自然语言表示的特定径路规则下铁路网车流径路计算方法研究

Calculation Methods for Traffic Routes in Railway Networks under Specific Route Rules Represented in Natural Language

摘要

铁路车流径路由最短径路和特定径路组成，其中特定径路以半结构化的自然语言文本表示，研究自然语言表示的特定径路规则下铁路网车流径路计算方法，对实现车流径路智能化管理具有重要意义。首先，分析特定径路的表现形式及构成要素；其次，建立正则表达式抽取特定径路信息，将特定径路信息中的发/到域、经由径路和特殊线路分别转换为车站集合、必须访问车站序列和禁止通过区间集合；接着，基于最短径路计算，开发特定径路规则下铁路网车流径路的计算方法；最后，以成都北站为例开展案例研究，解析《全路货车车流径路》文件表示的特定径路信息，计算特定径路规则下成都北站所有出发车流与到达车流的最短径路与特定径路。案例分析结果表明，所提出的方法具有实用性和有效性，能够丰富车流径路信息化管理方法，为现场车流组织工作提供有力支持。

Abstract

Railway traffic routes comprise shortest routes and specific routes, with the latter represented by semi-structured natural language text. Research on the calculation methods for traffic routes under such specific route rules is of great significance for enabling intelligent traffic route management. This paper first analyzed the forms of representation and the components of specific routes. Then, it established regular expressions to extract specific route information, converting origin/destination domains, via-paths, and special lines into sets of stations, mandatory station sequences, and sets of prohibited segments, respectively. Based on shortest path algorithms, a method for calculating traffic routes under specific route rules was developed. Finally, taking Chengdubei Station as a case study, the paper parsed specific route information from the National Railway Freight Traffic Routes document and calculated both the shortest and specific routes for all departure and arrival flows under the defined rules. The case study demonstrates the practicality and effectiveness of the proposed method, showing its potential to enrich the digital management of traffic routes and provide robust support for field-level traffic organization.

Graphical abstract

关键词

铁路运输 / 车流径路 / 特定径路 / 自然语言处理 / 车流组织

Key words

Railway Transportation / Traffic Route / Specific Route / Natural Language Processing / Traffic Organization

0　引言

车流径路指铁路网中车流从起点站到终点站经过的线路，是铁路车流组织工作的基础，也是铁路网规划中进行流量分配的重要依据。目前，国家铁路的车流径路由中国国家铁路集团有限公司发布的《全路货车车流径路》^[1]文件规定，该文件采用自然语言的形式描述了全路所有跨局车流的特定径路和部分管内车流的特定径路，文件中未做规定的车流径路按《货物运价里程表》^[2]中的最短径路办理。当前，国家铁路执行特定径路的OD流占比超六成，但由于特定径路采用自然语言的形式进行描述，解读特定径路信息较为困难且易出错。通过建立一套自然语言表示下的特定径路关键信息智能识别方法，并以此为输入提出车流径路的计算方法，能够提升车流径路解析效率，提高车流径路管理信息化水平。

既有车流径路研究中，涉及特定径路的研究主要有特定径路限制下的车流径路计算和特定径路管理2类。特定径路计算方面，成惠等^[3]考虑了特定经由的构成，以此建立特定经由数据，提出车流径路的计算方法。张锐等^[4]基于Dijkstra算法，设计特定径路参数描述语言，实现利用计算机判定车流径路。李响等^[5]结合特定车流径路文件，提出发域、到域的车站的确定方法，构建特定车流径路规则库，设计径路规则限定下车流径路的计算方法。特定径路管理方面，邓桂星等^[6-7]基于B/S平台，建立面向全路的货车车流径路公共技术服务平台，实现特定径路可视化展示。王道奇^[8]结合车流径路和编组计划，实现最短径路、特定径路、编组径路的同屏展示。杨文浩等^[9-10]分析货运车流径路优化调整需求，提出车流径路优化调整对策，探究车流径路辅助决策系统中基于特定径路自动推算计费径路、车流径路可视化展示等功能。傅赟^[11]针对实际生产中的违编现象，研究了车流径路与列车编组计划的匹配关系。

自然语言处理在铁路运输领域的研究主要集中于调度命令方面。彭其渊等^[12]基于长短时记忆网络构建序列-序列模型，实现利用预警文本信息自动生成调度命令。吴佳佳等^[13]研究基于调度电话语音信息智能生成调度命令的方法。沈伟^[14]探讨了电话调度命令文本标准化、基于文本复杂度的调度命令分类和基于深度学习的铁路应急处置方案编制方法。孔庆玮等^[15]根据高速铁路调度命令半格式化的特点，构建了高速铁路客运调度命令知识图谱。

综上，既有文献虽对特定径路约束下的车流径路计算开展了部分研究，但缺少利用自然语言处理技术提取特定径路条目信息，并将信息转换为车站、区间集合从而用于车流径路计算的方法。针对该问题，首先，对特定径路进行分类，分析各类特定径路的表现形式及其构成要素；然后，提出特定径路信息抽取与属性转换方法；接着，设计特定径路规则限制下的铁路网车流径路计算方法；最后，以成都北站为例开展案例分析，验证所提出方法的可行性和有效性。

1　特定径路的表现形式及构成要素分析

最新版的《全路货车车流径路》于2021年发布，文件将铁路网分为了东北、北京枢纽、华北、华中、华东、华南、西南、西北8个区域，以及浩吉(浩勒报吉南—吉安)、大秦(韩家岭—柳村南)—韩原(韩家岭—原平)、唐包(曹妃甸北—包头东)—京包(昌平—台阁牧)、瓦日(瓦塘—日照南)—邯济(邯郸南—晏城北)、集通(贲红—通辽北)—塔多(塔黄旗东—多伦)、太中(中鼎物流园—迎水桥)—包西(包头—新丰镇)、兰渝(兰州东—渭沱)—渝怀(井口—怀化)7条干线；在每个区域和干线中，以自然语言的形式分条目表示特定径路。除文件中规定的特定径路外，其余车流径路比照《货物运价里程表》^[2]中的最短径路确定。特定径路条目众多，信息丰富，根据含义的不同，将特定径路分为经由类和本线类2大类。

1.1　经由类特定径路

1.1.1　表现形式

经由类特定径路指车流在同时满足发/到域(支点)、货物品类、方向要求时，必须经由规定的线路或车站运行。经由类特定径路的文本如图1所示，其表示当车流的发站位于符夹线(符离集—夹河寨)或青阜线(青龙山—阜阳北)上，到站在“上海局袁寨及其以南、蚌埠东以西、永宁镇以西、西善桥及其以西、夹浦以南、石湖荡以南，南昌局”这一范围时，对于任意货物品类的车流，都需经由阜阳北支点运输。由于该经由类特定径路的方向为双向，当车流交换发站与到站时，同样需经由阜阳北支点运输。

1.1.2　构成要素

一条经由类特定径路主要包括以下构成要素。

（1）发域和到域。发域和到域分别是该特定径路关联的所有发站和到站的集合。发/到域的文本包括区域和区段2种类型，发/到域的文本格式如表1所示。1个发/到域一般包括多个区域或区段，每个区域/区段对应1个车站集合，属于不同铁路局集团公司的区域间以逗号分隔，属于相同铁路局集团公司的不同区域间或者不同区段间以顿号分隔。根据是否有“除外”二字，区域/区段可分为包括类和除外类2类。注意，部分区域在具有明确界限时，会省略铁路局集团公司名；当区域具有方位词时，在某一边界站的相邻车站满足方位要求后，相邻车站以远的其余各站均属于该区域；部分区域的方位词包含“及其”二字，表示方位词前的车站包含于描述的区域中。

（2）支点。支点是一种特殊的发/到域，支点不局限于车流的发站或到站，也可以是车流途经的车站。支点的格式有：“车站名+支点”，例如阜阳北支点；“车站名+以远”，例如向塘西以远。从功能定位看，将位于发域的支点简称为支点(发)，位于到域的支点简称为支点(到)，其中“车站名+以远”的格式仅用于支点(到)。

（3）方向。方向表示该特定径路单向或双向有效。当特定径路的方向词为“装到”时，仅适用于指定方向的车流；当方向词为“相互间”“进出”“出入”“到发”时，交换发站和到站后，该特定径路仍然适用。

（4）货物品类。货物品类规定了该特定径路适用的货物类别。当货物品类为“重车”时，表示所有货物品类；少数货物品类限定为煤、焦炭、金属矿石、集装箱，主要存在于大秦、唐包、瓦日、浩吉线等重载铁路相关的特定径路中。

（5）经由径路。经由径路为车流在满足发/到域(支点)、方向、货物品类条件后，必须经过的线路或车站。经由径路的主要文本格式如表2所示。

1.2　本线类特定径路

1.2.1　表现形式

本线类特定径路为各区域或干线的最后一个特定径路条目(华北区域无该类特定径路)，该类特定径路对部分特殊线路通过的车流做出规定，句首固定为“除本文规定重车流外”。本线为车站所属的线路，在《货物运价里程表》^[2]中的站名索引表内查定。当车站仅位于1条线路上时，该线路为车站的本线；当车站在多条线路上时，站名索引表的线名列中加括号的线路为车站的本线。本线类特定径路的文本如图2所示。

1.2.2　构成要素

一条本线类特定径路的构成要素包括以下几点。

（1）特殊线路。特殊线路多为合资或地方铁路，少数为通过能力较为紧张的国家铁路线路。特殊线路的格式为“线路名”或“线路名+区段起点+区段终点”，不同线路和区段之间以顿号分隔。

（2）经由条件。经由条件对线路或区域路网的运输条件进行规定，分为本线到发、互为最短径路的本线到发、最短径路运输3类。经由条件的类型及含义如表3所示。

2　特定径路的解析

本章首先提取特定径路条目中的构成要素信息，其次将经由类特定径路中的发/到域转换为发/到域车站集合、经由径路转换为必须访问的车站序列，将本线类特定径路中的经由条件为“本线到发”或“互为最短径路的本线到发”的线路转换为禁止通过的区间集合，最后根据解析结果存储特定径路信息，为后续铁路网车流径路计算提供输入。

2.1　特定径路信息抽取

信息抽取是从一个特定领域的文本中抽取指定信息并对其进行结构化描述和存储的过程^[16]。由于特定径路为半结构化文本，研究采用正则表达式对特定径路的各构成要素进行信息抽取。

2.1.1　特定径路的正则表达式符号及含义

正则表达式是对字符串进行操作的一种逻辑公式，用事先定义好的特定字符及这些特定字符的组合，组成一个规则字符串，用来表达对字符串的一种过滤逻辑。研究使用的特定径路的主要正则表达式符号及含义如表4所示。

2.1.2　特定径路信息抽取

（1）特定径路分类。根据每条特定径路文本是否含有“除本文规定重车流外”，区分2类特定径路，当不包含时为经由类，包含时为本线类。特定径路分类的正则表达式如表5所示。

（2）经由类信息抽取。对于经由类特定径路，根据各构成要素的文本格式及在文本中的位置建立正则表达式。经由类特定径路的正则表达式如表6所示。

（3）本线类信息抽取。在本线类特定径路文本中，由于不同经由条件间以逗号或分号分隔，需要先根据逗号或分号分割文本，再进行信息抽取。本线类特定径路的正则表达式如表7所示。

2.2　特定径路属性的转换

特定径路信息抽取的结果为文本信息，其中经由类中的发/到域和经由径路信息、本线类的特殊线路信息无法直接用于铁路网车流径路计算。本节将上述构成要素转换为相应的车站集合、车站序列或区间集合。

2.2.1　发/到域到车站集合的转换

将经由类的发/到域转换为车站集合的基本思路是首先对其文本进行处理和分割，提取其包括的不同区域/区段；然后根据获取的区域/区段缩减铁路网；最后基于缩减后的铁路网搜索包含的车站集合。具体步骤如下。

步骤1：文本处理与分割。部分发/到域的文本格式与表1不完全一致，首先对描述发/到域的文本数据进行处理，包括：删除文本中的“各站”等多余字符串；将标点符号统一为全角型；统一各铁路局集团名称，除中国铁路青藏集团有限公司简称为青藏公司外，其余各铁路局集团公司简称为“路局所在地+局”，例如广州局、呼和浩特局。基于此，首先根据文本数据中是否有“除外”二字，将发/到域分为包括类和除外类，然后利用顿号分割包括类和除外类，得到区域和区段文本集合，最后根据发/到域的文本格式，得到每个区域和区段文本中构成要素的取值。

步骤2：铁路网缩减。令铁路网为G=(V,E)，其中V和E分别为车站和区间集合，铁路网中的线路集合为L，每条线路l\in L包含的车站和区间集合分别为V_l和E_l。令发/到域包括的区域和区段文本集合分别为A和S，包括的车站集合为V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}；每个区域a\in A对应的铁路局集团公司为c_a、线路为l_a、边界站为v_a，每个区段s\in S对应的线路为l_s、起点和终点车站分别为o_s和d_s。

对于每个区域a\in A，对于其边界站v_a的任意相邻车站v_j(即\left(v_a,v_j\right)\in E)，根据经纬度判定v_j是否满足v_a的方位词要求；若区域a的线路l_a非空，还需判断v_j是否属于l_a(若l_a为空，默认为满足线路要求)：①当同时满足方位词和线路要求时，若区域a为除外类，此时v_j为除外车站，删除路网G中连接v_a与v_j的区间\left(v_a,v_j\right)。②当不满足方位或线路任意一项要求时，若区域a为包括类，此时v_j为除外车站，删除路网G中连接v_a与v_j的区间\left(v_a,v_j\right)。

对于每个区段s\in S，当s为除外类，若区段s仅包含线路l_s，在E中删除E_{l_s}内的所有区间；若区段s包含起点车站o_s和终点车站d_s，则在l_s中搜索o_s至d_s的最短径路，在E中删除该最短径路上的所有区间。

步骤3：车站搜索。对于每个区域a\in A，经过步骤2的路网缩减后其已被处理为独立区域，利用Dijkstra算法，搜索区域a的边界站v_a在所属铁路局集团公司c_a内所有可达的车站，将这些车站连同v_a一并加入V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}。注意，若区域a只含1个铁路局集团公司时，将该铁路局集团公司的所有车站加入V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}；若区域a只含1个单独的车站，将该车站加入V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}；当区域a为除外类，若方位词中包含“及其”，则v_a位于除外区域，在V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}中删除v_a；当区域a为包括类，若方位词中不包含“及其”，则v_a位于除外区域，在V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}中删除v_a。

在经过路网缩减后，每个区段s\in S必然为包括类。对于每个区段s，若s仅包含线路l_s，将V_{l_s}中的所有车站加入V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}；若s包含起点车站o_s和终点车站d_s，则在l_s中搜索o_s至d_s的最短径路，将最短径路上的所有车站加入V_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}}。

2.2.2　经由径路到必须访问车站序列的转换

本节将经由径路中的线路、支点、分界站统一转换为必须访问的车站。令经由类的必须访问车站序列为V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}。

情形1：经由径路仅包含1条线路。当经由径路仅包含1条线路时，车流经由该线路的具体区段不是已知的。在必须通过这一线路的条件下，计算该特定径路中所有发站与到站之间的最短径路，搜寻所有最短径路在该线路上共同经过的车站，选择其中一座等级最高的车站作为必须访问的车站，加入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}。

情形2：经由径路包含多条线路且不含支点、分界站。当经由径路包含多条线路且不含支点、分界站时，由于车流在接算站才能跨线，将位于两线路交汇处的接算站加入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}。若经由径路中的线路不直接相连，而是通过枢纽内的联络线交互，将联络线的起、终点作为必须访问车站，加入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}。

情形3：经由径路包含支点或分界站。当经由径路为多条线路和支点或分界站的组合时，按照情形2中的方法将多条线路的必须访问车站加入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}后，再将支点或分界站加入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}；否则，直接将支点或分界站加入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}。

2.2.3　特殊线路到禁止通过区间集合的转换

本线类特定径路中，经由条件为“本线到发”和“互为最短径路的本线到发”的线路禁止通过车流使用，不参与最短径路的计算。本节将每一条本线类特定径路转换为禁止通过的区间集合E_{\mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{r}}。首先，利用顿号分割描述特定径路的特殊线路的文本，令获得的线路集合为SL；对于每条特殊线路l\in SL，若其对应的文本中包括起点车站o_l和终点车站d_l，搜索l中o_l至d_l的最短径路，删除E_l中所有不在该最短径路上的区间。其次，若特定径路的经由条件为“本线到发”，为每一条涉及的特殊线路l\in SL创建1个禁止通过的区间集合E_{\mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{r}}，将l当前包括的区间集合E_l加入其对应的E_{\mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{r}}；若特殊径路的经由条件为“互为最短径路的本线到发”，为涉及的所有特殊线路SL共同创建1个禁止通过的区间集合E_{\mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{r}}，将每条线路l\in SL当前包括的区间集合E_l加入E_{\mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{r}}。

3　特定径路规则下铁路网车流径路的计算

基于第2章设计的特定径路解析方法的结果，设计给定特定径路规则下在铁路网G中求解1支车流的径路的计算方法。

3.1　符号定义

设给定的经由类特定径路规则集合为Y。对每一条经由类特定径路规则y\in Y，令其对应的货物品类集合为T_y，方向为f_y(当为双向时，f_y=\mathrm{2}；当为单向时，f_y=\mathrm{1})，经由径路中的线路集合为L_y，必须访问车站序列为V_y。根据构成要素的不同，将经由类特定径路规则细分为4类，分别为规则1(发域至到域规则)、规则2(发域至支点规则)、规则3(支点至到域规则)、规则4(支点至支点规则)。

设给定的本线类特定径路规则集合为B。对每一条本线类特定径路规则b\in B，令其对应的特殊线路集合为L_b，特殊线路包含的车站集合为V_b，禁止通过区间集合为E_b。

对于铁路网G中每个车站v\in V，令其接算站指示参数为h_v(当v为接算站时，h_v=\mathrm{1}；当v不为接算站时，h_v=\mathrm{0})，衔接线路集合为L_v，本线指示参数为x_v(当\exists b\in B满足v\in V_b时，x_v=\mathrm{1}，否则x_v=\mathrm{0})，支点指示参数为g_v(当v为支点时，g_v=\mathrm{1}；当v不为支点时，g_v=\mathrm{0})，发域包含v的特定径路规则集合为Y_v^o(Y_v^o\subset Y)，到域包含v的特定径路规则集合为Y_v^d(Y_v^d\subset Y)，支点(发)包含v的特定径路规则集合为Y_v^{zo}(Y_v^{zo}\subset Y)，支点(到)包含v特定径路规则集合为Y_v^{zd}(Y_v^{zd}\subset Y)。

对于铁路网G中每个区间e\in E，令e=(v_{\mathrm{1}},v_{\mathrm{2}})，其中v_{\mathrm{1}}和v_{\mathrm{2}}为区间e的2个端点，禁止通过指示参数为n_e(当\exists b\in B满足e\in E_b时，n_e=\mathrm{1}，否则n_e=\mathrm{0})。

铁路网G是一个多重图，在两车站间可能存在多条线路相连，而车流只能在接算站跨线。为避免车流在非接算站跨线，当车站v为多条线路经过的非接算站时，为每条经过v的线路创建一个虚拟车站。基于此，设以多条线路经过的非接算站v为端点的区间集合为E_v，对于\forall e\in E_v，将其端点v替换为该区间所属线路对应的v的虚拟车站。

令从车站v_o到v_d的车流为\left(v_o,v_d\right)，对应的货物品类为t_{od}。记车流\left(v_o,v_d\right)在铁路网G中的最短径路为R_{od}，给定特定径路规则Y和B时在铁路网G中的径路为P_{od}。

3.2　特定径路规则的适用条件

经由类特定径路规则y\in Y根据其类别对车流\left(v_o,v_d\right)的适用条件如下。

（1）规则1：发域至到域规则。①正向条件：y的发域包含v_o，到域包含v_d，货物品类集合包含t_{od}；②反向条件：y的发域包含v_d，到域包含v_o，货物品类集合包含t_{od}，方向为双向。

（2）规则2：发域至支点规则。①正向条件：y的发域包含v_o，支点(到)包含v_d，货物品类集合包含t_{od}；②反向条件：y的支点(发)包含v_d，到域包含v_o，货物品类集合包含t_{od}，方向为双向。

（3）规则3：支点至到域规则。①正向条件：y的支点(发)包含v_o，到域包含v_d，货物品类集合包含t_{od}；②反向条件：y的发域包含v_d，支点(到)包含v_o，货物品类集合包含t_{od}，方向为双向。

（4）规则4：支点至支点规则。①正向条件：y的支点(发)包含v_o，支点(到)包含v_d，货物品类集合包含t_{od}；②反向条件：y的支点(发)包含v_d，支点(到)包含v_o，货物品类集合包含t_{od}，方向为双向。

3.3　计算步骤

给定特定径路规则Y和B，在铁路网G中计算车流\left(v_o,v_d\right)的径路是以最短径路计算为基础，修改车流在部分区段运行的径路，从而满足给定特定径路规则的过程。首先根据本线类特定径路B、车流\left(v_o,v_d\right)的发站v_o/到站v_d的本线、发站v_o/到站v_d是否为多条线路经过的非接算站等信息，对铁路网G的区间集合E进行预处理；然后计算车流\left(v_o,v_d\right)从发站v_o至到站v_d的最短径路，判断车流\left(v_o,v_d\right)是否需满足一定的特定径路规则(规则1—规则4)，根据判断结果更新区间集合E，增加必须访问车站序列；最后计算车流\left(v_o,v_d\right)从发站v_o经必须访问车站至到站v_d的径路P_{od}。具体步骤如下。

步骤1：输入铁路网G、特定径路规则Y和B；输入车流\left(v_o,v_d\right)及其货物品类t_{od}。

步骤2：删除禁止通过区间。对\forall e\in E，判断n_e是否为0：若n_e\ne \mathrm{0}，e不参加最短径路计算，在区间集合E中暂时删除e。

步骤3：加入经过v_o或v_d的特殊线路对应的禁止通过区间。判断发站v_o的本线指示参数x_{v_o}是否为0：若x_{v_o}\ne \mathrm{0}时，识别V_b包含v_o的唯一本线类特定径路规则b，在区间集合E中加入E_b内的区间。判断到站v_d的本线x_{v_d}是否为0：若x_{v_d}\ne \mathrm{0}时，识别V_b包含v_d的唯一本线类特定径路规则b，在区间集合E中加入E_b内的区间。

步骤4：若v_o/v_d为多条线路衔接的非接算站，将v_o/v_d对应的虚拟车站还原为原车站。若|L_{v_{\mathrm{0}}}|\ge \mathrm{2}且h_{v_o}=\mathrm{0}，对于\forall e\in E_{v_o}，将e的端点中与v_o对应的虚拟车站替换为原车站v_o；若|L_{v_d}|\ge \mathrm{2}且h_{v_d}=\mathrm{0}，对于\forall e\in E_{v_d}，将e的端点中与v_d对应的虚拟车站替换为原车站v_d。

步骤5：

步骤5.1：判断是否存在车流\left(v_o,v_d\right)需满足的规则1，即若满足以下2个条件之一：①\exists y\in Y_{v_o}^o\bigcap Y_{v_d}^d且t_{od}\in T_y(将规则y的必须访问车站序列V_y加入集合V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}})；②\exists y\in Y_{v_o}^d\bigcap Y_{v_d}^o，t_{od}\in T_y且f_y=\mathrm{2}(将规则y的V_y反转顺序后加入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}})。则：若\exists b\in B，满足L_y\bigcap L_b\ne \mathrm{\varnothing }，在区间集合E中加入E_b内的所有区间。

计算在当前铁路网G中发站v_o至V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}的第一个车站v_{\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}}的最短径路R_{o,\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}}，提取R_{o,\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}}上的支点序列创建集合V_z^{\mathrm{2}}；计算在当前铁路网G中V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}的最后一个车站v_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t}}至到站v_d的最短径路R_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t},d}，提取R_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t},d}上的支点序列创建集合V_z^{\mathrm{3}}。转步骤6。

注意：若满足条件①或②的规则1不止1条，记录每条规则y中V_y的第一个车站。从第2条规则y开始，在当前铁路网G中分别计算：将y的V_y插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}中后(插入位置为既有各V_y的第一个车站之前或V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}的末位)，发站v_o经V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}中所有车站至到站v_d的最短径路，选择其中里程最小的径路所对应的V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}作为新的V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}。

步骤5.2：若V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}=\mathrm{\varnothing }，计算在当前铁路网G中发站v_o至到站v_d的最短径路R_{od}，提取R_{od}上的支点创建集合V_z^{\mathrm{1}}：①若V_z^{\mathrm{1}}=\mathrm{\varnothing }，则R_{od}为最终的车流径路P_{od}，算法结束；②若V_z^{\mathrm{1}}\ne \mathrm{\varnothing }，则令V_z^{\mathrm{2}}=V_z^{\mathrm{1}}，转步骤6。

步骤6：

步骤6.1：若V_z^{\mathrm{2}}\ne \mathrm{\varnothing }，从V_z^{\mathrm{2}}的最后一个支点开始，按倒序依次判断是否存在发站v_o与各支点v\in V_z^{\mathrm{2}}需满足的规则2，即若满足以下2个条件之一：①\exists y\in Y_{v_o}^o\bigcap Y_v^{zd}且t_{od}\in T_y(将规则y的必须访问车站序列V_y插入V_{must}^{\mathrm{2}}的首位)；②\exists y\in Y_{v_o}^d\bigcap Y_v^{zo}，t_{od}\in T_y，且f_y=\mathrm{2}(将规则y的V_y反转顺序后插入V_{must}^{\mathrm{2}}的首位)。则：若\exists b\in B，满足l\in L_y\bigcap L_b，在区间集合E中加入E_b内的所有区间。

计算在当前铁路网G中发站v_o至V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{2}}的第一个车站v_{\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}}的最短径路R_{o,\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}}，提取R_{o,\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}}上的支点序列更新集合V_z^{\mathrm{2}}，重复步骤6.1。

步骤6.2：若V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}=\mathrm{\varnothing }且V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{2}}\ne \mathrm{\varnothing }，计算在当前铁路网G中V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{2}}的最后一个车站v_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t}}至到站v_d的最短径路R_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t},d}，提取R_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t},d}上的支点序列创建集合V_z^{\mathrm{3}}；转步骤7。

步骤6.3：若V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}=\mathrm{\varnothing }且V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{2}}=\mathrm{\varnothing }，创建集合V_z^{\mathrm{3}}=V_z^{\mathrm{1}}；转步骤7。

步骤7：若V_z^{\mathrm{3}}\ne \mathrm{\varnothing }，从V_z^{\mathrm{3}}的第一个支点开始，依次判断是否存在各支点v\in V_z^{\mathrm{3}}与到站v_d需满足的规则3，即若满足以下2个条件之一：①\exists y\in Y_v^{zo}\bigcap Y_{v_d}^d且t_{od}\in T_y(将规则y的必须访问车站序列V_y插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{3}}的末位)；②\exists y\in Y_v^{zd}\bigcap Y_{v_d}^o，t_{od}\in T_y，且f_y=\mathrm{2}(将规则y的V_y反转顺序后插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{3}}的末位)。则：若\exists b\in B，满足l\in L_y\bigcap L_b，在区间集合E中加入E_b内的所有区间。

计算在当前铁路网G中V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{3}}的最后一个车站v_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t}}至到站v_d的最短径路R_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t},d}，提取R_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t},d}上的支点序列更新集合V_z^{\mathrm{3}}，重复步骤7。

步骤8：依次合并V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{2}}，V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{1}}，V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{3}}中的车站，创建集合V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}。计算在当前铁路网G中发站v_o经V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中各车站至到站v_d的最短径路R_{od}。分别将v_o和v_d插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}的首位和末位，以V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中各车站为端点，将R_{od}分割为|V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}|-\mathrm{1}条子径路，创建子径路集合R_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}。记R_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}中第n条子径路为R_n，起点和终点分别为v_{n,\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{r}\mathrm{s}\mathrm{t}}和v_{n,\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t}}；提取每条子径路R_n上的支点序列创建集合V_z^{\mathrm{4},n}。创建新增子径路集合R_{\mathrm{n}\mathrm{e}\mathrm{w}}=\mathrm{\varnothing }。

步骤9：若R_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}\ne \mathrm{\varnothing }，对R_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}中每条子径路R_n，当|V_z^{\mathrm{4},n}|\ge \mathrm{2}时，依次判断是否存在V_z^{\mathrm{4},n}中支点v_{n,i}(i=\mathrm{1},\cdots ,|V_z^{\mathrm{4},n}|-\mathrm{1})与支点v_{n,j}(j=|V_z^{\mathrm{4},n}|,\cdots ,i+\mathrm{1})需满足的规则4，若满足以下2个条件之一：①若\exists y\in N_{v_{n,i}}^{zo}\bigcap N_{v_{n,j}}^{zd}且t_{od}\in T_y(将规则y的必须访问车站序列V_y插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中v_{n,\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t}}的相邻前位)；②若\exists y\in N_{v_{n,j}}^{zo}\bigcap N_{v_{n,i}}^{zd}，t_{od}\in T_y且f_y=\mathrm{2}(将规则y的V_y反转顺序后插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}的v_{n,\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{t}}的相邻前位)。则：若v_{n,i}不在V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中，将v_{n,i}插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中V_y的相邻前位；若v_{n,j}不在V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中，将v_{n,j}插入V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中V_y的相邻后位。

若\exists b\in B，满足l\in L_y\bigcap L_b，在区间集合E中加入E_b内的所有区间。

计算在当前铁路网G中v_{n,i}经V_y至v_{n,j}的最短径路R_{i,j}^n；将v_{n,i}插入V_y的首位，v_{n,j}插入V_y的末位，以V_y中各车站为端点，将R_{i,j}^n分割为|V_y|-\mathrm{1}条新的子径路，加入R_{\mathrm{n}\mathrm{e}\mathrm{w}}中，提取R_{i,j}^n的每条子径路R_n上的支点序列创建集合V_z^{\mathrm{4},n}；令i=j。

步骤10：更新R_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}=R_{\mathrm{n}\mathrm{e}\mathrm{w}}，R_{\mathrm{n}\mathrm{e}\mathrm{w}}=\mathrm{\varnothing }；重复步骤9。

步骤11：删除V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^{\mathrm{4}}中的第一个车站v_o与最后一个车站v_d，得到必须访问车站序列V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^p。

计算在当前铁路网G中车流\left(v_o,v_d\right)从发站v_o经V_{\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{s}\mathrm{t}}^p中各车站至到站v_d的径路P_{od}。算法结束。

4　成都北站车流径路案例分析

以成都北站为例开展案例分析，计算在《全路货车车流径路》^[1]表示的特定径路规则下，该站与全国货运铁路网(截至2024年4月，含车站6 946个，区间7 383个)中3 640个货运站的出发车流和到达车流的径路，以验证所提出方法的可行性。

4.1　《全路货车车流径路》的解析结果

4.1.1　特定径路信息抽取结果

对《全路货车车流径路》中的特定径路文本数据进行分类，获取经由类特定径路238条、本线类特定径路40条。利用2.1节的方法从这些径路中抽取信息，共获得1 291项信息。与人工标注的1 317项信息进行对比，所提出方法的抽全率达到98.0%，准确率为97.8%。

分析抽取结果，首先，抽取信息遗漏主要出现在发域与到域相同的经由类特定径路中。如“上海局台州南至奉化间各站到发的重车，经萧甬线进出”，此时发域与到域均为上海局台州南至奉化间各站，导致未能成功抽取信息。其次，抽取信息错误主要有2种情况：一是文本中标点符号与标准格式不一致，如“经兰渝线、按兴隆场支点运输”中线路与支点之间使用顿号分隔，与标准格式中的逗号不符，导致抽取错误；二是部分特定径路包含位置不固定的附加条件，难以建立正则表达式提取信息，例如“西安局横现河以南、西安南及其以南，凡按最短径路经广元、达州与广州局、南宁局相互间装的重车，经襄渝线、按襄阳北支点运输”，该特定径路因包含“凡按最短径路经广元、达州”这一附加条件，导致“发域西安局横现河以南、西安南及其以南”的抽取发生错误。

4.1.2　特定径路属性的转换结果

（1）发/到域到车站集合的转换结果。利用2.2.1节方法，将每条经由类特定径路条目中的发/到域转换为发/到域车站集合(含非货运站)。发域车站集合平均包含112座车站，最多包含1 204座车站，最少包含1座车站。到域车站集合平均包含670座车站，最多包含6 941座车站，最少包含1座车站。以到域“上海局新河以北、闸河以东、李楼以东、全椒以东、西善桥以东、夹浦以北、嘉兴及其以北各站”为例，到域识别结果如图3所示。

识别结果的准确性主要受2个因素影响。一是边界站相邻车站的方位判定结果存在差异：按经纬度与《全国铁路货运营业站示意图》^[17]的判定结果不一致。如“向塘西以北”范围内，经纬度判定结果包含向塘和梁家渡2站，而示意图中仅有向塘站位于该范围，这种差异导致路网缩减不正确，影响识别结果。二是发域、到域无法构成独立区域：如到域“北京局(滦平东及其以东、燕郊及其以东、汉沟镇及其以东以北、霸州及其以南以东、晋州及其以东各站除外)”中，位于除外类的清凉店站与位于包括类的衡水东站间存在联络线，使除外类与包括类相连，导致车站搜索时该到域中的边界站可到达北京局所有车站，无法准确获取到域车站集合。

（2）经由径路到必须访问车站序列的转换结果。利用2.2.2节方法，将每条经由类特定径路条目中的经由径路转换为必须访问车站序列，其中：仅包含1条线路的经由径路69个，包含多条线路且不含支点、分界站的经由径路71个，包含支点或分界站的经由径路98个。部分经由径路的转换结果如表8所示。

（3）特殊线路到禁止通过区间集合的转换结果。利用2.2.3节方法，将本线类特定径路中经由条件为“本线到发”的72条线路及经由条件为“互为最短径路的本线到发”的24组线路，转换为禁止通过区间集合，得到“本线到发”区间762个，“互为最短径路的本线到发”区间868个。路网中的2类特殊线路如图4所示。

4.2　成都北站车流径路计算结果

基于《全路货车车流径路》中的“本线到发”和“互为最短径路的本线到发”线路禁止通过车流的条件，计算成都北站与3 640座货运站相互的最短径路；在《全路货车车流径路》中的特定径路规则下，计算货物品类为钢材时，成都北站与3 640座货运站相互的特定径路。

成都北站出发车流最短径路图与特定径路图如图5所示。统计得到，从成都北出发至3 640座货运站的车流径路中，受到52条经由类和17条本线类特定径路的影响，2 949支车流的特定径路相比于最短径路产生变化，占总车流的81%。1 602支车流的特定径路的里程相较于其最短径路增加，平均增加203 km，最小增加1 km，最大增加553 km。1 347支车流的特定径路经由“本线到发”和“互为最短径路的本线到发”线路运行，里程较最短径路减少，平均减少166 km，最小减少4 km，最大减少1 040 km。

成都北站出发的车流中，受特定径路影响较大的为成都北至三汇镇、襄阳北、郑州北、石家庄南方向的车流，对成都北站出发车流影响较大的特定径路如表9所示。由于达成线(三汇镇—龙潭寺)仅办理本线到发，不参与计算最短径路，但特定径路规定成都北站出发的部分车流经由达成线运输，从而改变了成都北至三汇镇、襄阳北间的车流径路。成都北至三汇镇间，最短径路绕经成渝线(成都—重庆)、襄渝线(老河口东—重庆西)，而特定径路直接经由达成线，里程缩短337 km。成都北至襄阳北间，特定径路经由达成线、襄渝线，里程较最短径路的经由宝成线(宝鸡东—成都)、阳安线(阳平关—安康东)、襄渝线缩短76 km。受多条特定径路共同影响，成都北至郑州北间车流径路由最短径路下的经由宝成线、陇海线(连云—兰州西)改经达成线、襄渝线、焦柳线月怀段(月山—怀化)、陇海线运行，里程增加191 km；成都北至石家庄南间车流径路由宝成线、陇海线、南同蒲线(榆次—孟塬)改经达成线、襄渝线、焦柳线月怀段、陇海线、京广线(北京丰台—广州)运行，里程增加266 km。

成都北站到达车流最短径路图与特定径路图如图6所示。统计可得，受55条经由类和17条本线类特定径路规则的影响，3 062支到达车流的特定径路相比于最短径路发生变化，占总车流支数的约84%。1 932支车流的特定径路的里程相较于其最短径路增加，平均增加199 km，最小增加1 km，最大增加659 km。1 130支车流的特定径路经由“本线到发”和“互为最短径路的本线到发”线路运行，径路里程较最短径路减少，平均减少175 km，最小减少1 km，最大减少905 km。

到达成都北站的车流中，受特定径路影响较大的为新丰镇、南仓(衡水)、兴隆场至成都北方向的车流，对成都北站到达车流影响较大的特定径路如表10所示。根据特定径路规定，在新丰镇至成都北间，车流由最短径路的经由陇海线、宝成线运行调整为经由西康线(新丰镇—安康东)、阳安线、宝成线运行，里程增加126 km；对于经由南仓(衡水)支点至成都北的车流，在衡水至新丰镇间，特定径路规定经由京九线(北京西—常平)、陇海线运行，里程较最短径路中的经由石德线(石家庄南—德州)、石太线(石家庄南—太原北)、南同蒲线、陇海线运行增加138 km；在兴隆场至成都北间，车流的特定径路经由仅办理本线到发的遂渝线(遂宁—北碚)、达成线运行，由于本线到发线路重新加入铁路网进行最短径路的计算，里程缩短207 km。

5　结束语

车流径路是铁路网车流组织中的重要内容，利用自然语言表示的特定径路规则对车流径路计算结果影响显著。通过研究特定径路信息抽取与属性转换方法，基于属性转换结果设计了特定径路规则下铁路网车流径路的计算方法，丰富了特定径路信息处理技术，提高了车流径路管理效率。然而，当前车流径路管理仍面临诸多挑战，包括特定径路格式缺乏规范统一标准，发/到域描述存在歧义，特定径路未能随新线开通及时调整，用于车流径路计算的路网与实际路网存在差异，这些问题容易导致部分特定径路信息解析出现偏差，车流实际运行径路与车流径路文件规定不一致。未来研究可在此基础上，探究实际铁路网下车流径路的计算方法，完善车流径路管理体系，进一步增强车流径路对铁路运输组织的指导价值，为提升铁路运输效率提供有力支撑。

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基金资助

国家自然科学基金项目(52272325)

四川省自然科学基金项目(2023NSFSC0390)