鐵路新增貨運(yùn)通過能力計算分析系統(tǒng)的研究

端嘉盈，何世偉，申永生

（北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044）

隨著客運(yùn)專線的建成通車，既有線路開行的客車大幅度減少，其釋放的運(yùn)能將轉(zhuǎn)為貨運(yùn)運(yùn)能，而貨運(yùn)運(yùn)能釋放的大小取決于具體每個鐵路區(qū)段、每條線路、每個鐵路局乃至全路具體能夠增加多少貨運(yùn)通過能力，這個數(shù)據(jù)一直處于較為模糊的狀態(tài)，沒有一個確切的答案。

目前我國鐵路計算每條線新增貨運(yùn)能力，最常用的方法是扣除系數(shù)法，但由于我國鐵路線路數(shù)量多，分布在不同的地理環(huán)境下，這種計算方法較為粗略。為了更加具體形象地描述客貨分線前后的貨運(yùn)通過能力變化情況，開發(fā)計算機(jī)軟件幫助貨運(yùn)計劃人員調(diào)整貨運(yùn)組織，已是當(dāng)務(wù)之急。

1 通過能力計算方法的研究

通過能力是指該鐵路線,在一定的機(jī)車車輛類型和一定的行車組織方法的條件下,根據(jù)現(xiàn)有的固定設(shè)備，在單位時間(通常指一晝夜)內(nèi)最多能夠通過的列車數(shù)或列車對數(shù)或噸公里或車輛數(shù)[1]。

模擬方法分為模擬列車運(yùn)行和模擬人工鋪畫等方法。這些方法主要以人工編圖的原則和經(jīng)驗為依據(jù)，制定和生成計算機(jī)編圖的判別準(zhǔn)則和執(zhí)行程序，從而實(shí)現(xiàn)人工編圖的全過程自動化。采用模擬方法編制列車運(yùn)行圖，其質(zhì)量和效果在很大程度上取決于所制定的判別準(zhǔn)則和程序設(shè)計的合理性與全面性。

整個編圖過程很接近于人工編圖的思維過程，能較好地處理各種列車的關(guān)系，確定列車合理的會讓地點(diǎn)，合理分配列車之間的空費(fèi)時間，既能照顧高級列車的優(yōu)先性，又能為低級列車的運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。列車運(yùn)行圖的編制，具有影響因素多、組織規(guī)模大、信息量大、變化快的特點(diǎn)。從決策問題的特征進(jìn)行分析，運(yùn)行圖編制可分為方案圖（草圖）的編制、基本圖（詳圖）編制和實(shí)際列車運(yùn)行圖編制。

本文計算客貨分線條件下既有線新增貨運(yùn)通過能力，需要得到在客運(yùn)專線開通前后的貨車數(shù)量，因此，在這里選用列車運(yùn)行方案圖。在制定列車運(yùn)行方案圖過程中，要確定旅客列車和貨物列車的種類、行車量、運(yùn)行區(qū)間、列車編組等問題，這些大部分是與國家政策、經(jīng)濟(jì)形勢、市場變化等因素相關(guān)的非結(jié)構(gòu)化決策問題。

列車運(yùn)行方案圖模擬鋪畫法計算某一區(qū)段的貨運(yùn)通過能力的步驟：

（1）鋪畫旅客列車運(yùn)行方案圖。根據(jù)全國鐵路旅客列車時刻表，得到各次旅客列車進(jìn)入?yún)^(qū)段的時刻，再根據(jù)運(yùn)行圖技術(shù)資料提供的各次列車在區(qū)段各個區(qū)間運(yùn)行時間，計算出各次客車在途中各站的到發(fā)時刻，得到圖形化的區(qū)段中旅客列車時刻表，即這一區(qū)段的旅客列車運(yùn)行方案圖。

（2）根據(jù)最小發(fā)車間隔計算可以匯入?yún)^(qū)段的貨物列車在匯入站的出發(fā)時刻及總數(shù)量。按照在匯入站相鄰2旅客列車之間按照最小間隔發(fā)出貨物列車的原則，確定貨車在匯入站的發(fā)車時刻及數(shù)量。再根據(jù)貨物列車在區(qū)段的各個區(qū)間的運(yùn)行時間，計算不受旅客列車影響情況下的貨物列車到發(fā)時刻，得到區(qū)段中貨物列車的初始時刻表。所得到的時刻表必然和旅客列車時刻表有沖突，所得到的發(fā)出貨物列車數(shù)量為計算結(jié)果（即最多能加入貨物列車運(yùn)行線）的上界。

（3）疏解運(yùn)行線沖突。把旅客列車時刻表和貨物貨物列車時刻表繪制成運(yùn)行方案圖。因為客運(yùn)列車在各個車站的發(fā)到時間固定，只能通過調(diào)整貨物列車運(yùn)行線來疏解沖突。考慮貨物列車與客車之間最小間隔約束、旅客列車越行貨物列車、各中間站到發(fā)線數(shù)量和貨物列車車站技術(shù)作業(yè)等因素制約，確定貨物列車被客車越行的車站，如果某貨運(yùn)列車通過調(diào)整無法安排下去就取消其發(fā)車。按照這一原則，將運(yùn)行方案圖中考慮了各種因素制約最多能鋪畫的貨物列車運(yùn)行線數(shù)量作為這一區(qū)段的貨運(yùn)通過能力。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)需求分析

模擬鋪畫旅客列車運(yùn)行線和貨物列車運(yùn)行線，計算出新增貨運(yùn)通過能力，及時調(diào)整貨物列車開行數(shù)量，使既有線貨運(yùn)能力利用率最大化，為線路的規(guī)劃和改進(jìn)、運(yùn)力資源優(yōu)化配置提供輔助決策。

2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計

依據(jù)系統(tǒng)使用者的需求和人工編圖的思維過程，將整個系統(tǒng)分為3個模塊：基本信息管理模塊、運(yùn)行圖鋪畫模塊、新增貨運(yùn)通過能力查詢分析模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 基本信息管理模塊

基本信息管理模塊的功能是管理與計算有關(guān)的運(yùn)輸作業(yè)參數(shù)，如站點(diǎn)信息、線路信息等。能夠?qū)λ鑵?shù)進(jìn)行顯示、修改、保存、更新操作，滿足系統(tǒng)使用者對參數(shù)進(jìn)行查詢管理的需求。

2.2.2 運(yùn)行圖鋪畫模塊

運(yùn)行圖鋪畫模塊分為4個子模塊。運(yùn)行圖鋪畫參數(shù)設(shè)置模塊是在鋪畫運(yùn)行圖前，對所需的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，幫助系統(tǒng)使用者在鋪畫前對整個線路情況有一個總體了解?？瓦\(yùn)專線開通前運(yùn)行圖模擬鋪畫模塊是對客運(yùn)專線通車之前的運(yùn)行圖進(jìn)行模擬鋪畫，并顯示運(yùn)行圖。客運(yùn)專線開通后運(yùn)行圖模擬鋪畫模塊是對客運(yùn)專線開通后運(yùn)行方案圖進(jìn)行模擬鋪畫，并圖形化顯示。通過能力計算模塊是對運(yùn)行圖顯示的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整合計算，得到所查區(qū)段的旅客列車通過能力、貨物列車通過能力及新增貨運(yùn)通過能力。

2.2.3 新增貨運(yùn)通過能力查詢分析模塊

新增貨運(yùn)通過能力查詢分析模塊主要功能是對新增貨運(yùn)通過能力進(jìn)行查詢和分析。分為線路、路局及全路查詢分析。查詢出的數(shù)據(jù)能夠以文件形式輸出保存，能夠生成圖形進(jìn)行展示。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

使用數(shù)據(jù)庫對本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)庫共有9個數(shù)據(jù)表：tb_YongHu儲存系統(tǒng)用戶的用戶名與密碼信息；tb_CheZhan儲存與車站相關(guān)的信息；tb_XianLu儲存各個站之間的線路區(qū)段信息；tb_ShiJianBiao1儲存客運(yùn)專線開通前旅客列車運(yùn)行時刻表信息；tb_ShiJianBiao2儲存客運(yùn)專線開通后旅客列車運(yùn)行時刻表信息；tb_CanShu儲存鋪畫運(yùn)行圖的原始數(shù)據(jù)，該表是系統(tǒng)的核心；tb_NengLi儲存已經(jīng)計算得到的區(qū)段相關(guān)能力信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.4 系統(tǒng)流程設(shè)計

程序開始運(yùn)行后，首先進(jìn)入運(yùn)行圖鋪畫參數(shù)設(shè)置模塊，對后續(xù)運(yùn)算所需的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。利用客運(yùn)專線開通前運(yùn)行圖鋪畫模塊對客運(yùn)專線開通之前的旅客列車運(yùn)行方案圖進(jìn)行鋪畫。再以最小發(fā)車間隔時間不考慮沖突的條件下鋪畫貨物列車運(yùn)行圖。然后參考站點(diǎn)信息和線路信息對每條貨物列車開行的可能性進(jìn)行分析，將完全不能開行的貨物列車停運(yùn)。最后畫出列車運(yùn)行圖。將所得結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫。利用客運(yùn)專線開通后運(yùn)行圖鋪畫模塊做相同于上述的流程。將所得結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫。利用通過能力計算模塊將客運(yùn)專線開通前后的貨運(yùn)能力進(jìn)行計算，可以得到新增的貨運(yùn)通過能力。利用新增貨運(yùn)通過能力查詢分析模塊可以對數(shù)據(jù)庫中存儲的結(jié)果進(jìn)行查詢和分析，用于查看數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律。系統(tǒng)總體流程如圖3。

圖3 系統(tǒng)總體流程圖

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)結(jié)合使用者的工作習(xí)慣，采用visual studio 2010的C#開發(fā)工具，在.NET框架平臺上開發(fā)。該系統(tǒng)調(diào)用鐵路路網(wǎng)信息數(shù)據(jù)庫和列車運(yùn)行時分?jǐn)?shù)據(jù)庫對客運(yùn)專線開通后鐵路新增貨運(yùn)通過能力進(jìn)行計算分析，為貨運(yùn)組織工作和鐵路運(yùn)力資源優(yōu)化配置提供輔助決策。

3.1 基本信息管理模塊

使用基本信息管理模塊對系統(tǒng)計算所需要的信息進(jìn)行管理，提供修改、保存、重置等操作。主要包括站點(diǎn)信息、線路信息、客運(yùn)專線開通前、開通后既有線的信息等。

3.2 運(yùn)行圖鋪畫模塊

該模塊是系統(tǒng)的核心部分，使用該模塊鋪畫客運(yùn)專線開通前后的運(yùn)行圖，經(jīng)過數(shù)據(jù)對比得到新增的貨運(yùn)通過能力。初始狀態(tài)下數(shù)據(jù)列表顯示的字段是：“區(qū)段起點(diǎn)、區(qū)段終點(diǎn)、區(qū)間長度、旅客列車通過能力、貨物列車通過能力、新增貨運(yùn)通過能力”。其中“區(qū)間長度、旅客列車區(qū)間運(yùn)行時間、貨物列車區(qū)間運(yùn)行時間”的數(shù)據(jù)來自鐵路局的“列車運(yùn)行圖技術(shù)資料”。當(dāng)區(qū)段選擇調(diào)整后，重新導(dǎo)出運(yùn)行圖和計算結(jié)果，重新進(jìn)行計算，并保存計算結(jié)果到數(shù)據(jù)庫中。

3.3 新增貨運(yùn)通過能力查詢分析模塊

使用該模塊可以分析查詢各區(qū)段在客運(yùn)專線開通前、后的貨運(yùn)能力變化情況，查詢新增貨運(yùn)通過能力，分為線路查詢、路局查詢及全路查詢，并提供圖形化顯示，如圖4。

圖4 新增貨運(yùn)通過能力查詢分析模塊

4 結(jié)束語

本文在介紹了運(yùn)行圖模擬鋪畫法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了新增貨運(yùn)通過能力的計算方法，對開發(fā)鐵路新增貨運(yùn)通過能力計算分析系統(tǒng)進(jìn)行了研究；并采用鐵路局的實(shí)際數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)例運(yùn)行，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有界面友好、操作簡單、功能完善、計算快速等特點(diǎn)，能夠幫助貨運(yùn)計劃人員進(jìn)行輔助決策，具有很好的參考價值。

[1]胡思繼. 列車運(yùn)行圖編制理論[M]. 北京：中國鐵道出版社，2007.

[2]孫 建. 客貨分線后既有線運(yùn)輸組織研究[J]. 鐵路運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì). 2009，31（4）：43-44.

[3]鐵路運(yùn)力資源優(yōu)化配置技術(shù)的研究項目報告[R]. 北京：鐵道科學(xué)研究院，2008.

[4]2009年列車運(yùn)行圖技術(shù)資料[M]. 鄭州：鄭州鐵路局，2009.