编组站综合自动化计划协同管理的研究

吴惠娜

（中国铁路广州局集团有限公司 运输处，广东 广州 510088）

编组站综合自动化系统，由计划管理信息子系统、集中控制子系统和作业过程控制子系统构成[1]。编组站计划协同管理是在编组站综合自动化系统计划管理信息子系统和集中控制子系统的基础上，建立局－站运输调度数据智能共享平台，实现调度计划与作业执行信息深度融合以及局－站计划协调管理和自动调整[2]。

1 编组站作业过程分析

1.1 技术作业过程

编组站的技术作业是非常繁杂的过程，是一个动态变化、影响因素很多的随机运输调度服务系统，技术作业可分为到达作业、解体作业、编组作业、出发作业4个过程。在综合自动化系统中，这4个作业过程均包含管理信息处理、集中控制、作业过程控制3个层次。编组站技术作业过程如图1所示。

（1）到达和解体作业过程。列车到达前，到达车流详细信息已存于确报数据库中，车站根据铁路局集团公司日班计划编制本站班计划和阶段计划。列车到达时，系统自动采集列车到达时刻，通过车号自动识别系统自动核对确报。货检、列检、机车入库、列尾等相关作业按程序进行，作业通知信息由系统应用程序处理，并将列车到达信息和钩计划信息传至过程控制子系统[3]，过程控制子系统根据列车到达计划和控制表，自动排列列车到达进路，驼峰自动化系统根据调车钩计划分解转换后的指令序列执行驼峰调车，实现列车自动解体，解体作业结束信息反馈给信息处理系统。

（2）列车编组和出发作业过程。车站根据铁路局集团公司计划编制本站班计划和阶段计划。站调根据阶段计划和控制子系统反馈的实际股道、机车等信息编制调车计划和编组计划，系统自动把编组计划信息匹配货票信息，在预确报中形成完整的机－车－货关联信息。

图1 编组站技术作业过程Fig.1 Marshalling yard operation process

2 编组站计划协同优化研究

编组站综合自动化计划协同优化基于“局－站运输调度数据智能共享平台”。数据共享平台应包括铁路局集团公司调度计划、现车管理、货运管理、机车应用计划、车辆扣检修计划、TDCS/CTC、STP、驼峰等相关系统信息。计划协同优化包括铁路局集团公司和车站班计划和阶段计划协同优化和自动调整、车站调车作业计划辅助自动调整，编组站计划协调优化是提供调度计划质量和管控智能化的关键环节[4]。

2.1 计划的内容和依据

（1）班计划。编组站班计划包括列车到达计划、列车出发计划、直通列车计划、卸车计划、装车计划、各车场解编任务、货物作业车、场间交换车等[5]。

（2）阶段计划。编制内容包括本阶段列车运行计划、到发线运用安排、解编作业要求，车流接续和交换、交递取送、作业车上线要求，机车交路、施工（维修）计划和本阶段工作关键及措施。

（3）调车计划。根据列车日班工作计划和阶段计划，本务机返段、调车机车动态、股道应用、现车分布、预确报、车流接续、等信息，系统自动形成车站的到达解体计划和出发编组计划，股道应用计划、调机和驼峰计划、解体编组顺序以及取送车时机，同时形成准确的列车接入和出发信息，并通过集中控制子系统分解处理后传至作业过程控制子系统进行自动控制。

2.2 局-站计划协同优化

编组站作业是一个复杂的过程，调度所难以实时掌握编组站内股道及各种设备的动态变化和编制计划轮廓信息。车站根据铁路局集团公司计划内容，结合现场实际情况调整计划。因此，调度所、编组站在同一个数据平台中协同编制日班计划、阶段计划，调度所编制班计划下达至车站，车站确认现场设备状况后反馈至调度所，调度所对班计划进行分解为阶段计划并下达至车站。车站根据作业控制系统反馈的股道应用、驼峰、机车等现场实际，结合最近区域车流情况、运输重点事项、现在车结存、接车和解体的顺序及时间、出发列车的编制内容和车流等信息，由集中控制子系统经过算法模型处理，自动提供阶段计划调整的方案，由车站确认后信息反馈至调度所，如此循环，以实现局－站计划协同编制。

2.3 阶段计划自动调整

编组站阶段计划是班计划的具体工作安排，是编组站作业计划的主体，是细化的班计划。通常一个班计划分为各阶段计划，阶段计划对车站的技术作业正常进行起着重要的作用，对车站的全局工作具有指导作用。阶段计划的兑现率的高低直接体现编组站运输组织的水平。阶段计划优化在局－站和站区作业管理信息、管-控信息充分共享的前提下，需考虑动态影响因素。影响阶段计划变化的因素有很多，最常见的具体影响因素为车流接续、到发线使用、调机安排3个方面。由于这3个方面之间互相作用，相互相成，因此，在设计模型算法中，一般采用分解和迭代的方式。

2.3.1 车流配置

编组站的车流信息是阶段计划配流的核心问题，准确掌握编组站的车流信息，是提高阶段计划兑现率的保证，由预确报系统中获取的本阶段到达列车，由于某些原因晚点，或无法到达，而该列车的部分车辆正好是等待编组的出发列车的待编车列。这就造成原车流来源发生变动，此时就要对原阶段配流计划做出相应的调整。

编制出发列车的车流来源的要满足2个基本约束条件，一是编组计划的约束，二是车流接续时间的约束。编发列车应遵循正点、满轴、不违编的3个基本原则，在编组列车选择车流中，当出发列车的列车编组车数较多，车站的衔接方向较多时，在配流时，还应同时考虑接续车列的解体过程，使得列车解编协调。综合考虑阶段前后编挂的车列，对本阶段计划时间内所有的出发列车的车流来源都有保证。

编组站的配流方案，是一个确定合理的列车编组顺序，其中又涉及调机、到发线运用和取送车问题，是一个多目标寻优过程。因此，算法模型以ECGACO算法为基础，采用多态蚁群算法的思想[6]，将蚂蚁社会中从事劳动的蚂蚁分为3类：侦察蚁、搜索蚁和工蚁。把调机、到发线运用和取送车因素作为侦察蚁，各自作业反馈的信息作为搜索蚁，每次算法得出的配流方案作为工蚁，如此经过算法多次循环，找出最优配流方案。

2.3.2 到发线运用

编组站到发线运用计划是阶段计划的核心，对到发线的使用需要获取股道号和每列车占用时间2个方面的动态信息。编组站中所有到发线均可采用到发线初始化模型算法进行初始化，以得到到发线运用计划基础数据。设计线初始化模型算法的输入参数为影响到发线的基本因素，主要有到发线有效长、安全间隔、列车编组计划、运行图、车站的咽喉、道岔、机车等具体的设备能力。

在取得到发线初始运用计划数据的基础上，综合考虑到发线动态影响因素，主要有阶段到发车流密集程度、列车长度、在站作业性质、站内施工计划、机车动态运用情况等。在到发线基础数据和动态影响因素确定的情况下，以列车动态占用到发线时间最短为目标函数，采用蚁群算法，把到达某站的所有列车ai放在集合A中，某站所有到发线dj放进集合D中，在D中添加d0表示虚拟到发线，列车在没有满足约束条件的到发线时，可选择d0。采用偏序集合的传递性构建了调机运用的有向图（传递图）。将调机运用描述成适合蚁群算法的形式，并初始化变量，结合满足车站到发线使用要求的约束条件，以尽量减少交叉干扰，占有时间最短为基本目标，建立编组站到发线运用自动调整模型，对交叉干扰进行分析，考虑迭代对信息的影响，定义该问题的转移频率，在蚁群经过的路径上进行信息更新，得到调机运用的最优方案，算法结束，程序完成，如果无法选择到发线，则转入列车等待状态，该情况有可能是参数不合理导致算法失败。到发线运用问题解构造图如图2所示。

2.3.3 机车安排

编组站作业中，机车的日常调度计划管理工作由调度所和机务段负责，当机车计划与实际不一致时，由车站值班员修改计划确认实际机车号。一般每台机车都有相对固定的作业范围，但是受动态运输组织变化的影响，需要优化配置机车运用阶段计划。例如，当编组站列车到发车流不均衡时，会影响到发场及编组场股道应用，同时也影响调机运用，导致上行机车运用紧张，下行机车空闲等待，或者反之。

图2 到发线运用问题解构造图Fig.2 Structural map on line of arrive-start of explain

2.4 调车计划辅助自动方案

调车作业辅助自动方案，是指由系统自动提供车站各股道的调车作业单的最优方案供站调或者区长确认。阶段计划的精准度决定调车作业计划智能编制实现的概率。在按运行图行车的正常情况下，编组站的到达解体调车作业计划不难实现智能编制，但是对于出发列车的编组作业计划单智能编制，需要在信息管理子系统建立数据共享平台，扩展集中控制子系统中的管控接口内容，用作业过程控制子系统反馈的现场各设备状态和作业进度等实际信息，结合智能算法模型，在合理的约束条件下不断自动调整阶段计划并更新调车作业计划，从而形成调度作业单辅助自动编制方案。

2.5 站区作业计划一体化管理

车务、机务、车辆是站区日常调度指挥工作的3个不同专业，但都是围绕车站运输组织和调度指挥开展日常工作，彼此的作业通知必须是实时的。因此，计划协同优化，需要在统一的数据平台上设计算法模型并开发应用软件，或者采用SOA架构建立各子系统实时且双向的数据交换接口。

2.5.1 车务－机务计划一体管理

编组站综合自动化的机车计划管理，是由调度所和机务段负责。车务－机务一体化信息包括列车到发计划、列车实际到发自动报点、机车出段与折返计划、机车配置计划、机车交路推算、机车出段通知、机车出段顺序推算[7]、机车实际出段信息等。其中的机车交路推算需要结合阶段计划自动调整算法，匹配接发列车计划，输入约束条件参数，准确获取现场机车号等实际信息。机车号的采集，可安装车号自动识别系统（ATIS），把采集的机车号、时间和采集点与机车运用计划和接发列车计划进行自动匹配，并把匹配结果提供给铁路局集团公司调度、车站值班员、站调等相关岗位[8]，确认自动调整阶段计划和调车作业计划。

2.5.2 车务－车辆计划一体管理

编组站日常运输组织中，车站与车辆段作业紧密联系，车辆段需要预先从确报系统中获取检修车辆信息，列车到达后，列检作业，在现在车系统通过票据电子化接口软件，车务电子签收车辆回送信息，车辆通过HMIS录入车统数据，车务实时签收并组织车站作业。

3 局-站运输调度数据共享平台的构建

目前铁路局集团公司生产调度管理系统只是单一的计划编制系统，没有与现场作业执行交互，难以提高调度计划质量，调度计划编制离不开动态现场信息。因此，建立局－站运输调度数据共享平台是提供编组站计划智能管理的基础。该“共享平台”的信息包括路局班计划、阶段计划调度命令、施工计划等路局调度计划信息；整合电子票据的现车、确报信息；站区车辆和机车作业信息；CTC/TDCS交互信息；集中控制子系统的股道运用状态、信号机、道岔状态、机车位置、作业进度、机车信号、速度、停车器状态、邻站站场、异常预警类型等信息。基于共享平台，开发编制站与铁路局集团公司班计划和阶段计划协同编制、阶段计划自动调整、管控一体化、运输调度动态分析评价的智能运输调度系统。局－站运输调度数据共享平台结构图如图3所示。

图3 局-站运输调度数据共享平台结构图Fig.3 Bureau-station transport movement control data sharing structure chart

4 结束语

编组站集中了与运输有关的各项技术设备，参与运输过程的主要技术环节。编组站作业过程均体现在作业计划中，作业计划质量的提高又离不开动态现场信息，而现场作业控制子系统的自动化程度又来自于作业计划的准确性，两者相辅相成。编制站综合自动化的作业计划协同管理既为实现运输组织最优化、提高运输效率、确保运输安全奠定；坚实基础，也是实现精准化管控 、区域一体、动态分析、精细考核的车站生产作业智能系统的关键一环。