计算机编制列车运行图理论与方法

本专著主要介绍了铁路列车运行图及其相关作业计划的基本概念、原理、方法；高速铁路通过能力计算方法；铁路列车运行图编制优化理论及方法；铁路列车运行图编制系统需求分析；铁路列车运行图编制系统总体技术方案；铁路列车运行图编制系统数据管理设计；铁路列车运行图编制系统设计关键技术等。作者的团队在铁路列车运行图编制理论及系统优化相关的研究成果已达到国内领先、国际先进的水平，为进一步提升和保障铁路运营的安全、高效有重大价值。

倪少权，西南交通大学交通运输与物流学院，教授，博士研究生导师，全路列车运行图编制研发培训中心常务副主任。长期从事计算机编制铁路列车运行图研究，主持研发了全国铁路列车运行图编制系统，负责铁路列车运行图编制系统研发与技术支持。主持国家、铁总及各铁路局、设计研究院科研项目近40项。

目  录
第1章  绪  论    1
1.1  背  景    1
1.2  主要内容    2
第2章  列车运行图基本概念    4
2.1  列车运行图基本概述    4
2.2  铁路既有线列车运行图基本要素简述    7
2.3  高速铁路列车运行图基础    8
2.4  高速铁路列车运行图要素详解    10
2.5  列车运行图编制流程    15
2.6  列车运行图编制原则    18
2.7  我国铁路列车运行图编制方法及其演变    18
第3章  高速铁路通过能力    21
3.1  高速铁路通过能力的概念    21
3.2  高速铁路通过能力的计算特点    22
3.3  高速铁路通过能力的影响因素    23
3.4  传统通过能力的计算方法    27
3.5  高速铁路通过能力的计算方法    34
3.6  京沪高速铁路通过能力计算    40
第4章  列车运行图编制关键问题分析    43
4.1  路网条件下列车运行图编制关键问题    43
4.2  高速铁路列车运行图编制关键问题    44
4.3  规格化高速铁路列车运行图编制方法    47
4.4  高速铁路列车运行图缓冲时间及设置    48
第5章  列车运行图编制优化方法    51
5.1  列车运行计划编制问题的数学模型    51
5.2  问题求解挑战    61
5.3  基于分层决策和满意优化的编图问题解决思路    62
5.4  列车运行图编制问题的分层决策模型    65
5.5  列车运行计划智能编制方法    71
第6章  计算机编制列车运行图概述    77
6.1  计算机编图方法综述    77
6.2  国内外列车运行图编制系统研究综述    81
6.3  我国铁路列车运行图编制系统研究的演变    84
第7章  列车运行图编制系统分析    86
7.1  我国铁路列车运行图编制管理模式    86
7.2  列车运行图编制系统需求分析    88
第8章  列车运行图编制系统总体技术方案研究与设计    92
8.1  系统研究目标    92
8.2  系统设计挑战    93
8.3  总体设计构想    97
8.4  系统体系结构    104
8.5  系统功能设计    106
第9章  支持群体协同的列车运行图编制系统设计关键技术    123
9.1  CSCW理论基础    123
9.2  设计挑战    126
9.3  系统的共享控制结构研究    127
9.4  编图协作模式及协作机制    129
9.5  系统的并发控制和一致性处理    135
9.6  系统的访问控制    145
第10章  系统通用性设计关键技术    153
10.1  设计挑战    153
10.2  数据结构设计的通用性    155
10.3 “单双线合一”的编图算法思想    158
10.4  编图自动化处理的通用性    159
第11章  铁路列车运行图系统4.0简介    163
11.1  系统目标    163
11.2  系统功能设计    165
11.3  数据库设计    202
第12章  列车运行图编制研究运用与展望    221
12.1  相关理论及技术在编图实践中的应用    221
12.2  研究展望    222
参考文献    224

前  言

列车运行图涉及铁路车、机、工、电、辆等部门，是铁路运输工作的综合计划，是铁路行车组织的基础，是协调铁路各部门、单位按一定程序进行生产活动的工具，其编制质量的高低直接影响铁路运输组织的效率和安全，在很大程度上决定了铁路运输的质量和服务水平。尽管我国铁路已广泛采用计算机编制列车运行图，但我国铁路运输具有需求大、客货混跑、高铁与既有普速铁路贯通成网、单位线路运量居世界等特点，列车运行图编制需要解决来自提高客货服务质量和通过能力利用等多方面的冲突，列车运行图编制的复杂性与困难性较其他国家更为突出。从铁路发展的需要来看，深入研究列车运行图编制相关优化理论与方法，提高列车运行图编制系统的智能化水平，建立列车运行计划及其相关作业计划于一体的列车运行图编制协同工作平台，是非常迫切的。

本书对铁路列车运行图编制的关键问题进行深入研究，包括高速铁路通过能力计算方法、全国铁路列车运行图编制系统的总体目标和技术方案、列车运行计划编制的智能化技术和方法、基于群体协同的列车运行图编制系统关键技术和解决方案及铁路列车运行图编制系统，具体研究内容及成果如下：

1. 高速铁路通过能力计算方法研究

针对我国高速铁路采用不同速度等级列车混跑的运输组织模式，提出了高速铁路通过能力计算方法，以及低等级列车扣除系数与列车停站扣除系数的具体取值方法。

2. 列车运行图编制系统总体目标和技术方案研究

分析了系统设计的关键技术，研究并提出了系统总体设计技术路线，提出系统体系结构应采用C/S模式的混合式系统结构，并对系统功能进行了研究设计。

3. 列车运行计划编制优化方法研究

研究并提出了基于分层决策和满意优化的列车运行图编制问题解决思路，构建了列车运行图编制问题的分层决策模型，建立了基于状态空间法和启发式搜索技术的列车运行计划编制智能方法。

4. 支持群体协同的列车运行图编制系统设计关键技术研究

研究并提出编图协作模式包含“集中控制下的协作”和“平等协作”两种模式，提出系统并发控制应采用改进的全序集中控制法、加锁法和基于操作变换的并发控制算法等方法综合运用的混合控制策略和技术解决方案。

5. 铁路列车运行图编制系统4.0研究

对铁路列车运行图编制系统 4.0 主要功能进行了设计，构建了列车运行图及相关业务编制与管理协同一体化信息平台。

本书由西南交通大学倪少权等著。第1章、第5章由倪少权执笔；第2章由吕红霞、庄河执笔；第3章由吕苗苗执笔；第4章、第8章由倪少权、赵春雷执笔；第6章由吕红霞执笔；第7章由庄河执笔；第9章、第10章、第12章由倪少权、吕红霞执笔；第11章由倪少权、吕红霞、赵春雷执笔；全书统稿工作由倪少权完成。本书在著作过程中还得到了何大可教授、张杰副教授、陈韬、李雪婷、陈钉均、潘金山、郭秀云、廖常宇、谢春等的大力支持，在此向他们表示衷心感谢！

由于作者水平所限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正！

 

 

 

著  者

2016年10月

列车运行图编制是一个复杂的大系统优化问题，作者旨在研究全国铁路列车运行图编制系统的总体目标和技术方案，并在此基础上，重点研究我国铁路列车运行计划编制智能优化技术和方法、列车运行图编制系统关键技术和解决方案。在总结国内外研究成果的基础上，深入分析全国铁路列车运行图编制系统的需求，研究和探讨列车运行图编制的自动化方法、基于群体协同的列车运行图编制系统设计关键技术及解决方案、列车运行图编制系统通用性设计关键技术，为我国铁路列车运行图编制的研究和开发提供理论和技术支持。

具体包括以下内容：

1．高速铁路通过能力计算方法研究

针对我国高速铁路采用不同速度等级列车混跑的运输组织模式，提出了高速铁路通过能力计算方法，以及低等级列车扣除系数与列车停站扣除系数具体取值方法。

2．列车运行图编制系统总体目标和技术方案研究

分析了系统设计的关键技术，研究并提出了系统总体设计技术路线，提出系统体系结构应采用C/S模式的混合式系统结构，并对系统功能进行了研究设计。

3．列车运行计划编制优化方法研究

研究并提出了基于分层决策和满意优化的列车运行图编制问题解决思路，构建了列车运行图编制问题的分层决策模型，建立了基于状态空间法和启发式搜索技术的列车运行计划编制智能方法。

4．支持群体协同的列车运行图编制系统设计关键技术研究

研究并提出编图协作模式包含“集中控制下的协作”和“平等协作”两种模式，提出系统并发控制应采用改进的全序集中控制法、加锁法和基于操作变换的并发控制算法等方法综合运用的混合控制策略和技术解决方案。

5．铁路列车运行图编制系统4.0研究

对铁路列车运行图编制系统 4.0 主要功能进行了设计，构建了列车运行图及相关业务编制与管理协同一体化信息平台。