（交通运输规划与管理专业论文）铁路分局调度辅助决策系统若干问题的研究.pdf

铁路分局调度辅助决策系统若十问题的研究 论文摘要 弋在我国的行车调度指挥过程中，铁路分局是一个重要的环节。目f j i 铁路 分局酌调度员仍然采用传统的人工工作方式，劳动强度大，指挥效率不高。 为改变这种落后的局面，应该根据我国的实际情况，应用计算机技术，丌发 先进的调度指挥系统j 本文分析了我国铁路分局的具体指挥方法，抓住关键 的调度信息传递过程，提出了使用较小的投资在铁路分局内建设调度辅助决 策系统的构想。通过使用该系统，在调度所内实现调度信息的共享和快速流 通，提高调度指挥工作的水平。 ( 论文首先介绍了其他国家的铁路行车指挥系统的发展和应用状况，然后 介绍了铁路分局调度辅助决策系统的构成和特点，接下来对系统实现时遇到 的各种问题进行了分析并提出了解决方法。 铁路分局调度辅助决策系统是一个基于网络运行的管理信息系统，由若 干个子系统构成，其中最重要的是行车调度台子系统。该子系统可以分成三 个部分，分别是数据管理、列车调整指挥和调度信息处理。铁路调度指挥需 要处理的数据量大，论文对涉及到的数据进行了详细分析，划分成几大类， 并对每类数据提出了解决方法。列车运行调整是行车调度台子系统最重要的 功能，论文分析了已有调整算法的特点和现场实际需求，设计了新的列车运 行调整模型。该模型提出了将列车寻优划分成两步来完成，首先制定调整的 目标，然后按照目标进行寻优。在寻优过程中考虑了人工干预，并利用递归 调用的方法逐步实现优化，具有广泛的实用价值。论文也对行车调度需要处 理的各种调度信息进行了分析，提出了相应的解决方法和技巧。论文还结合 铁路分局调度所内的具体情况，对如何建立分局调度信息网进行了研究，设 计了实用的解决方案并提出了保证网络数据安全的办法。论文最后对需要进 一步研究的问题进行了探讨。 结合以上对各类问题的分析，丌发了铁路分局调度辅助决策系统，并在 实际中进行应用，取得了比较好的效果。丁 关键字： 铁路：徊度调影辅助决策系统 v 铁路分局谢度辅助决策系统若十问题的研究 s t u d y o nc o n c e r n e dp r o b l e m so fa s s i s t e dd i s p a t c h i n g d e c i s i o n - - m a k i n gs y s t e m f o r r a i l w a y s u b b u r e a u a b s t r a c t r a i l w a y s u b b u r e a u sa r e p l a y i n gi m p o r t a n t r o l e si nt r a i n d i s p a t c h i n gp r o c e s s i no u r c o u n t r y t h ed i s p a t c h e r s o f r a i l w a y s u b b u r e a u ss t i l lw o r kv e r yh a r di nt r a d i t i o n a la r t i f i c i a lw a y sa n dw i t h l o we f f i c i e n c y t os o l v et h i s p r o b l e m ，a d v a n c e dt r a i nd i s p a t c h i n g s y s t e ms h o u l db ed e v e l o p e db ya p p l y i n gc o m p u t e rt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt oa c t u a ls i t u a t i o n so fo u rc o u n t r y b ya n a l y z i n gp r a c t i c a l d i s p a t c h i n gm e t h o d si nr a i l w a ys u b b u r e a ua tl e n g t ha n dg r a s p i n g t h ek e yp a r to fd i s p a t c h i n gi n f o r m a t i o nt r a n s f e r r i n g ，t h et h e s i sp u t s f o r w a r d sa ni d e ao f c o n s t r u c t i n g a s s i s t e d d i s p a t c h i n g d e c i s i o n - m a k i n gs y s t e mf o rr a i l w a ys u b b u r e a u ( a d d m s ) w i t hs m a l l i n v e s t m e n t b yu s i n gt h es y s t e m ，t h ed i s p a t c h i n gi n f o r m a t i o ni nt h e d i s p a t c h i n go f f i c ec a nb e s h a r e dt o g e t h e ra n dt r a n s f e r r e dq u i c k l y t h i sw i l le n h a n c et h el e v e lo ft r a i n d i s p a t c h i n g i n r a i l w a y s u b b u r e a u t h ef h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f r a i l w a yd i s p a t c h i n gs y s t e m si n o t h e rc o u n t r i e s ，a n dt h e np r e s e n t s t h es t r u c t u r ea n df e a t h e r so fa d d m s ，a tl a s t g i v e s s o l u t i o n st o s e v e r a lp r o b l e m so fb u i l d i n gt h es y s t e m a d d m sf o rr a i l w a ys u b b u r e a ui sam a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m b a s e do nc o m p u t e rn e t w o r ka n dc o m p o s e do fs e v e r a l s u b s y s t e m s ，t h ed i s p a t c h i n gc o n s o l es u b s y s t e m ( d c s s ) i st h em o s t i m p o r t a n to ft h e m t h ed c s sc a nb ed i v i d e di n t o3p a r t s t h e ya r e d a t am a n a g e m e n t ，t r a i nd i s p a t c h i n ga n dd i s p o s a lo fd i s p a t c h i n g 竺些坌旦塑竺塑些盗兰墨竺董塑望堕塑塑 i n f o r m a t i o n t h e r ea r eal o to fd a t an e e d e d f o rd c s sa n dt h ed a t a c a nb ed i v i d e di n t os e v e r a lc l a s s e sb ya n a l 蛔n gt h e i rc h a r a c t e r s ， t h et h e s i st h e ng i v e ss o l u t i o n s t ot h ed a t ao fe a c hc l a s s t r a i n d i s p a t c h i n g i sav e r yi m p o r t a n tf u n c t i o n f o ra d d m s ，t h et h e s i s d e s i g n san e wm a t h e m a t i c a lm o d e lf oo p t i m i z e t r a i nr u n n i n gb y a n a l y z i n gf e a t u r e s o fe x i s t e d a l g o r i t h m sa n dd e m a n d si nr a i l w a y f i e l d w o r k t h em o d e lw i l is o l v ef h i sp r o b l e mi n2s t e p s ，f i r s ff o r m sf h e a i m so fd i s p a t c h i n g ，a n dt h e no p t i m i z e st h es c h e m es t e pb ys t e p c o n s i d e r e dt h ed i s p a t c h e r s d e m a n d s ，t h em o d e iu s e st h e r e c u r s i v e a l g o r i t h m t or e a l i z e1 h e o p t i m i z a t i o n t h i s h a s c o m p r e h e n s i v e v a l u ei n p r a c t i c e t h e f h e s i sa l s o d e s i g n s f h e c o m p u t e r n e t w o r kb u l l ti nr a i l w a ys u b b u r e a ua n dg i v e sm e t h o d st o s e c u r ed a t at r a n s f e r r e dt h r o u g ht h en e t w o r k t h et h e s i sf i n a l l yg i v e s d i s c u s s i o n st op r o b l e m st h a tn e e df ob ef u r t h e rs t u d i e d b ys o l v i n gt h ep r o b l e m so c c u r r e d ，w ed e v e l o p e da d d m s f o r r a i l w a y s u b b u r e a u t h e s y s t e m h a sb e e n a p p l i e d i n r a i l w a y s u b b u r e a ua n di sr u n n i n gw e l l k e y w o r d s ： r a i l w a y ，d i s p a t c h ，a d j u s t ，a s s i s t e dd e c i s i o n m a k i n gs y s t e m 铁路分周谢度辅助决策系统若十问题的研宄 1 铁路行车指挥自动化发展概述 1 1 行车指挥自动化研究的可行性分析 1 1 1 研究的必要性 ( 1 ) 显见的必要性 随着经济的发展，铁路承担的客货运输任务越来越多，这就需要提高铁 路的运输能力。提高铁路通过能力的途径有很多，比如修建新的铁路线路， 提高列车运行速度，增加列车重量等。除此之外，我们还要提高列车运行的 指挥水平，也就是采用先进的技术，加快铁路车辆的周转，使机车车辆能得 到充分合理的利用。 先进的科学技术、科学的管理方法、细致的社会化分工与协作以及复杂 多变的社会经济活动将人类社会从传统的工业化社会带到了现代信息化社 会，并使得信息与物质、能源一起成为人类社会的三大资源。企业的发展和 技术的进步，使得越来越多的人认识到，信恩处理手段必须更新，否则不能 适应未来社会发展的需要，不能适应竞争的环境。铁路也是一样，领导者应 该居安思危，提前采取措施，建立先进的信息管理系统，通过提高信息的利 用率来提高列车运行指挥的效率，使铁路在同其他运输方式的竞争中立于不 败之地。 ( 2 ) 隐见的必要性 二战后，世界各国普遍提高了对人才重要性的认识。人们掌握知识不断 增加，人的作用将变的越来越重要，其价值也会随经济的发展而逐渐提高。 铁路要保证自己的发展，需要一定高素质的人才为铁路服务，要根据市场的 价值来对这些人爿支付报酬。如果要取得良好的发展，必须降低人力资源的 投入，精简工作人员，以降低生成成本。如果要用有限的人力资源完成不断 铁路分局州度辅助决策系统若干问题的研究 增 的运输生产任务，就必须采用先进的科学技术来达到减员增效的目的。 如果铁路不支付给员工与市场相应的价值，则人才价值高的员工，将会被吸 引到社会上其他单位，而使铁路丧失高素质的人才，不利自己的发展。 要解决这个矛盾，铁路需使用先进的自动化设备，精简不必要的人员， 提高自己的指挥水平和效率，并留住高水平的人才，以适应将来发展的需要。 1 1 2 研究的可行性 ( 1 ) 经济可行性 经济是物质的基础。开发一个信息系统需要很多投资，购买硬件、软件， 软件的研制开发，运行维护都需要资金，信息系统是投资密集的工程。此外 还有系统的运行费用，系统的日常维护都需要新的人力投入和物质投入。从 我国目前的情况来看，推行信息化进程是必须要走的一条路。我国铁路最近 采用了一系列市场化的手段，终于扭转了铁路前一时期连续亏损的局面，并 丌始逐步盈利。因此，我们需要抓住这个机会，提供适当的资金进行铁路运 输管理新系统的开发。根据我们国家的实际情况，走出一条具有中国特色的 铁路运输指挥现代化之路。 采用新的行车指挥信息系统，将取消调度员每日使用笔、尺铺画运行图 的工作，从而减少运行图纸张的生产和维护费用。从长远来看，是一项减少 成本的措施。指挥效率的提高，也有利于集中化管理，精简不必要的机构， 节约成本支出。 ( 2 ) 技术可行性， 行车指挥自动化系统属于信息系统的范畴。信息系统是以计算机技术、 通讯技术和网络技术等现代化工具为手段，服务于管理领域的一个信息处理 系统。它是信息科学、计算机科学、管理科学、系统科学、认知科学、决策 科学、知 ： 工程和智能工程等学科相互渗透而发展起来的一门新兴的边缘学 科。现代科学技术的飞速发展，涌现出大批的现代化设备和高效的指挥方法， 使铁路可以充分利用先进的设备达到提高指挥效率的目的。 铁路现场工人的技术和知_ i ： 水平与以往相比有很大程度的提高。在铁路 铁路分局州度辅助决策系统若十问题的f 【j | = 究 分局凋度所内，绝大部分工作人员都具有中专学历，此外还有部分是大专， 本科学历。有了这些高水平的技术人4 ，才能快速掌握现代化的信息系统， 并利用其为己服务。 k k lj l - t 可见，无论是在系统的丌发还是使用方面都具备了一定的条件，应 该在此基础上进行新系统的研制丌发。1 1 前，世界各国部将新兴的计算机和 通信技术应用到铁路运输生产中去，使得铁路运输指挥水平和管理效率大幅 度提高。原来被预言的“夕阳产业”现在币处于一个新的发展时期。 1 2 国外的铁路行车指挥自动化系统 为了进一步增加铁路运输的区段通过能力，改善列车调度人员的劳动条 件，提高列车运行指挥的质量，世界各国都在不同程度上研究开发和使用了 铁路行车指挥自动化系统。 下面以韩国、德国和同本等几个国家为例，说明当今铁路行车指挥系统 的发展水平。 1 2 1 韩国概况 韩国的铁路历史只有1 0 0 多年，但最近为解决因公路拥挤而引起的物资 流通费用增加和环境等问题，推进了以铁路为中心的交通政策。特别是政府 为加速铁路的发展，于1 9 9 4 年制定了关于国有铁路营运的特别法，明文 规定了铁路独立经营并扩大对铁路的投资。目时，铁道厅为提高铁路运用效 率，建设了铁路综合电子计算机网络。设有车票发售系统( c o r t i s ) 、铁路 运营信息系统( k r o i s ) 等，有助于提高业务效率和增大运输能力；物资流 通计算机网络等外部计算机网络也作为综合信息网络的一部分发挥作用。 旧6 口韩国的铁路技术，与铁路相关联的设施等，在某种程度上已达到发 达国家的水平，但铁路的控制系统如列车自动控制( a t c ) 列车调度中心 ( c t c ) 或电子联锁装置设计技术，尚不及国际先进水平。 1 2 - 2 德国概况 德国的铁路运输管理已经大幅度的应用计算机来完成，计算机己经普遍 实现网络化。主要体现在运行图编带t , i i 列车凋度指挥两方面。 铁路分局调度辅助决策系统若十问题的研究 计算机编制列车运行图系统含有一个与现场实际状况保持一致的基础 设备数据库，以此实现了基础信息共享，极大地方便了工程技术人员和列车 运行图编制人员。目前德国使用的编图软件( r u t ) 是非常有效的计算机编 制运行图的辅助工具。运行图编制人员只需要把相应的列车数据( 机车类型、 重量、计长、停站及时分) 输入计算机，便可自动生成运行线，如果与其他 运行线发生冲突，便以醒目的方格标t 出，并指出发生冲突的准确位置，编 图人员只需用鼠标上下移动运行线或输入待避、会让命令即可。列车运行图 编制完成后，可以在计算机上进行列车的模拟运行，该模拟软件可以清楚地 显示随着时间的推移，每一列车的运行位置是否正点，发生晚点时标出发生 晚点的地点和原因。 德国目前使用的列车调度指挥系统的工作平台，主要由站场设备、区间 线路显示屏和列车运行图显示屏两部分组成。站场设备、区间线路显示屏， 随时显示当前的信号显示状态、列车的车次和运行位置。列车运行图显示屏， 随时显示列车实际运行线及正晚点时分，并能根据现在的运行状态，依据车 载计算机传来的列车技术参数，自动生成计划运行线。如果自动生成的计划 运行线与其他列车的计划运行线发生冲突，列车调度员可以通过输入窗口进 行调整。通过输入窗口改变了列车调度员铅笔画线的状况，取消了电话报点 的讲话量，大幅度地减轻了列车调度员的劳动强度。 1 2 3 日本概况 同本铁路管理自动化水平主要体现在其高速列车新干线的运行组织上。 自新干线丌通以来，微机管理中的主角一直由“c o m t r a c ”( c o m p u t e r a i d e dt r a m ec o n t r o ls y s t e m ) 系统担任。但近年来，随着运行密度的加大， 车辆编组的只趋复杂以及网络化的快速发展，这套系统越来越难以满足列车 运行的要求，取而代之的新系统应运而生，这就是1 9 9 5 年研制成功的新干 线综合系统“c o s m o s ”( c o m p u t e r i z e d ，s a f e t y , m a i n t e n a n c ea n do p e r a t i o n s y s t e m so f s h i n k a n s e n ) 。它是一套在中央调度所同时处理运输计划和运行管 理业务的软件系统。中央调度所与各分支部门直接相连，两者可共享信息资 源。这样，“调度乘务人员”和“调度维修人员”等之间的信息交 换速度得到大幅度的提高，业务处理越来越简单，网络化程度也越来越高。 中央调度所拥有5 个调度部门，这5 个部门集中在同一楼层。工作人员 运用最先进的计算机技术，以最快的速度处理着同常业务和紧急情况。除列 车调度之外，新干线运行本部还负责编制各种季节性临时列车运行计划。 铁路分局调度辅助决策系统若干问题的研究 中央调度所拥有的5 个调度部门分别是： ( 1 ) 运输调度 运输调度分成旅客调度与列车调度两个子部门： 为让旅客能放心地乘坐新干线列车，旅客调度部门对于旅客有关的各类 信息进行集中处理，并为旅客提供综合服务：旅客生病时联系救护车；新干 线晚点时安排旅客换乘普通客车；遇上紧急情况则及时向旅客做说明。此外， 该部门还负责向各车站及列车发出有关调度指示，并通报有关情况。 列车调度是综合调度所的中枢部门，它不停的把握列车的进路及所在位 置等运行情况，严密监视列车是否安全正点行驶，并能迅速的应对各种紧急 事态。 ( 2 ) 运用调度 该部门根据列车的运行情况，负责调派司机和乘务员，调换车辆。列车 发生故障时，则向乘务员提供紧急处理的参考意见。此外，车辆更换与修理 业务也由该部门承担。该部门还负责制订所有新干线车组的日常用车计划及 全部编组的定期检修计划。 ( 3 ) 电力调度 该部门负责列车的供电管理和电力维护工作。供电管理主要是监视和控 制变电、配电站，以保证列车牵引、制动及车站的正常用电。电力维护主要 是协调作业内容、监控电网。确认测试情况，以确保线路与车辆的养护和维 修工作顺利进行。 ( 4 ) 设施调度 该部门根据电器轨道综合实验车的检测报告来把握线路的状况，统筹安 排线路及有关结构物的检修工作。发生事故和灾难时，该部门负责掌握情况， 指示列车减速，做好修复工作。 ( 5 ) 通信系统调度 该部门负责管理信号和通信设备及微机系统，以保证列车能安全正点运 行。除了在发生紧急情况时负责指示和安排和修复工作外，还负责协调设备 检修的作业时间。 c o s m o s 共由运输计划、运行管理、维护作业管理、设备管理、电力 控制、集中信息监视、车辆管理、站内工作管理8 个子系统构成。其中支持 列车运行管理的新干线运行管理系统由三个部分组成： 信息处理系统：由2 台e d p 系列h i t a cm 一6 8 0 计算机组成，负责长期 计划及每天的实施计划，运行图被打乱时则处理预测运行图。 进路控制系统：由3 台p r c 系列h i d i cv 9 0 5 0 3 9 0 5 0 计算机组成，负 铁路分局谢度辅助浃镱系统若十问题的究 责监视全部运行列车，控制列车进路。3 台计算机中，需2 台取得一致确认 后方可实施控制，从而保证了可靠性。另外1 台作为备用。 运行显示系统：由2 台m a p 系列h i d i cv 9 0 1 5 0 计算机组成，负责连续 显示列车位置和车站状态，异常时报警。考虑到有时需手动控制进路，设置 了2 台。 | 二i 本采用一个中央调度所，在调度所内设置了各工种调度员，就可以完 成所有新干线上列车的指挥，其效率可见一斑。在计算机系统的选择上， c o s m o s 选择了u n i x 作为系统的操作系统，通过集中式汁算完成对现场设 备和车辆的控制。 1 3 我国的现有铁路行车辅助指挥手段 我国铁路自8 0 年代后期，丌展了较为实际的行车指挥自动化的研究和 应用。现有的行车辅助手段主要有： 1 3 1 调度集中( 调度监督) 系统 凋度集中( 调度监督) 系统是一个实现列车运行自动化控制的遥控遥信 系统。严格的说，调度集中系统包括调度监督系统。调度监督系统是能向调 度员及其他有关人员及时准确地提供所需现场信号设备状态及列车运行情 况的实时系统，并在此基础上实现车次号的跟踪、实绩列车运行图的绘制以 及统计管理等功能。 调度集中系统是铁路行车指挥调度系统。它是自动控制、数据通信、计 算机技术在铁路行车指挥自动化方面的综合应用，它由分布在系统内等车站 的以工业单板机为核心的调度集中分机和位于行车指挥中心的调度集中总 机组成，分机将采集到的有关列车运行位置及信号设备状态等信息进行编 码，经通信线路送往总机，总机对接受的信息进行相应的分析处理，向有关 行车指挥及维修人员提供迅速、准确、形象的彩色站场图形、列车位置及信 号没备状态，使运营管理人员及时了解现场情况，及时制定、修改运行计划， 并根据运行计划向分机发送进路控制命令。调度集中系统是一种采用了“4 c ” ( c o n t r o l ，c o m p u t e r ，c o m m u n i c a t i o n ，c r t ) 体系结构的分布式实 时工业控制系统。系统可以对现场的轨道单元进行控制，并设置了人工控制、 储存控制和计算机自动控制三种方式。在一个调度区段内，调度员通过系统 能够直接或由计算机程序控制所管辖范围内各中问站的道分和列车信号指 铁路分局调度辅助决策系统若干问题的研究 挥行车，同时系统能够自动采集表示对象的状态信息， 铁道部科学研究院通信信号研究所自1 9 5 8 年以来，研制了一系列的调 度集中和调度监督设备。d j 4 型调度监督和d 5 型调度集中系统是8 0 年代术 采用国际通用工业单板机丌发软件组成的系统。除此之外还有铁路通信信号 研究设计院研制的s b f d j 1 型调度监督系统，中美合资卡斯柯有限公司研 制的c t c 2 0 0 0 型调度集中系统。 目前，调度监督系统已在各大干线全面安装，而调度集中系统远程控制 部分的安装设备数量一直徘徊不前。 1 3 2 铁路运输管理信息系统( t m i s ) 铁路运输管理信息系统( t m i s ) 是铁路运营管理信息系统的核心，其主 要目标是实现货车的实时追踪管理。t m i s 包括多个分系统，包括运输管理 财务系统、统计管理、机务管理、车辆管理、物质管理、电务管理和工务管 理等。t m i s 系统的应用信息和应用处理涉及到铁道部下各铁路局、铁路分 局、基层站段以及铁道部所属的5 大总公司和下属单位。t m i s 系统的主要 特点是信息量大、大范围分布处理、实时处理与批处理相结合，广泛的分层 次的信息共享与信息安全保密，网上大量的应用信息传输等。t m i s 采用了 集中建库与分布处理相结合的总体设计方案，即在铁道部集中建立中央实时 信息库，负责收集分类各站段的信息，并定时将分类加工后的信息传送到铁 路局和铁路分局，以支持其应用。 在t m i s 当中并不包含调度信息系统，与列车调度指挥有关的信息属于 调度管理信息系统d m i s 的范围。 1 3 3 铁路调度管理信息系统( d m i s ) 调度指挥管理信息系统( d m i s ) 是我国现阶段正在建设的最重要的调 度指挥系统，它将现代化通信技术、信息技术应用于铁路调度工作中，从而 建立起通信、信号、计算机和多媒体技术融为一体的调度信息采集及指挥系 统。d m i s 的核心是利用通号设备将铁路列车、车辆、车站和区间的实时情 况汇总到铁路分局、铁路局及铁道部等各级调度指挥中枢，使各级调度人员 能够准确地制定运输调度计划。这一系统的实施将改变我国铁路在调度指挥 手段、行车控制技术和信号技术设备等方面的落后面貌。 铁路上的车站、区间数量不仅多而且情况各异，这种情况下d m i s 系统 铁路分局训度辅助决策系统若干问题的研究 的实施会遇到现有设备条件的制约而存在一定的局限，主要体现在投资规模 大，建设周期长，推广速度慢等方面。对于铁路调度监督系统来说，信息采 集设备和传输设备可靠性不高也影响了系统功能的发挥，尤其是在人工输入 实际列车车次时，由于系统的易用性和人员素质等方面的局限，这一工作往 往不能很好地完成，结果是系统并不能实时地追踪列车并实现相应的功能。 1 4 各国行车指挥现代化的简要分析 行车指挥自动化是世界各国铁路运输管理现代化发展的共同趋势，行车 指挥自动化实现方式与各国的具体实际情况密切相关，实现的程度也不尽相 同。 德国、f 1 本等发达国家的列车运行速度高，设备自动化程度高，技术性 能稳定，一般是实现了综合全面的自动化，在这种情况下，指挥主要通过计 算机的自动指挥，人只是担任监督管理的功能；发展中国家的列车运行速度 低，设备自动化程度低，列车运行情况复杂，随机扰动频繁，通过能力利用 率高，列车运行调度指挥是以人控为主导的生产过程，在这种情况下，往往 实现的是部分初步的自动化，人仍是行车指挥的关键因素，计算机的应用主 要为人的决策提供辅助功能。 我国属于发展中国家的情况，铁路上计算机应用水平比较低，要实现自 动化需要根据我国铁路指挥的具体情况来制定具体的实施办法。 铁路分局洲度辅助决策系统若十问题的_ _ 】究 2 铁路分局调度辅助决策系统 2 1 系统建设的背景 2 1 1 调度工作与调度体系 铁路运输要通过列车在铁路线上的运行来完成。铁路系统是一个关系错 综复杂的大系统，要使所有的运输任务有序的进行，需要进行统一的调度指 挥。 铁路运输调度是为适应铁路运输特点而设置的铁路运输工作的统一指 挥者，在保证运输安全和提高运输效率方面有重要的地位和作用。运输调度 的基本任务是正确的编制和执行运输工作同计划，科学的组织客流、货流和 车流，搞好均衡运输，挖掘运输潜力，提高运输效率，经济合理的使用机车 车辆和运输设备，组织与运输有关部门紧密结合，协同动作，实现列车编组 计划、列车运行图和运输方案，保证完成月度货物运输计划、技术计划，提 高经济效益，努力完成铁路运输任务。 我国铁路上建立了四级调度机构，在铁道部设调度处( 调度中心) ，铁 路局设调度科，分局设调度所，在主要的技术站和货运站设调度室。与铁路 运输有关的各部门都必须在相应级别的运输调度的统一指挥下，完成同常生 产任务。 2 1 2 系统建设对象的选择 在我国，出于经济发展水平和自动化发展水平比较低并且不均衡，所以 必然要分阶段实行行车指挥自动化。从大系统的推广经验可以看出，大型系 统的丌发和推广时间都比较长，而现代社会的技术和硬件更新十分迅速，当 一个系统开发完毕时，设备和采用的技术已经面临即将被淘汰的边缘：其次， 大型系统涉及的面多而广，并且一般只会在某些地方进行试验运行，并不能 一次在所有的地方普及：第三，全路各地情况千差万别，所搠有的情况不尽 铁路分局渊度辅助决策系统若十问题的研究 相同，这也不宜进行系统的集中开发。 在铁道部的几级指挥中，部级调度中心指挥全路的列车运行，是完成运 输任务的决策者和组织者：铁路局调度科的任务是完成本局的运输任务，并 和其他路局协调配合，共同完成铁路运输任务；在分局调度所，是具体运输 的控制层，所有上面的决策均需在铁路分局变成具体的行车组织办法，由分 局凋度员来控制执行；在车站上( 大型车站设有调度员，小型车站上设有车 站值班员) ，是具体的执行者，负责将分局的指挥计划落实，严格执行。四 层指挥系统的关系可用图2 1 来表示。 铁道潍调度- i 心 图9 - 1 我国铁路调度机构设置与层次关系图 卧响层 控：铷培 执行层 由此看出，铁路分局在实际运输指挥处于直接对基层进行控制的位置。 一个计划能不能实现，实现的好不好，主要取决于铁路分局的实际控制方法。 我们目标是建立一个新型的调度信息管理系统，它主要面向铁路分局调度 所。在d m i s 还没有普及时，率先在调度所内实现调度指挥的智能化，使系 统具有实际调度指挥的能力。在d m i s 建成后，它能作为分局指挥子系统加 入d m i s 中去。 2 1 3 分局调度所内的调度员工作分析 为了对复杂的运输生产活动进行全面的指挥和监督，在各级调度机构中 ，r 铁路分局洲度辅助决策系统若十问题的研究 又必须进行合理分工的管理原则，这样调度工作在整个运输生产活动按业务 性质不同而分为若干部分，分别设置不同职名的调度员管理一定的工作。在 铁路分局调度所内，除了值班主任，还设有各工种的调度员，他们是：计划 调度员，列车调度员，机车调度员，货运调度员，客运调度员，军、特货运 输调度员、蓬布调度员、罐车调度员等。具体的调度员设置与陔分局的货物 运输密切相关。 为有效的完成运输任务，调度员间需要进行密切配合，这就是调度信息 的交流。他们需要处理的信息主要有： ( 1 )值班主任，总管铁路分局运输的情况，全面领导各工种的调度员。 需要掌握的信息主要有： ( a ) 各区段列车运行和机车运用情况； ( b ) 编组站、区段站的作业情况； ( c ) 分界口列车交接及排空情况； ( d ) 货车装、卸作业情况，分界口交接和排空情况； ( e ) 各管辖区段内的停留车，待发车和重车移动情况。 ( 2 )计划调度员，负责制定列车运行工作计划。需要了解的信息有： ( a ) 车流，站存车，机车状况； ( b ) 在途列车的到达预确报，列车编组顺序表； ( c ) 实际的列车运行情况。 ( 3 )机车调度员，负责制定机车工作计划。了解的信息有： ( a ) 从计划调度员处获得发车计划，制定机车运用计划； ( b ) 从列车调度员处了解机车的实际运用情况，从机务段了解可 用机车的情况。 ( 4 )列车凋度员，负责组织实施列车运行工作计划。需要了解的信息 有： ( a ) 发车的车次和车流来源： ( b ) 掌握交出货物列车的信息，向邻台或邻局报告； ( c ) 根据发车计划的丌车时间确定开车顺序并组织列车运行； ( d ) 掌握主要中间站的站存车，以确定摘挂列车的中途作业； ( e ) 将每班的列车丌行情况和机车应用情况报告给计划调度员 和机车调度员。 ( 5 )货运调度员，客车调度员和特货调度员等： ( a ) 及时了解行车调度员的工作执行情况； ( b ) 将得到的信息和自己的要求反馈到计划调度员，及时修f 班 铁路分局洲艘辅助决策系统若十问题的研究 计划，满足各自的需要。 它们之间的信息流图可用图2 2 来表示。 图2 - 2 调度员之间的信息流图 铁路分局各工种的调度员根掘各自担当的角色不同，工作之问有着不同 的联系。通过前面的分析可知，在这些调度员之中，与行车组织关系最为密 切的是计划、机车和列车调度员，信息交流最广泛的也是这三个工种的调度 员。在三者之中计划调度员是处于核心的位置，一天运输任务能否很好的实 现，关键在于r 班计划安排的合理性。列车调度员负责全天列车的具体指挥， 机车调度员负责提供设备良好的机车，保证同班计划的完成。 用控制论的方法来分析，这三个主要工种调度员的工作可视为一个工业 反馈控制系统，其中包括计划产生子系统，设备保障予系统，目标实现子系 统。计划台是计划产生子系统，负责生成本班的计划，它对全班的调度工作 起指导性的作用。机车台是设备保障子系统，负责为各列车实现提供性能良 好的机车。行车台是目标实现子系统，也是反馈控制系统，它负责完成当闩 的运输计划。系统的初态是上班完成计划后的情况，系统的终态是本班计 划要达到的要求。控制就是要找到一个办法使系统从初念开始随时f 1 | _ 的推移 铁路分局洲度辅助决策系统若十问题的研究 到系统的终念时使希望的某个性能指标达到最优，这个性能指标也就是在实 现本班计划时所要支出的生产成本最小。行车调度台要不停的接受信息并进 行控制调整，使系统按约定的目标运行。在系统中，目标完成的好坏取决于 反馈信息的及时性和控制的有效性。如果能有效解决这两个方面的问题，将 大大有利于系统达到最优。传统信息反馈是以人为主要的信息采集手段，当 需要某种信息时，需要本人亲自到产生信息的地方采集信息。这些过程使信 息传递变得烦琐，降低了作业效率，不利于系统的及时反馈。 通过在调度所内建立调度管理信息系统，可以很好的解决这两方面的问 题。用计算机的优化运算完成控制的有效性，利用局域网使调度信息快速流 通和反馈，达到指挥优化的目的。 2 1 4 系统设想 针对以上问题的讨论，我们提倡在不违背铁路d m i s 发展的大前提下， 分步骤的在全路实现铁路调度指挥自动化。通过比较小的投资，解决曰静比 较急迫的问题。针对我国当前调度指挥系统的应用情况，我们提出了建立以 计算机网络为基础的铁路分局调度辅助决策系统的构想，在铁路基层列车调 度单位铁路分局调度所建立以行车调度为核心的调度管理信息系统。通 过计算机网络将铁路分局调度所内有密切联系的行车台，计划台和机车台连 接起来，初步实现在调度所范围内的调度数据共享，为行车调度工作人员提 供稳定易用的调度辅助决策工具并建立能长期稳定运行的信息管理系统。 本系统的调度信息采集限定在调度所内并采用人工输入的方式，同样可 以实_ 【i ! 大型调度管理信息系统的信息采集功能。这样可以避免通过现场的通 号设备采集信息这一方式投资大，可靠性不高的不足，而把侧重点放在如何 实现调度信息的利用上，达到减轻调度员工作强度的目的。在调度信息来源 和采集方面为调度监督、d m i s 、t m i s 等其它系统预留接口，并可以和它们 实现互联。 2 2 铁路分局调度辅助决策系统的组成 根据以上分析，我们设计了铁路分局调度辅助决策系统。该系统由五大 部分组成，分别是：行车调度台子系统，同班计划子系统，机车运用子系统， 中心数据库子系统，运行图监控子系统。 行车调度台子系统为列车调度员所用，主要给调度员提供的列车运行调 铁路分局洲度辅助决策系统若十问题的研究 整方案，各种凋度信息的记录等功能： 同班计划子系统为计划调度员所用，为计划调度员提供计划的输入方 法，帮助计划调度员下达同班计划，此系统现不包括车流推算功能： 机车运用子系统为机车调度员所用，主要编制机车运用计划，管理机车 的使用，将信息及时传递到各相关调度台； 运行图监控子系统主要为值班主任，调度所主任，统计人员等人所用， 在监控系统上可以直接调入各行车台，计划台，和机调台的计划编制和执行 情况； 中心数据库子系统是全系统数据交换的枢纽，负责管理全分局内的所有 基础数据，每同的运行图数据，并保证各调度台之间数据的连通。 2 3 与其它相关管理信息系统的区别与联系 2 3 1 与d m i s 的区别与联系 为使铁路尽快适应市场经济的需要，铁路加快了本身的信息化建设。管 理信息系统的建设主要包括铁路运输管理信息系统( t m i s ) ，铁路客票发售 和预定系统( p m i s ) ，铁路车辆管理信息系统( c m i s ) ，以及铁路调度指挥 管理信息系统( d m i s ) 等大型信息系统。d m i s 主要面向全路和主要干线， 并逐步推广到全路的各个分局。如前面第一章所分析的，由于它涉及的方面 太多太广，在现代信息技术飞速发展的时代，它很难达到全局最优，并且由 于技术复杂，导致它的工期也很长。调度辅助决策系统是面向铁路分局调度 所，通过建立小型的调度局域网，实现与行车调度相关的信息共享。它的特 点是舰模小，不要求大而全，而是集中力量来解决最急迫的问题，减轻列车 调度员的劳动强度，提高指挥水平和效率。 该系统设置了与包括d m i s 在内的其他系统的接口，使系统可以顺利并 入其他的大系统之中。在长远的发展来看，该系统可以视为d m i s 的一部分， 只是它提前在分局范围内提高调度指挥的水平。 2 3 2 列车运行图编制系统的区别与联系 列车运行图是铁路运输工作的综合性计划和行车组织工作的基础。它对 铁路分局洲崖辅助决策系统若十问题的研究 保证行车安全，加速机车、车辆周转，提高运输效率和运输能力，完成和超 额完成运输任务，超着重要作用。列车运行图编制系统重点在编图，即编制 铁路列车运行的标准。编制列车运行图要考虑各方面的细节，比如怎样保证 列车运行的安全，充分利用铁路通过能力，怎样保证各车站、各区段问工作 的协调，怎样合理安排乘务人员的作息时问等等。列车运行图编制系统不需 考虑列车实际指挥出现的情况，比如调度命令，车站信息记录等因素。 而调度辅助决策系统主要是为铁路列车调度人员服务，其目的是按照一 个既有的标准列车运行图来指挥列车运行，给出各个阶段的最佳运行方 案。它同时要考虑到列车实际运行中出现的特殊情况，比如区间作业，施工 天窗制定，列车运彳亍实绩点的采取等问题。 由于二者都是处理列车运行图，在这一方面，又有着密切的联系。 列车基本运行图是铁路行车调度指挥的根本标准。以往，当列车运行图 编制完成以后，需要调度所组织人员提前进行铺画各调度台的列车运行图， 这个过程往往需要1 个星期左右的时间。调度辅助决策系统可以直接把由列 车运行图编制系统编制好的新运行图文件读入系统，再顺序分发给各个调度 台，免去了调度员铺画新图的繁琐劳动。通过各调度台从中心数据库下载基 本列车运行图的方法，可以在几分钟内完成旧运行图向新运行图的转换工 作，这就保证了系统能快速切换基本运行图，使系统能够连续运行。 铁路分局洲度辅助决策系统若十问题的研究 3 - 亍车调度数据分析与处理 3 1 列车调度员处理的图表分析 调度所内有大量的信息交换，这些信息交换目前仍以纸张为媒介，通过 分析这些流动的纸张图表有利于我们掌握调度所内的信息流程。与行车调度 有关的数据图表主要有以下一些： ( 1 ) 同班计划登记表 列车调度员在每班结束前，应到计划调度员处抄下一班的班计划，记录 到只班计划登记表中，并按照计划为下班调度员铺画阶段计划。日班计划登 记表中记录的信息主要有，日期，班次，路线，计划开行车次，机车安排等。 ( 2 ) 客车站线变更登记表 当客车在某车站不能按照车站作业过程的规定来安排到发线时，应提前 做出调度命令通知该车站和客车司机。这些变更信息就记录在客车到发线变 更登记表中。它是调度命令的一种，只是它比较常用，命令格式统一，客运 调度员有时也过来查看变更到发线的情况。 ( 3 ) 调度命令登记表 对实际指挥中的施工，组织超重、超氏运行的过程中，为保证作业安全， 必须将这些具体的信息提前通知各相关的负责人。对发布的每条命令都应按 照一定的格式记录在调度命令登记表罩。调度命令登记表的格式随分局的具 体情况而不同，一般调度员对照标准样本，顺序记录当同的调度命令。调度 命令的格式分析请参阅第5 章。 ( 4 ) 阶段计划登记表 在列车运行指挥时，要给车站下达阶段计划，使车站能提前合理安排列 车运行。阶段计划的时间长度一般为三或四小时，受令者为管辖内有关车站 的值班员或调度员，内容主要是各种在未来三、四小时内的列车运行、会让、 丌行计划。 ( 5 ) 命令文件已录簿 用来记录铁路上级发布新的文件，大的运行和作业计划，将来几天内的 特货运输任务、施工情况等，还有本调度台在各特殊时期的注意事项。 ( 6 ) 列车编组顺序表 铁路分局州艘辅且j j 决策系统若十问题的究 儿在本区段产生的列车，都由产生车站向调度员报告列车的实际编组内 容，以备本班统