编组站综合自动化若干问题的研究

【摘要】： 编组站的工作是由不同部门、多项工种联劳协作来完成的。各级指挥人员既要进行频繁的计划、组织与协调工作,又要及时、准确地下达指挥命令;既要进行浩繁的信息处理工作,又要考虑动态变化的环境影响和各种随机因素的干扰,因此系统的复杂性已经超出了人工能够掌握和控制的限度。因而,编组站利用现代信息技术、控制技术及通讯技术运用新的运输组织和运营管理模式来提高车站的作业效率和编组站的综合运输能力是目前的重要课题。 本文针对编组站综合自动化目前存在的问题,分析其关键问题所在。给出了编组站综合自动化总体框架。重点研究了编组站综合自动化系统的研究方法及思路、编组站综合自动化系统研究目标、原则、信息流程分析、总体结构、功能组成及智能化计划系统间的关系。将编组站综合自动化的主要问题定义为作业组织优化问题,重点描述了编组站调度指挥系统及班计划、阶段计划、调车钩计划等作业计划子系统的层次关系及其之间的联系。 基于双向编组站的特点,给出了其班计划编制的数学模型,详细地刻画了班计划编制的目标函数及约束条件,并根据编组站编制班计划的实际,重点解决列车最优的接车场别的启发式算法,有效地解决交换车问题和场间作业平衡,最优的编发场别,最佳的车流来源的算法问题,保证车站的最大出入车数。 在班计划车流分配的基础上,细致地刻画了阶段计划中调车优化的数学模型和到发线使用优化的数学模型,并结合实际生产的不同需要,定制不同的目标,设计不同的算法,满足铁路编组站实际工作的需要。对到发线的使用也是根据车站的不同目标进行研究设计不同的算法,从而使问题解决。作为整体完成了解体顺序、驼峰使用、编组顺序、牵出线使用、各种调车机车的运用的优化算法。并以编组站的实际数据为例,进行了模拟计算,充分考虑调车机、驼峰、牵出线的使用,使模型符合编组站实际。同时在编组顺序安排及解体、编组调车机安排使用了大量的知识和规则,在不同的车站的不同作业方式更改规则即可适应各种编组站的情况。 本文使用人工智能方法,解决解体钩计划自动编制问题,重点解决解体照顾编组、活用股道、编组隔离限制、调度命令及铁路电报的自动处理,空车处理等。用产生式规则的形式体现专家系统的判断知识,以模仿解体专家的推理过程,实现编组站解体调车计划的计算机编制方法和技术的研究,尤其在股道的智能选择上做了大量的工作。根据编组作业的特点,由于直达、直通及区段列车可能在不同的线路上集结及编组隔离要求,将其的优化问题转化为简单的成组或站顺编组的摘挂列车编组问题,从而借助于车组下落、方案剔出及钩数优化、调动辆数平衡等等方法,以最少的钩数和最佳的调动辆数完成编组调车钩计划的编制。同时对取送车钩计划自动编制进行了探讨。提出了取送车的算法步骤、算法流程图及实现的方法。从而使编组站的取送车钩计划达到自动编制的水平。 当各种计划编制完后,下达到控制系统,控制系统根据计划规定的任务和进路条件,具体分解任务,调度进路,执行计划。本文分析编组站作业进路选排问题的本质,提出了将编组站作业计划自动执行实现的算法步骤分为路径分解和进路调度2个核心部分的思想,进而给出了路径分解问题的算法。通过构造站场设备网络,求两点通路,匹配联锁表,确定折返走行点等合理算法,快速分解通路,为提高车站设备的利用率奠定基础。提出了进路调度的数学模型,以各任务的延误时间加权值总和最小为最优目标,以任务的前后工序选择路径为动态约束,建立编组站作业进路调度数学模型,采用遗传算法思想求解。编码采用定长染色体,长度为任务的工序数,每个工序采用2段制,编码中的顺序唯一地确定了每工序对指定进路占用的起讫时间和指标递推,设计基于优先规则的编码算法步骤。为保证解的可行性,将编码合法化,对工序进行拓扑排序。递推计算工序开始时间和结束时间,进而计算编码的目标值,并将其转化为适应值。采用轮盘赌与最优性相结合的方法进行选择,设计基于位置成组移位的杂交算子和随机交换的变异算子。通过实例计算,验证该方法收敛速度快,能进行进路自动选择。 文章的末尾对编组站综合自动化的重要问题工作流驱动的应用模型进行了深入的研究,给出了到达解体、编组出发及直通列车的在站作业流程,整个自动化的驱动时机,并给出了借助MQ消息队列的方式的工作流实现的逻辑图。从而使综合自动化的流程自动驱动,提高我国编组站综合自动化的水平。