列车运行图计算机编制系统的运用与发展分析

史常庆，倪少权

（西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

1 我国铁路计算机编图研究概况

我国铁路从 20 世纪 60 年代开始进行利用计算机编制列车运行图的研究[1]，经过近 40 年的探索，经历了编制双线区段列车运行图、单线区段列车运行图、旅客列车方案图、枢纽地区列车运行图、路网列车运行图的研究发展过程，由从力求最优化的目标出发建立数学模型，到从力求实用、确保编图质量的目标出发建立基于智能搜索技术的自动化编图与人机交互相结合的辅助决策系统。

特别是近 10 年来，在计算机编制列车运行图的研究中提出了“单双线合一”的计算机编图统一算法思想，研制开发了全路通用的铁路局列车运行图编制系统软件和全路直通旅客列车运行图编制系统软件，并已得到广泛应用，为铁路列车提速编制列车运行图提供了有效的技术支撑。近年来，已研究开发了基于异地联网的全路列车运行图编制系统3.0 版。我国铁路列车运行图编制系统的研究大致可分为以下阶段[1]。

第一阶段：着重于有针对性地解决具体的研究对象，根据不同铁路局不同区段的特点研究特定区段的解决方案，缺乏通用性。

第二阶段：致力于系统的通用性和适应性研究，力图通过一个系统解决不同区段、不同线路的问题。

第三阶段：研究开发以铁路局为适用对象的编图系统软件，实现以铁路局为整体解决范围的，对单线和双线、自动闭塞和半自动闭塞区段都有效的列车运行图计算机辅助编制系统。

第四阶段：从构建全国路网编图技术手段的目标出发，重点研究建立全路旅客列车运行图编制系统，为实现全路旅客列车运行图的优化编制创造条件，提高我国铁路列车运行图的编制质量和效率。

第五阶段：研究建立支持异地联网编图的全路列车运行图编制系统，重点是全路计算机编图的网络化、精细化、智能化和系统化技术，实现列车运行图及其相关业务计划编制和管理的一体化，建立面向铁路内部的列车运行图综合管理信息系统，实现基于计算机网络的列车运行图基础信息收集、管理、查询和综合决策支持。

2 我国现行计算机编图软件的特征分析

（1）初步建立车务部门编制列车运行图的过程化作业工具。基本满足铁路局客货列车运行图的编制和基于计算机局域网的全路旅客列车运行图的联网编制，在实现全铁路局或全路编图数据统一管理的基础上，提供了一定的列车运行图编制与调整、时刻表输出、运行图绘制、指标计算与统计、报表输出、运行图查询等手段，并提供了初步的群体协同作业技术支持手段，具有初步的运行图自动铺画功能，人机交互功能较为完整。

（2）实现数据管理与运行图编制一体化。将数据管理与列车运行图编制及调整、列车运行图绘制、时刻表输出和运行图指标统计等功能于一体，综合构建一个整体的列车运行图编制系统，各子系统有机地融合成一个不可分割的整体。各子系统随着系统数据的变化自动进行数据动态刷新，各子系统共享内存，实现了数据的高度共享，有利于各相关业务的有机联系和相互反馈。

（3）具有广泛适应性的基于“单双线合一”的统一编图算法。由于我国铁路线路行车条件不一，有单线、双线及三线、四线，以及单线区段双线插入段、双单线等；闭塞方式有自动闭塞、半自动闭塞，自动闭塞又可分为单向自动闭塞和双向自动闭塞。系统必须将各种不同的行车条件融合在一起，综合构成一个统一的整体加以解决，而不能通过开发分别适应于单一或有限的行车条件的编图软件来进行问题的研究，铁路网是由不同行车条件的各种线路组成的，全路列车运行图的编制应建立在基于各种行车条件的列车运行图编制一体化算法的研究基础之上[1]。

（4）采用全参数化设计。通过采用全参数化设计，将编图相关技术资料全部纳入数据库中进行管理，编图系统完全依据数据库设定的资料和限定的条件进行列车运行图的编制。

（5）实现数据的合并分解及上传下载。为保证系统运行的畅通，实现列车运行图数据资料能够进行有效的交换，系统具备数据分解、合并功能，可以将各铁路局数据库合并为全路数据库；反之，可以将全路数据库分解成各铁路局数据库。同时，铁道部既可以将相关数据下载给各铁路局，也可以接收各铁路局上传的相关数据。

（6）实现基于任意指定范围的列车运行图编制。由于铁路运输的需求是多变的，铁路既有定期重新编制列车运行图的需要，也有大量的局部调整运行图的需要，这就要求系统既能用于编制全路列车运行图，也能编制调整任意局部范围的列车运行图。因此，系统实现了在任意指定范围内编制列车运行图的功能。

（7）建立切合实际需要的人机交互系统。作为一个解决动态规划决策问题的辅助系统，由于编图本身考虑的因素复杂，编图过程中的编图条件也经常发生变化，系统的自动化水平很难达到令人十分满意的程度。综合考虑以上因素，系统提供了强大的列车运行图调整子系统，该人机交互系统切合实际需要、操作简便、功能健全。运用列车运行图调整子系统，用户既可以将由计算机自动编制的列车运行图进一步通过人机对话进行调整，也可完全通过人机对话方式完成列车运行图的编制工作。

3 现行系统问题分析

3.1 系统设计挑战

3.1.1 系统功能方面的变化

实现从一个单纯的运行图编制的过程化作业决策工具向运行图编制与管理的全方位信息化支持工具的转化。

3.1.2 路网一元化管理和整体不可分割性的要求

高速铁路与既有线的基本计划和实施计划纳入统一的编制流程，共用统一的基础数据，以保证高速铁路各项计划与既有线的无缝连接。

3.1.3 技术方面的要求

（1）编图求解的复杂性。如果将开行列车作为任务 ( 工件 )，将列车占用区间或车站作为“加工”工序，则列车运行图的优化编制问题可以转化为列车群的车站、区间工序集的合理调度排序问题，是一类典型的调度问题，归结为车间作业调度问题 ( Job-shop Scheduling Problem，JSP )。目前，在面临大规模的实际 JSP 问题时，没有求解精确最优解的通用算法。

运行图编制模型的难度随着列车、车站数量的增加而迅速增大，传统的分支定界等方法难以在有限时间内求解。列车运行图编制问题属于 NP ( Nondeterministic Polynomial ) 难题，具有组合“爆炸”特性，尚没有方法找到其数学最优解。

（2）多目标问题的优化求解。列车运行图的编制问题是一个多目标的、复杂的组合“爆炸”问题。问题的多目标特征体现在 2 个方面：①列车运行图存在多方面的数量指标，如列车旅行速度、机车及动车组运用数量、车辆运用数量、需要占用的车站股道及库线的数量等；②列车运行图存在多方面的质量指标，如列车运行图的均衡性和可调整性、吸引旅客的方便性、通过能力利用率等。

（3）运行图质量评价体系的确定。列车运行图编制问题具有复杂性，由于它是一个超大规模的多目标组合优化问题，更为突出的是，列车运行图的某些质量指标无法进行定量描述，只能进行定性分析，属于半结构化问题，难以建立列车运行图质量评价的数量指标体系。

3.2 既有系统的主要问题

目前，尽管我国铁路各级编图人员都可以运用全路通用的计算机编图软件进行编图工作，但现行的编图系统仍然存在以下问题[2]。

（1）全路集中化联网编图尚未实现。系统软件尚未完全实现全国铁路基于局域网或广域网编制客货列车运行图的功能，列车运行图的编制模式未能得到有效突破，即便是编制暑期图、春运图，也仍然需要集中各铁路局编图人员召开全路性的编图会议，网络化水平不足。

（2）运行图编制全方位信息化有待完善。列车运行图编制系统是一个涉及面广的庞大系统，现有系统主要是围绕编图工作的核心环节展开的。一方面，各子系统建设的完整性、功能的完备性还存在较大差距，其他相关业务计划编制系统尚未纳入系统进行整体研究；另一方面，列车运行计划编制所依据的相关参数的完整性和精确性，以及系统软件功能的精细化程度还存在差距，列车运行图编制涉及的很多相关因素尚未纳入系统进行研究，信息颗粒度还需要细化。因此，整体上与我国铁路列车运行图编制和管理的需要仍有差距，系统化、精细化程度不够。

（3）智能化水平需要提高。采用计算机可以生成初始可行解，但繁忙干线特别是单线的自动化编制水平还很难令人满意，人工干预调整的工作量仍然很大，系统的智能化水平仍有待大力提高。

4 研究展望

从列车运行图编制工作和我国计算机编图研究应用的现状来看，今后我国铁路计算机编制列车运行图的研究可分为以下 3 个阶段。

第一阶段：完全实现全路列车运行图的计算机联网编制。实现全路直通旅客列车方案图的编制和调整，以及客货列车运行图的编制和调整，并建立有效的群体协同支持手段，实现基于计算机网络的全路列车运行图编制的信息化、智能化。

第二阶段：实现列车运行图及其相关作业计划编制和管理的一体化、信息化。在全路列车运行图的编制和管理工作中，彻底改变传统的手工作业方式，在列车运行图编制和管理工作的各环节和全过程最大限度地实现信息化。建立集车、机、工、电、辆于一体，集既有线与高速铁路运行计划编制于一体的列车运行计划编制系统，为列车运行图编制和管理工作提供各部门整体协同作业的信息化、网络化支持，实现列车运行计划各相关计划编制和管理工作的无缝连接。

第三阶段：实现基于全路网的计算机自动优化编图。尽可能减少人机交互调整，以最大限度地提高列车运行图编制的自动化程度和效率。

5 结束语

目前，我国铁路列车运行图的计算机编制技术已经取得了重大突破，现行的列车运行图编制软件已基本满足铁路局编制列车运行图的需要。但随着我国高速铁路的发展，铁路部门对列车运行图编制系统提出了更高的功能需求，同时为实现列车运行图及相关作业计划编制和管理的一体化、信息化，对系统研发人员也提出了更高的要求。

[1] 倪少权，吕红霞，李 浩. 计算机编制列车运行图系统的研究[J]. 铁道运输与经济，2001，23(7)：32-35.

[2] 祝建平. 铁路列车运行图编制与管理工作的思考[J]. 铁道运输与经济，2009，31(2)：19-21.