（交通运输规划与管理专业论文）编组站阶段计划编制系统设计与若干技术的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 一l 一 摘要 阶段计划是编组站作业计划的核心部分，传统手工编制方法的弊端只 趋明显。随着我国铁路现代化建设步伐的加快，作为铁路调度指挥自动化 重要内容之一的编组站阶段计划的自动化编制辅助决策系统研究迫在 眉睫。 本文从我国编组站的实际出发，利用系统工程的思想，对阶段计划编 制系统进行详细的分析，对阶段计划计算机辅助决策系统的结构、功能和 实现过程进行了初步探讨。对其中的一些技术问题进行了研究。论文的主 要工作为： 对我国编组站的实际情况作了概述，以徐州北站为背景，对编组站阶 段计划编制的过程、要求、方法进行了系统的分析。论述了阶段计划编制 所涉及的基本数学模型。在此基础上，提出了各种模型集成并纳入人的作 用的编制思想。 从系统工程角度出发，详细探讨了阶段计划编制系统的结构和功能。 研究了系统的模型库、方法库、知识库，为实现阶段计划的计算机辅助决 策奠定了基础。 针刈实际巾存任的跨平台数掘访l u j 的问题进行了 i j f 究。对客户机n 务 器体系作了描述，在f t p 的网络文件传输的基础上，利用w in d o w s s o c k e t s 网络编程方法，设计实现了网络功能。采 jo d b c 技术实现了访 问数据。 对编制阶段计划人机交互系统进行了研究，r | ：发。设 t + 了人机交瓦系统 的功能和合理的人机交互界面，对基于面向对象的阶段计划编调系统框架 进行了讨论。最后，重点对系统软件丌发过程中的一些技术问题进行了专 门研究。包括：动态链接库( d l l ) 的使用、图形坐标系统的原理方法、 图形系统的处理与优化。 【关键词】阶段计划，f 系统，模醇客户机服务器，。数据访问，人机交 互，图形处理 西南交通大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t p h a s ep l a n ，w h i c hi st h em a i np a r to ft h et a s ki nm a r s h a l l i n gs t a t i o nh a so b v i o u s s h o r t c o m i n gi n i t so b t a i n i n gw a yb yt h em e a n so ft r a d i t i o n a lm e t h o d w i t ht h ef a s ts t e p o f r a i l w a y sm o d e r n i z a t i o n ，t h ea d s s f o rt h ea u t o m a t i o no f c o m p i l i n g s t a t i o n sp h a s e p l a nh a sb e e nc o m eu p w i t h a c c o r d i n gt ot h ef a c to fo u rm a r s h a l l i n gs t a t i o n s ，t a k i n ga d v a n t a g eo ft h es y s t e m e n g i n e e r i n g ，t h ep a p e rd e t a i l s o nt h es y s t e mo fc o m p i l i n gp h a s ep l a na n dp r o b e st h e a d s s ss t r u c t u r e ，f u n t i o na n da c h i e v e m e n t a n dd i s c u s s e ss o m et e c h n o l o g yp r o b l e m s t h em a i nt a s ko f t h ep a p e ri sb e l o w ： s u m m a r i z e st h er e a ls i t u a t i o no fo u rm a r s h a l l i n gs t a t i o n s ，a n dw i t ht h ee x a m p l eo f x u z h o us t a t i o n ，a n a l y s et h er e q u i r e m e n ta n dm e t h o d so fc o m p i l i n gm a r s h a l l i n gs t a t i o n s p h a s ep l a n b a s e do nt h i s ，c o m e su pw i t ht h ei d e ao fa s s e m b l i n g a l lk i n d so fm o d e l sa n d f a c t i t i o u sf u n o t i o n f r o mt h ea s p e c to fs y s t e me n g i n e e r i n g d e t a i l so nt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h e p h a s ep l a nc o m p i l i n gs y s t e m 。r e s e a r c h e s o nt h em o d e l sb a s e ，m e t h o d sb a s ea n d k n o w l e d g eb a s ew h i c h e s t a b l i s ht h ef o u n d a t i o nf o rt h ea c h i e v e m e n to f t h ea d s s a i m i n gf o rt h ep r o b l e mo fa c c e s s i n gd a t a o nd i f f e r e n tf i a t s g i v e ss o m er e s e a r c h 1 i m n st h es e r v e r c l i e n t s y s t e m ，a n db a s e d o nt h e t r a n s f e r r i n g f t pn e t f i l e s ，u s e st h e m e t h o do fw i n d o w s s o c k e t sn e t w o r kp r o g r a m m i n g ，d e v i s e sa n da c h i e v e st h en e t w o r k f u n c t i o n f u l f i l ld a t aa c c e s s i n gu s i n go d b c t e c h n o l o g y r e s e a r c h e sa n dd e v e l o p st h em a n m a c h i n ed i a l o gs y s t e m d e v i s e st h es y s t e m s f u n c t i o na n dr e a s o n a b l em a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，d i s c u s s e st h ef r a m e w o r ko ft h ep h a s e p l a nc o m p i l i n ga n da d j u s t m e n ts y s t e mb a s e do no o p 1 n c l u d e s i n gt h e u s eo fd l l ，t h e p r i n c i p l eo fd i a g r a ma n dc o o r d i n a t es y s t e m ，a n dt h em a n a g e m e n ta n do p t i m i z a t i o no f d i a g r a ms y s t e m k e y w o r dp h a s e p l a n ，s y s t e m ，m o d e l ，c l i e n t s e r v e r , d a t a a c c e s s ，m a n - m a c h i n e i n t e r a c t i v e ，d i a g r a mo p e r a t i n g 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 计算机辅助编制阶段计划问题的提出 铁路是一个庞大而复杂的系统，铁路运输生产过程是在全国纵横交错 的铁路网上进行的，从路网的结构看，它是由点( 车站、枢纽) 和线( 线 路) 两个子系统组成。在进行运输生产时，必须协调好这两个子系统的关 系。要实现铁路的自动化，不仅要实现“线”上的自动化，而且要实现“点” 上的自动化。“线”上作业自动化的重要部分一一采用计算机编制列车运 行图已经在许多路局( 集团公司) 展开，大多数路局已经能完全利用计算 机编制列车运行图，实现了运用计算机辅助编制运行图代替传统的手工画 图。而“点”上自动化的基础一一车站工作自动化，还远远没有达到计算 机辅助决策的程度，其中十分重要的编组站作业计划辅助决策系统，从国 内外情况来看，还处于研究阶段。 阶段计划是车站作业计划的核心部分，随着我国铁路现代化建设步伐 的加快，主要编组站车站管理信息系统的建立，以全路货车实时跟踪为核 心的运输管理信息系统( t m i s ) 的加紧建设，作为铁路调度指挥自动化 重要内容之一的编组站阶段计划自动化编制辅助决策系统研究迫在眉睫。 本文从阶段计划编制c a d 系统的角度对编制系统进行了研究和设计，即 实现自动化编制的f ；i 期工作。 1 2 目前我国阶段计划编制情况及存在问题 编组站是通过编制车站作业计划来组织车站的f 1 常行车工作的，包括 班计划、阶段计划、调车作业计划。阶段计划是车站作业计划的核心部分， 它既是实现同班计划的分阶段部署，又是编制调车作业计划的主要依掘， 对于车站意义重大。阶段计划、同班计划质量的高低，对于车站设备综合 有效利用，对于全面高效地完成运输生产任务起着至关重要的作用。 目前，我国绝大部分编组站都能做到利用计算机自动生成解体钩计 划，并通过计算机编制编组作业调车计划，但是阶段计划的编制，仍处在 “一台电话，一支笔，一把尺予，一张图表”的手工阶段。编制阶段计划 过程繁琐，牵涉因素众多，实效性强，关系复杂，站调必须通过电话收集 全站货车、调车及车站设备的状态和运用情况。凭借有限的信息，进行经 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 验加工。这样就必然存在很大的不足之处，主要问题如： ( 1 )编制速度慢，技术图表需手工绘制，信息收集，实时决策方面 可靠性差，劳动强度大等。 ( 2 )手工方式对车站阶段计划图表的调整工作只能在小范围内进 行，难以从全局保证，机动性差。 ( 3 )站调尽管经验丰富，但是仍然存在疏忽和考虑不周，以及各人 之间的不同处理方式和专业技能差别，必然造成编出来的阶段计划缺乏科 学的保障。 与手工编制相比，计算机编制阶段计划具有以下优点： ( 1 ) 加速数据处理，减轻工作人员在数据处理工作中的劳动强度。 ( 2 ) 缩短阶段计划的编制过程，提高铁路车站适应市场经济的能力， 提高整体效益。 ( 3 ) 更好协调车站设备的配置及设备的能力，提高设备利用效率。 1 3 国内外研究现状 计算机编制编组站阶段计划目前国内外都处于研究试运营阶段。 从国外的情况来看，本世纪六十年代初，美国、加拿大、同本等发达 园家率先将计算机在铁路上推广应用。陆续完成的运营管理自动化系统 有：货车运用和管理、空车分配和管理、机车车辆维修计划和管理、货物 运输管理、集装箱运输管理、货物运输核算、客票或座席的预订、旅客列 车时刻表问询、枢纽和编组站作业管理、货运站作业管理、行车调度指挥 等系统。到六十年代术，一些欧美国家把注意力由铁路运营单向管理自动 化转移到向综合管理自动化过渡上。八十年代以来，以计算机为核心的调 度指挥自动化建设得到积极推进，这其中包括编组站阶段计划的计算机辅 助编制系统。但是，他们把精力都用到硬件设备的改造上，加上多年来运 输能力比较富余，对于采取运输组织措施挖潜革新、提高计划质量却没有 给予充分重视。 我国的铁路行车组织方式是在系统学习原苏联铁路的基础上形成的， 现在已经形成了适合我国铁路的车站日常运输组织指挥。随着计算机技术 的发展，我国也丌始研究各种车站管理信息系统。在计算机编制车站班计 划和阶段计划方面，有不少学者在应用理论和算法上进行了一些研究，其 麒鳓敝一 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 中，部分学者进行了初步的应用系统研究开发。有一些编组站己从国外引 进了综合运营管理系统，例如郑州北站。但郑州北站引进的加拿大g r 公 司的编组站综合自动化生产线d d s s 子系统并没有能投入生产实际。我国 铁路编组站货车管理信息系统的开发均回避了编组站阶段计划辅助决策 子系统，一些科研单位对此进行了研究，但至今未见实施。在主要编组站 上已经或正在推行的现车管理信息系统，实现了对现在车的掌握，到达及 运统一的处理，对于计算机编制日班计划，阶段计划辅助调度员决策方面 研究很少，而且普遍存在“滞后效应”“超前效应”。对到达列车、出发列 车及调机动念实绩掌握不准，所以目前仍在进一步研究。 1 4 徐州北站概况 徐州北站是我国第二大编组站( 仅次于郑州北站) ，属路网性编组i 占， 位于江苏省北部，地处苏、鲁、豫、皖交界处，是京沪、陇海两大主干线 的交点，是徐州枢纽内最大的车站，特等站等级。主要办理四个方向货物 列车的到发、解编及南北方向旅客车通过作业。担负着北煤南运，西煤东 运，华东工业物资、连云港进口货物向华北西北输送，及徐州和周围广大 区域地区性物资的到达、发送和中转的艰巨任务。年度总装车数1 9 4 4 6 ， 总吨数1 0 8 4 0 3 0 ，卸车数2 9 6 6 6 ，总吨数1 6 5 3 0 2 7 。上下行解编能力均在 1 0 0 列以上。该站为三级十场，各场概况如下： i ( 1 1 3 ) 津下币线及到发线v i ( 1 2 8 ) 调车线 1 i ( 1 8 ) 津下讵线、机走线、调车线 i i i ( 1 一1 4 ) 到发线v i i i ( 1 7 ) 到发线 i v ( 1 2 8 ) 调车线 i x( 1 8 ) 调车线 v(114)到发线x( 1 5 ) 调车线 v i i ( 1 1 6 ) 津上f 线及到发线 1 5 编制阶段计划要解决的主要问题及本文研究的主要内 容 阶段计划的编制主要解决三个相互联系的问题，即：本阶段列车出 发计划，调车机车运用计划和到发线运用计划。本论文从徐州北站的实 际情况出发，针对其现行阶段计划编制系统，以实用为目的，设计了阶段 计划的辅助编制系统，并对计算机实现进行了深入研究。本论文主要内容 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 包括： 对阶段计划编制过程进行了深入分析，并对阶段计划要解决的主要 问题的数学模型进行了阐述。 运用系统工程的原理对系统的模型库、方法库、知识库进行了设计。 从软件工程的角度，结合现场需求，对整个系统所应具备的功能进 行了研究，并提出设计方案。 对u n i x 和w i n d o w s 平台之间的数据通信进行了专门研究。 对阶段计划编制系统人机交互系统的丌发进行了详细的描述，对部 分功能的实现进行了研究。 鹁辫? 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章阶段计划编制系统分析 2 1 阶段计划概况 2 1 1 阶段计划主要内容和编制依据： 阶段计划的主要内容包括： 到发线使用计划，包括本阶段到达、通过和出发的各次列车占用股 道和列检组检修车辆的具体安排。 到达列车的解体顺序，作业起止时分。 始发列车编组作业的起止时分。 取送作业的时间和内容。 调车机车运用计划。 2 1 2 编制阶段计划所依据的原始资料： 分局调度所下达的班计划任务。分局调度所于阶段计划丌始的l h 下达阶段列车运行调整计划，包括到达列车车次、预计到达时分、编组内 容，出发列车车次、出发时分等。 到达列车预确报。 到达场、出发场线路占用情况和编组场线路的使用情况。 车站现车分布状况。调车场存车情况，到达场待解列车的车次、编 组内容，货场、专用线待取的去向别重车、车种别空车数量、待装待卸车 数和预计作业完了时间，车辆段、站修线检修落成车种别车数，车种别检 修车数。在发车线待发的列车车次、机车来源、出库情况、发车准备程度 等。 列车机车的数量、整备情况、调机位置及工作情况。 2 2 阶段计划的编制过程及方法分析 阶段计划的编制始终是围绕按列车运行图发车这一中心来进行的，是 一个考虑因素众多的过程，涉及的部门及信息量大。在具体编制时车站调 度员通过与各车场值班员、调车区长以电话联系，并进行人脑记忆、加工 后进行绘制。具体的处理过程如下： 1 收集资料： 班计划规定的各项任务，时间要求及本阶段重点工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 各到达列车的到达时间及编组内容( 实绩) 。 各车场现车情况。 调机作业进度( 实绩) 。 其他情况，如：机车整备，扣修，站内施工等资料。 2 推算本阶段开始时的现在车，并在工作中随时进行推算。 3 填画到丌列车运行线使用计划和到达列车编组内容。 4 安排到发场各到发线运用计划，同时编制调机运用计划。 j 书面下达阶段计划。 6 交接班，推算填写交接班时各股道占用情况，并绘制技术作业 图表。 阶段计划的下达是自上而下的，其下达过程及信息数据流图如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 里；：! 睑壁盐型工垄蕉猩 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 阶段计划下达又分为若干处理环节，其子系统数据流如下 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图2 - 3 阶段计划子系统数据流 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 2 3 技术作业图表的主要组成部分和填记要求 阶段计划图表的形式，规范形式参照文献 1 第7 6 页，多 年来各个编组站依本站情况，制定了适合本站的图表，所以各 个站的技术图表并不尽相同，但主体部分是一样的。徐州北站 阶段计划图表的格式为： 1 达列车、出发列车栏：填画到达列车及出发列车运行线。 2 到达场、出发场、交换场栏：填画列车占用到发线的股 道、顺序及起止时间。 3 编组内容栏： ( 1 ) 去向分栏：填记各方向到达列车的编组内容及其顺序。 ( 2 ) 空车分栏：填记本站空车的到达情况。 ( 3 ) 作业车分栏：填记货场，专用线的取送车辆情况。( 徐 州站分内线和外线) ( 4 ) 到达分栏：填记到达车总数。 4 驼峰调机、峰尾调机运用实际栏：填画调车机车运用情 况，占用驼峰的顺序及起止时间，非生产时间等。 5 各统计表栏：包括阶段中时、阶段停时，小站出车，作 业车取送，始发违编、欠轴列车，始发晚点、运休、加丌列 车，到发列车，解编列车，调车机班工作量。 6 安全小产情况和站长审阅意见栏：记本阶段完了时，对 本阶段作业情况的评价。 根据调规、站细的规定，对绘制作业图表的一些具 体要求如下： 1 阶段计划用黑线铺画，实际完成情况用红、蓝线记录。 到最后，计划线将被实绩线代替。 2 阶段计划丌始时的现在车数，应填写上阶段的结存数； 各到发场的到发线上停留的待解、待发列车，应填写车次；调 车场各股道等处的结存车应填写车数。 3 到达列车，在列车到发栏内，填画列车到达运行线和到 达时刻，并注明车次；在到达时刻处用垂直线引入到发场栏的 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 接车股道。列车到发线的时间，用横线的长短表示，并注明列 车技术检查完了时间。解体列车，由解体作业丌始时用垂直线 将车列由到发线栏引入驼峰栏，直到解体作业完了，并注明起 止时分，表示该列车占用驼峰的时间。车列解体完了，车辆即 分解于调车场各股道之内，用垂直线将其由驼峰栏引入调车场， 并在垂线右侧注明各股道的累计结存车数，即解体列车甩入该 股道的车数加该股道原有车数。如解体列车未使该股道车辆有 所增减，则将原有车数重填一次。 4 出发列车。中转出发列车，可用引线由到发线直接引至 列车出发栏，并填画出发列车运行线，注明车次和丌车时j 丑j ； 自编出发列车对集结够规定辆数( 牵引定数) 的调车场内的车 辆，从编组作业丌始就将其圈定，并在圆圈右侧记明编组后剩 余车数。编组完了，引入列车出发线进行出发作业。 5 车辆取送，按耿送时i 瑚填记车辆的转移。 2 4 系统的数学描述及其模型 阶段计划的内容很多，要解决的核心问题是将有调中转车 流经过到达、解体、集结、编组、出发等必要技术作业后编成 新的某方向的列车并确定其出发时刻。调度员在编制时主要解 决三个互相联系，互相制约的问题，即出发列车的车流来源， 到发线的运用和调机的运用。到发线使用是车站调度员和车站 值班员共同决定的，车站调度员编制阶段计划主要考虑车流来 源( 推算数字) 和调机运用( 安排时f , j ) 。 2 4 1 车流推算模型 车流推算的优化目标是在保证列车按照运行线f 点发车的 前提下，使车辆的总停留小时最小。当然，车流推算应遵循一 定原则：重车按到站相同，空车按车种相同。并且车流要满足 时间接续条件和满轴的要求。 目标函数： 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 约束条件 m i n z = 一， _ h x 沪a m l ：剐0 式中：x ，。一一到达列车j 配给出发列车i 的车数； h ，一一到达列车j 可以配给出发列车i 的总车数； am 一一出发列车i 缺少的车数； a j 。一一对于到站号相同，切满足接续时问的x ，其a ，取实际 停留小时。对于到站号不同或接续时间不够的x 。a ，取一个 大值( 1 0 1 ) 。 也可以具体化数学模型为( 就某方向) ： 目标：所有车流总停留时问最少叫3 ： m i n z = 。( f d 厂d 矗) + y z y y r , 。，( f d 厂玎) t - i = l ，- ir - ii。lh = l ，一i + ( m 。，一x 。) ( 玎+ t - d r , 。) + ( 讹。一) r i - ik - ir - ii - i i = lr mh - i，= 1 数学模型约束条件： 时间约束( 到达、出发、作业) ： d 以+ 一is f d ， h + t l 。_ i l s f d _ l i = l ，2 ，n ：k = l ，2 ，q ：1 = 1 ，2 ，9 1 ：r = 1 ，2 ，s ：h ：1 ，2 ， ，g 列车编组约束： x 。+ 艺m c + c z m i - ik - ir - i，i lr - ih - i 1 ：1 ，2 ，w 剑达下流约束： 翳皆炒 ，、，l 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 i = 1 ，2 ，n ：k 。1 ，2 ，q ：r 2 l ，2 ，s ：h 2 1 ，2 ，g 当在某一时刻只能有某类列车a 出发时，还要有车种约束： x m n = o ； r 聃，= o ； i = l ，2 ，n ：k = l ，2 ，q ：l = l ，2 ，w ：r = l ，2 ，s ：h = 1 ，2 ， ，g ； r a ： 2 ，4 2 到发线运用模型 到发线运用是阶段计划要考虑的重要一环，它直接优化的 目标是保证不i i 自j 断接发列车，避免列车等线，保证出发列车f 点发车，并尽量减少作业干扰。列车占用到发线包括占用时| 、日j 和占用股道两项内容，与列车种类、到发密集程度、设备数量 等有关。到发线的使用需遵循以下原则： 1 在某一时间段内，一条到发线只允许一列车占用； 2 列孳只能占用一条到发线。 我们采用下面方法确定“某一段时间”的大小：取所有列 车占用某条到发线时阳j 的最大公约数，我们称之为“基时间段”。 这样我们就可以将一个阶段划分为若干“基时问段”。我们构造 数学模型如下： 目标函数： z = r a i n c 口+ x m= ! x ( x m ( 生乙 一己 ( 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 约束条件： ，_ = 1 j 户1 _ l l j e 式中：x ，。一一o 一1 变量，x 。l ，列车i 可以使用到发线j ；x 。0 不能占用到发线j 。 c 一列车i 使用到发线的权值： c 。= 0 表示列车i 可以使用到发线j ，且符合固定线路使用 方案 c ，= 1 表示列车i 可以使用到发线j ，不符合固定线路使用 方案 c 。= m 表示列车i 不能使用到发线j ，m 是很大的数 n 一本阶段内使用到发线的列车数 m 一到发线数目 l 一本阶段划分的基时问段数 r 一发生干扰的数目 m ，一对干扰r 采取的疏解进路数 k 一表示在l 个基时问段中的某一基时间段 a 。一表示在某时间段r 中列车的集合 w ，一二f 扰权值 w ，= l0 0 0 表示严重的干扰，即行车与行车二f 扰 w = 10 0 表示较严重的干扰，即行车与调车干扰 r ，r ：一发生干扰时，两列车的序号。 r 。r ：一对干扰r 采取的i 个疏解进路，当列车r i 使用r ， 到发线集合，列车r ：使用r ! 到发线集合。 2 4 3 调机运用模型 调机一般按固定分工进行安排，像徐卅i 北站这样的大编组 站，机车运用比较单纯，即某台调机只负责某一项工作，如解 体，编组，取送车等。调机的安排需要以车流推算为基础和前 提，同时又要与到发线占用相互协调。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 2 4 4 取送车模型 编组站的取送车是一项很重要的内容，它直接为有调中转 车流服务，作业车流组织的好坏直接影响出发列车。因此，它 在编组站的车流组织中起着桥梁和纽带的作用。车辆的取送受 一系列因素的影响：各次列车的到发时间、车站整备检修情况、 装卸线设备的检修情况，货物作业时间、耿送车时间等。总之， 其目标就是：合理组织车辆取送，消灭或压缩车辆待取、待送、 待装待卸等非生产时间，使作业车、整备车与车站的列车组织 密切配合，从而保证列车正点到发，减少停站时间。取送车问 题实际上为一个排序问题，徐州站有专门的调机取送车辆，构 造模型如下： 尸i ，f ，击i w i u ， p 一调机台数： r i 取送车允许丌始的最早时刻： d ，一取送车最迟完成时刻： u ，取送车是否误工； 若d 。被超过，令u ，= 1 ，否则u ，= 0 。当u ，= l 时，有一定的惩 罚权w 与之相联系。 对于此问题的模型与算法，文献 3 8 已经有详细的讨论， 在此不再探讨。 2 4 5 各个子系统的综合 对以上各个子系统的模型。各种文献资料从整体或侧面都 在算法上进行了广度和深度上的研究，也取得了很多成果。但 是由于现场情况极其复杂，例如：列车密集到达时，要与列检 协商；当列车运载危险货物时要与货检协调；列检有时为了完 成检修任务进行新车的甩挂等，总之实际情况很难用精确的数 学模型束描述，实现阶段计划的完全自动化编制是困难的，计 算机编制系统应定性为一种辅助决策系统，采用模型控制优化 和入机交互调整相结合的系统设计方法可以达到既利用数学 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 约束的严密性和计算机高速计算与判断的优越性，又能充分发 挥编制人员的主观能动性，从而使得编制的阶段计划图表具有 实用性，以达到编制的科学性和要求的满意度。 阶段计划是对列车的到解集编发整体的安排，是车机工电 辆的协调，不是单纯追求某一环节的最优，因此再编制过程中， 通过各种模型抓住关键工作，保证重点作业根据现场情况，不 断提出新的优化准则，逐步使系统在时间、资源上达到综合优 化。阶段计划的最终结果必然是建立连贯一致的各子模型集 成，纳入更多的人的因素，达到人机互相激发、优势互补、共 同寻求问题解，即人机共栖。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 第3 章计算机编制阶段计划系统设计 在上一章我们对系统进行了较详细的分析，重点对系统各个子 系统的模型进行了分析。在这一章我们将运用系统工程方法进行计 算机编制编组站阶段计划系统的设计。 3 1 系统设计基本理论 w e b s t e l - 字典定义“系统”为“事物的集合或排列，被互相关联 以使得形成一个联合或有机的整体”。系统工程就是如何按一个系统 来设计和组织元素( 软件、硬件、人员、数据库、文档规程) 。系统 设计就是为了能够足够详细地定义一个系统以便使得保证其物理实 现而应用各种技术和原则的过程，得到逻辑上解决问题的方法。 系统设计的目标是追求整体最优，在设计时应抓住主导事件， 并且按决策需要对信息进行分类，综合运用各种知识和技术实现最 终目标。一般按照“目标一功能一结构”的程序进行。计算机编制 阶段计划系统的最终目标是通过利用现代化的计算机技术、智能决 策技术、数学方法提高编组站决策管理水平，改革传统手工方式， 实现阶段计划编制的科学化和现代化。为达到这一目的，系统的设 计一般按以下原则进行： 1 适用性原则：适用性是企业最关心的。信息时代的市场经 济条件下，一切事物都处在高速发展变化的状态，一切都要适应市 场的要求。运行图的频繁变更，必然要求编组站作业计划与之相适 应。系统必须采用各种灵活方式，提高编制效率和质量，适应当前 实际的运行环境和功能需求，并具有很强的应变能力，使企业本身 能够掌握它的变化和发展。 2 科学先进性原则：系统在设计过程中，应充分利用同类系 统的先进经验，采用先进的系统设计技术、计算机技术，要跟上现 代信息技术的高速发展，能不断完善，灵活扩展，不仅在功能和技 术上先进，而且确保系统适应未来技术长远发展趋势。 3 整体最优原则：因为阶段计划涉及到若干子系统，就要确 保各个子系统合理集成，使系统成为一个有机整体，高度统一。充 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 分利用各个部分之间的联结，取长补短，使总效果最优。 4 安全可靠性原则：阶段计划是整个编组站行车工作的核心， 它统一分配车站各种设备，使整个车站作为一个整体进行生产。系 统的安全性不仅关系势车站运输任务的完成，而且对货主企业和铁 路职工有直接影响。铁路生产安全第一，安全可靠是对计算机编制 阶段计划系统的基本要求。 5 系统简洁性：由于现场人员大多不是专业计算机人员，所 以系统应层次清楚、简单易学、便于管理。 6 统筹考虑，信息共享：由于本系统只是整个铁路车站系统 的一部分，所需数据信息也是由其他系统提供，其数据也为其他系 统所用，所以要从整个铁路系统出发，与其他系统( 运行图系统、 t m i s 、d m i s ) 协调配合，这样才能保证系统的生命力。 3 2 系统总体结构 决策问题可以分为程序化( 结构化) 决策和非程序化( 非结构化) 决策。程序化决策是一种结构化的决策，问题可以用程序来实现。 非程序化决策不具备已知求解方法或存在多种求解方法而得不到一 致解。决策支持系统主要处理非结构化和半结构化的问题。这种问 题计算机难以处理，必须要通过人来进行决策。从上面的分析当中， 编组站阶段计划编制系统就是一种半结构化的问题，难以完全用计 算机程序来实现。因此编组站阶段计划计算机辅助决策系统可以定 性为一种决策支持系统，它支持高层决策者的决策活动，是具有智 能作用的人机计算机系统。在系统的设计中我们采用当今先进 的决策支持系统的设计方法和思想进行。 3 2 1 决策支持系统的结构： 决策支持系统是信息系统研究的一个最新发展阶段，融计算机 技术、信息技术、人工智能、管理科学、决策科学、心理学、行为 科学和组织理论等学科与技术于一体的技术集成系统。 决策支持系统由于应用领域和研究方法不同，导致d s s 结构有 多种形式，到目前为止，已经有二库结构、三库结构、四库结构、 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 五库结构几种。二、三库结构是d s s 发展的低级阶段，四、五库结 构是d s s 发展的高级阶段。在国内，人们对决策支持系统结构研究 流行的是四库结构。我们在此也采用此结构。四库指知识库、方法 库、模型库、数据库。其结构图如下( 图3 1 ) ： 用户 图3 - l 决策支持系统四库结构图 3 2 2 阶段计划编制系统结构 阶段计划编制其关键是要处理好三个互相联系的问题，即：出 发列车的车流来源、到发线的运用和机车的运用。就其中的每一个 问题来说，都是一个需要进行优化的问题。各问题的数学模型和求 解方法分别放在模型库和方法库中，系统通过模型库、方法库提供 适当的方案并通过人机接口纳入人的因素，实现编制工作的科学化、 实用化。系统统一集成各部分，其总体结构正反映了各要素之间的 相互关系。阶段计划编制系统结构示意图如下( 图3 2 ) ： 鬻薯鞠喃印柚3 2 0 0 2 、： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 菜单驱动 人机交互系统 命令驱动 解释机制ll 问题处理系统 阶段计划知识库 接口系统 阶段计划数据 图3 2 阶段计划编制系统结构示意图 系统通过模型库、方法库、给决策者提供适当的决策模型，并通过人机接 口修改模型、进行新知识的学习。人的处理半结构化问题的长处与计算机的高 效互相融合，人通过菜单驱动和命令驱动两种方式与计算机对话。系统的解释 系统对人进行正确引导，从而保证阶段计划的科学实用性。对模型库、方法库 和知识库我们将在第四、五、六节进行详细描述。对于数据的问题，在下一章 进行专门介绍。 3 3 阶段计划计算机辅助决策系统主要功能设计 第二章我们对编制系统进行了分析，根据要完成的业务和工作来确定此系 统的功能。系统功能设计要符合系统工程的原则。既要提供辅助决策的手段， 又要科学高效，提高编图速度，据此，阶段计划编制系统设置的功能为： 1 、库管理功能：包括数据的管理，模型库、方法库和知识库的管理。 对各个库中字典的维护，如： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 建立、增加、删除、修改、统计，各个库之间的联系以及同外部信息的接受 收转换等功能。 2 、阶段计划自动编制：由计算机提供阶段计划初步方案，供站调决策参 考 根据运行图、列车编组计划、技规和站细的有关规定，结合班计划、阶 段列车运行计划、预确报及现车数据，自动编制本阶段的阶段计划。内容包 括： ( 1 ) 安排解体调机的活动计划解体列车车次、解体顺序、起止时间、 其他固定作业( 如上油、吃饭、交接班等) 的起止时间。可暂按先到先解的 原则安排解体顺序，发现有明显不合理时由计算机或人工干预调整。 ( 2 ) 安排编组调机的活动计划编组列车车次、编组顺序、起止时间、 其他固定作业起止时间。可按流够即编的原则安排编组顺序。 ( 3 ) 确定本阶段出发列车的编组内容和车流来源。此项内容与( 1 ) 、( 2 ) 基本上是同时完成的。 ( 4 ) 确定本阶段到达列车占用到达场的股道号码及占线时间。 ( 5 ) 确定本阶段出发列车占用出发场的股道号码及占线时间。 3 、阶段计划自动调整：即人机对话功能，由调度人员视当i j 情况对初步 方案( 包括原始数据) 进行修改和调整，计算机自动生成新阶段计划 到发线运用计划 ( 1 ) 对无改编中转列车，由站调确定接入场别和股道。 ( 2 ) 对到达解体列车，由计算机提出占线初步方案，站调若不满意， 可直接在显示器上拖动修改，直至最后确定，原方案消失。 ( 3 ) 对自编出发列车，亦由计算机提出占线初步方案，站调直接在显 示器上调整。 配流及调机运用计划 配流计划与调机活动安排这两大功能是紧密相连、不可分割的，在人工 干预时，把二者作为一个整体来对待。 ( 1 ) 调整解体顺序一般按列车到达先后顺序解体，必要时可根据 出发车流需要人工指定解体顺序。 ( 2 ) 调整编组顺序和编组时机正常情况下，流够了即可开始编组， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 必要时可人工调整，使开始编组时刻后移，避免过早占用出发线。 ( 3 ) 调整列车编成辆数正常情况下按满轴辆数编组，特殊时可人 工指定列车编成辆数。 ( 4 ) 固定配流指定某到达列车或编组场现存车中的车流( 去向号、 车数) 必须编入某次出发列车。 ( 5 ) 确定基本组对某发列车指定必须编挂的车流去向号及其车数。 ( 6 ) 列车编组计划的临时性变动出发列车车流去向号( 含排空方 向) 的变化。 ( 7 ) 列车车次与时刻的临时性变动本阶段到、发列车的加开与停 运，到、发时刻的变化( 指与列车时刻表不一致) 。 ( 8 ) 修改个别列车的解体或编组作业时间标准。 ( 9 ) 对取送调机，站调根据作业进度及车流需要自行安排其活动。 ( 1 0 ) 对子场调机( 编组摘挂列车) ，其编组时机、编成辆数、编组内 容、作业时间标准可独立修改，与其他自编列车无关。 4 、数据处理功能 根据现车管理信息系统和列车预确报系统提供的信息，结合班计划中的 列车到发计划，按照站细规定的车流去向号对数据进行分类处理，自动生成 编制阶段计划所需要的各项数据资料。对已编制的阶段计划，能自动生成各 出发列车的总重和换长。 5 、文档管理功能 各类重要文档列车编组计划，列车时刻表( 基本图) ，车站技术作业 时间标准等，可随时查询，当调图、调整编组计划、修改站细时，可及时对 它们进行修改。 6 、查询功能 系统提供与阶段计划有关的各类信息的查询功能，具体包括： ( 1 ) 本班、本阶段列车出发计划。 ( 2 ) 本班、本阶段列车到达计划。 ( 3 ) 阶段开始时编组场现车( 重车分去向，空车分车种) 。 ( 4 ) 阶段开始时到达场待解列车到达时分、占用股道及编组内容。 ( 5 ) 本阶段某次到达列车编组内容。 塑觏睁；一 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 ( 6 ) 本阶段某次出发列车编组内容及车流来源。 7 、图表的绘制 自动绘制计划技术作业图表。根据现场要求的格式、各作业点的输入数 据，计算机自动绘制实绩技术作业图表，包括列车占线情况，调机动态和车 流接续情况。 3 4 阶段计划模型库系统设计 模型库系统由模型库( m b ) 、决策数据库( d d b ) 、模型字典( m d ) 、模 型库管理系统( m b m s ) 组成。 决策数据是为模型库设立的单独数据供应系统，它是通过数据析取系统 专门从源数据中取得的决策数据。模型库是用于存储模型代码，如模型方程 式和可执行的模拟模型代码，模型有编译执行和解释执行两种，因此模型库 有源码库和目标库两个。模型字典是提供给用户查找模型名称、类型、使用 范围的说明书。模型库管理系统是模型库系统和其它应用软件和系统人员交 换信息的通道，向系统人员提供研制、建立和维护模型库系统的工具，是模 型库系统的核心。 3 4 1 模型的表示 模型存在外部特征、内部逻辑表示和所需数据三方面，分别表示如下( 采 用c 语言) ： 外部视图表示( 用m d l e x t 表示) ： s l r u c tm d l 蕾x t f c * 口， n u l l n a m e l l , a u t h o r , d a t e l l ； s t r u c ti n p u t l i s t * i n p u t ； s l r u c to u t p u t l i s t * o u t p u t ； s t r u c tl n p u t c o n s t r a i n * i n c o n s t r ； s t r u c to u t p u c o n s t r a i n * o u t c o n s t r ； s t r u c ta l g o r i t h m * a l g ； f i l e * d e s c r 和t i o n ； 葵奇。s t r u c ti n 鼬t l i s t，o u t p u t l f s t ,i n p u t c o n s t r a i m o u t p u c o n s t r a i n 分别是模型输入出表，输入出限制及反映输入输出关系的 算法：d e s c r i p t i o n 是指向存放模型功能描述的指针。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 内部逻辑结构表示( 用m d l 表示) ； s t r u c t m d l c h a r m d l n a m e l l , a u t h o r , d a t e ； s t r u c ts t a t e l i s t+ k ： s t r u c ts t a t e - - f u n + d ? s t r u c to u t p u t l i s t+ a ； s t r u c to u t p u t 量u n+ 嚣 s t r u c ts t a t e + q ； s t r u c tm o 烈a m e； 其中，肛咖1 啪脬存放模型所需文件名。模型结构和数据分离，便于管 理。 s t r u c tm d l d a t a c h a r m _ d 拍a m e n ； s t r u c td a t an a m e数据名； s t r u c td a t av a l u e数据值： 通过以上算法语言，实现实际模型的变量、参数及约束条件表达，并按一 定规则组织起来进行应用。 3 4 2 模型的设计 模型是阶段计划初始方案形成和优化的基础。模型包括数学模型、数据 处理模型、图形图象模型。建立阶段计划的各种模型要求：面向问题、目 的明确；不仅包含编程者的建模思路，而且要有编制人员参与建模；尽 早使管理人员与构模者对话：模型达到指标要求时，应转入优化阶段； 模型要先进实用，并留有改进的余地：指定时间计划。模型是有一系列代 码组成，即源程序。 阶段计划的主要模型有： ( 1 ) 网络配流模