大型鐵路客運站的進路分配問題及緩沖時間研究.pdf

1、銜接多個方向的大型客運站接發(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。這類大型客運站的能力既要能滿足運行圖中規(guī)定的接發(fā)車作業(yè),又要實現(xiàn)一定的服務水平。在相同的時空范圍內(nèi),隨著接發(fā)車作業(yè)數(shù)量的增加,車站對列車作業(yè)的服務水平呈下降趨勢;當車站能力不能滿足運行圖的需求時,一些列車就會產(chǎn)生到達或出發(fā)晚點。在車站平面圖和列車運行圖已知,以及車站能力滿足圖定列車作業(yè)的前提下,考慮到列車運行過

2、程中的擾動,不同的接發(fā)車方案可能產(chǎn)生不同的效果,例如一個方案的抗干擾能力強于另外一個方案。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行圖抗干擾性的關系提供參考。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)的進路分配問題。
　　 鐵路客運站的進路分配問題是編制旅客列車運行計劃的一部分,目的是為運行圖中的列車分配無沖突的進路和站臺,同時滿足車站作業(yè)和運輸組織的要求。進

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

4、　 本文采用分層方法探討進路分配問題與列車作業(yè)緩沖時間的關系,取得較好效果。首先以列車運行計算數(shù)據(jù)為基礎,考慮列車接發(fā)車作業(yè)占用進路的詳細時間,建立進路分配問題的約束滿足模型。然后提出評價進路分配方案的定量指標,并利用仿真方法分析進路分配方案的抗干擾性,最后提出根據(jù)評價指標對進路分配方案進行局部優(yōu)化的可行性。主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括以下五個方面。
　　 (1)構(gòu)造列車作業(yè)時間窗重疊圖模型。利用列車運行計算獲取列車接發(fā)車作業(yè)占用軌

5、道區(qū)段的時間窗信息,通過判斷列車作業(yè)時間窗之間的關系,構(gòu)造列車作業(yè)時間窗重疊圖。利用該模型可以將列車作業(yè)按照時間窗重疊關系分為若干個簇,在求解進路分配問題時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)時間窗重疊圖模型可以將大規(guī)模的進路分配問題進行分解。
　　 (2)建立進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)間隔時間約束和進路沖突約束;軟約束表示偏好,包括上下行約束、列車等級引起的約束、列車接續(xù)引起的約束、動車組運用計劃引起的約束。求解過程分為約束識別、值排序以及回溯搜索(Backtracking)三個步驟。
　　 (3)建立評價進路分配方案的定量指標體系。指標主要包括“使用站臺的偏好”、“緩沖時間數(shù)”、“最小緩沖時間”、“車站設備利用率”以及瓶頸和晚點傳播等內(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,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水平。兩項作業(yè)之間不存在緩沖時間表示它們是完全的平行作業(yè),存在緩沖時間則表示相反情況,即前一項作業(yè)受到的擾動大于緩沖時間時,后一項作業(yè)就會被延誤,因此“緩沖時間數(shù)”表示進路分配方案中存在的潛在沖突數(shù)。“最小緩沖時間”是指進路分配方案中所有緩沖時間的最小值,它表示方案中最脆弱的兩項作業(yè),也表示整個方案能容忍的不引起晚點傳播的最大擾動。

8、“車站設備利用率”反映了股道與咽喉區(qū)軌道區(qū)段的利用率,根據(jù)這些指標可以發(fā)現(xiàn)車站平面圖中對接發(fā)車作業(yè)構(gòu)成瓶頸的道岔組或軌道區(qū)段。
　　 (4)利用有色時間Petri網(wǎng)技術(shù)建立進路分配方案的動態(tài)模型,并進行擾動分析。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,在構(gòu)造列車活動模型的基礎上,建立單列車作業(yè)模型、兩列車作業(yè)模型以及大規(guī)模進路分配方案的分層Petri網(wǎng)模型。模型可以描述列車運行圖、車站軌道區(qū)段與進路以及進路分配方案,

9、列車作業(yè)緩沖時間被隱式包含在模型中。通過對模型中的列車活動施加擾動,并收集模型中的列車實際到發(fā)時間信息,就可以獲取擾動造成的晚點傳播,從而識別方案中的瓶頸,并利用列車晚點時間等信息比較方案的抗干擾性。
　　 (5)基于實際車站平面圖的案例分析表明緩沖時間的分布及大小是影響進路分配方案抗干擾性的根源,這一發(fā)現(xiàn)為進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條進路的車站平面圖和持續(xù)時間為1小時的列車運行圖為案