异常条件下的客运专线车站作业计划调整方法探讨

刘嫣 戴新鎏

（1铁道部经济规划研究院 研究实习员；2铁道部经济规划研究院 副研究员，北京 100038）

客运专线车站作业计划反映的是车站接发列车以及调车作业的进路安排情况，对进路占用的股道与道岔进行合理安排。异常条件下客运专线车站作业计划调整也就是对进路占用的股道与道岔进行调整。本文借鉴股道均衡使用思想[1—3]，提出了客运专线车站作业计划编制的两阶段算法，在此基础上探讨异常条件下客运专线车站作业计划调整方法。

1 问题的提出

铁路运输系统是一个复杂、开放的大系统，受自然环境、气候等影响较大。同时，基于我国客运专线建设现状，速度350 km/h、250 km/h列车混行局面将会不可避免地出现，列车晚点情况也难免发生。这些异常条件对车站最直接的影响表现在列车晚点进站、通过、出发，造成车站作业的变化，需要变更停靠股道、站台，同时也有可能出现因列车被迫运休而使得动车组运用方案需要调整的情况。在这些异常条件下，车站就需要变更原有作业计划，对其进行相应的调整。

异常条件下，客运专线车站调整作业计划，主要是根据列车等级对受到影响的列车进行调整。其中，350 km/h列车等级最高，250 km/h列车等级次之。同时，考虑客运专线车站设备、列车运行计划以及动车组运用计划，按照下述原则对客运专线车站作业计划进行调整：

1）客运专线车站各次需要调整的停靠列车可变更股道，但需尽量选择与原作业计划相同的站台，以方便旅客乘降；

2）高等级列车在调整时优先级高于低等级列车；

3）相同等级列车一般按发车时间先后顺序进行调整；

4）发车作业在调整时优先于接车作业，出段作业在调整时优先于入段作业；

5）尽量对原作业计划进行较小幅度调整，只对晚点列车调整，不过多地涉及后续进站或出站列车的正常运行。

客运专线车站作业计划的调整原则以及调整的优先级的确定，还需根据实际情况加以灵活运用。

2 客运专线车站作业计划编制算法

客运专线车站作业计划的编制是典型的NPHard问题。利用排序理论，首先将所有到站、通过、出发列车根据时间先后排序，制定出客运专线车站初始作业计划，然后通过对当前解进行调整、改进，生成不同的作业方案，再对方案进行评价、比选，得到可行方案中相对较优的方案。设某车站共有n条股道，s个道岔，在该车站需要办理作业（包括接发列车和调车作业）数量为t，根据列车运行图得到该站行车量为tl列，且车底出段调车作业数量为tc，车底入段调车作业数量为tr，车底转线调车作业数量为tz。

2.1 第一阶段——生成初始可行作业计划

在整个作业计划编制过程中，接发列车作业计划先于调车作业计划编制。因此分别对接发列车作业计划编制与调车作业计划编制进行算法设计。

2.1.1 接发列车作业计划编制算法设计

1）根据列车运行图，生成车站各出发、到达列车的车次及时间。

2）将该车站的tl项接发作业列车按照作业时间先后顺序进行排序，得到排序序列Pl（共tl项）。

3）在序列Pl中顺序抽取一条作业记录进行计划安排。

4）判断该条作业记录是否满足进路条件，若进路可行，优先为列车选择占用次数较少的空闲股道，即可用进路中θi小的进路，分配该进路，生成该条作业记录的接发列车作业计划，令θi=θi+1；若不满足，则需等待进路联锁表状态的改变，然后再次判断进路联锁表的锁闭状态是否解除。如果进路联锁表的锁闭状态解除，则可返回判断是否有满足条件的进路；否则需继续等待，直至进路联锁表锁闭状态改变。

5）增加进路联锁表的锁闭状态。

6）判断该项作业是否结束，若作业结束，则解除进路联锁表的锁闭状态，然后转7）；否则，不需要修改进路联锁表的锁闭状态而直接转7）。

7）判断在序列中是否还存在作业，若所有接发列车作业都已被安排，则接发列车作业计划编制完毕；否则，转3），继续选取作业记录进行接发列车作业计划的安排。

2.1.2 调车作业计划编制算法设计

1）根据动车组运用计划、车辆分配计划及车辆检修计划得到立折的动车组信息以及待出入段调车作业的车次信息，根据车站作业参数得到这些相关列车的调车作业开始时间。

2）将调车作业按照作业开始时间的先后顺序进行排序，形成排序后的待编制的调车作业序列Pd，共tc+tr+tz项，由出段作业、入段作业以及转线调车作业组成。

3）在序列Pd中顺序抽取调车作业记录，开始调车作业计划的安排。

4）判断该条作业记录是否满足进路条件。设调车作业开始时间为xdi，调车作业结束时间为ydi，调车作业时间标准为d（出段作业、入段作业、转线调车作业时间标准不同），则判断在作业延续时间段[xdi，xdi+d]内是否有可用进路。若存在进路可被占用，则生成该条调车作业的调车作业计划，且令θi=θi+1；否则，需要选择重新确定调车作业的开始时间。

5）增加进路联锁表的锁闭状态。

6）判断该项作业是否结束，若作业结束，则解除进路联锁表的锁闭状态，然后转7）；否则，不需要修改进路联锁表的锁闭状态而直接转7）。

7）判断序列Pd中是否还存在作业，若不存在，则调车作业计划安排完毕；否则，转3）继续选择调车作业记录进行调车作业计划的安排。

2.2 第二阶段——调整作业计划

本阶段采用不同的解改进调整策略对第一阶段生成的初始可行作业计划进行改进，对当前的处理方案进行调整，从而得到新的客运专线枢纽站作业计划。

其中，由于接发列车作业要保证作业时间能按图进行，且为了方便旅客乘降与车站作业，其作业股道也需固定，因而在作业计划调整过程中，一般情况下可不涉及对接发列车作业的调整，只调整调车作业。具体解改进调整策略可采取以下两种。

1）时间调整策略：通过适当变更列车转线、出入段作业时间来调整客运专线枢纽站作业计划。以30s为一次调整的时间增加（或减小）值对作业开始时间进行变更，也即：

每调整一次时间的增加（或减小）值，则更新作业开始时间，开始一次新的调车作业计划编制，具体编制过程同第一阶段的调车作业计划编制。

2）股道调整策略：通过调整列车与股道之间的映射关系或调整列车占用股道优先级等改变进路中对股道的占用。考虑到旅客上车及行包等作业能方便进行，股道调整时若是对接发列车的调整，先选择与调整前股道同站台的异侧股道，若不能进行则选择其他股道。

3 异常条件下的客运专线车站作业计划调整

如果在编制计划前一日即能获知次日车次受异常情况影响发生的变化，可将次日的列车到站、出站等情况汇总，不受车次相关信息改变的影响，认为其是一次新的作业计划编制，按照前述算法进行客运专线车站作业计划的编制；如果列车是在当日受到异常情况影响，需要在客运专线车站对该列车的进站、出站情况进行调整、安排，从而调整客运专线车站作业计划，这就要从时间、空间、动车组运用三个方面考虑，以最低限度内影响客运专线车站原有作业、最小范围内调整原有作业计划为出发点，将客运专线车站作业计划调整到没有冲突，且计划安排最优。当受异常情况影响列车相对较多时，可将作业计划的调整视为列车到发时刻改变后对基本计划中受影响范围内的部分作业计划的修改，对相关的大范围内的作业重新进行编制，生成新的客运专线车站作业计划。

3.1 时间调整

在编制作业计划时，作业进路的安排要留有冗余，以方便发生异常情况时较少调整作业计划。在异常条件下，首先应考虑列车进站、出站时间变化是否会影响该次列车之前以及之后进站与出站列车。时间调整应以调整原则中的2）、3）、4）为基准。在异常情况中，最易发生的就是列车晚点，在此重点对此情况进行讨论。

如对于晚点进站列车Ji，原作业计划分配的股道Mi，实际进站开放进路时间为xi，结束使用股道时间为yi，占用该股道的下次列车进站开放进路时间为xi+1，则可做如下判断：

则仍可按原作业计划安排，使用原分配股道，只将作业表中的原作业开始时间、作业结束时间调整为列车实际在站情况；

满足（3）或（4）其中之一，则时间调整不可行。

3.2 空间调整

在异常条件下，若对于客运专线车站作业计划不能进行时间调整时，可考虑进行空间调整，即对列车重新安排进路、分配股道。空间调整需要有大局观念，在对受到异常情况影响的列车等级进行比较后，按照调整的先后顺序进行安排，要尽量少地变动原计划中没有受到影响的列车的进路安排，降低影响的后效性，减少晚点传播，具体方法如下。

1）在前述的客运专线车站作业计划编制算法设计中得到的接发列车作业排序序列Pl中，将受到异常条件影响的列车Ji记录删除。

2）列车Ji在原计划中分配股道Mi，实际到达车站时间为td，从车站出发时间为tc，则作业延续时间为：

考虑到站台尽量固定使用原则，判断在时间段[td，tc]里，列车Ji是否与原计划中列车停靠站台另一侧股道Mi+1的接发列车有时间上的交叉。若没有交叉则为列车Ji分配该股道进行作业，客运专线车站作业计划空间调整完毕；若存在交叉，则转下步。

3） 判断在时间段[td，tc]里，该站除股道 Mi、Mi+1外是否有列车占用。若存在没有被列车占用的股道，则根据列车种类，查找空闲时间最长的股道Mmax，将列车Ji分配到Mmax上，客运专线车站作业计划空间调整完毕；若不存在没有被列车占用的股道，则转下步。

4）重新搜索股道Mi+1，设当前占用该股道列车结束使用股道时间为tc(i+1)，判断在时间段[tc(i+1)，tc(i+1)+ty]里，该股道是否有列车占用。如没有列车占用，则为列车Ji安排该股道作业；若仍有列车占用，转下步。

5）重新搜索该站除股道 Mi、Mi+1外的其他股道，判断在时间段[td，tc(i+1)+ty]里，该股道是否有列车占用。如没有列车占用，查找空闲时间最长的股道Mmax，将列车Ji分配到Mmax上，客运专线车站作业计划空间调整完毕；若不存在股道没有被列车占用，则继续按照4）中所述方法进行判断。如此往复，直至股道被分配。

上面所述的空间调整方法适用于作业等级相对较低的列车，可以保证高等级列车的晚点延误小以及设备占用状态的更改少。相对较低等级列车作业有可能会持续调整至不干扰高等级列车作业状态时开始作业，最极端的情况是会造成相对较低等级作业一直等待直至一日内的所有作业结束，这就严重影响了列车正常运行，在实际作业过程中是不允许的。一般情况下，从列车受到异常情况影响时刻起至当日的24时，该列车一定会被分配股道、安排进路，并且作业计划编制要满足作业时间冗余大的要求，则原有作业计划表的调整幅度不会很大。在特殊情况下，也会存在列车在当日24时前不能按上述方法分配股道的情况，此时需结合实际，可不过分强调站台固定使用原则与较少改变原作业计划原则，将该列车与后续列车视为一次新的作业计划安排，重新进行编制。若不仅是针对相对较低等级列车作业的调整，就需要将受异常情况影响列车到站时间相邻时段内作业的列车纳入到调整的范围之内，在这个待调整列车作业集合中根据列车作业等级确定作业计划调整顺序，得到新的作业计划。如果多列列车在某个大的时间段内均受到异常情况的影响，这就需要对运行发生变化的多列列车进行调整。因为调整的范围比较大，逐一调整很难达到调整优化的目的，此时也可考虑将最先受到影响的列车，连同随后受到影响与未受到影响的所有列车合并，构成待编制作业计划的列车数组进行重新编制，生成新的作业计划。

更简单地，可将客运专线车站作业计划的调整认为是列车到发时刻改变后对基本计划中受影响的范围内部分作业计划的修改。这种调整方法思路清晰、简单可行，缺点是扩散影响较大，除对发生异常情况列车进行作业调整外，有可能对其他正常运行列车进行作业计划的变更，给车站作业、旅客乘降等带来一定的不便。

3.3 动车组运用调整

进行动车组运用方案的调整，有些是由于列车在中途晚点或停运造成的，有些则是由于恶劣气候影响范围大、延续时间长，列车在车站还未出发便被迫运休造成的。这可能造成动车组运用条件和接续关系的变化，产生新的始发晚点和列车运休。

如果动车组在某一车站终到后担当下一次始发作业任务，但由于运行过程中发生异常情况，列车晚点进站影响到接续，在调整时考虑变更动车组，调用其他没有任务的动车组完成其始发任务，此时就涉及到了调车作业计划的安排[4]。

综合上述三种调整策略，都是从一个方面考虑对异常条件下原有作业计划的调整，这只是在个别列车信息变更时可使用的调整方法，而当异常情况造成列车密集到发时，需要调整的作业数量多，调整范围大，由此造成的延误也会随之加大。前述的客运专线作业计划编制两阶段算法中，第二阶段就是要调整作业计划，以使得总晚点数最小、总延误时间最小、冗余时间大，则接发列车作业和调车作业都会进行调整。当同方向接发列车时，尽量选用平行进路，不要为相邻作业时段的同类列车作业安排同一股道，而不同方向接发列车可不受此限制。调整调车作业时，为了减少部分调车的作业时间以满足接续的要求，可根据实际需要转换入段作业与转线调车作业。如当需要出段列车担当始发作业任务，但由于在密集时段中出段作业与车站接发作业干扰严重，则可选择将该时间段内可用的入段车底作为始发作业列车担当始发作业任务，入段作业也就转换为立折作业，减少了出段走行时间的延误。此外，为减少转线调车作业所造成的作业时间延长、延误增加，可考虑在同一股道上反向接车然后正向发车，或正向接车然后反向发车。

4 实例分析

根据前述算法设计和调整方法，利用Visual C++进行编程并实现人机交互功能，在客运专线综合调度系统的计划子系统模块下，研制出相应的车站作业计划编制模块。该模块由数据管理子模块、信息交互子模块、作业计划编制子模块、计划冲突检测子模块及作业计划显示子模块组成，最终生成的作业计划按照时间先后顺序排序显示。以沪杭线上的某站为背景，在没有异常情况时，根据基础信息生成的作业计划不变。对于异常情况，如250 km/h列车G105晚点10 min进站，由原计划的10:05:00调整为10:15:00，在运行图中对该车次信息进行更改后，编制作业计划时模块会从运行图中调用该车次相关信息，并连同其他没有变更的车次完成该站作业计划的编制。在G105次列车在站作业时间段内，由于另有350 km/h列车G183次以及G163次列车在G105次列车在站作业时间段内有始发作业，根据作业计划编制的原则，350 km/h列车的等级高于250 km/h列车，所以令晚点进站的250 km/h列车进站时间调整为10:32:00，搜索股道与道岔，原作业计划中安排的股道和道岔可以沿用，由此，作业计划调整完成，其作业占用股道和道岔与原计划相比没有变化，但作业时间变更。

5 结束语

客运专线车站作业计划是接发列车作业计划与调车作业计划的集合，是经过优选比较与调整优化后的最终列车作业进路安排。列车在运行过程中不可避免地会遇到异常情况，若需对作业计划进行调整时，视具体情况选择时间、空间或动车组运用等调整方法，以总晚点数最小、总延误时间最小、冗余时间大和股道均衡使用为目标生成新的作业计划。本文最后通过计算机实现了客运专线车站作业计划编制与异常情况的调整，通过计算机对过程进行控制，对结果进行优化。

[1]Malachy Craey，Sinead Craville.Scheduling and platforming trains at busy complex stations[J].Transportation Research Part A，2003，37（3）：195—224

[2]李文权，王炜，程世辉.铁路编组站到发线运用的排序模型和算法[J].系统工程理论与实践，2000，6：75—78

[3]谢楚农，黎新华.铁路客运站到发线运用优化研究[J].中国铁道科学，2004，25（5）：130—133

[4]赵鹏.高速铁路动车组和乘务员运用的研究[D].北京：北京交通大学，1998