我国计算机编制铁路列车运行图技术迈出历史性一步

张晴

由交通运输与物流学院倪少权教授主持的“基于群体协同的铁路列车

运行图编制系统”荣获中国铁道学会科学技术奖一等奖

倪少权，男，出生于1967年，教授，博导。全国铁路列车运行图编制研发培训中心常务副主任，交通运输与物流学院副院长。长期致力于计算机编制铁路列车运行图研究，主持研究开发的成果成为我国铁路列车运行图编制管理的支撑手段。曾获铁道部科技进步一等奖1项、省级科技进步三等奖4项，中国铁道学会科学技术奖一等奖2项、二等奖4项，曾获詹天佑铁道科学技术奖之青年奖、茅以升铁道科学技术奖。

2016年3月3日，中国铁道部门传来喜讯，基于铁道部科技发展计划、中国铁路总公司科技开发计划、“十一五”国家科技支撑计划子课题、国家自然科学基金面上项目开展的“基于群体协同的铁路列车运行图编制系统”荣获中国铁道学会科学技术奖一等奖，迈出了我国计算机编制铁路列车运行图技术研究历史性的一步，为我国铁路运输的发展再添利器。

列车运行图是铁路运输工作的综合计划和铁路行车组织的基础，运行图在适应市场发展、满足市场对铁路运输的需求中，起着极为重要的作用，运行图编制周期的长短、质量的优劣，直接影响铁路运输的经济效益和社会效益。传统的手工编图方式造成编图周期过长，使得铁路难以快速编制新的列车运行计划以适应市场变化的需求，因此，采用计算机编制列车运行图是我国铁路发展的必然趋势。

在这种大趋势下，中国铁路总公司运输局及各铁路局纷纷寻找更好的突破口，并支持交通运输与物流学院教授倪少权、吕红霞带领学校计算机编图研究团队进行了“基于群体协同的铁路列车运行图编制系统”的系统研究。依托综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室和全国铁路列车运行图编制研发培训中心，他们十年磨一剑，终于在2015年完成了铁路列车运行图编制系统3.0版和4.0版的研发，取得了重大科研突破。

在项目开展过程中，他们自主研制开发了全路一体化的列车运行圖编制系统，取得了计算机编制全路列车运行图的突破；建立了列车运行图编制的网络化协同技术，实现了全路联网编制列车运行图的突破；建立了群体协同工作的编图模式，打破了传统个体封闭作业的编图模式；提出了基于分层决策和满意优化的铁路列车运行图编制智能化解决方案；建立了“单双线合一”的计算机自动编图技术，攻克了计算机编制路网列车运行图的技术难关；构建了集列车运行图相关作业计划编制于一体的信息平台，实现了系统集成创新；系统开发实现了基于64位的技术升级，大大提升了系统的处理能力和生命周期。

从另一个角度来看，该项研究构建了铁路列车运行图编制协同工作平台，建立了支持群体协同工作的编图方式，实现了以计算机联网群体协同编图的协同作业编图方式取代传统手工编图或单机编图的封闭作业编图方式的变革，取得了我国铁路计算机编图研究及应用的历史性突破，为我国铁路既有线提速和高铁运营提供了技术支撑，是近几十年来我国铁路运输科技发展的重要成就之一。

其实，早在20世纪60年代初，我国已经开始了对运用计算机编制列车运行图的大规模研究，并先后在应用计算机编制双线和单线区段、全路旅客列车方案、双线方向及枢纽列车运行图等方面进行了大量的理论和实践上的探索。各铁路局在列车运行图的编制中都不同程度地运用了计算机，初步达到了以采用计算机取代传统作业方式下的纸和笔进行编图的效果。

而国外计算机编制列车运行图则始于20世纪50年代后期，日本于20世纪60年代初开始了计算机编制列车运行图，到20世纪70年代初，日本已在部分线路开始使用计算机编制列车运行图。前苏联从20世纪50年代后期开始试验计算机编图，并取得了一定实用效果，我国在20世纪90年代初与前苏联进行了合作，但没有取得显著进展。美国、英国、法国、德国、加拿大等国家也先后进行了计算机编制列车运行图的研究，取得了一定效果。

从全世界范围来看，计算机编制列车运行图都经历了一个迅速发展的时期。其主要原因是，铁路是一个联动机，可谓“牵一发而动全身”，无论是编制新图，还是日常增开、调整跨局旅客列车，都涉及整个路网，编图工作必须在铁道部的统一部署和领导下进行。但多年来我国在列车运行图的编制和管理工作中尚未有运用于铁道部的全路列车运行图编制软件系统，因此，加速研究开发和运用“全路列车运行图系统”十分迫切，其中，计算机编制全路直通旅客列车运行图系统的研究和运用则是重中之重。

然而，国内早期在研究计算机编图时，大多数科研工作者对全路列车运行图系统编制并没有完整的认识，尤其是在国外技术处于垄断的情况下，他们更着重于根据不同区段或线路的特点对具体的研究对象进行有针对性的研究。

在这种情况下，倪少权却准确认识到了国家需求，深入研究了系统的通用性和适应性，并取得了显著效果。同时，与传统研究中将单线与双线分隔开来成为各自独立的两个系统进行研究的情况不同，他提出了“单双线合一”的计算机编图的统一算法思想。针对列车运行图编制属于NP问题，很难求其数学最优解这一问题，倪少权采用了新的方法，将各种约束条件表示成数学表达式，再把它转化为相应的数据结构模型，在满足系统设定的约束条件的前提下，进行基于人工编图经验的启发式搜索算法求解。这打破了过去基本上无法应用计算机编制单线列车运行图的僵局，为我国铁路广泛应用计算机编图探索出了一条可行之路。

在这之后，倪少权又主持研究开发了对单线、双线及多线、自动闭塞及半自动闭塞、直线及网状线路都有效的、智能化程度较高的基于铁路局的列车运行图编制系统，并将该软件系统在全路全部18个铁路局以及铁道4大勘察设计院、中铁电气化设计研究院、中铁咨询工程设计研究院等铁路运营和勘察设计单位进行推广应用，取得了显著的社会和经济效益。

而以上的工作似乎都在为铁路“十一五”重大工程科技专项“计算机编制全路直通客车运行图的研究”项目铺就道路。2003年，倪少权作为项目负责人开始了该项目的研发，仅一年时间就研究开发了基于计算机网络的铁路旅客列车运行图编制系统软件，受到铁路相关部门的广泛关注。

据悉，该系统集列车运行图数据管理、列车运行图编制及调整、列车运行图绘制、列车时刻表输出、列车运行图指标统计等各子系统于一个不可分割的整体，基于C/S模式实现了网络化编图，可支持进行全路列车运行图编制的多用户的协同工作，各子系统可随系统数据变化有效进行数据动态刷新，可适应铁路各种行车条件下的客货列车运行图的自动编制与调整。系统在自动生成列车运行图的前提下，通过人机交互调整编制列车运行图，可支持单机和网络操作，支持各铁路局分散编图和全路集中统一编图，支持全路编图数据的上报与下载。

该项研究成果是适应全路旅客列车运行图编制需要的计算机编图软件系统，该研究成果直接投入我国铁路第五次、第六次提速列车运行图编制及近几年全路各次列车运行图编制工作中，为铁路列车运行图的编制提供了技术支持手段，成为我国铁路列车运行图编制的统一软件工具。2004年以来，该系统已在我国铁路列车运行图编制工作中得到广泛应用，成为我国铁路列车运行图编制的软件支撑工具。无论编制新图还是各种调整图、节日图，我国铁路都广泛采用了该项目研究软件成果。该系统的研究和运用开创了我国采用计算机联网编制全国铁路旅客列车运行图的先河，对我国铁路采用计算机集中统一编制全路列车运行图具有里程碑意义。

全路第六次提速调图通过计算机联网编制全国旅客列车运行图，打破传统的区域性编图方法，铁道部直接参与和管理全路列车运行图的编制过程，对优化客车运行结构、提高列车旅行速度、节省机车车辆投入、满足旅客乘车需求、合理安排施工天窗以及列车运行图信息综合运用等方面均起到了至关重要的作用，实现了客运输送能力提高18%、货运输送能力提高12%的目标。全路联网编制列车运行图在我国尚属首次，是我国铁路列车运行图系统的核心组成部分，该项研究对于加速我国铁路列车运行图编制进一步适应市场需要，提高铁路运输产品的核心竞爭力和服务质量水平具有支撑作用。

通过实地考察不难发现，目前全路直通旅客列车运行图编制系统已经成为我国铁路列车运行图系统的核心组成部分，倪少权的研究对于加速我国铁路列车运行图编制进一步适应市场需要，提高铁路运输产品的核心竞争力和服务质量水平具有支撑作用。

网络时代的到来使铁路列车运行系统实现了信息化和智能化的管理，基于此，倪少权还建立了列车运行图编制的网络化协同技术，实现了全路联网编制列车运行图的突破，并在城市轨道交通列车运行图的编制方面进行了新的尝试。

在这些科研创新成果的支撑下，我国铁路列车运行系统正在向着更加完整、先进和国际化的方向发展。我们不得不承认，科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂，谁在科技竞争的短道速滑中速度更快，谁就能拥有更多的话语权！