铁路客运站到发线运用优化模型及算法

柳影

摘 要：通过分析客运站旅客列车到、发技术作业，建立客运站到发线运用优化模型。模型目标为有利于保证行车技术作业安全，有效利用车站设备和方便旅客乘降。采用模拟退火算法求解模型，实现到发线运用的合理优化。以福州站为例，运用模型计算生成到发线运用计划，并说明其结果优化效果明显。

关键词：客运站；到发线运用；模拟退火算法

中图分类号：F530 文献标识码：A

Abstract： Through analyzing the reception and departure of passenger train technical operation in railway passenger station， this paper establishes the reception and departure tracks using optimization model. Its goal is to ensure the safety of traffic technical operations， as well as effective use of station equipment and convenient for boarding and landing of passengers. Solving the model with the simulated annealing algorithm， it can optimize the utilization of reception and departure tracks reasonably. In Fuzhou railway station， for example， it solves the model and generates the reception and departure tracks using plan. Simultaneously， it explains the optimization effect of the results is obvious.

Key words： railway passenger station； utilization of reception and departure tracks； simulated annealing algorithm

车站到发线的合理运用不仅关系到列车运行图的实现，还直接关系到行车安全和移动设备使用效率，因此，建立到发线运用模型并设计相应算法，优化到发线的使用，对于提高铁路运输生产效益具有重要意义。

1 问题描述

到发线运用安排问题属于NP问题，利用现有计算方法和手段很难求解出最优解，不少专家、学者对此进行了研究。如建立到发线利用的图论模型；通过引入时间片的定义，建立到发线运用计划的二次0-1规划模型；将到发线运用分解为方便旅客出行、有利于保证作业安全和有效使用车站设备3个子问题，并分别建立优化模型。这些研究成果对于后续研究有重要意义，但是具体运用还有待进一步探索。为此，提出基于模拟退火算法优化客运站到发线运用的研究。到发线运用计划编制的依据是列车到发时刻、列车出入库计划和《站细》的有关规定。编制客运站到发线运用计划时，必须考虑以下几点：

（1）一条到发线同一时间内只能接发一列列车；一列列车一旦占用了一条到发线便一直占用直到离去时为止，中途不能再转到其它到发线；一列列车在同一时间只能占用一条到发线。

（2）为列车安排的到发线的长度、设备应能满足列车在到发线上的作业要求。

（3）同一股道接发的相邻列车时间间隔应大于最小安全时间间隔。

（4）尽量按照固定方案接发列车，合理安排各次列车占用的到发线路，减少行车和调车作业干扰。

本文在满足上述几个条件下，实现以下目标：有利于保证行车作业安全与行车技术作业；方便旅客旅行；有效地使用车站各种既有行车技术设备。

2 模型建立

（1）目标函数

制定到发线运用计划应考虑以下3个目标：

①在阶段计划内，所有旅客列车占用到发线总时间最短；

②客运站的每一条股道都应均衡使用，避免忙闲不均现象。最大限度地使用车站各项行车技术设备；

③尽量按照固定方案接发列车，根据列车作业性质等因素安排合适的到发线作业。客运站在制定到发线使用方案时，往往会将旅客走行距离短、列车走行进路顺直等因素考虑到方案中。

（2）约束条件

模型的硬约束条件描述为：

①一列列车只能使用一条到发线；②保证每条到发线在同一时刻最多只能被一列车占用；③同一股道接发的相邻列车时间间隔要满足最小安全时间间隔。

（3）数学模型

4 算法求解

Step1：在Access数据库中，建立“列车运行图时刻表”、“股道及道岔分组表”、“列车技术作业时间表”、“道岔组占用时间表”、“列车安全间隔时间表”。从这5张表中读取所需数据。

Step2：根据模拟退火算法的步骤，首先设一个初始温度，产生一个初始解，迭代步数设为0。然后进行领域变换得到一个新解，该新解可能优于原解，也可能劣于原解。

Step3：对这个新解进行合法性的验证。本文结合所建模型利用约束条件进行调整。

Step4：如果这个解是合法可行的，本文结合所建模型的目标函数评价指标。

Step5：根据本文的目标函数，计算前后两个可行解的评价值的差。如果他们的差小于等于零，将后面的可行解替换掉前面的可行解。如果不是，则根据一定的接受概率进行判断。

Step6：如满足该接受概率，则接受这个新解。

Step7：在每一温度进行迭代，最后达到本文的终止原则而停止，得到最终解。

5 实例分析

综上所述，得到到发线应用优化的最终解，见表1。例如0852次上行列车8：10到达，经过16，18号道岔组，接入2股道后，在8：30经由25道岔组出发，总占用道岔组时间为7分钟。在该列车进入2股道时，该股道未被其他列车占用，在该列车占用2股道期间，无其他列车接入该股道。

6 结 论

基于模拟退火算法对客运站到发线安排问题进行了研究，给出了相应的数学模型及其算法。实例计算表明，建立的模型及其算法具有较强的实用性，对客运站阶段计划的自动编制具有实际意义。但由于现场情况十分复杂，客运站到发线运用还受到主观因素的影响，因此模型的实际应用还需要进一步深入研究。

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