柳影

摘 要：通過分析客運(yùn)站旅客列車到、發(fā)技術(shù)作業(yè)，建立客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用優(yōu)化模型。模型目標(biāo)為有利于保證行車技術(shù)作業(yè)安全，有效利用車站設(shè)備和方便旅客乘降。采用模擬退火算法求解模型，實(shí)現(xiàn)到發(fā)線運(yùn)用的合理優(yōu)化。以福州站為例，運(yùn)用模型計(jì)算生成到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃，并說明其結(jié)果優(yōu)化效果明顯。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)站；到發(fā)線運(yùn)用；模擬退火算法

中圖分類號(hào)：F530 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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

車站到發(fā)線的合理運(yùn)用不僅關(guān)系到列車運(yùn)行圖的實(shí)現(xiàn)，還直接關(guān)系到行車安全和移動(dòng)設(shè)備使用效率，因此，建立到發(fā)線運(yùn)用模型并設(shè)計(jì)相應(yīng)算法，優(yōu)化到發(fā)線的使用，對(duì)于提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)效益具有重要意義。

1 問題描述

到發(fā)線運(yùn)用安排問題屬于NP問題，利用現(xiàn)有計(jì)算方法和手段很難求解出最優(yōu)解，不少專家、學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。如建立到發(fā)線利用的圖論模型；通過引入時(shí)間片的定義，建立到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃的二次0-1規(guī)劃模型；將到發(fā)線運(yùn)用分解為方便旅客出行、有利于保證作業(yè)安全和有效使用車站設(shè)備3個(gè)子問題，并分別建立優(yōu)化模型。這些研究成果對(duì)于后續(xù)研究有重要意義，但是具體運(yùn)用還有待進(jìn)一步探索。為此，提出基于模擬退火算法優(yōu)化客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用的研究。到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃編制的依據(jù)是列車到發(fā)時(shí)刻、列車出入庫計(jì)劃和《站細(xì)》的有關(guān)規(guī)定。編制客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃時(shí)，必須考慮以下幾點(diǎn)：

（1）一條到發(fā)線同一時(shí)間內(nèi)只能接發(fā)一列列車；一列列車一旦占用了一條到發(fā)線便一直占用直到離去時(shí)為止，中途不能再轉(zhuǎn)到其它到發(fā)線；一列列車在同一時(shí)間只能占用一條到發(fā)線。

（2）為列車安排的到發(fā)線的長度、設(shè)備應(yīng)能滿足列車在到發(fā)線上的作業(yè)要求。

（3）同一股道接發(fā)的相鄰列車時(shí)間間隔應(yīng)大于最小安全時(shí)間間隔。

（4）盡量按照固定方案接發(fā)列車，合理安排各次列車占用的到發(fā)線路，減少行車和調(diào)車作業(yè)干擾。

本文在滿足上述幾個(gè)條件下，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：有利于保證行車作業(yè)安全與行車技術(shù)作業(yè)；方便旅客旅行；有效地使用車站各種既有行車技術(shù)設(shè)備。

2 模型建立

（1）目標(biāo)函數(shù)

制定到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃應(yīng)考慮以下3個(gè)目標(biāo)：

①在階段計(jì)劃內(nèi)，所有旅客列車占用到發(fā)線總時(shí)間最短；

②客運(yùn)站的每一條股道都應(yīng)均衡使用，避免忙閑不均現(xiàn)象。最大限度地使用車站各項(xiàng)行車技術(shù)設(shè)備；

③盡量按照固定方案接發(fā)列車，根據(jù)列車作業(yè)性質(zhì)等因素安排合適的到發(fā)線作業(yè)。客運(yùn)站在制定到發(fā)線使用方案時(shí)，往往會(huì)將旅客走行距離短、列車走行進(jìn)路順直等因素考慮到方案中。

（2）約束條件

模型的硬約束條件描述為：

①一列列車只能使用一條到發(fā)線；②保證每條到發(fā)線在同一時(shí)刻最多只能被一列車占用；③同一股道接發(fā)的相鄰列車時(shí)間間隔要滿足最小安全時(shí)間間隔。

（3）數(shù)學(xué)模型

4 算法求解

Step1：在Access數(shù)據(jù)庫中，建立“列車運(yùn)行圖時(shí)刻表”、“股道及道岔分組表”、“列車技術(shù)作業(yè)時(shí)間表”、“道岔組占用時(shí)間表”、“列車安全間隔時(shí)間表”。從這5張表中讀取所需數(shù)據(jù)。

Step2：根據(jù)模擬退火算法的步驟，首先設(shè)一個(gè)初始溫度，產(chǎn)生一個(gè)初始解，迭代步數(shù)設(shè)為0。然后進(jìn)行領(lǐng)域變換得到一個(gè)新解，該新解可能優(yōu)于原解，也可能劣于原解。

Step3：對(duì)這個(gè)新解進(jìn)行合法性的驗(yàn)證。本文結(jié)合所建模型利用約束條件進(jìn)行調(diào)整。

Step4：如果這個(gè)解是合法可行的，本文結(jié)合所建模型的目標(biāo)函數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

Step5：根據(jù)本文的目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算前后兩個(gè)可行解的評(píng)價(jià)值的差。如果他們的差小于等于零，將后面的可行解替換掉前面的可行解。如果不是，則根據(jù)一定的接受概率進(jìn)行判斷。

Step6：如滿足該接受概率，則接受這個(gè)新解。

Step7：在每一溫度進(jìn)行迭代，最后達(dá)到本文的終止原則而停止，得到最終解。

5 實(shí)例分析

綜上所述，得到到發(fā)線應(yīng)用優(yōu)化的最終解，見表1。例如0852次上行列車8：10到達(dá)，經(jīng)過16，18號(hào)道岔組，接入2股道后，在8：30經(jīng)由25道岔組出發(fā)，總占用道岔組時(shí)間為7分鐘。在該列車進(jìn)入2股道時(shí)，該股道未被其他列車占用，在該列車占用2股道期間，無其他列車接入該股道。

6 結(jié) 論

基于模擬退火算法對(duì)客運(yùn)站到發(fā)線安排問題進(jìn)行了研究，給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型及其算法。實(shí)例計(jì)算表明，建立的模型及其算法具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)客運(yùn)站階段計(jì)劃的自動(dòng)編制具有實(shí)際意義。但由于現(xiàn)場情況十分復(fù)雜，客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用還受到主觀因素的影響，因此模型的實(shí)際應(yīng)用還需要進(jìn)一步深入研究。

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