我國計(jì)算機(jī)編制鐵路列車運(yùn)行圖技術(shù)邁出歷史性一步

張晴

由交通運(yùn)輸與物流學(xué)院倪少權(quán)教授主持的“基于群體協(xié)同的鐵路列車

運(yùn)行圖編制系統(tǒng)”榮獲中國鐵道學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎

倪少權(quán)，男，出生于1967年，教授，博導(dǎo)。全國鐵路列車運(yùn)行圖編制研發(fā)培訓(xùn)中心常務(wù)副主任，交通運(yùn)輸與物流學(xué)院副院長。長期致力于計(jì)算機(jī)編制鐵路列車運(yùn)行圖研究，主持研究開發(fā)的成果成為我國鐵路列車運(yùn)行圖編制管理的支撐手段。曾獲鐵道部科技進(jìn)步一等獎1項(xiàng)、省級科技進(jìn)步三等獎4項(xiàng)，中國鐵道學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎2項(xiàng)、二等獎4項(xiàng)，曾獲詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)獎之青年獎、茅以升鐵道科學(xué)技術(shù)獎。

2016年3月3日，中國鐵道部門傳來喜訊，基于鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃、中國鐵路總公司科技開發(fā)計(jì)劃、“十一五”國家科技支撐計(jì)劃子課題、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目開展的“基于群體協(xié)同的鐵路列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)”榮獲中國鐵道學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎，邁出了我國計(jì)算機(jī)編制鐵路列車運(yùn)行圖技術(shù)研究歷史性的一步，為我國鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展再添利器。

列車運(yùn)行圖是鐵路運(yùn)輸工作的綜合計(jì)劃和鐵路行車組織的基礎(chǔ)，運(yùn)行圖在適應(yīng)市場發(fā)展、滿足市場對鐵路運(yùn)輸?shù)男枨笾?，起著極為重要的作用，運(yùn)行圖編制周期的長短、質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益。傳統(tǒng)的手工編圖方式造成編圖周期過長，使得鐵路難以快速編制新的列車運(yùn)行計(jì)劃以適應(yīng)市場變化的需求，因此，采用計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖是我國鐵路發(fā)展的必然趨勢。

在這種大趨勢下，中國鐵路總公司運(yùn)輸局及各鐵路局紛紛尋找更好的突破口，并支持交通運(yùn)輸與物流學(xué)院教授倪少權(quán)、呂紅霞帶領(lǐng)學(xué)校計(jì)算機(jī)編圖研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了“基于群體協(xié)同的鐵路列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)”的系統(tǒng)研究。依托綜合交通運(yùn)輸智能化國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室和全國鐵路列車運(yùn)行圖編制研發(fā)培訓(xùn)中心，他們十年磨一劍，終于在2015年完成了鐵路列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)3.0版和4.0版的研發(fā)，取得了重大科研突破。

在項(xiàng)目開展過程中，他們自主研制開發(fā)了全路一體化的列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)，取得了計(jì)算機(jī)編制全路列車運(yùn)行圖的突破；建立了列車運(yùn)行圖編制的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全路聯(lián)網(wǎng)編制列車運(yùn)行圖的突破；建立了群體協(xié)同工作的編圖模式，打破了傳統(tǒng)個體封閉作業(yè)的編圖模式；提出了基于分層決策和滿意優(yōu)化的鐵路列車運(yùn)行圖編制智能化解決方案；建立了“單雙線合一”的計(jì)算機(jī)自動編圖技術(shù)，攻克了計(jì)算機(jī)編制路網(wǎng)列車運(yùn)行圖的技術(shù)難關(guān)；構(gòu)建了集列車運(yùn)行圖相關(guān)作業(yè)計(jì)劃編制于一體的信息平臺，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成創(chuàng)新；系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)了基于64位的技術(shù)升級，大大提升了系統(tǒng)的處理能力和生命周期。

從另一個角度來看，該項(xiàng)研究構(gòu)建了鐵路列車運(yùn)行圖編制協(xié)同工作平臺，建立了支持群體協(xié)同工作的編圖方式，實(shí)現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)群體協(xié)同編圖的協(xié)同作業(yè)編圖方式取代傳統(tǒng)手工編圖或單機(jī)編圖的封閉作業(yè)編圖方式的變革，取得了我國鐵路計(jì)算機(jī)編圖研究及應(yīng)用的歷史性突破，為我國鐵路既有線提速和高鐵運(yùn)營提供了技術(shù)支撐，是近幾十年來我國鐵路運(yùn)輸科技發(fā)展的重要成就之一。

其實(shí)，早在20世紀(jì)60年代初，我國已經(jīng)開始了對運(yùn)用計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖的大規(guī)模研究，并先后在應(yīng)用計(jì)算機(jī)編制雙線和單線區(qū)段、全路旅客列車方案、雙線方向及樞紐列車運(yùn)行圖等方面進(jìn)行了大量的理論和實(shí)踐上的探索。各鐵路局在列車運(yùn)行圖的編制中都不同程度地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)，初步達(dá)到了以采用計(jì)算機(jī)取代傳統(tǒng)作業(yè)方式下的紙和筆進(jìn)行編圖的效果。

而國外計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖則始于20世紀(jì)50年代后期，日本于20世紀(jì)60年代初開始了計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖，到20世紀(jì)70年代初，日本已在部分線路開始使用計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖。前蘇聯(lián)從20世紀(jì)50年代后期開始試驗(yàn)計(jì)算機(jī)編圖，并取得了一定實(shí)用效果，我國在20世紀(jì)90年代初與前蘇聯(lián)進(jìn)行了合作，但沒有取得顯著進(jìn)展。美國、英國、法國、德國、加拿大等國家也先后進(jìn)行了計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖的研究，取得了一定效果。

從全世界范圍來看，計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖都經(jīng)歷了一個迅速發(fā)展的時期。其主要原因是，鐵路是一個聯(lián)動機(jī)，可謂“牽一發(fā)而動全身”，無論是編制新圖，還是日常增開、調(diào)整跨局旅客列車，都涉及整個路網(wǎng)，編圖工作必須在鐵道部的統(tǒng)一部署和領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行。但多年來我國在列車運(yùn)行圖的編制和管理工作中尚未有運(yùn)用于鐵道部的全路列車運(yùn)行圖編制軟件系統(tǒng)，因此，加速研究開發(fā)和運(yùn)用“全路列車運(yùn)行圖系統(tǒng)”十分迫切，其中，計(jì)算機(jī)編制全路直通旅客列車運(yùn)行圖系統(tǒng)的研究和運(yùn)用則是重中之重。

然而，國內(nèi)早期在研究計(jì)算機(jī)編圖時，大多數(shù)科研工作者對全路列車運(yùn)行圖系統(tǒng)編制并沒有完整的認(rèn)識，尤其是在國外技術(shù)處于壟斷的情況下，他們更著重于根據(jù)不同區(qū)段或線路的特點(diǎn)對具體的研究對象進(jìn)行有針對性的研究。

在這種情況下，倪少權(quán)卻準(zhǔn)確認(rèn)識到了國家需求，深入研究了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性，并取得了顯著效果。同時，與傳統(tǒng)研究中將單線與雙線分隔開來成為各自獨(dú)立的兩個系統(tǒng)進(jìn)行研究的情況不同，他提出了“單雙線合一”的計(jì)算機(jī)編圖的統(tǒng)一算法思想。針對列車運(yùn)行圖編制屬于NP問題，很難求其數(shù)學(xué)最優(yōu)解這一問題，倪少權(quán)采用了新的方法，將各種約束條件表示成數(shù)學(xué)表達(dá)式，再把它轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，在滿足系統(tǒng)設(shè)定的約束條件的前提下，進(jìn)行基于人工編圖經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)式搜索算法求解。這打破了過去基本上無法應(yīng)用計(jì)算機(jī)編制單線列車運(yùn)行圖的僵局，為我國鐵路廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)編圖探索出了一條可行之路。

在這之后，倪少權(quán)又主持研究開發(fā)了對單線、雙線及多線、自動閉塞及半自動閉塞、直線及網(wǎng)狀線路都有效的、智能化程度較高的基于鐵路局的列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)，并將該軟件系統(tǒng)在全路全部18個鐵路局以及鐵道4大勘察設(shè)計(jì)院、中鐵電氣化設(shè)計(jì)研究院、中鐵咨詢工程設(shè)計(jì)研究院等鐵路運(yùn)營和勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

而以上的工作似乎都在為鐵路“十一五”重大工程科技專項(xiàng)“計(jì)算機(jī)編制全路直通客車運(yùn)行圖的研究”項(xiàng)目鋪就道路。2003年，倪少權(quán)作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人開始了該項(xiàng)目的研發(fā)，僅一年時間就研究開發(fā)了基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的鐵路旅客列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)軟件，受到鐵路相關(guān)部門的廣泛關(guān)注。

據(jù)悉，該系統(tǒng)集列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)管理、列車運(yùn)行圖編制及調(diào)整、列車運(yùn)行圖繪制、列車時刻表輸出、列車運(yùn)行圖指標(biāo)統(tǒng)計(jì)等各子系統(tǒng)于一個不可分割的整體，基于C/S模式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化編圖，可支持進(jìn)行全路列車運(yùn)行圖編制的多用戶的協(xié)同工作，各子系統(tǒng)可隨系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化有效進(jìn)行數(shù)據(jù)動態(tài)刷新，可適應(yīng)鐵路各種行車條件下的客貨列車運(yùn)行圖的自動編制與調(diào)整。系統(tǒng)在自動生成列車運(yùn)行圖的前提下，通過人機(jī)交互調(diào)整編制列車運(yùn)行圖，可支持單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)操作，支持各鐵路局分散編圖和全路集中統(tǒng)一編圖，支持全路編圖數(shù)據(jù)的上報與下載。

該項(xiàng)研究成果是適應(yīng)全路旅客列車運(yùn)行圖編制需要的計(jì)算機(jī)編圖軟件系統(tǒng)，該研究成果直接投入我國鐵路第五次、第六次提速列車運(yùn)行圖編制及近幾年全路各次列車運(yùn)行圖編制工作中，為鐵路列車運(yùn)行圖的編制提供了技術(shù)支持手段，成為我國鐵路列車運(yùn)行圖編制的統(tǒng)一軟件工具。2004年以來，該系統(tǒng)已在我國鐵路列車運(yùn)行圖編制工作中得到廣泛應(yīng)用，成為我國鐵路列車運(yùn)行圖編制的軟件支撐工具。無論編制新圖還是各種調(diào)整圖、節(jié)日圖，我國鐵路都廣泛采用了該項(xiàng)目研究軟件成果。該系統(tǒng)的研究和運(yùn)用開創(chuàng)了我國采用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)編制全國鐵路旅客列車運(yùn)行圖的先河，對我國鐵路采用計(jì)算機(jī)集中統(tǒng)一編制全路列車運(yùn)行圖具有里程碑意義。

全路第六次提速調(diào)圖通過計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)編制全國旅客列車運(yùn)行圖，打破傳統(tǒng)的區(qū)域性編圖方法，鐵道部直接參與和管理全路列車運(yùn)行圖的編制過程，對優(yōu)化客車運(yùn)行結(jié)構(gòu)、提高列車旅行速度、節(jié)省機(jī)車車輛投入、滿足旅客乘車需求、合理安排施工天窗以及列車運(yùn)行圖信息綜合運(yùn)用等方面均起到了至關(guān)重要的作用，實(shí)現(xiàn)了客運(yùn)輸送能力提高18%、貨運(yùn)輸送能力提高12%的目標(biāo)。全路聯(lián)網(wǎng)編制列車運(yùn)行圖在我國尚屬首次，是我國鐵路列車運(yùn)行圖系統(tǒng)的核心組成部分，該項(xiàng)研究對于加速我國鐵路列車運(yùn)行圖編制進(jìn)一步適應(yīng)市場需要，提高鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的核心競爭力和服務(wù)質(zhì)量水平具有支撐作用。

通過實(shí)地考察不難發(fā)現(xiàn)，目前全路直通旅客列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)已經(jīng)成為我國鐵路列車運(yùn)行圖系統(tǒng)的核心組成部分，倪少權(quán)的研究對于加速我國鐵路列車運(yùn)行圖編制進(jìn)一步適應(yīng)市場需要，提高鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的核心競爭力和服務(wù)質(zhì)量水平具有支撐作用。

網(wǎng)絡(luò)時代的到來使鐵路列車運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息化和智能化的管理，基于此，倪少權(quán)還建立了列車運(yùn)行圖編制的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全路聯(lián)網(wǎng)編制列車運(yùn)行圖的突破，并在城市軌道交通列車運(yùn)行圖的編制方面進(jìn)行了新的嘗試。

在這些科研創(chuàng)新成果的支撐下，我國鐵路列車運(yùn)行系統(tǒng)正在向著更加完整、先進(jìn)和國際化的方向發(fā)展。我們不得不承認(rèn)，科技是國家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂，誰在科技競爭的短道速滑中速度更快，誰就能擁有更多的話語權(quán)！