（交通运输工程专业论文）集成环境中编组站信息系统优化方法研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第日页 a b s t r a c t t h i s d i s s e r t a t i o n a i m s a t s y s t e m a t i c a l l y p r o b i n g i n t o o p t i m i z a t i o n a p p r o a c h o f i n f o r m a t i o n s y s t e m ( i s ) i n a n i n t e r g r a t e d e n v i r o n m e n t t h r o u g h a s y s t e m a t i c s t u d y o n i s a t m a r s h a l l i n g s t a t i o n s t h e a u t h o r a n a l y s e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e i n t e g r a t e d a u t o m a t i o n s y s t e m a t m a r s h a l l i n g y a r d c o n s u l t i n g w i t h t h e c o m p u t e r i n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g s y s t e m ( c i m s ) . h e d i s c u s s e s t h e i m p o r t a n t m e a n i n g s t o s y s t e m a t i c a l l y s t u d y o n s u c h k i n d o f i s . t h r o u g h u s e r - o r i e n t e d v i e w p o i n t , t h e a u t h o r p r o b e s i n t o r e l a t i v e p r o b l e m s i n s y s t e m d e s i g n f r o m t h e a s p e c t s o f h a r d w a r e c o n f i g u r a t i o n m o d e s , s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e a n d s e c u r i t y d e s i g n o f t h e s y s t e m , s e p a r a t e l y . f r o m t h e a n g l e o f s t r u c t u r a l o p t i m i z a t i o n o f s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t , t h e a u t h o r s e a r c h e s a p p r o a c h e s t o t h e o p t i m i z a t i o n o f s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e a n d f u n c t i o n s . b a s e d o n t h e p r i n c i p l e o f s y s t e m s c i e n c e , h e b r i n g s f o r w a r d a s c h e m e t o i n t e g r a t e d i s w i t h s o m e o t h e r e q u i p m e n t s y s t e m s t o a c h i e v e t h e s t r u c t u r e a n d f u n c t i o n o p t i m i z a t i o n o f t h e i s a n d i n t e g r a t e d a u t o m a t i o n s y s t e m . k e y w o r d r a i l w a y m a r s h a l l i n g s t a t i o n , i n f o r m a t i o n s y s t e m , s y s t e m o p t i m i z a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 1 页 第1 章绪论 1 . 1 问题的提出 二十世纪，在世界范围内，信息技术取得了迅速发展，目前信息化己成 为各国经济可持续发展的巨大动力。美国是率先通过政府行为推动信息化的 国家。在政府的大力支持下，美国的信息产业日新月异。1 9 9 3 年9月，美国 提出了国家信息基础设施 ( n 工 工 ) 行动计划; 1 9 9 4 年9月， 又发表了全球信息 基础设施 ( g i i )倡议。信息技术产业 1 9 9 7 年为美国提供了7 4 0 万人的就业 机会，全球排名前 1 5 家中的 1 3 家美国信息技术公司 1 9 9 7 年收入 1 1 7 6 亿美 元， 利润 1 5 7 亿美元。1 9 9 9 年 1 月政府又推出了“ 面向2 1 世纪的信息技术计 划” ， 计划将重点支持信息技术的基础性研究、 高性能计算技术以 及信息技术 对社会经济的影响和信息技术劳动者的培训。 在欧洲， 8 0 -9 0 年代信息技术一直是欧洲国家政府发展科学技术的重点 领域，各国都制订了一系列高技术计划来支持信息技术等关键技术的优先发 展。如德国政府于1 9 8 2 年开始实施 “ 政府促进微电子、信息及通信技术发展 方案” : 1 9 8 4 年3 月， 通过了德国第一个高技术产业规划“ 信息技术开发计划” 即信息技术振兴计划;近年先后实施了一系列以“ 2 0 0 0年”为目 标的专项发 展规划。 1 9 8 3 年5 月， 英国政府制订了一项为期5 年的“ 高级信息技术计划” ， 该计划投资 3 . 5 亿英镑，支持 3 0 0余项研究开发项目，重点目标是开发第 5 代计算机;1 9 9 8 年又出台了 “ 网络年计划”和 “ 电子商务发展计划” 在亚洲， 继美国1 9 9 3 年提出n i i 计划之后， 日本也提出要投入巨资建设 高速电子通信 “ 新干线” 。新加坡的 “ 智慧岛展望计划”则打算用 巧 年使新 加坡成为全球信息高速公路最发达的国家。 在我国， 1 9 8 6 年学术界开始讨论信息化问题。 1 9 9 6 年中共十四届五中全 会明确要求“ 加快国民经济信息化进程” ， 将信息化作为国家的战略任务。 1 9 9 7 年，中共十五大再次强调要 “ 推进国民经济信息化” 。我国的信息化经过 “ 七 五” 起步、 “ 八五”大发展，目前已步入网络化阶段。 1 9 9 3 -1 9 9 5 年启动了金 卡、金桥、金关等重大信息化工程。1 9 9 6 年1 月国务院成立了信息化工作领 导小组，开始有组织、有计划地在全国推进信息化。据统计，目 前我国己有 的大型的应用信息库达8 0 0 多个， 它们所提供的信息服务年营业额己达4 0 多 亿元。信息化建设为社会和经济提供了高效服务，促进了经济的发展。 西南交通大学硕士研究生学位论文第 2 页 作为我国 信息化的重要组成部分， 9 0 年代国家开发了一批大型应用信息 系统项目，其中包括:国家经济信息系统、银行电子化业务管理系统、公安 信息系统、铁路运输管理信息系统 ( t m i s )等。由于信息系统对于促进经济 发展、提高管理决策水平等具有重要作用，因此其发展越来越受到重视，以 信息系统为轴心的信息产业已成为当今信息化社会中最活跃、最有生机、最 有潜力的支柱产业之一。 铁路运输管理信息系统 ( t m 工 s )的建设是我国铁路信息现代化的一个重 要标志。该项目 从 8 0年代后期开始论证准备，1 9 9 4年开始兴建，计划投资 2 5 亿元。它覆盖铁道部、1 4 个铁路局、4 8 个铁路分局和 2 2 0 0 个基层站段， 由设在铁道部的计算机中央主处理系统直接收集分布在全路各个信息报告点 和以间接方式收集非联网报告点的信息，并以定时方式或实时查询方式向铁 道部、铁路局、铁路分局及基层站段提供经加工处理后的信息，实现列车、 机车、 车辆、货物、集装箱的节点式追踪管理。 在t m i s 兴建过程中陆续投入 使用的各个子系统，己在运输生产中起到了重大作用， 初步显示了t m i s对铁 路运输能力的 “ 倍增器”效应。t m i s 全面建成后，将使我国铁路跃上现代化 管理的新台阶。 作为t m i s 重要的信息来源，编组站信息系统从8 0 年代中期开始在我国 铁路各主要编组站相继投入运营，目前在全路 4 9 个编组站已全部建成。该系 统投入使用以来，己在运输生产中发挥了重要作用，并已成为编组站不可缺 少的组成部分。 但是，由于目前我国铁路运输事业仍处于不断的发展过程中， 新线建设和旧线改造都将对现有信息系统造成一定的影响:同时铁路运输技 术的现代化也对编组站的信息处理提出了 更高的要求。根据 1 9 9 3 年1 2 月铁 道部颁发的 铁路主要技术政策， 要“ 加强路网性编组站和直达列车基地站 建设。路网性编组站逐步实现综合自 动化;其他作业量较大的编组站逐步实 现驼峰自 动化或半自 动化;”信息系统是编组站综合自动化的重要组成 部分，编组站其他设备子系统的现代化改造，都将使信息系统的运行环境日 益复杂， 这就提出了如何使信息系统与其环境相互适应、共享资源的问题; 再者，从现有信息系统技术更新的角度考虑， 根据铁道部 1 9 9 5 年1 月颁布的 铁路电子计算技术设备维修规程( 试行)第4 . 4 . 1 条 “ 大、中、小型计算 机系统累计运行时间达到4 - 5 年， 微型计算机系统累计运行时间达到3 - 4 年，即达大修周期。按照该规定，现有部分编组站的信息系统很快将面临大 修，而系统的大修不应只是原有系统的翻版，而应在系统功能上、系统设计 上有新的突破，更加完善，同时一些遗留问题 ( 如与其他系统资源共享问题 西南交通大学硕士研究生学位论文第 3 页 等)也应得到解决。这就从另一方面提出了新信息系统的开发与现有系统优 化的问题。因此，无论是从现有系统状况来看，还是从今后编组站现代化的 发展来看，都有必要对编组站信息系统进行系统的研究，以保证编组站的安 全畅通和整个铁路运输事业的健康发展。 1 . 2 1 . 2 . 1 铁路编组站信息系统发展综述 铁路信息系统的发展历程 从世界范围看，由于铁路运输对信息的特殊需求，4 0 年代末计算机一出 现，5 0 年代就被应用于铁路运输。美国、加拿大、日本及欧洲等发达国家从 5 0 , 6 0 年代起就开始购置和应用计算机，建立起了本国的铁路信息产业。目 前，以计算机与通信技术为核心的信息技术在各国铁路己得到广泛应用，涉 及铁路各专业部门。其中铁路的运营管理、运输过程的管理和控制则是主要 的应用领域。铁路信息系统和信息网络的建立和开发，已成为铁路信息技术 发展和铁路现代化水平的重要标志。 我国铁路计算机的应用开始于6 0 年代，经过3 0 多年的发展，目 前铁路 信息系统的建设已取得了较大成绩，形成了铁道部、铁路局、铁路分局三级 计算中心和计算机网络，许多站段也配备了计算机设备。铁路运输的信息化 己提上议事日程，铁路运输管理信息系统 ( t m i s )正在顺利实施。t m i s 建成 后，将会产生巨大的社会和经济效益。 作为铁路运输网络的节点，编组站历来被人们称作 “ 制造” 列车的工厂。 由于它对铁路运输效率产生重大影响，因此是各国铁路系统信息技术应用研 究较早的地方。信息技术在编组站应用的基本形式是基础的数据处理，高级 形式是综合自 动化。 编组站综合自 动化系统综合了现代信息、 控制、自 动化等技术，集成了 人、计算机、信息、运输设备等各种基本资源要素，将车辆在站内的作业过 程以及与之相应的管理信息流程用计算机进行全过程的管理和控制。它主要 包括货车管理信息系统、驼峰作业过程自 动控制系统、调度监督系统等多个 子系统，其中货车管理信息系统是综合自 动化的基础与核心。这表明随着铁 路运输设备现代化水平的提高， 编组站信息系统已不再是 “ 自 动化孤岛” ，而 是复杂的设备环境中不可或缺的一部分。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 从国外来看，铁路从 5 0年代就开始了 编组站驼峰调速自动化系统的研 究， 6 0 年代实现了驼峰自 动化，并开始向综合自 动化方向发展。美国于1 9 6 9 年在圣塔菲铁路公司建成了世界上第一个综合自 动化编组站一阿根蒂恩，从 此世界各国对编组站的现代化改造走上了快速发展的道路. 7 0 至8 0 年代初期 是世界上几个主要技术先进国家推行自动化的高峰期。其间美国建成了约4 4 处数字计算机控制的自 动化驼峰，德国建成了7 个，法国建成 8个、日本建 成 6 个( 其中有一个综合自 动化站) 。 进入8 0 年代后， 随着一些新型交通运输形式 ( 如重载、 高速、 城郊轻轨、 地铁等)的出现、世界性能源危机的加剧、以及人类环境意识的增强，铁路 科学技术取得了 迅速发展。先进的计算机和现代通信、控制技术己 越来越广 泛地应用于铁路行业，使得铁路交通运输的安全、效率、准确、可靠及经济， 与先进技术的运用己呈现出越来越密切的关系，同时也为铁路部门改善运输 服务质量、提高竞争能力提供了现代化条件。在这种情况下，美、欧及澳大 利亚等国家和地区在对现有编组站进行现代化改造的同时， 己把铁路系统( 包 括编组站综合自动化)发展的重点放在了货车车辆信息的自动识别和实时跟 踪等基础信息安全可靠采集的研究及应用方面，并己取得了重大进展。目前 己建立起了能保证铁路枢纽运输过程实现优化管理的全套计算机控制系统、 机车车辆及其它运输技术设备、技术状态的诊断与检查自动化系统，在大的 编组站和货运站己实施信息预报和技术作业过程的自 动化管理，改编主要车 流的路网性编组站的驼峰作业也实现了自 动化。北美、西欧等国还先后尝试 了将人工智能与专家系统技术应用于铁路信息系统， 他们开发的许多系统( 如 美国切西滨海铁路 1 9 8 9年在杰克森维尔建成的调度中心、德国正在建设的 i c e 列车诊断信息系统等)都程度不同地具备了某种智能化功能。 在国内， 铁路编组站现代化起步较晚。 若以驼峰的半自 动化为现代化标志 的话，则国内编组站现代化应从 1 9 7 8 年丰台西、 南翔下行驼峰实现半自 动化 算起。 而计算机应用于编组站信息处理则始于1 9 8 4 年在苏家屯编组站采用了 微机一发三收的调车作业通知单，开始了驼峰解体作业信息处理现代化:但 编组站信息流程各个环节基本上全部运用计算机作业则是始于1 9 8 5 年株洲北 站开通运营调度信息处理系统;1 9 8 4 年在南翔建成了国内第一个利用国产小 型机控制编组站作业过程的自 动化驼峰。编组站信息系统运用的初期，都是 单独进行信息处理的，主要完成预确报处理、作业计划的编制等工作。近年 来， 随着国民经济的持续发展， 铁路建设也取得了重大进展， 编组站现代化的 进程也在加快。 目前， 全路4 9 个编组站都己投入运营了货车管理信息系统( y i s 西南交通大学硕士研究生学位论文第 5 页 -y a r d i n f o r m a t i o n s y s t e m ) ，部分科研单位还探讨了 将人工智能技术引入 编组站信息系统， 尝试研究开发调车钩计划专家系统、 站调决策支持系统等， 有些路网性编组站还建成了综合自 动化系统。1 9 8 9 年在郑州北建成的我国第 一个综合自 动化编组站，首次实现信息系统与作业过程控制系统的联网。之 后又相继建成了石家庄、苏家屯、向塘西、阜阳北等综合自动化编组站，使 得编组站现代化设备系统的质量有了进一步提高。 1 . 2 . 2 编组站信息系统发展过程中值得探讨的问题 虽然我国铁路信息系统建设已 取得较大成绩，但信息系统的实际水平与 铁路实际需求还存在很大差距，与发达国家的铁路信息系统相比还存在诸如 网络环境、 应用效益、服务质量等方面的差距。具体到编组站信息系统而言， 尽管在数量上己经取得了迅速发展，在质量上得到了一定的提高，但在系统 开发方式、现有系统资源的综合利用和系统进一步优化等方面还存在着一些 值得探讨的问题，这主要表现在以下几个方面: 1 、 缺乏对系统开发理论与方法的系统研究。 编组站信息系统主要经历了 四种开发方式:( 1 )在从国外引进比较成熟系统的基础上，针对国内编组站 具体的作业环境进行二次开发;( 2 )本站单独开发;( 3 )车站与外单位联合 开发，如车站与科研单位联合，或车站与铁路局联合等;( 4 )同行业内部联 合开发，如铁路局与科研单位联合等。由于前三种方式基本上是从各站的特 殊性考虑， 而较少考虑全路的通用， 因此一方面存在着软件重复开发的问题， 不符合提高劳动生产率原则，并造成系统功能和质量的参差不齐;另一方面 不利于从系统开发方法论的层次，系统地研究符合编组站系统本质特征及其 环境特性的开发方法。 2 、从现有系统资源利用情况看， 由于缺少对编组站现代化设备系统统一 的总体规划， 导致信息系统信息资源的浪费. 现有若干编组站的综合自 动化一 般由货车管理信息系统 ( y t s ) 、驼峰作业过程自 动控制系统 ( p c s ) , y i s和 p c s二者的接口 系统、枢纽调度监督系统( c t c ) 、车辆实时跟踪系统 ( r v t s ) 等组成， 但除了部分站实现了y i s 和p c s 之间、 y i s 和c t c 之间的信息传递之 外，其他各系统封闭运行，难于取得及时的、正确的综合信息;各系统自 成 一体，数据重复和冗余，计算机资源浪费严重，不能通过网络实现信息共享。 如r v t s 所采集的实时信息， 并未得到充分的利用。 y i s 的信息除了 供本系统 用于现车管理、 与p c s 通信并进行部分统计工作以外， 尚未作进一步的开发。 西南交通大学硕士研究生学位论文第 6 页 3 、系统还存在着进一步优化的潜力. 对于在现有集成环境中运行的信息 系统，从系统本身和外部环境看，都存在着结构和功能优化设计的问题，因 此需要探讨相应的优化方案和技术，以真正实现资源共享。 上述不足既不利于信息系统自 身的发展，同时又阻碍编组站综合自动化 质量的进一步提高，本文意在对集成环境中的信息系统优化方法进行专门的 研究。 1 . 3 国内外对于信息系统优化的研究 观国外铁路编组站综合自 动化发展的历史，可以看出，西方发达国家在 实现综合自 动化时，基本上是一步到位、一次建成， 对系统的优化研究不多。 在对编组站自动化的进一步研究方面，主要把重点放在如下方面: 1 、信息获取技术 ( 包括车辆信息自 动识别和车辆实时跟踪系统)的研究 与优化应用。由于车辆信息的自 动采集和处理是铁路系统运营和管理现代化 的基础， 所以欧、美等西方国家从6 0 年代起就开始研究并应用车辆信息自动 识别设备，虽然中间经过一番波折，但目前己研制出并投入运用了性能可靠 的系统。俄罗斯目 前也进行了 车站信息自 动采集，以发展和完善信息系统的 研究。日本铁路在运用全球卫星定位系统 ( g p s ) 跟踪货物列车运行方面已有 成果，并于 1 9 9 6 年开始使用。 2 、摘接风管、提钩自动化。这是编组站生产过程中最危险、最繁重的体 力工作。研制车辆自动摘钩和摘风管的设备并改善其技术作业过程是强化编 组站作业、提高驼峰改编能力的重要环节，并可为消除繁重的人工作业开创 新的后备。8 0 年代以来，世界发达国家如美、日、俄等国都曾致力于这方面 的研究、 试验工作，并取得很大进展， 但迄今为止， 还只处于运营试用阶段。 3 、信息的集中管理。国外铁路编组站现代化的目 标主要是提高劳动生产 率，其对信息的管理大多不同于我国，而是采用集中管理信息的方式，即将 与编组站生产作业有关的信息管理都集中于枢纽管理计算中心或更高层次的 计算中心，这样既可充分利用车辆自 动识别装置采集的信息，又能节省大量 人员和设备， 提高编组站和计算中心的工作效率。 如1 9 7 3 年交付运营的美国 谢菲尔特编组站、1 9 7 0 年交付运营的德国赛尔茨编组站都采用了这种方案。 国内对编组站信息系统优化问题研究主要有以下特点: 西南交通大学硕士研究生学位论文第 7 页 1 、 对现有基础设各挖潜提效、 点线能力协调等方面的研究较多， 所用方法 主要是排队论、线性规划、系统模拟等，但研究范围往往集中于编组站的某 一个部分，如到解系统、编发系统等，缺少从编组站的基本生产过程以及与 之相应的信息流程方面进行的深入研究，而这正是提高编组站作业效率的根 本所在。 2 、 对综合自 动化环境中的信息系统进行了一些独立的研究， 如对调车钩 计划专家系统的研究、站调决策支持系统的研究、货车管理信息系统规范化 与优化的研究等，还尝试了运用人工智能技术对编组站信息系统的计划编制 过程进行优化， 但缺乏从信息系统自身软件、 硬件结构方面优化设计的研究。 3 、 对编组站信息系统与环境中其他设备系统相互之间的集成优化作了初 步探讨，如信息系统与 p c s集成的研究，但缺乏从多系统信息集成和共享的 角度对信息系统进行结构和功能优化方面的研究。 1 . 4 论文研究的主要内容 本论文主要以铁路编组站综合自 动化系统中信息系统的优化为研究对 象，所提出的优化途径，无论对今后编组站新系统的开发，还是对现有系统 的改进，都具有理论指导意义和实践意义，同时对其他类似环境中信息系统 的开发，也有一定的借鉴意义。 本论文尝试性地在以下几方面做了探索: i 、面向用户的观点出发，分别从系统硬件、 软件及安全性等方面探讨既 符合编组站系统本质特征，又便于各层次用户理解和使用的信息系统的优化 设计方案。 2 、 运用管理科学中的约束理论， 从消除编组站信息流程中各种约束的观 点，探讨了完备的编组站综合自 动化系统的概念结构及信息流程。 3 、运用系统学中整体突现性原理，以我国铁路编组站现有综合自 动化系 统为分析基础，提出了通过将若干子系统集成来分别实现信息系统和综合自 动化系统整体结构优化的构想. 第8 页西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 章编组站信息系统及其环境 2 . 1 2 . 1 . 1 铁路编组站综合自动化系统 铁路编组站系统及其特征 编组站是铁路运输网络上的关键节点，是制造列车的工厂，它通常设置 在有大量车流集中或消失的地点，或几条铁路的交叉点，担负着列车到达、 解体、集结、编组和出发任务，部分编组站还担负着货物装卸任务。根据我 国的统计资料，货车在一次全周转时间中，在技术站主要是编组站的作业与 停留时间占3 0 9 6 左右。 因此， 编组站畅通与否对加速全路车辆周转、 提高运输 能力起着举足轻重的作用。编组站系统属于流程生产系统，其简化的基本作 业过程如图2 - 1 所示。 编扣站 无调乍巾转 歹1fia达 二。列解体 _车辆。_车列编志列车出发- 有调车中 一 一 几 罗 节丁 甲二 1 厂 一 ; 宝为 1 二忠 丈 气 罚 丈 片勺r 二 弋 弋 丫 二 一 - 一 ， r ir一lw e , q -一 mm; m一巴 型洲， i mnain ( 到发 场)( 刘发场、 编发 t 图2 - 1 编组站基本作业过程及车辆的流动和组合过程 编组站是由人、车辆、设备诸实体与作业信息共同构成的一个复杂的大 系统，其主要任务是改编车流，对到达列车进行分类解体，然后编组成各种 新的货物列车送入路网。从生产的角度来讲，人、车辆、设备和信息都是编 组站用来生产列车的重要资源，但其中处于主体地位的是人，人运用设备， 按照信息所提供的规则，将车辆编成列车。在生产过程中，车辆和信息始终 处于流动状态，而人和设备则是相对固定的，因此，从某种意义上说，编组 站的作业过程是车辆这一实体的流动过程和作业信息流动过程的统一， 并且， 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 一般来讲， 信息的流动( 如接收预确报、 编制计划等) 超前于实体的流动( 如列 车到达、解体、编组等) 。 尽管各编组站存在着站型、 规模等方面的差异， 但是从系统理论的角度看， 所有编组站都可看作由若干个排队系统串联而成的一个复杂系统，它具有离 散事件动态系统( d e d s -d i s c r e t e e v e n t d y n a m i c s y s t e m ) 的特征。 d e d s是指由离散事件按照一定的运行规则相互作用来导致状态演化的一 类动态系统，它的特征是: 该系统中存在着大量的离散事件过程， 它们不同 于通常的连续变量过程，不是由物理学定律所描述的，而是服从于人为的一 些复杂规则;这类系统的演化过程，是由离散事件间错综复杂的相互作用 所决定的，其所有状态的变化可以看成是由事件驱动的，而状态的演化又导 致新事件的出现。这些事件如列车的到达、列检的完成、解体作业的开始等 不是连续出现，而是在离散时刻出现的;虽然一般来讲列车的到达和出发都 应以列车运行图为基准，但在现场实际作业中，列车非正点到发的现象是经 常存在的。事件的出现和结束都会导致各排队子系统的状态和整体系统的状 态发生变化，因此可以认为编组站系统是一个离散事件系统。该系统的作业 过程具有以下特点: ( 1 ) 整体性。即编组站各个排队子系统之间是相互联系、相互影响的，而 且都是为了同一目标:加快车辆周转、缩短车辆在站停留时间。为此，车站 各工种、各设备之间必须相互协调，以确保整体目 标的实现。 ( 2 ) 连续性。 即编组站作业是每天2 4 小时连续运转的， 各环节之间必须衔 接好。任何一个环节出现故障，都会造成这种流水作业的阻塞或停滞，影响 编组站的畅通。 ( 3 ) 异步并发性。即在任一时刻，某项作业并非单独运行，而是有多项作 业在同时进行的。 如在某列车编组时， 可能同时有列车到达或解体作业与其并 发进行。 ( 4 ) 相对稳定性.即不论编组站是哪种站型、或采用何种作业组织方式， 其作业过程都是一个连续的列车到达一车列解体一车辆集结一车列编组一列 车出发的过程，而不受到站型等因素的影响。这个特点便于我们探讨各站共 同的需求。 对编组站系统作细致的分析，不但可以使我们更清楚地了解编组站作业 过程的实质，还可以帮助我们在开发信息系统时选择合适的开发方法，保证 所开发系统的质量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 . 1 . 2 编组站综合自动化系统 编组站现代化是世界各国铁路发展的共同趋势。 由于各国经济实力、 技术 水平和现代化的目标有所不同，故其内容也不尽相同。根据我国的国情、路 力和主要目 标， 编组站现代化的主要内容是:在机械化和非机械化的基础上， 实现作业过程自 动、半自 动化或机械自 动控制、信息处理现代化、驼峰高度 和平纵断面合理化以及设备运用、管理、维修的规范化。 编组站现代化是以设备的现代化为核心的， 现代化设备不同于传统的基础 设备，但在编组站作业过程中，基础设备和现代化设备目前都已成为不可缺 少的部分。其中，基础设备是指原有用于完成到、解、集、编、发作业所必 须具备的基本设备，包括到达线、编组线、出发线、驼峰、调机、信号系统 等，而现代化设备是指用于协助完成上述作业的现代计算机、信息、控制等 设 备 ，目 前 主 要 包 括 货 车 管 理 信 息 系 统( y i s - y a r d i n f o r m a t i o n s y s t e m ) 驼峰作业过程自 动控制系统 ( p c s -p r o c e s s c o n t r o l s y s t e m ) 、车辆实时跟 踪系统( r v t s -r e a l - t i m e v e h i c l e t r a c k i n g s y s t e m ) 、 枢纽调度监督系统等。 综合自 动化是编组站现代化发展的高级阶段， 目 前， 我国铁路编组站综合 自 动化是以驼峰作业过程控制系统和货车管理信息系统联机为标志，以 枢纽 调度监督、站场无线电通信指挥、车辆实时跟踪、微机联锁以及货票传输等 系统为支持环境的一个现代化系统( 图2 - 2 ) 。该系统的组成部分为: ( 1 ) 驼峰作业过程控制系统。由推峰机车速度控制、车辆溜放和进路自动 控制、调车场调速等系统组成。 ( 2 ) 信息处理系统。由编组站信息系统 ( 货车管理信息系统) 、车辆实时 跟踪系统、站场无线电通信指挥系统和货票传输系统所组成。 ( 3 ) 接口设备。 目 前主要包括信息系统与p c s 的接口、 与全路运输管理信 息系统( t m 工 s -t r a n s p o r t a t i o n m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m ) 的接口以 及与分局的接口等。 ( 4 ) 微机联锁系统。主要包括列车到发进路微机联锁系统和峰尾平面调车 微机联锁。 ( 5 ) 枢纽调度监督系统。 综合自 动化系统事实上是一个由计算机、 控制、 电子等各种技术构成的集 成环境，其中各系统既可看作某个系统的外部环境，又可以作为独立的系统 而分别 存在。 如果 用 计 算机 集成 制造( c i m - c o m p u t e r i n t e g r a t e d m a n u f a c t u - 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 编组站综合自动化系统 纽调度监任系f 信 息 处 理 系 统i v o l i作 业 过 程 控 制 系 统 ( p c s ) i i 微 机 联 钱 系 统 四圈阴潮图四 阂日阴图圈困 图图图渤图日 图阴图剧圈 丽阳圈图剧图 阅阴国闺日日 阂图阴国日日 田图图四曰曰曰 图国圈图圈四 1 / 0干1 1 1 / 0 !|1 相临编组站 一 赢压 石 丽 日a恕社粗 tmi s ) 铁路局或 ( r线部分表示尚未实现.正 在研究过程中 ) 图2 - 2 编组站综合自动化系统组成示意图 r i n g )的思想来看待的话， 则目 前我们通常所说的编组站综合自 动化系统， 在某种意义上可以看作编组站的 c i m s - c y c i m s ( c l a s s i f i c a t i o n y a r d c o m p u t e r i n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 。的 确， 两 者既有 相似之处又 有区别，与c i m s 相似的是，编组站综合自动化系统就是综合了现代信息、控 制、自 动化等技术，集成了人、计算机、信息等基本要素，将车辆在站内的 作业过程以及于之相应的管理信息流程用计算机进行了全过程的管理和控 制，并因此而取得了巨大的经济效益和社会效益。 从各站现代化系统的普及情况来看， 信息系统与p c s 是目前 应用最广泛、 对提高作业效率的贡献相对较大的两个系统。二者均将计算机引入了编组站 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 作业过程中，且都己 成为编组站现代化的重要组成部分。然而，两者又是有 本质上的区别的。首先，两者适用范围不同。前者主要用于编组站作业信息 的加工处理，为编组站计划管理和调度指挥提供辅助决策;而后者则用于驼 峰作业过程的自 动或半自 动控制。其次，两者的发展是不平衡的。就我国目 前来讲，前者在编组站的普及程度大于后者，其主要原因在于: ( 1 ) 信息系统受站场现有设备配置的影响相对较小。在许多编组站尚未 完全定型，需要进一步改造的条件下，建立 p c s比较困 难，而建立信息系统 则完全可能，待站场改造后对信息系统的修改比较容易; ( 2 ) 信息系统资金投入较少， 与p c s 相比，在编组站全面推广在资金投入 上完全可能: ( 3 ) 信息系统建设周期短， 对运输生产组织指挥能尽快发挥效益。 总之， 信息系统与p c s 是现有编组站综合自 动化的核心子系统， 两者各尽 其责，又相互补充，并以 其正确、完整、及时性，为铁路运输提供了大量信 息，对保证整个铁路运输系统的协调、高效和安全起到了重大作用。 2 . 2 集成环境中的编组站信息系统 2 . 2 . 1 加强对集成环境中编组站信息系统研究的意义 正确分析和认识集成环境中的编组站信息系统，进而对其进行深入的研 究，不仅具有重要的现实意义，而且会对今后综合自 动化系统以至铁路系统 的发展具有重要意义。 首先，从新系统开发的角度看，影响一个系统开发成败的因素有许多， 但对系统现状了解不充分、或片面理解用户提供的信息是导致系统失败的重 要原因。而在对现有系统进行深入细致分析的基础上，发现存在的缺陷和问 题，可以有助于对新系统作出正确、完整、合理的总体规划和设计，并根据 系统的特征选择合适的开发模型、技术和方法， 保证新系统开发的质量，从 而避免以往开发中存在的由于功能不完备而不得不在后期反复修补、进而使 开发成本失控的现象发生。 其次， 从现有系统优化的角度看， 应该明确的是， 作为编组站现代化设备 系统中处于管理层次的核心系统，其结构、功能的完善和优化并不单纯是信 息系统自 身的目 标，同时也是综合自 动化系统的目 标，因此，可以结合编组 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 站今后的发展规划， 分别从信息系统自身和外部环境入手， 采取相应的措施， 改进现有系统，以实现综合自动化系统整体性能的优化和提高。 再者， 从实现系统开发规范化管理的角度看， 在对编组站信息系统及其环 境进行了充分分析后，一方面可以根据需求的轻重缓急，有重点、有步骤、 合理地规划全路编组站现代化的技术改造;另一方面可以组织精兵强将进行 集中的、 规范化的开发， 以充分利用有限的人、 财、 物， 实现资源的优化配置， 避免单枪匹马、低效率、小规模的重复开发， 提高开发队伍的生产率和业务 水平。 最后， 从今后编组站系统管理现代化的角度看， 由于信息系统等现代化设 备系统的使用会对现有系统作业流程和信息流程产生一定的影响，进而会导 致现有管理系统的结构、层次和功能发生变化，因此正确认识这种变化并因 势利导，会对编组站的发展起到积极的推动作用，促进其生产组织重组及作 业流程与信息流程的再造，优化编组站作业。 2 . 2 . 2 编组站信息种类及其特点 信息是编组站一切活动的前导， 编组站的安全和畅通在很大程度上取决于 信息的获取、处理和利用。 编组站信息主要包括作业过程中与作业有关的一切数据、 计划、 图表及语 言对话。编组站作业过程实际上是对车辆信息的加工处理过程，在这个过程 中，车辆自身信息( 如车号、车种、载重、到站、自 重、换长等) 基本保持不 变，其它各种信息只是车辆信息的不同外在表现形式而己。 按照信息在编组站作业过程中出现的先后顺序，可分为: ( 1 ) 原始信息。 指在作业过程开始前即收到的或原有的未经过处理的信息。 具体包括: 到达预确报、 到达货票、到达列车编组顺序表、分局计划、 调度命 令、列车编组计划、列车运行图、车站设备运用方案、 站细 、 调规等。 ( 2 ) 过程信息。 指在作业过程中产生、 并在作业过程中有效的阶段性信息。 包括:阶段计划、日 班计划、解体作业钩计划、编组作业钩计划、摘挂作业 钩计划、取送作业钩计划、线路活用方案、调车机车运用计划、车站技术作 业图表等。 ( 3 ) 后验信息。指在作业过程中或作业完成后产生的、作用持续有效的信 息。包括:出发预确报、出发货票、出发列车编组顺序表、各类统计报表等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 这种分类方法反映了编组站各种信息的来源、 去向及加工过程， 有助于分 析信息流程。 由于处于编组站这个特殊的环境，因此编组站信息具有如下特点: ( 1 ) 信息量大、 来源分散且种类繁多。 编组站作业牵涉的工种多、 部门多， 加之作业点分散，各工种间、各作业点之间、各部门间的衔接和配合，都需 要靠信息来联络:同时，作业计划的编制需要考虑很多因素，如列车编组计 划、线路占用情况、线路使用方案、调车机车的运用情况等等，因此，必然 涉及到大量原始数据。 ( 2 ) 信息的时效性。编组站信息大多具有时效性，即收集到的信息需及时 处理并及时运用，在限定时间内用过后该信息即无效。如中转列车的解体计 划，在该列车解体完毕后即无效。当然，对于一些在较长时期内相对固定的 信息，如列车编组计划、 站细等则无此特点。 ( 3 ) 信息的发生、加工和应用在时间、空间上的不一致性。这主要是为了 满足分层管理和作业过程的实际需要。编组站的原始信息产生于分局、相邻 编组站或确报所、到达列车和车站调度室，信息的加工是在到达场车号室和 站调处，而使用信息则是在调车区长、调车组和统计室，因此，在时间上， 信息的发生与收集、加工的类型、使用的频率等，不同的信息各不一样:在 空间上，收集、加工和使用的地点也存在着差异，这就使信息处理工作十分 复杂。 ( 4 )各作业点之间流动信息的种类、强度和频率的相对稳定性。在编组 站任意两作业点之间，每日每班相互之间传递信息在正常情况下其种类、信 息量的大小及频率差别不是很大，这就便于作业人员掌握其规律性，提高作 业效率。 2 . 2 . 3 编组站信息流程及其与实体流的关系 如前所述， 编组站系统是流程生产系统， 因此其信息变化也是按照一定的 流程来进行的。编组站的作业过程事实上是车辆这一实体的流动过程和作业 流动过程的统一，伴随着作业过程的进行，各种信息也处于有序的流动中。 一般地可总结为如图2 - 3 所示。 编组站实体流动过程和信息流动过程并非相互独立进行， 而是遵循有关规 定及一定规律的相互联系的两个流动过程。两者关系如下: ( 1 ) 对信息的加工处理一般是先于对车辆的作业。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 姑长或 主管运箱 剧姑长、 调度室 主 分局调度命令、分局i i 划 己标记的列车偏组点序确报 已怀z 的列车 偏组顺序翻报 蕊 习q )c-, (50 班 计 划 车号室车站调度员 f 明 达列 车信息 阅车 场现 在车 情况 负运 单据 及列 车编 组顺 序表 修正翻序表 电报所 o 列车公组顺序表 挑选盯的货运单取 偏姐调车通知单 线路使用方案 .月.，. l-.肠tl.ij 车列检音鳍果 车长 ( 成通过 0 列车编组暇序表 执行完成情况 -修正 礁岁 丁 : 阅v区长 a -ifi la q , c o w .， r if fla pw 3 * i rall-c l- l 1 1,151) 峨正 列车编组 顺r4 , 表及 润佗通知 p o汾 货运牟据 到达婿 r . q . q b员 勿 攀 r,fi-uh199541if 列车预确报的到达总是先于列车的到达; 西南交通大学硕士研究 生学 位论文第1 6 页 对车列的解体必须在解体计划作出之后才能进行; 对集结车辆的编组作业必须以站调所作的编组调车通知单为依据; 列车的出发作业必须在现在车助调( 车号长) 排好货票并由车号员编好 出发运统一之后才能进行。 因此， 车辆的实际流动总是滞后于相应信息的流动的， 这保证了编组站作 业的有序性，避免了由于局部作业混乱而影响整个编组站畅通现象的发生。 ( 2 ) 信息传递设备的先进与否直接影响到信息传输的速度和质量。 目前编组站信息传递的六种方式， 即人工传递、 电话传递、 无线通信指挥 设备传递、电报传递、货票传输机传递和计算机传递，在所传送信息的速度 和质量方面存在着明显的差异，同时具有不同的适用范围，详见表2 - 1 , 表2 - 1 编组站信息传递方式比较 #a1a. #t 传递 速度 传递 故障率 传递 误码率 应用范围 人工慢低低 少数站，限于货票和运统一 电话较慢低较高广泛，用于各种联系 站场无线电通 信指挥系统 较快较低较高广泛， 用于站场各种信息的联络 电报快低较低广泛，限于运统一 货票传输系统较快较高低部分站，限于货票和运统一 计算机网络快低低广泛，用于作业中各种信息 从表中可看出，信息的人工传递、电话传递、无线通信指挥设备传递和 电报传递是编组站广泛运用的信息传递方式， 但前三种方式传送速度较慢; 货票传输机传递速度较快，但只限于货票和运统一;电 报速度快， 但目前仅 用于运统一的传送;而计算机网络由于传递速度快、故障率低、误码率低， 所以是传递信息的最佳方式。 ( 3 ) 人员素质的高低、数量的多少对信息质量也有影响。 信息一进入编组站， 就处于人对它的加工处理过程中， 因此， 人的素质的 高低、数量的多少必然影响到信息的正确性与及时性，这对于过程信息和后 验信息更为突出。从图 2 - 3可看出，信息在编组站需经过多个加工环节，每 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 个环节在处理过程中都有产生错误的可能性;同时，由于信息加工者的经验、 学历、健康状况及工作态度不同，其对同一信息的处理结果也会因人而异。 因此，对信息的加工环节越少，人员素质越高，则输出信息的质量也越高; 反之，则会降低信息的质量。 2 . 2 . 4 自动化环境中的信息系统 2 . 2 . 4 . 1 编组站信息系统的物理构成 编组站信息系统实际上是一个以计算机为主的人一机系统，更具体地说， 它是一个以计算机系统、 系统工作人员和应用环境三者为基本成份的结合体。 其输入是来自 编组站这个应用环境内部或外部有关的数据和资料，经过计算 机系统的各种处理，贮存或输出为各作业点人员所需要的各种信息。它既可 以作为单独的系统而存在，又可与其环境中其他设备系统一起共同构成更高 层次的系统一综合自 动化系统。当它与其他设备系统分别独立存在时，形成 的就是所谓的“ 自 动化孤岛” ;反之， 若与有关系统相互联网，则就会形成一 个集成的环