編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)作業(yè)執(zhí)行智能化研究.pdf

1、隨著高速鐵路骨干網(wǎng)的基本建成，鐵路旅客運(yùn)輸正逐步轉(zhuǎn)移到高速鐵路，原來的鐵路貨運(yùn)點(diǎn)線能力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，編組站、區(qū)段站等“點(diǎn)”的能力成為限制因素。在上述背景下，編組站需要適應(yīng)鐵路生產(chǎn)力布局調(diào)整需要，不斷進(jìn)行調(diào)整和升級(jí)改造，大幅提高整體作業(yè)效率與運(yùn)營水平，新一代的編組站綜合自動(dòng)化技術(shù)SAM因此應(yīng)運(yùn)而生。在SAM諸多技術(shù)中，集成化、集中化是系統(tǒng)的基礎(chǔ);信息化體現(xiàn)了系統(tǒng)的通透性能;自動(dòng)化體現(xiàn)了系統(tǒng)的控制能力;而智能化則處于核心地位，體現(xiàn)并決定著系

2、統(tǒng)的整體水平。
　　從宏觀的角度來說，編組站的智能化可以分為三大領(lǐng)域:運(yùn)營決策的智能化、作業(yè)調(diào)度與執(zhí)行的智能化、作業(yè)設(shè)備控制的智能化。編組站作業(yè)執(zhí)行智能化屬于上述第二個(gè)領(lǐng)域，其研究的重點(diǎn)是:在列車配流與解編順序已經(jīng)確定的情況下，智能分配作業(yè)所需設(shè)備資源。
　　文章首先對(duì)編組站運(yùn)輸作業(yè)的業(yè)務(wù)進(jìn)行了分析，包括編組站在鐵路現(xiàn)行運(yùn)輸計(jì)劃與調(diào)度指揮體系中的作用和地位，主要工作與總體流程，三層計(jì)劃體系，以及作業(yè)執(zhí)行過程中的多崗協(xié)作關(guān)系。

3、文章指出，由于編制階段計(jì)劃的艱巨性，通過階段計(jì)劃調(diào)度、指揮現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)在許多編組站并未得到真正的實(shí)行，大部分車站采取依靠階段計(jì)劃引領(lǐng)，結(jié)合“分層處理、分而治之、多崗協(xié)作”的辦法來進(jìn)行作業(yè)調(diào)度與執(zhí)行。整個(gè)過程中，車站調(diào)度員作為主導(dǎo)者，通過與計(jì)劃區(qū)長(zhǎng)、調(diào)車區(qū)長(zhǎng)、場(chǎng)值班員等崗位之間的實(shí)時(shí)交互來實(shí)現(xiàn)協(xié)同決策與作業(yè)組織實(shí)施。
　　接著，文章研究了編組站作業(yè)執(zhí)行的數(shù)學(xué)模型，將作業(yè)執(zhí)行多目標(biāo)優(yōu)化問題簡(jiǎn)化為一個(gè)雙目標(biāo)規(guī)劃模型，以正點(diǎn)出發(fā)列車數(shù)最多并且

4、作業(yè)執(zhí)行代價(jià)最小作為總體優(yōu)化目標(biāo)。同時(shí)，文章分析了模型的約束條件，出于分層管理、分層決策的需要，將影響列車出發(fā)時(shí)間的因素分離為兩個(gè)部分，即固定的作業(yè)基本耗時(shí)和動(dòng)態(tài)的作業(yè)延遲耗時(shí)。作業(yè)基本耗時(shí)由車站調(diào)度在列車配流與決策解編順序時(shí)確定，作業(yè)延遲耗時(shí)則進(jìn)一步分解為到發(fā)線、編組線、調(diào)機(jī)、駝峰、進(jìn)路等資源運(yùn)用引起的耗時(shí)，分別由計(jì)劃區(qū)長(zhǎng)、調(diào)車區(qū)長(zhǎng)、場(chǎng)值班員在制定相應(yīng)資源分配方案時(shí)確定。
　　在業(yè)務(wù)分析與數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上，文章對(duì)作業(yè)執(zhí)行智能化的

5、需求進(jìn)行了分析，對(duì)作業(yè)執(zhí)行智能化的設(shè)計(jì)思路、技術(shù)框架進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出求解作業(yè)執(zhí)行優(yōu)化問題需要吸納大系統(tǒng)理論的“模型降階、結(jié)構(gòu)遞階、自律分散、人機(jī)協(xié)調(diào)”思想，從多個(gè)角度與多個(gè)層面構(gòu)建綜合的解題方案。
　　模型降階參考了奇異攝動(dòng)法的做法，即首先將模型進(jìn)行降階處理，分別對(duì)分離出來的變量進(jìn)行分析計(jì)算，然后將計(jì)算結(jié)果集結(jié)起來，進(jìn)行總體層面的協(xié)調(diào)再優(yōu)化。
　　多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)是大系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式，具有簡(jiǎn)化系統(tǒng)的分析和綜合、降低計(jì)算難度

6、、減少計(jì)算量、節(jié)省運(yùn)算時(shí)間、利于管理與控制、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)。因應(yīng)編組站的調(diào)度指揮組織結(jié)構(gòu)，作業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)采用由調(diào)度級(jí)、組織級(jí)、操控級(jí)組成的三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。
　　在自律分散系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合分布式人工智能，則構(gòu)成智能自律分散系統(tǒng)。編組站智能自律分散系統(tǒng)共劃分了三個(gè)智體組:系統(tǒng)管理智體組，后臺(tái)計(jì)算與服務(wù)智體組，人機(jī)交互智體組。系統(tǒng)中每個(gè)智體都是一個(gè)自律的單元，它們之間的聯(lián)系僅僅是通過智體數(shù)據(jù)場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，從而確保其自治性和弱耦合性。
　

7、　人與機(jī)器的智能集成是解決復(fù)雜大系統(tǒng)優(yōu)化問題的最有效的方法之一。構(gòu)造人機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)需要把握好兩點(diǎn):合理的人-機(jī)分工原則，友好的人-機(jī)交互界面。
　　文章提出了編組站作業(yè)執(zhí)行智能化系統(tǒng)的四層技術(shù)框架，由四庫層、智能支持層、后端服務(wù)層、前端層構(gòu)成。在智能化技術(shù)上，考慮到編組站作業(yè)執(zhí)行涉及諸多復(fù)雜的不確定性因素，建議采用多種智能算法與技術(shù)構(gòu)成混合型智能系統(tǒng)。
　　在編組站作業(yè)執(zhí)行智能化總體研究之后，文章分別對(duì)到發(fā)線、編組線、駝峰、調(diào)

8、機(jī)、進(jìn)路五個(gè)方面進(jìn)行了運(yùn)用智能化的研究，進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模、算法設(shè)計(jì)和算例分析。
　　到發(fā)線運(yùn)用智能化方面，提出以總體等線時(shí)間最短結(jié)合考慮到發(fā)線靈活運(yùn)用原則為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并采用遺傳算法作為它的優(yōu)化算法。
　　編組線運(yùn)用智能化方面，提出以動(dòng)態(tài)耗時(shí)最短與“固定使用、靈活借用”原則相結(jié)合為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并采用專家知識(shí)推理結(jié)合遺傳算法作為其優(yōu)化算法。
　　駝峰運(yùn)用智能化方面，提出以解體過程等待時(shí)間最短為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，使用產(chǎn)