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到发线运用是编组站运输生产的关键环节,它在既有车站设备资源的基础上为列车合理安排股道,保证列车能够正点、安全的接发。此外,到发线运用计划作为车站阶段计划的重要组成部分与调机运用计划、配流计划之间又有着十分紧密的联系。所以,到发线运用优化对整个编组站生产效率的提升具有十分重要的现实意义。本文首先介绍了编组站到发线作业的相关内容,并进一步分析了列车作业进路在咽喉区的交叉与疏解。在此基础上,对进路及股道占用时间进行了分析计算,并归纳总结了影响编组站到发线运用的主要因素。通过对到发线运用及其特点的分析,发现其具有很多离散事件系统(DEDS)的特征。基于此,提出了编组站到发线运用的Petri网建模思路,并阐述了Petri网解决这类问题的优势所在。接着通过Petri网元素对到发线运用中的相关概念进行了描述。在此基础上,构建了基于Petri网的顺序,并行,选择等基本结构模型。此外考虑到随着问题规模的增大,普通Petri网在建模过程中可能会出现状态空间爆炸等问题。所以本文引入了有色时间Petri网的概念对到发线运用进行建模分析,最后分别从股道分配和进路选择的角度出发,建立其相应的有色时间Petri网模型。Petri网不仅可以提供图形化的建模方法,还具备强大的数学分析能力。本文在既有Petri网状态方程研究的基础上,提出了有色时间Petri网的运行算法,并通过引入托肯时间戳的概念,有效解决了列车到达时序的问题。然后在L1算法的基础上对模型中存在的调度决策问题进行了深入研究,并分别设计了以交叉干扰最少,设备资源均衡为优化目标的启发式调度算法。此外,考虑到在日常运输生产中列车晚点等随机因素对到发线运用的影响,所以有必要对已产生方案的鲁棒性进行分析。建立已知方案的时间Petri网模型,通过对列车施加晚点扰动,模拟分析方案产生的后续晚点情况,从而对方案的鲁棒性进行评价研究。最后,通过对兰州北站实例的计算分析,验证了本文所提出模型、调度算法及鲁棒性分析法的合理性和正确性,为车站调度人员制定作业方案提供了理论依据。