模型的問題描述如下:在已有基本圖或空白圖基礎(chǔ)上,根據(jù)需求建立車底交路方案,將每個(gè)車底交路依次迭代加入列車運(yùn)行圖,為待加入列車一體化生成時(shí)刻、停站方案和路徑方案,同時(shí)待加入列車運(yùn)行線、交路滿足微觀站場(chǎng)占用約束。迭代加入車底交路失敗時(shí),采用人工或自動(dòng)調(diào)整方法,直至所有車底交路鋪完為止。

4.2 參數(shù)和變量

運(yùn)行圖優(yōu)化編制模型參數(shù)與變量定義見表1。

表1 運(yùn)行圖優(yōu)化編制模型參數(shù)與變量定義

4.3 優(yōu)化目標(biāo)

1)最大化車站股道運(yùn)用方案的性能

使車站股道運(yùn)用方案的性能值之和最大,對(duì)于大型客運(yùn)站,盡可能選用平行進(jìn)路接發(fā)車,即

(1)

2)最小化期望停站方案的偏差

使車站停站方案盡可能按照預(yù)先設(shè)置的列車結(jié)構(gòu)進(jìn)行停站,即

(2)

3)最小化車底周轉(zhuǎn)時(shí)間

使動(dòng)車組車底周轉(zhuǎn)時(shí)間盡可能小,最大化利用動(dòng)車組車底,即

(3)

4.4 基本約束

1)列車停站方案約束

對(duì)當(dāng)前列車,保持停站方案;對(duì)待加入的列車,除指定必停站和禁停站外,其他車站的停站方案通過模型優(yōu)化生成,即

(4)

2)列車路徑方案約束

對(duì)已加入的列車,保持路徑方案;對(duì)待加入的列車,路徑方案通過模型優(yōu)化生成,即

(5)

3)列車區(qū)間開行順序約束

對(duì)已加入的任意兩列車,保持區(qū)間開行順序;待加入列車與已加入列車的區(qū)間開行順序通過模型優(yōu)化生成,即

(6)

4)列車停站時(shí)間約束

列車停站時(shí)間與停站方案有關(guān),即

(7)

5)列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)間約束

列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)間由純運(yùn)行時(shí)間、慢行時(shí)分、起車和停車附加時(shí)間構(gòu)成,與列車在兩端車站的停站方案有關(guān),即

(8)

6)列車接續(xù)時(shí)間約束

列車接續(xù)時(shí)間與接續(xù)方式有關(guān),即

(9)

7)列車跨線運(yùn)行時(shí)間約束

對(duì)列車的始發(fā)站和終到站,若不在優(yōu)化編制模型的路網(wǎng)區(qū)域內(nèi),應(yīng)考慮列車在區(qū)域外的運(yùn)行時(shí)間,滿足始發(fā)站和終到站的開行時(shí)間范圍要求,即

8)車站路徑選擇約束

路徑方案與停站方案存在對(duì)應(yīng)關(guān)系,即

9)車站進(jìn)路占用約束

10)禁止同時(shí)辦理列車作業(yè)約束

對(duì)特定條件的車站,如進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方為6‰下坡道,且股道無隔開設(shè)備時(shí),盡管兩條進(jìn)路在空間上不沖突,仍禁止同時(shí)辦理列車作業(yè)。用符號(hào)≠表示兩個(gè)進(jìn)路區(qū)段位于禁止同時(shí)辦理的兩條進(jìn)路上。不失一般性,禁止同時(shí)辦理可表示為:一個(gè)進(jìn)路區(qū)段的占用開始時(shí)刻與另一個(gè)進(jìn)路區(qū)段的占用結(jié)束時(shí)刻存在最小間隔時(shí)間要求。用常量t常表示進(jìn)路區(qū)段占用的最小間隔時(shí)間,即

11)列車結(jié)構(gòu)約束

(20)

(21)

4.5 求解流程

針對(duì)固定數(shù)量的車底交路,按優(yōu)先級(jí)順序,每次將1個(gè)車底交路加入列車運(yùn)行圖,每個(gè)車底交路中的列車帶有列車結(jié)構(gòu),一體化生成待加入列車的時(shí)刻、停站方案和路徑方案。在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成后,運(yùn)行圖編制流程如下:

Step2遍歷車底交路ci,若C=?時(shí),結(jié)束。

Step3對(duì)車底交路ci進(jìn)行排序,若選擇人工調(diào)整轉(zhuǎn)Step4,否則轉(zhuǎn)Step5。

Step4人工調(diào)整列車運(yùn)行圖或車底交路。

Step5選擇車底交路ci,加入列車運(yùn)行圖,成功時(shí)轉(zhuǎn)Step2,失敗時(shí)轉(zhuǎn)Step6。

Step6自動(dòng)調(diào)整,若選擇人工調(diào)整轉(zhuǎn)Step3,否則轉(zhuǎn)Step5。

運(yùn)行圖優(yōu)化編制模型屬于多目標(biāo)MIP問題,同時(shí)包含整數(shù)和連續(xù)變量,而整數(shù)變量的數(shù)量直接影響模型求解速度。為控制求解規(guī)模,使模型每一步迭代過程中的約束和變量數(shù)量可控,在新加入列車時(shí),保持已加入列車L當(dāng)前的停站方案、路徑方案和開行順序不變,僅調(diào)整列車時(shí)刻。針對(duì)3個(gè)優(yōu)化目標(biāo),采用加權(quán)疊加方法將原問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題求解,根據(jù)以往研究經(jīng)驗(yàn),通用算法中如列生成算法、分支切割法可有效求解大規(guī)模線性規(guī)劃問題,使用商業(yè)計(jì)算軟件對(duì)該問題進(jìn)行求解。

5 案例研究

根據(jù)以上運(yùn)行圖優(yōu)化編制模型,完整集成一體化自動(dòng)編制技術(shù),并以京滬高速鐵路某季度季度列車運(yùn)行圖為基礎(chǔ),采用運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制流程編制下一季度列車運(yùn)行圖。

5.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1)線路數(shù)據(jù)。建立京滬高速鐵路全線數(shù)據(jù),包含站間距、線路屬性等。

2)站場(chǎng)數(shù)據(jù)。建立京滬高鐵23個(gè)車站及6個(gè)線路所站場(chǎng)拓?fù)鋱D,關(guān)聯(lián)各站到發(fā)線、正線關(guān)系,輸入進(jìn)路連接關(guān)系。因篇幅有限,對(duì)北京南站、濟(jì)南西站、南京南站、上海虹橋站4個(gè)站場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示,見圖4～圖7。

圖4 北京南站站場(chǎng)數(shù)據(jù)

圖5 濟(jì)南西站站場(chǎng)數(shù)據(jù)

圖6 南京南站站場(chǎng)數(shù)據(jù)

圖7 上海虹橋站站場(chǎng)數(shù)據(jù)

3)運(yùn)行圖要素?cái)?shù)據(jù)。包含不同速度等級(jí)列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)分(含起停附加時(shí)分)、車站進(jìn)路占用時(shí)分、車站進(jìn)路間隔時(shí)分、區(qū)間運(yùn)行間隔時(shí)分、車站停時(shí)等。

4)運(yùn)輸組織方案數(shù)據(jù)。輸入上一季度運(yùn)行圖車底交路方案與列車時(shí)刻表,根據(jù)本季度運(yùn)行圖修改計(jì)劃,建立新列車開行結(jié)構(gòu)方案。本次案例研究共輸入362個(gè)車底交路方案,通過分析上一季度列車運(yùn)行圖開行結(jié)構(gòu),本次案例研究共輸入104個(gè)列車開行結(jié)構(gòu)方案。

5.2 案例計(jì)算結(jié)果

通過基于車底交路方案和列車結(jié)構(gòu)方案的運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制流程,編制過程中適時(shí)人工中斷調(diào)整,用時(shí)48h,完成京滬高鐵案例運(yùn)行圖。

京滬高速鐵路案例下行各站列車數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 京滬高速鐵路案例下行各站列車數(shù)統(tǒng)計(jì) 列

京滬高鐵案例上行各站列車數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3。京滬高鐵案例部分下行列車停站方案見圖8。京滬高鐵案例部分動(dòng)車組車底交路方案見圖9。

表3 京滬高鐵案例上行各站列車數(shù)統(tǒng)計(jì) 列

圖8 京滬高鐵案例部分下行列車停站方案

圖9 京滬高鐵案例部分動(dòng)車組車底交路方案

案例計(jì)算所得到運(yùn)行圖,鋪畫運(yùn)行線共585列,其中下行292列,上行293列,包含京滬高速鐵路各車次車底交路方案以及各車站股道運(yùn)用方案。京滬高速鐵路案例與真實(shí)運(yùn)行圖統(tǒng)計(jì)指標(biāo)比較見表4。

表4 京滬高速鐵路案例與真實(shí)運(yùn)行圖統(tǒng)計(jì)指標(biāo)比較

由表4可見,在上一季度運(yùn)行圖基礎(chǔ)上,案例計(jì)算所得到的京滬高速鐵路列車運(yùn)行圖,相比下一季度真實(shí)運(yùn)行圖多鋪畫列車24列,旅行速度、技術(shù)速度、速度系數(shù)、平均停站時(shí)分等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)均與真實(shí)運(yùn)行圖相近,驗(yàn)證了一體化自動(dòng)編制方法的有效性。由于列車結(jié)構(gòu)方案參數(shù)存在一定隨機(jī)性,列車結(jié)構(gòu)方案越細(xì)致、具體,所計(jì)算得到的運(yùn)行圖越滿足編圖需求。

6 結(jié)論

高速鐵路列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制方法實(shí)現(xiàn)了列車時(shí)刻表、車站股道運(yùn)用方案、車底交路方案的一體化自動(dòng)編制,充分借鑒人工運(yùn)行圖編制經(jīng)驗(yàn),將人工與自動(dòng)調(diào)整流程嵌入一體化自動(dòng)編制流程,為列車運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了切實(shí)可行的途徑,通過京滬高速鐵路案例研究,驗(yàn)證了運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制技術(shù)的可行性。研究結(jié)果表明,高速鐵路列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制方法所計(jì)算得到的運(yùn)行圖與人工編制的真實(shí)運(yùn)行圖相近,可顯著減少人工運(yùn)行圖編制流程中的人力和物力?，F(xiàn)階段,為使高速鐵路列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制所得結(jié)果更為理想,還需要進(jìn)一步細(xì)化列車結(jié)構(gòu),同時(shí)適時(shí)采用人工調(diào)整策略,未來仍需要對(duì)高速鐵路列車運(yùn)行圖一體化自動(dòng)編制流程進(jìn)行優(yōu)化。