大型鐵路客運(yùn)站的進(jìn)路分配問題及緩沖時(shí)間研究.pdf

1、銜接多個(gè)方向的大型客運(yùn)站接發(fā)車作業(yè)密集,咽喉區(qū)交叉干擾多,通常構(gòu)成行車組織的瓶頸,例如廣州站、武漢站、鄭州站、北京站及成都站等。這類大型客運(yùn)站的能力既要能滿足運(yùn)行圖中規(guī)定的接發(fā)車作業(yè),又要實(shí)現(xiàn)一定的服務(wù)水平。在相同的時(shí)空范圍內(nèi),隨著接發(fā)車作業(yè)數(shù)量的增加,車站對(duì)列車作業(yè)的服務(wù)水平呈下降趨勢(shì);當(dāng)車站能力不能滿足運(yùn)行圖的需求時(shí),一些列車就會(huì)產(chǎn)生到達(dá)或出發(fā)晚點(diǎn)。在車站平面圖和列車運(yùn)行圖已知,以及車站能力滿足圖定列車作業(yè)的前提下,考慮到列車運(yùn)行過

2、程中的擾動(dòng),不同的接發(fā)車方案可能產(chǎn)生不同的效果,例如一個(gè)方案的抗干擾能力強(qiáng)于另外一個(gè)方案。在車站能力富余的前提下,研究如何獲取抗干擾能力較好的接發(fā)車方案值得探討,這將為分析車站能力與運(yùn)行圖抗干擾性的關(guān)系提供參考。因此,為獲取高質(zhì)量的列車接發(fā)車方案,需要研究車站接發(fā)車作業(yè)的進(jìn)路分配問題。
　　 鐵路客運(yùn)站的進(jìn)路分配問題是編制旅客列車運(yùn)行計(jì)劃的一部分,目的是為運(yùn)行圖中的列車分配無(wú)沖突的進(jìn)路和站臺(tái),同時(shí)滿足車站作業(yè)和運(yùn)輸組織的要求。進(jìn)

3、路分配問題中包含由列車運(yùn)行圖和車站平面圖引起的時(shí)間和空間約束,求解進(jìn)路分配問題的一個(gè)基本要求是疏解列車作業(yè)之間的時(shí)空沖突,同時(shí)考慮車站設(shè)備利用以及列車服務(wù)水平,進(jìn)路分配問題的解稱為進(jìn)路分配方案。既有方法中的目標(biāo)函數(shù)包括列車等級(jí)總權(quán)重最大化、到發(fā)線運(yùn)用效用最大化、分配進(jìn)路總權(quán)重最大化以及列車晚點(diǎn)時(shí)間最小化等,部分研究提到進(jìn)路分配方案與列車作業(yè)抗干擾性的關(guān)系問題,但未能充分考慮車站能力富余條件下以優(yōu)化抗干擾性為目標(biāo)的進(jìn)路分配問題。
　

4、　 本文采用分層方法探討進(jìn)路分配問題與列車作業(yè)緩沖時(shí)間的關(guān)系,取得較好效果。首先以列車運(yùn)行計(jì)算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),考慮列車接發(fā)車作業(yè)占用進(jìn)路的詳細(xì)時(shí)間,建立進(jìn)路分配問題的約束滿足模型。然后提出評(píng)價(jià)進(jìn)路分配方案的定量指標(biāo),并利用仿真方法分析進(jìn)路分配方案的抗干擾性,最后提出根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)進(jìn)路分配方案進(jìn)行局部?jī)?yōu)化的可行性。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括以下五個(gè)方面。
　　 (1)構(gòu)造列車作業(yè)時(shí)間窗重疊圖模型。利用列車運(yùn)行計(jì)算獲取列車接發(fā)車作業(yè)占用軌

5、道區(qū)段的時(shí)間窗信息,通過判斷列車作業(yè)時(shí)間窗之間的關(guān)系,構(gòu)造列車作業(yè)時(shí)間窗重疊圖。利用該模型可以將列車作業(yè)按照時(shí)間窗重疊關(guān)系分為若干個(gè)簇,在求解進(jìn)路分配問題時(shí)以這些簇為單位疏解列車作業(yè)的空間沖突。因此,列車作業(yè)時(shí)間窗重疊圖模型可以將大規(guī)模的進(jìn)路分配問題進(jìn)行分解。
　　 (2)建立進(jìn)路分配問題的約束滿足模型,并利用求解約束規(guī)劃(ConstraintProgramming,CP)問題的啟發(fā)式搜索方法疏解列車作業(yè)的空間沖突。約束條件分為

6、硬約束和軟約束兩類,硬約束表示不可違反的約束條件,包括股道作業(yè)間隔時(shí)間約束和進(jìn)路沖突約束;軟約束表示偏好,包括上下行約束、列車等級(jí)引起的約束、列車接續(xù)引起的約束、動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃引起的約束。求解過程分為約束識(shí)別、值排序以及回溯搜索(Backtracking)三個(gè)步驟。
　　 (3)建立評(píng)價(jià)進(jìn)路分配方案的定量指標(biāo)體系。指標(biāo)主要包括“使用站臺(tái)的偏好”、“緩沖時(shí)間數(shù)”、“最小緩沖時(shí)間”、“車站設(shè)備利用率”以及瓶頸和晚點(diǎn)傳播等內(nèi)容。由于列

7、車停留的股道表明了旅客乘降及技術(shù)作業(yè)的可用站臺(tái),因此“列車分配最優(yōu)股道的總權(quán)重”反映了車站為列車提供的服務(wù)水平。兩項(xiàng)作業(yè)之間不存在緩沖時(shí)間表示它們是完全的平行作業(yè),存在緩沖時(shí)間則表示相反情況,即前一項(xiàng)作業(yè)受到的擾動(dòng)大于緩沖時(shí)間時(shí),后一項(xiàng)作業(yè)就會(huì)被延誤,因此“緩沖時(shí)間數(shù)”表示進(jìn)路分配方案中存在的潛在沖突數(shù)。“最小緩沖時(shí)間”是指進(jìn)路分配方案中所有緩沖時(shí)間的最小值,它表示方案中最脆弱的兩項(xiàng)作業(yè),也表示整個(gè)方案能容忍的不引起晚點(diǎn)傳播的最大擾動(dòng)。

8、“車站設(shè)備利用率”反映了股道與咽喉區(qū)軌道區(qū)段的利用率,根據(jù)這些指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)車站平面圖中對(duì)接發(fā)車作業(yè)構(gòu)成瓶頸的道岔組或軌道區(qū)段。
　　 (4)利用有色時(shí)間Petri網(wǎng)技術(shù)建立進(jìn)路分配方案的動(dòng)態(tài)模型,并進(jìn)行擾動(dòng)分析。接發(fā)車作業(yè)的基本單元是列車占用和釋放軌道區(qū)段的活動(dòng),在構(gòu)造列車活動(dòng)模型的基礎(chǔ)上,建立單列車作業(yè)模型、兩列車作業(yè)模型以及大規(guī)模進(jìn)路分配方案的分層Petri網(wǎng)模型。模型可以描述列車運(yùn)行圖、車站軌道區(qū)段與進(jìn)路以及進(jìn)路分配方案,

9、列車作業(yè)緩沖時(shí)間被隱式包含在模型中。通過對(duì)模型中的列車活動(dòng)施加擾動(dòng),并收集模型中的列車實(shí)際到發(fā)時(shí)間信息,就可以獲取擾動(dòng)造成的晚點(diǎn)傳播,從而識(shí)別方案中的瓶頸,并利用列車晚點(diǎn)時(shí)間等信息比較方案的抗干擾性。
　　 (5)基于實(shí)際車站平面圖的案例分析表明緩沖時(shí)間的分布及大小是影響進(jìn)路分配方案抗干擾性的根源,這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)路分配方案的局部最優(yōu)化及制定調(diào)車作業(yè)方案提供數(shù)據(jù)支撐。以包含1045條進(jìn)路的車站平面圖和持續(xù)時(shí)間為1小時(shí)的列車運(yùn)行圖為案