CN104442929A - 一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法，该规划方法包括如下步骤：步骤1：对作业规划中，对作业进路之间的车场图的基本单元进行表述；步骤2：针对安排列车作业方案以及进行列车运行模拟时的必须数据，自动生成站内列车走行径路。步骤3：建立以专家系统为基本模型的车站技术作业智能规划模型；步骤4：定义了作业状态标志位来表示在安排作业时该项作业的安排情况，并且在自动规划过程中建立了三个列表：未安排列车列表、正在执行作业列表、当前考核作业列表，通过三个列表处理多个同时发生的事件。该方法作为运行图计算机编图方法的有效补充，进一步完善了我国现有计算机编图方法，实现了列车运行组织与技术站内部作业的统筹兼顾。

Description

一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法

技术领域

本发明涉及一种铁路车站技术作业规划方法，特别是涉及一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法，属于铁路运输技术领域。

背景技术

车站技术作业的流畅安排是铁路运输组织过程中十分重要的一个环节，充分考虑一些较大的繁忙车站的技术作业组织能力是编制合理有效的列车运行图的重要因素。车站作业的流畅安排是以路网车流的合理组织为前提的，如果现有车站设备能力不足或车流到发不均衡，车站技术作业组织必然要受影响，因此完全有必要在路局及分局运行图编制时充分考虑一些较大的繁忙车站的作业组织能力。目前我国编制运行图时，对一般车站主要是根据车站到发线数量和一些主要技术作业时间标准等数据粗略的估算车站的作业组织能力，并不能描述在车流密集到发时车站内部繁忙设备和咽喉的作业组织情况。对一些较大的作业繁忙的车站，则采取车站计划人员编制简单车站技术作业图表的方法，通过不断调整检验某列车到发方案在该车站的可行性，工作量很大。而且由于编图时间紧，仅仅依靠一张图表，不可避免地存在一些很难发现的进路和设备利用冲突。

目前我国编制车站技术作业图表基本上还是采取车站计划人员人工编制简单车站技术作业图表简图的方法，工作量很大,而且时间紧，往往存在一些很难发现的进路和设备利用冲突。而且此编图状况很难保证编制出的列车运行图开行方案与区间内车站技术作业安排达到合理协调，使得今后这部分车站在作业组织和安全保障上存在很大困难。这种技术手段很难满足目前高效、快速和经常编图调图的需要。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法，能够按照运行图图定的列车到发时刻，通过和运行图系统的接口，自动或半自动规划车站内部的各项技术作业，并模拟出各个时刻车站作业的情况和技术数据，不仅可以进行车站作业计划的规划，而且可以动态直观地进行作业模拟，设备状态的查询，进而对车站能力进行分析，为车站改扩建提供参考。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

步骤1：车站办理产生空间位移的动态作业时，必然涉及到对一系列设备如轨道单元、股道、道岔的占用，如果同时办理多个动态作业，就要考虑作业进路之间的冲突关系。因此在作业规划方法中必须要正确表述车场图，才能合理安排各项作业。车场图基本单元包括锚点、轨道单元、道岔、交叉、股道、边界点、立体交叉、信号灯、站台。

步骤2：自动生成站内列车走行径路是安排列车作业方案以及进行列车运行模拟时必须的数据。在无向图中求一条从起始点到目标点的最短径路，即在图中从某一起始顶点开始对该图作广度优先搜索，一旦搜索到目标顶点就终止。所以，这里的最短径路是指该径路上直线轨道单元的数量最少（即包含的边数量最少）。这样，在复杂的站场图中，该算法生成的列车径路有可能和实际要求的列车径路或合理的列车径路并不完全相符。所以本方法支持人为修改列车径路的方法。通过该操作之后，可以使车站的列车径路达到符合实际要求。修改列车径路时，首先将待修改的列车径路选中，然后用鼠标选中该径路应该经过但是没有经过的某一锚点，就可以根据起点、中间点、目标点三个点确定一条列车径路。其算法同自动生成列车径路的算法类似，即首先求出从起点到中间点的最短路径中的锚点集合，然后求出从中间点到目标点的最短路径的锚点集合，最后将这两段径路连接起来就得到了新的从起点到目标点的列车径路。

步骤3：车站技术作业在作业种类上，既有动态作业又有静态作业，对一些个别车次还可能要增加特殊的作业；在作业过程的空间占用上，既有针对某个设备的点的占用，又有对一段进路的线的占用；在作业持续时间上，既有一定标准，又可以灵活变动；对不同车次来说，在站内的作业安排有一定的优先级标准和一些特殊规定。诸如此类的众多约束条件及其之间的关系，用纯粹的数学方法很难描述，即使有一部分可以用公式表述出来，也会因为要引入的变量过多而最终导致模型不可解。基于这些考虑，建立以专家系统为基本模型的车站技术作业智能规划方法，模型结构可以用图1来表述。

从图中可以看出该构造的核心部分是系统知识库和作业规划推理机，即对车站技术作业规划问题相关知识的表述和运用这些知识解决作业规划问题的方法。系统知识库存贮了车站作业规划过程中需要用到的所有知识和经验，通过知识获取器，可以方便的扩充和管理知识库中的知识，从而不断调整更新系统知识库的内容。在作业规划过程中，系统知识库负责将相关的知识和初始数据检索出来，给作业规划推理机和数据库使用。作业规划推理机在这些知识的基础上根据一些基本的算法和逻辑判断完成车站作业规划的推理过程。推理数据库负责接收和管理推理机在推理过程中的中间数据和推理结果。

步骤4：为了便于推理机在作业规划过程中检查推理数据库中作业的安排情况，定义了作业状态标志位来表示在安排作业时该项作业的安排情况，该标志位将作业分为尚未安排（0）、正在执行（1）、已经完成（2）、需要人工调整（3）四种状态。设作业开始时间为T^B，结束时间为T^E，当前模拟时钟为T，则尚未安排表示作业处于初始化结束状态，等待自动规划，即T<T^B；正在执行表示作业已经安排，相对于当前模拟时钟来说属于正在执行的作业，即T^B<T<T^E；已经完成表示作业已经安排，相对于当前模拟时钟来说已经执行完毕，即T>T^E；需要人工调整表示该作业无法安排，等待自动规划结束后人工进行调整。

在自动规划过程中建立了三个列表：未安排列车列表、正在执行作业列表、当前考核作业列表。未安排列车列表包含没有完成全部所属作业安排的列车，通过列车对象搜索其作业对象以及其本务机所属的作业对象；正在执行作业列表包含所有处于正在执行状态的作业；当前考核作业列表包含相对于当前模拟时钟需要进行事件处理的作业，即需要处理开始或结束事件的作业，通过该列表可以处理多个同时发生的事件。当前考核作业列表既界定了当前要处理事件的集合，也确定了模拟时钟下一步推进的步长。整个作业自动规划的过程如图2所示。

本发明的优点在于：

本发明考虑到不同车站布置图的特点，具有良好的通用性，可以充分发挥计算机的优越性，迅速准确地发现各种进路或设备占用的冲突，为各个车站调度人员和计划人员安排本站技术作业方案时提供辅助决策功能。它通过进行大量的复杂计算和逻辑判断，综合提炼出一些有用信息向调度员进行提示，可以弥补调度员经验不足和人为判断上的一些缺陷，同时也可以避免采取调整措施的随意性，从而从整体上提高铁路车站调度工作的水平，减少指挥失误。

附图说明

图1：车站技术作业规划的模型结构；

图2：作业自动规划过程；

图3：某车场结构表示图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

步骤1：对于所有车场内部的设备和线路单元都采用面向对象法，定义单独的类，并通过在类中设置所属车场属性来建立对上一层车场图的索引。这些基本单元包括锚点、轨道单元、道岔、交叉、股道、边界点、立体交叉、牵出线、信号灯、驼峰、站台等。车场结构标示图如图3所示。

对于所有车场内部的设备和线路单元都采用面向对象法，定义单独的类，并通过在类中设置所属车场属性来建立对上一层车场图的索引。这些基本单元包括锚点、轨道单元、道岔、交叉、股道、边界点、立体交叉、牵出线、信号灯、驼峰、站台。

步骤2：根据以下步骤计算列车径路。

Step1:确定列车径路的起点和目标点。

Step2:初始化该径路的锚点列表。

Step3:确定起点的连接锚点数。

Step4:取起点的尚未搜索的连接锚点。

Step5:判断该锚点是否是目标锚点。如果是，则结束算法；否则，转Step6。

Step6:判断该锚点与其前后锚点组成的锚点序列是否是禁止径路。如果是则将其后锚点标记为不合法锚点，转Step7；否则，将其后锚点标记为合法连接锚点，转Step7。

Step7:判断起点的连接锚点是否都已经搜索完毕。如果是，则转Step8；否则，转Step4。

Step8:依次取起点的合法连接锚点作为新的起点，转Step3。

步骤3：列车时刻表是运行图编图结果传送给车站作业规划所需的的初始数据，因为车站技术作业图表中包含本站和相邻前后站之间的列车运行图，所以初始数据中也要有相邻车站的列车时刻表。车站列车时刻表内容包括列车车次名称、到达时间、出发时间、列车类型。在进行作业规划之前，主要通过以下几个步骤来完成系统知识的初始化：

step1.删除所有列车和机车对象及其作业列表。

step2.读入本站列车时刻表数据，依次生成列车和本务机车对象，并为其类结构和存储结构赋初值。

step3.读入相邻站的列车时刻表，为已生成的列车对象添加前后站的列车到发时间。

step4.读入列车接续表，建立列车对象之间的接续关系。

step5.读入调车机车数据并生成相应机车对象。

step6.根据列车类型生成各列车对象及本务机车对象的作业序列。

step7.将车站所有相关设备初始化为空闲状态。

步骤4：检测具体两项作业Y1、Y2之间进路冲突。

step1.建立表示锚点占用状态的数组AnchStatus[num]，其中num为车站锚点的总数，将数组所有变量赋初值0，表示锚点处于空闲状态。

step2.令n等于作业Y1进路上锚点列表的锚点数，令循环变量i=1；

step3.检查i<=n，不成立则转step6，否则继续；

step4.查找锚点Pi的在车站锚点列表中的索引号index，检查锚点Pi是否属于交分道岔上的锚点，是则继续，否则令AnchStatus[index]=1，表示该锚点被占用，令i=i+1，转step3；

step5.根据交分道岔的交叉对象结构中的道岔索引号列表找到其连接的4个单开道岔对象，查找各个单开道岔包含的锚点索引号index，令AnchStatus[index]=1，令i=i+1，转step3；

step6.令m等于作业Y2进路上锚点列表的锚点数，令循环变量j=1；

step7.检查j<=m，不成立则确定作业Y1、Y2之间进路不存在冲突，冲突检测结束，否则继续；

step8.查找锚点Pj的在车站锚点列表中的索引号index，检查数组元素AnchStatus[index]的值，AnchStatus[index]=0则令j=j+1，转step7，AnchStatus[index]=1则确定作业Y1、Y2之间进路发生冲突，冲突检测结束。

在作业安排过程中，针对某项待安排作业Y的进路冲突检测过程如下，依次取正在执行作业列表中的动态作业Yi，采用上面的算法检查Y和Yi的冲突情况，如果有冲突则作业Y不能执行，需要调整，如果依次检查完所有正在执行的动态作业没有冲突，则可以认为作业Y当前不存在进路冲突。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法，其特征在于，该规划方法包括如下步骤：

步骤1：对作业规划中，对作业进路之间的车场图的基本单元进行表述；

步骤2：针对安排列车作业方案以及进行列车运行模拟时的必须数据，自动生成站内列车走行径路。

步骤3：建立以专家系统为基本模型的车站技术作业智能规划模型；

步骤4：定义了作业状态标志位来表示在安排作业时该项作业的安排情况，并且在自动规划过程中建立了三个列表：未安排列车列表、正在执行作业列表、当前考核作业列表，通过三个列表处理多个同时发生的事件。

2.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法，其特征在于，所述步骤1中车场图基本单元包括锚点、轨道单元、道岔、交叉、股道、边界点、立体交叉、信号灯、站台。

3.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法，其特征在于，所述步骤2中自动生成站内列车走行径路方法为：在无向图中求一条从起始点到目标点的最短径路，即在图中从某一起始顶点开始对该图作广度优先搜索，一旦搜索到目标顶点就终止。这里的最短径路是指该径路上直线轨道单元的数量最少。

4.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络结构的铁路车站技术作业规划方法，其特征在于，所述步骤4中的未安排列车列表包含没有完成全部所属作业安排的列车，通过列车对象搜索其作业对象以及其本务机所属的作业对象；正在执行作业列表包含所有处于正在执行状态的作业；当前考核作业列表包含相对于当前模拟时钟需要进行事件处理的作业，即需要处理开始或结束事件的作业，通过该列表可以处理多个同时发生的事件。