论文总字数：19480字

摘 要

铁路的编组计划算法是一种调度算法，其目的在于在满足限制条件的前提下，实现对车站所有车流的调车作业指挥。由于铁路运输的重大现实意义，铁路编组计划一定要严格执行相应的限制条件规定。当前关于编组算法的研究理论与实践之间存在脱节，国内外的研究中基本没有自动编组计划算法的参照。本文尝试通过对现有编组站系统的股道现车详细信息、相关编制编组计划内容、相关编制计划限制条件的研究，尝试对编组站尾部作业区调车作业计划的自动编制方式进行研究。本文所设计的编组计划算法以编组场股道为设计出发点，采用了“从股道头部截取”的思路以降低调车作业的复杂程度，满足了时间、车种、车长、车重等限制要求。以全国路网某大型编组站为具体研究对象，采用了该站某时间点站内所有车流车辆的数据信息做实验模拟。实验验证了本文算法的相对优化性。

关键词：编组计划，调度算法，调车作业，优化比较，自动生成

Abstract

The algorithm of railway marshalling planning is a kind of scheduling algorithm, which aims to realize the shunting operation of all traffic flow to the station under the premise of meeting all the restrictions. Due to the great practical significance of railway transportation, the railway marshalling plan must strictly satisfy the corresponding restrictive conditions. The marshalling plan algorithm designed in this paper takes the departure track as the starting point, and adopts the idea of "interception from the head of the stock track" to reduce the complexity of the shunting operation with the restrictions on time, car, car length, weight and so on. Taking a large marshalling station of the national road network as the specific object of study, the data of all the train trips at a certain time point in the station are used for experimental simulation. In view of the serious disconnection between the current research theory and practice of marshalling algorithms, there is little reference to the automatic marshalling algorithm in the domestic and foreign research, which is also an attempt of this article. Two baseline algorithms are compared to verify the performance of our algorithm.

KEY WORDS: marshalling plan, scheduling algorithm, shunting operation, optimization and comparison, automatic generation

目 录

摘 要 2

Abstract 2

第一章 绪论 5

1.1引言 5

1.2铁路编组算法的研究意义及特点 5

1.3铁路编组的研究发展与现状 7

1.3.1国际铁路编组的研究发展与现状 7

1.3.2我国铁路编组计划研究的发展与现状 7

1.4编组计划研究思路 9

第二章 铁路编组计划算法的设计 13

2.1铁路编组环境 13

2.2数据介绍 13

2.3编组原则 14

2.4算法思路设计 15

第三章 系统实现与实验验证 17

3.1程序设计介绍及结果展示 17

3.1.1系统总体架构 17

3.1.2数据库结构 19

3.1.3系统功能描述 22

3.1.4程序效果展示 24

3.2算法优化比较 29

第四章 总结 32

致 谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

1.1引言

随着信息化时代的到来，人类的生活变得空前便利。举个例子，以前人们购物，都要去相应的商店才能买到相应的货物，甚至有些时候还会出现商店断货而等上不少时间的情况。而现在，购物不仅可以足不出户，就算是断货，用不了多长时间即可收到货物。这说的是物流高度发达带来的便利，不过归根结底，这是交通运输发达的一个体现。现如今每时每刻铁路网上都拥挤着大量驶向各地的货车，就像以前科幻小说里的描述。而且这种趋势随着现代社会的飞速发展越来越明显。作为交通运输的绝对主力，铁路运输在现代生活中的地位越来越重要。如果说客运方面还有汽车、飞机甚至轮船与之竞争，那么，铁路运输在货运上就是“一枝独秀”。

铁路运输兼具了运输量大、运输速度快等多种优势。据调查显示，仅2017年我国货运总量已达近3亿吨，毫不夸张地说，铁路货运在国家经济中已经扮演了无可替代的角色，数以万记的车流经全国铁路网处理着庞大的物流作业。解决好这些车流之间的调配问题确保全路网不出现车辆滞留堆积的现象，往小处说，是与民便利；往大处说，也是稳定国家经济的日常工作。

交通运输系统的发展向来有两大重点：1、交通运输的硬实力。比如股道的耐用性、车辆的行驶速度等等；2、交通系统的调度能力。比如车流车辆的分配、路网列车的计划作业等等。随着近些年科技的进步发展，列车的速度一提再提，股道也是不断翻新。可以说，我国的交通运输硬实力已经达到了整个科技发展史上前所未有的高度。另一方面，有关系统调度的研究也从未间断。受限于各种复杂的人为与非人为因素，加之智能系统研究起步较晚的原因，系统调度研究的道路一波三折。而现在，我们比以往任何时刻都需要一个能统筹各方面因素的调度方案来解决迫在眉睫的交通运输问题。

1.2铁路编组算法的研究意义及特点

铁路车站依据一定的原则、优先级对到达列车车辆做出相应的调整（截取与拼接）被称为“编组计划”。编组计划是全路的车流组织计划，是制定列车运行图、运输方案及计划的重要依据，它统一安排全路的车流组织方案，具体规定货运站、编组站、区段站等编组货物列车的要求、方法和内容；是编制列车运行图、运输方案、日班计划及改善站场布局的依据，是加强货运营销工作的重要手段。编组计划的基本任务是根据货流、车流特点和主要站场、线路设备情况以及货物运输市场需求，充分发挥既有设备潜力，科学合理组织货流、车流，积极组织直达运输，加速货物运送和机车车辆周转，创造良好的运输秩序，节约运输成本，提高与运输效率和经济效益。编组计划地位的重要性不言而喻。

编组计划不得经常变更。因车流或技术设备发生变化必须局部调整时，要有计划有准备地进行，并及时向有关单位布置。跨局列车编组计划由铁道部运输局调整；铁路局管内编组计划由铁路局运输处调整，在征得有关铁路局运输处同意后便可变更跨局区段、摘挂、小运转列车编组计划，变更内容应报铁道部运输局备案。编组列车应按照列车运行图规定的列车牵引质量或换长满轴编组，尾数波动执行相关规定。运行区段牵引定数不一致的直达列车，由编组计划制定列车牵引质量、换长时，按照编组计划制定的牵引质量、换长编组。摘挂列车、小运转列车允许欠轴开行。分组列车不受车组号顺位的限制（单独制定编挂位置者除外）。临时排送的空车，应单独选编成组（摘挂、小运转列车除外）。按照回送单据向制定到站回送的空车（特殊规定的除外），按该到站的载重车处理。空车车流应合理调配。组织空车列车应本着以空保重、快速送达的原则，尽量从卸车地组织整列空车列车。凡是需要大量卸车的专用线、车站、区段或地区，均应就地组织空车整列。车流量大而又稳定的整列空车应固定运行线，定期开行。对不能组织的零散的空车，也要尽可能在编组站集中，组织成列或者成组挂运。对于通过能力较为紧张的地区，可以采取“重空结合”的方式即载重车与空车混编。尽量满足列车的长度重量接近上限以提高通过地区的能力。

1.3铁路编组的研究发展与现状

1.3.1国际铁路编组的研究发展与现状

编组站建设在铁路建设中具有重要地位，其中关键是要解决好调车设备的配置问题。世界铁路编组站调车设备的发展，大体经历了四个阶段：一是铁路发展头50年（1825年到1876年）为平面调车阶段，利用牵出线或正线调车，人工扳道，手闸制动；二是简易驼峰调车阶段（1876年到1924年），德国于1876年修建世界上第一座简易驼峰，利用位能溜放车辆解体列车，编组场内仍为人工扳道，手闸制动；三是机械化驼峰调车阶段（1924年到1948年）。美国于1924年首先在设有驼峰的编组站上，使用车辆减速器（ 也称缓行器），控制车辆溜放速度。1925年，德国又首先实现驼峰道岔的集中控制，免除了人工扳道和手闸制动的繁重体力劳动；四是半自动和自动化驼峰调车阶段（从1948年至今），由于控制论和电子计算技术的发展，为驼峰调车作业实现自动化创造了条件。1948年，美国第一个建成了半自动化驼峰，50年代以后，铁路编组站调车作业的发展，就进入了半自动和自动化的阶段。目前欧美等地国家多采取以调度集中为基础的综合调度系统。值得一说的是，因为国外的铁路网络建设普遍远逊于我国，物流发达程度更是远远不如我国，所以其铁路网无论是规模还是运输压力与我国的相比也相距甚远。故国外的自动化作业于我国并没有多少的适用性与参考性。

1.3.2我国铁路编组计划研究的发展与现状

中国铁路编组站调车设备的发展，从50年代后期开始，较短的时期内实现了三次飞跃。50年代以前，我国虽然也已修建了一些编组站，但大多数为区段站型，股道少，有效长短，平面调车，效率低，劳动强度大。1958年，在丰台站建成中国第一个简易驼峰（也称“土驼峰”）之后，“大跃进”两年多时间，在全国修建起150多处简易驼峰，由平面调车转入驼峰调车，是调车作业技术发展的第一次飞跃。简易驼峰的改进，在一些区域性和地方性编组站又广泛发展非机械化驼峰。1960年，在苏家屯编组站建成中国第一个机械化驼峰，成功地使用车辆减速器（设2、3个制动位， 编组场内用铁鞋制动），大大减轻了制动员的劳动强度。实践证明，机械化驼峰比简易驼峰、非机械化驼峰能力可提高30%~50%。60年代至70年代中期，中国一些路网性编组站，大多采用这种调速制式，是编组站调速技术的第二次飞跃。1978年，在丰台西编组站首先建成了驼峰半自动调速系统，1979年哈尔滨站下行场采用减速器-减速顶调速系统建成投产， 至1985年，基本上实现了以丰西、南翔为代表的点式调速系统，以西安东为代表的点连式调速系统和以广州北、艮山门为代表的连续式调速系统，半自动和自动化调速技术迅速发展起来。这是编组站调速技术的第三次飞跃。1989年，郑州北站上行场建成驼峰作业过程自动控制系统（包括溜放车辆速度微机分布式点连式自动控制系统、驼峰溜放进路微机自动控制系统、驼峰推峰机车无线遥控系统）和峰尾微机联锁控制系统及编组站现车管理信息系统等，建成中国第一个调车作业综合自动化的编组站。在编组站调车作业自动化的研究中，特别是中国依靠自己的力量首创了减速器.减速顶点连调速方式，为编组站现代化建设探索出了一条新的道路。80年代，全路有部管编组站46个，其中路网性编组站13个，区域性编组站17个，地方性编组站17个。90年代，随着一批新干线建成投入运营，编组站建设又有新发展。1997年铁道部运输局发布的文件确定，全路编组站总数由46个增加到49个。原有编组站中，新龙华站因不再担当路网中的货车中转技术作业，不再列为编组站；京九、宝中新线引入运营和浙赣、包兰双线建成投产，新增阜阳北、向塘西、乔司、迎水桥四个编组站。哈尔滨枢纽中，哈尔滨南站担当路网货车技术作业，改为路网性编组站，哈尔滨站担当管内货车的改编作业，改为区域性编组站，鹰潭、阜阳北也担当路网货车改编作业，定为路网性编组站。新确定的各类编组站站名见附表。另有办理区段及摘挂列车解编作业的区段站291个，其中一等站77个，二等站113个，三等站101个，共有驼峰212处。铁路编组站主要是由列车到达场、编组场、出发场和直通场等组成的。根据各车场配置数量和方式的不同，编组站可分为一级式、二级、三级式三种。一级式有一级二场、一级三场等；二级式有二级三场、二级四场等；三级式有三级三场、三级四场和三级六场等。各车场横列配置称横列式编组站，纵列配置称纵列式编组站，既有纵列又有横列配置称混合式编组站。上下行列车到发按一个方向设置的编组站，称为单向编组站，按两个方向设置时，称双向编组站。铁路编组站按其性质和作用，也可分为三种：路网性编组站（担任路网中远程列车的解编任务）、区域性编组站（担任一定区域内列车的解编任务）和地方性编组站（负担管内地方车流的解编作业）。我国现有的大量编组计划还是依靠铁路科学研究院之前所开发的SMIS2.9系统、SAM系统以及通号公司所开发的CIPS系统。这些系统中，SAM系统和CIPS系统除了简单的管理外也加入了不少管控手段。SAM系统设置了专门的控制闭环作业系统，将计划分解成对各控制子系统的指令集，根据指令集控制各子系统工作并动态调整指令集。CIPS系统通过管控集成，将计划转换为指令直接驱动过程控制系统，用计算机指令自动办理进路代替信号员人工始终端办理进路，使编组站所有的列车进路、调车进路、机车走行进路、推峰进路、溜放进路、调车线股到封锁与解锁、停车器制动与缓解均按照计划自动执行[1]。然而，上述系统的自动化程度基本体现在车辆的解体计划（车辆切割）。对于编组计划，不少学者一直在进行研究、建模，其中，陈崇双、王慈光等专家对国内外对编组计划的研究做了系统性的总结[2]。程维生、林伯梁还提出了计算机编制编组计划系统的设计方案[3]，从数据处理、结构调整、人工干预、智能优化四个方面对系统做了详细的优化分析。然而，我国的物流系统高度复杂，在世界上也是绝无仅有，目前并没有能够匹配我国铁路运输实际情况的智能系统或者方案。国外的相关研究于我国这种庞大的铁路系统并没有多少实际意义上的借鉴性与应用性。目前没有一套真正实现自动生成编组计划的系统方案。理论研究与实际情形严重脱节，而人工编制面对越来越庞大复杂的物流路网也愈发显得有心无力。简而言之，在编组计划的自动生成方面，我国目前并没有多少先例。本文以全国路网某大型编组站为例，拟设计一套简单的自动实行编组计划的算法。

1.4编组计划研究思路

为实现编组计划的编制、管理现代化，提高铁路运输组织水平，适应铁路运输发展要求和加强营销工作的需要，全路网要逐步改进编组计划编制管理手段，利用统一的编制管理系统编制、调整和管理编组计划，提高编组计划的信息化管理水平。

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