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摘 要：近来自动化概念以深入人心，同时中国的高铁技术也蒸蒸日上。本文主要就如何把自动化与动车的调度过程结合在一起，实现动车调度的自动控制，以减少人员与资源的浪费，并提高调度效率。本文主要假想了六个城市之间的铁路联通情况，并分六种情况讨论突发状况下，应实行怎样的调度，最后以程序框图的形式实现动车调度的自动化控制。
关键词：自动控制；节点；路径；全局最优
一、绪论
自动控制是研究控制方法的科学，随着信息技术的发展，及对控制理论的完善，自动控制理论已经应用到了信息科学和工程学等众多领域。在电路系统中，通过负温度系数材料，实现反向温度补偿，就是自动控制学应用的一个典型应用。在连续时间系统中，基于对输出的闭环反馈控制，可以实现对信号的稳定持续跟踪，在离散时间系统中，通过对序列规律的提取和训练，得到控制函数，可以实现序列去噪，数据平滑等，自动控制在信息学的运用越来越广泛。
从物理角度上来看，自动控制理论研究的是输入信号在系统输出端的响应变化情况；从数学角度上来看，研究的是输入与输出之间的函数关系；从信息处理的角度来看，研究的是信息的提取、调制解调、信号变换、输出控制等问题。
自动控制的概念随着学科交叉也在扩大使用范围，如通过提前投放货币，可以实现t时间后的对抗通缩，货币收紧，一致通胀的效果也要过一段时间才能显现，这都是控制原理的应用，在社会学方面，通过调研提前制定人口生于政策，也是控制理论的范畴。已发展出的交叉学科包括但不限于：工程控制论、生物控制论和经济控制论。
典型的控制系统形如图1：
其中Si与So分别为输入信号和输出信号，图1中输出信号通过反馈函数转换后与输入信号相减，其差进入控制环路，输出从控制换中取出，这样实现了输出与输入之间信号的关联，通过灵活设计控制环中的函数，可以实现多种反馈响应。
以下以动车车辆调度为例，说明控制原理在交通运输中的实现机制：
二、问题提出
假想有六个城市形成了六凸多边形，车站位于凸多边形的顶点，需要考虑正常调度，以及道路出现异常时的非常规调度方式，如图2中所示方式排列，现在将以铁路调度员的身份设计若干程序，以实现对列车的自动化控制，以减少人员的浪费以及经济的浪费。地图如下：
顶点元素集合为（A，B，C，D，E，F），其中无优先级差异，各站存在互易性，即AD=DA，etc。设计的原则，按照优先级分别是，全局最优，部分最优，本地最优；
即优先满足受影响的整个系统调度的时间最短，其次考虑受影响附近元素集合时间最短，最后考虑本地中转时间最短。
三、方案设计
情况一：全线路畅通，各线路列车运行正常，无突发事件。
按照路程最短原则，规划调度方案如下：
线路推荐：各路按照最短路线，如A站至D站，可以有两种方案，其一为A→F→E→D，其二为A→D按照箭头方向直接从起点城市到达目的地城市，无需中转，及立即可达性。
可能出现的问题：同时存在BE之间的交通占用情况，在（AD，BE）线路交叉口可能会发生两列车同时到达的情况。
解决方案：采用程序一，控制两条路径的时序，合理地规避两车同时到达交叉口的情况，减少人员的浪费。
情况二：DE线路检修维护（一条边不连通）
DA：客流量增加，应增加列车的使用量，以及检修人员的投入量。
DB：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
DC：不受影响，按照原线路正常运行。
DE：先由D转到C地区，再由C地区转到E地区。（由于从D到E走DC，CE距离要近些，所以规划DCE，不规划DAE，以路程经济型为原则）CE地区客流量增加，需增加列车使用量和维修人员投入量）
DF：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
情况三：DF线路检修维护（内部一条对角线不连通）
DA：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加（由于从D到F走DC，CF距离要近些，所以推荐DCF，不推荐DAF，所以DAF不受影响）。
DB：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
DC：客流量增加，应增加列车的使用量，以及检修人员的投入量。
DE：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
DF：先由D转到E地区，再由E地区轉到F地区。（由于从D到F走DE，EF距离要近些，所以规划DEF，不规划DAF。DC，CF地区客流量增加，需增加列车使用量和维修人员投入量）。
情况四：BD由于线路过长且在山区，需要定期检查维护。先由于BD线路检修，BD 线路停止运行。
DA：按原线路正常运行不受影响。
DC按原线路正常运行不受影响。
DB：（1）先由D转到E地区，再由E地区转到B地区。
（2）先由D 地区转到F地区，再由C地区转到B地区。（由于人流量较大，为保证安全，列车投入量不能过多，所以推荐两条线路，各分散客流量）。
发现的问题：由于DE和AF，DF和AF，DE与DF和AC都有交叉点，DE，DF客流量增加提高的两线路火车相遇的概率。
解决方案：由于DE，DF客流量的增加，为使检修BD线路的影响降到最小，DE，DF，线路的列车应尽量采用不停车不减速运行，以加快发车频率。这里程序一已不适用，启用程序二（见附录）。
DE：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
DF：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
情况五：如图3。D地区处于山区，现在正是雨季，D地区由于连日暴雨，爆发泥石流，将E’’D，O’’D，F’’D冲断，其他铁路正常运行未受影响。 线路规划：D到A：按照原线路正常运行，由于道路实际存量减少，剩余完好路段的运输密度增大，道路的占用率提高，以为由于以上三条线路的瘫痪，DA，DC线路客流量增加，需加大列车的使用量。
D到C：按照原线路正常运行，但要增加列车的使用量，以为由于以上三条线路的瘫痪，DA，DC线路客流量增加，需加大列车的使用量。
D到F：（1）先由D转到A地区，再由A地区转到F地区。
（2）先由D 地区转到C地区，再由C地区转到F地区。（根据路网实际时段使用强度动态调整，在路网承受极限下回退一定安全余量，对当前密度超过预设门限的支路进行分流）
发现的问题：由于三条线路的瘫痪，导致AF，CE的客流量剧增，而AF，CE本就为交叉线路，原本按照程序一运行，现客流量增多，导致两线路火车相遇的概率增加。
解决方案：为不影响旅速，可经两地区相关部门商量，在特定的时间点，以特定的速率各自发车，中途不停顿，以保证旅速。并加大检修人员的投入量。
D到E：（1）先由D转到A地区，再由A地区转到E地区。
（2）先由D 地区转到C地区，再由C地区转到E地区。（DE通过中间节点的可达性又多种方案，考虑原则分别为：全局时间最小，转换支路总距离最小，单节支路路网强度不超门限，通过以上三原则进行规划）
发现的问题：由于三条线路的瘫痪，导致AF，CE的客流量剧增，而AF，CE本就为交叉线路，原本按照线程序一运行，现客流量增多，导致两线路火车相遇的概率增加。
解决方案：为不影响旅速，可经两地区相关部门商量，在特定的时间点，以特定的时间序列发车，规划正常行驶到站点进行避让，以保证路网利用效率。并加大检修人员的巡检力度。
D到B：先由D转到A地区，再由A地区转到B地区。
先由D 地区转到C地区，再由C地区转到B地区。（通过规划历经支路最少为原則，同时考虑全局时间最优）（AB，CB，间客流量增大，也需增加列车的使用量。
情况六：AC线路瘫痪
AB：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
AC：（1）先由A转到E地区，再由E地区转到C地区。
（2）先由A 地区转到F地区，再由F地区转到C地区。（列车流量密度较大，综合考虑，列车投放量不能增加过多，所以推荐两条线路，各分散客流量）
发现问题：AD线路的瘫痪导致AF，EC的客流量剧增，而AF，EC本就为交叉线路，原本按照程序一运行，先客流量增加，两条线路相遇的几率增大。
解决方案：为不影响旅速，可经两地区相关部门商量，在特定的时间点，以特定的速率各自发车，中途不停顿，以保证旅速。并加大检修人员的投入量。
AD：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
AE：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
AF：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
附录：
假设列车平均速度为200km/h，列车长为200m。各个站点附有雷达测速测距装置，当列车靠近站点时，雷达装置启动。
如突发情况发生，发生情况的站点，向总指挥处发送应急信号。
程序一：设L1为A列车距站点的距离，L2为B列车距站点的距离（单位：km）
x=加速，y=减速
程序二：设L1为A列车距站点的距离，L2为B流程图A列车距站点的距离（单位：km）
以M表示各线路的客流量增加量
x=加速，y=减速，S=停车，R=原速前进
总程序：（1）无应急信号则按照情况一执行。
（2）收到DE处的应急信号，按情况二执行。
（3）收到DF处的应急信号，按情况三执行。
（4）收到BD处的应急信号，按情况四执行。
（5）同时受到BD，DF，DE处的应急信号，按情况五执行。
（6）收到AC处的应急信号，按情况六执行。
（各应急信号可叠加，处理方式可叠加）
参考文献：
[1]姜军红，李一凡，黄莎白.轻轨交通调度监控系统的仿真[J].计算机仿真，2001，18（6）：49-52.
[2]郭尚辉.上海轨道交通运营关键岗位联动培训仿真系统的研发与实践[J].地下工程与隧道，2015（3）：6-9.
[3]李为为.城市轨道交通调度指挥智能集成系统研究[D].北京交通大学，2006.
[4]周鸣岐，徐军.控制系统故障诊断[J].计算机测量与控制，2000，8（3）：5-8.
[5]王国军，陈松乔.自动控制理论发展综述[J].微型机与应用，2000，19（6）：4-7.
关键词：自动控制；节点；路径；全局最优
一、绪论
自动控制是研究控制方法的科学，随着信息技术的发展，及对控制理论的完善，自动控制理论已经应用到了信息科学和工程学等众多领域。在电路系统中，通过负温度系数材料，实现反向温度补偿，就是自动控制学应用的一个典型应用。在连续时间系统中，基于对输出的闭环反馈控制，可以实现对信号的稳定持续跟踪，在离散时间系统中，通过对序列规律的提取和训练，得到控制函数，可以实现序列去噪，数据平滑等，自动控制在信息学的运用越来越广泛。
从物理角度上来看，自动控制理论研究的是输入信号在系统输出端的响应变化情况；从数学角度上来看，研究的是输入与输出之间的函数关系；从信息处理的角度来看，研究的是信息的提取、调制解调、信号变换、输出控制等问题。
自动控制的概念随着学科交叉也在扩大使用范围，如通过提前投放货币，可以实现t时间后的对抗通缩，货币收紧，一致通胀的效果也要过一段时间才能显现，这都是控制原理的应用，在社会学方面，通过调研提前制定人口生于政策，也是控制理论的范畴。已发展出的交叉学科包括但不限于：工程控制论、生物控制论和经济控制论。
典型的控制系统形如图1：
其中Si与So分别为输入信号和输出信号，图1中输出信号通过反馈函数转换后与输入信号相减，其差进入控制环路，输出从控制换中取出，这样实现了输出与输入之间信号的关联，通过灵活设计控制环中的函数，可以实现多种反馈响应。
以下以动车车辆调度为例，说明控制原理在交通运输中的实现机制：
二、问题提出
假想有六个城市形成了六凸多边形，车站位于凸多边形的顶点，需要考虑正常调度，以及道路出现异常时的非常规调度方式，如图2中所示方式排列，现在将以铁路调度员的身份设计若干程序，以实现对列车的自动化控制，以减少人员的浪费以及经济的浪费。地图如下：
顶点元素集合为（A，B，C，D，E，F），其中无优先级差异，各站存在互易性，即AD=DA，etc。设计的原则，按照优先级分别是，全局最优，部分最优，本地最优；
即优先满足受影响的整个系统调度的时间最短，其次考虑受影响附近元素集合时间最短，最后考虑本地中转时间最短。
三、方案设计
情况一：全线路畅通，各线路列车运行正常，无突发事件。
按照路程最短原则，规划调度方案如下：
线路推荐：各路按照最短路线，如A站至D站，可以有两种方案，其一为A→F→E→D，其二为A→D按照箭头方向直接从起点城市到达目的地城市，无需中转，及立即可达性。
可能出现的问题：同时存在BE之间的交通占用情况，在（AD，BE）线路交叉口可能会发生两列车同时到达的情况。
解决方案：采用程序一，控制两条路径的时序，合理地规避两车同时到达交叉口的情况，减少人员的浪费。
情况二：DE线路检修维护（一条边不连通）
DA：客流量增加，应增加列车的使用量，以及检修人员的投入量。
DB：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
DC：不受影响，按照原线路正常运行。
DE：先由D转到C地区，再由C地区转到E地区。（由于从D到E走DC，CE距离要近些，所以规划DCE，不规划DAE，以路程经济型为原则）CE地区客流量增加，需增加列车使用量和维修人员投入量）
DF：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
情况三：DF线路检修维护（内部一条对角线不连通）
DA：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加（由于从D到F走DC，CF距离要近些，所以推荐DCF，不推荐DAF，所以DAF不受影响）。
DB：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
DC：客流量增加，应增加列车的使用量，以及检修人员的投入量。
DE：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
DF：先由D转到E地区，再由E地区轉到F地区。（由于从D到F走DE，EF距离要近些，所以规划DEF，不规划DAF。DC，CF地区客流量增加，需增加列车使用量和维修人员投入量）。
情况四：BD由于线路过长且在山区，需要定期检查维护。先由于BD线路检修，BD 线路停止运行。
DA：按原线路正常运行不受影响。
DC按原线路正常运行不受影响。
DB：（1）先由D转到E地区，再由E地区转到B地区。
（2）先由D 地区转到F地区，再由C地区转到B地区。（由于人流量较大，为保证安全，列车投入量不能过多，所以推荐两条线路，各分散客流量）。
发现的问题：由于DE和AF，DF和AF，DE与DF和AC都有交叉点，DE，DF客流量增加提高的两线路火车相遇的概率。
解决方案：由于DE，DF客流量的增加，为使检修BD线路的影响降到最小，DE，DF，线路的列车应尽量采用不停车不减速运行，以加快发车频率。这里程序一已不适用，启用程序二（见附录）。
DE：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
DF：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
情况五：如图3。D地区处于山区，现在正是雨季，D地区由于连日暴雨，爆发泥石流，将E’’D，O’’D，F’’D冲断，其他铁路正常运行未受影响。 线路规划：D到A：按照原线路正常运行，由于道路实际存量减少，剩余完好路段的运输密度增大，道路的占用率提高，以为由于以上三条线路的瘫痪，DA，DC线路客流量增加，需加大列车的使用量。
D到C：按照原线路正常运行，但要增加列车的使用量，以为由于以上三条线路的瘫痪，DA，DC线路客流量增加，需加大列车的使用量。
D到F：（1）先由D转到A地区，再由A地区转到F地区。
（2）先由D 地区转到C地区，再由C地区转到F地区。（根据路网实际时段使用强度动态调整，在路网承受极限下回退一定安全余量，对当前密度超过预设门限的支路进行分流）
发现的问题：由于三条线路的瘫痪，导致AF，CE的客流量剧增，而AF，CE本就为交叉线路，原本按照程序一运行，现客流量增多，导致两线路火车相遇的概率增加。
解决方案：为不影响旅速，可经两地区相关部门商量，在特定的时间点，以特定的速率各自发车，中途不停顿，以保证旅速。并加大检修人员的投入量。
D到E：（1）先由D转到A地区，再由A地区转到E地区。
（2）先由D 地区转到C地区，再由C地区转到E地区。（DE通过中间节点的可达性又多种方案，考虑原则分别为：全局时间最小，转换支路总距离最小，单节支路路网强度不超门限，通过以上三原则进行规划）
发现的问题：由于三条线路的瘫痪，导致AF，CE的客流量剧增，而AF，CE本就为交叉线路，原本按照线程序一运行，现客流量增多，导致两线路火车相遇的概率增加。
解决方案：为不影响旅速，可经两地区相关部门商量，在特定的时间点，以特定的时间序列发车，规划正常行驶到站点进行避让，以保证路网利用效率。并加大检修人员的巡检力度。
D到B：先由D转到A地区，再由A地区转到B地区。
先由D 地区转到C地区，再由C地区转到B地区。（通过规划历经支路最少为原則，同时考虑全局时间最优）（AB，CB，间客流量增大，也需增加列车的使用量。
情况六：AC线路瘫痪
AB：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
AC：（1）先由A转到E地区，再由E地区转到C地区。
（2）先由A 地区转到F地区，再由F地区转到C地区。（列车流量密度较大，综合考虑，列车投放量不能增加过多，所以推荐两条线路，各分散客流量）
发现问题：AD线路的瘫痪导致AF，EC的客流量剧增，而AF，EC本就为交叉线路，原本按照程序一运行，先客流量增加，两条线路相遇的几率增大。
解决方案：为不影响旅速，可经两地区相关部门商量，在特定的时间点，以特定的速率各自发车，中途不停顿，以保证旅速。并加大检修人员的投入量。
AD：不受影响，按照原线路正常运行，无需增加。
AE：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
AF：由于客流量的增多，需要增加列车的投入量，以及检修人员的使用量。
附录：
假设列车平均速度为200km/h，列车长为200m。各个站点附有雷达测速测距装置，当列车靠近站点时，雷达装置启动。
如突发情况发生，发生情况的站点，向总指挥处发送应急信号。
程序一：设L1为A列车距站点的距离，L2为B列车距站点的距离（单位：km）
x=加速，y=减速
程序二：设L1为A列车距站点的距离，L2为B流程图A列车距站点的距离（单位：km）
以M表示各线路的客流量增加量
x=加速，y=减速，S=停车，R=原速前进
总程序：（1）无应急信号则按照情况一执行。
（2）收到DE处的应急信号，按情况二执行。
（3）收到DF处的应急信号，按情况三执行。
（4）收到BD处的应急信号，按情况四执行。
（5）同时受到BD，DF，DE处的应急信号，按情况五执行。
（6）收到AC处的应急信号，按情况六执行。
（各应急信号可叠加，处理方式可叠加）
参考文献：
[1]姜军红，李一凡，黄莎白.轻轨交通调度监控系统的仿真[J].计算机仿真，2001，18（6）：49-52.
[2]郭尚辉.上海轨道交通运营关键岗位联动培训仿真系统的研发与实践[J].地下工程与隧道，2015（3）：6-9.
[3]李为为.城市轨道交通调度指挥智能集成系统研究[D].北京交通大学，2006.
[4]周鸣岐，徐军.控制系统故障诊断[J].计算机测量与控制，2000，8（3）：5-8.
[5]王国军，陈松乔.自动控制理论发展综述[J].微型机与应用，2000，19（6）：4-7.