（交通运输规划与管理专业论文）DMIS系统中编制双线区段阶段计划的研究.pdf

北方交通大学硕士论文 摘要 本文对d m i s 系统中双线区段自动闭塞条件下利用计算机制定阶 段计划及其相关内容进行了较系统地分析和研究。在归纳总结已有成 果的基础上，主要进行如下两方面研究工作：一是结合d m i s 系统的 当前进展，把列车运行调整系统作为一个混杂系统，从宏观和微观的 角度进行了分析阐述，以提高人们对列车运行调整的认识；二是针对 以往研究中理论研究居多的现象，在新形式下，本着简洁实用的原则， 分析、设计、开发了列车运行调度辅助决策系统。 广f 面对论文内容作简要概述： 论文对d m i s 系统及其发展状况进行概括性介绍，包括d m i s 系统主要功能、基本技术结构和特点，对阶段计划制定的要求实 时性、实用性。 d m i s 系统是我国铁路调度指挥现代化进程中的重要工程项目， 它采用现代信息技术改造传统落后的调度方式，建立以通信、信号、 计算机网络、数据传输、多媒体等融为一体的3 级4 层( 即铁道部、 铁路局、铁路分局3 级和各站段的信息采集层) 集中式综合型现代化 运输调度指挥系统。 d m i s 系统建成以后，铁道部、铁路局可以实现对全路和全局的 行车进行实时、集中、透明指挥。部分铁路局与铁路分局可以用自动 化的手段调整运输方案，采用最佳控制进路指挥列车运行。大型客运 站，旅客向导和站调的列车信息实现真正的自动化。 计算机辅助行车调度系统( c a d ) 是分局d m i s 中心所必须具 备的一项功能。其主要功能是对运行图进行管理，目的： 一是充分发挥行车指挥系统的中央组钔- 、“t i e 力；、， 二是最大限度地减轻行车指挥人员的劳动强度；j 7 。 三是保证行车指挥组织的有序及安全。 ， 北方交通大学硕士论文 主要功能在分局范围内完成。 论文对列车运行调整问题进行了阐述，明确列车运行调整对整 个铁路运输的重要意义。介绍列车运行调整的相关概念，澄清人们认 识，对国内、外的相关研究成果进行总结和介绍，阐述值得借鉴的经 验和启示，提出工作进行中的难点问题。 对列车运行调整问题的研究已取得很多成果，这些成果的取得都 是作为与行车指挥自动化或列车运行监督密切相关的一部分得到发展 和壮大的。国外较为成功的是日本的c o s m o s 系统和德国的o m c ( o p e r a t i o nm a n a g e m e n tc e n t e r ) 系统。在我国，铁路新型列车运 行监督系统，以及进入二十世纪9 0 年代所开展的t m i s 、d m l s 、p m i s 等一系列的信息工程，都在实践上对列车运行调整问题进行了有益的 探讨，同时也为列车运行调整问题的研究提供了有力的支持。 论文分析了列车运行调整系统的特征，以混杂系统为出发点， 从宏观和微观两个角度分析、论述列车运行调整系统的本质，从而形 成较为全面的认识。 从宏观角度来看，以车站为观察点，列车的到达、出发和通过均 是离散发生的，属于离散事件，本质上，列车运行调整就是要恰当地 处理离散事件的发生时机。 从微观角度来看，列车运行就是指列车在外力的作用下沿轨道运 行。对时间而言，无论从速度，还是从位移角度来看，列车运行都是 一个相当经典的连续动态过程。列车运行凋整的微观本质就是对列车 运行这一连续过程的调度。 综合以上两个方面，列车运行调整系统是属于一类混杂动态统。 它在宏观上表现为d e d s ，在微观上又还原为c v d s 。 对于混杂系统的建模，由于其自身具有“连续状态系统用离散 事件系统描述的一致性” 3 8 1 ，因此本文把列车在区间运行也看作一个 离散事件，从而使整个系统简化为一个离散事件动态系统。在前人研 究的成果基础上，本文定义两类列车事件，建立统一的状态空问数学 模型，使之适用于两类列车事件的推导求解。 论文对冲突进行定义和说明，阐明求解与优化的策略，并在求。 北方交通大学硕士论文 解中运用人工智能的面向对象的知识表示：设计了知识表示中对象的 结构、推理机及其推理机工作机制：并对知识获取中的相关问题进行 说明。 我们把列车运行调整知识分成三类：事实性知识、规则性知识和 算法类知识。事实性知识可以作为对象类的属性；算法类知识可以作 为类对象的行为函数：规则性知识可以作为类对象的规则函数。 行车调度所涉及的对象可以分为列车对象类、车站对象类、区间 对象类三大对象类。论文具体描述了三个对象类的数据结构和主要实 现函数，并以事件触发作为推理机工作的机制，设计实现了智能求解 中的推理机。 论文对有关的难点问题进行了分析和探讨。详细介绍d m i s 系 统实施过程中，利用计算机编制阶段计划所遇到的困难，并提出了相 应的解决办法或思路。 在此基础上，论文设计实现了计算机辅助调度指挥系统，并从 总体需求、功能需求、功能模块、主要流程和功能等方面进行说明。 天矿卜，l ，5j ：辑、么、1 ，m l ” 0 歹。，l ? 发，。k ； a b s t r a c t ：i ti s p r a c t i c a lf o rr e a l i z i n gt h em o d e r n i z a t i o no fr a i l w a y t r a n s p o r t a t i o n t o i m p l e m e n tt h es t u d yo nt h et h e o r y a n da p p r o a c h e so f m a k i n ga d j u s t m e n t p l a n w i t h c o m p u t e r u n d e rd m i s ( d i s p a t c h i n g m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，t h ei n f o r m a t i o no ft h et r a i n sr u n n i n gi s r e a l t i m e u s i n gt h er e a l - t i m ei n f o r m a t i o n ，a d j u s t m e n tp l a n h a s s t r o n gb a s e o nt h eb a s e so fa n a l y z i n gt h ed e v e l o p m e n to fm a k i n ga d j u s t m e n tp l a n w i t hc o m p u t e ri nc h i n aa n da l lo v e rt h ew o r l d ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r da n e v e n td r i v e ns t a t es p a c em o d e l ，d i s c u s s e st h en o d e sa n dd e s i g n sas y s t e m o n c o m p u t e r k e y w o r d s ：d m i s ，t r a i no p e r a t i o na d j u s t m e n t ，d e c i s i o nm a k i n g ， a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n 北方交通大学硕士论文 前言 本文是作者在北京全路通信与信号设计研究院从事d m i s 系统研 制与开发的基础上完成的。 行车调度指挥是铁路运输组织的主要手段，直接关系到铁路运输 组织现代化的进程。利用计算机编制三小时阶段计划，则是行车调度 指挥现代化的重要课题。在不同历史时期( 我国从2 0 世纪6 0 年代开 始) ，这个问题都曾经被探讨过。从理论到实践上，都取得了不同程 度的进展。但由于利用计算机编制阶段计划本身十分复杂，同时又受 到历史条件的制约，以往的研究成果都或多或少的存在一些不足。而 且，由于阶段计划编制的实时性要求很强，对列车运行实时信息有较 强的依赖性，传统的调度监督系统在这方面显得力不从心，调度监督 系统的发展也是制约本问题发展的宅要因素。这些都使得本问题未能 得到很好的解决，值得我们进行进步的研究。 d m i s ( d i s p a t c h i n gm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m l 以网络技 术、计算机技术、多媒体技术为依托，代表了新一代的技术发展方向。 拟最终建成铁道部、铁路局、铁路分局和基层站段四级组成的集中式 综合型现代化运输调度指挥系统。铁道部负责全路的宏观管理；铁路 局负责管内运输组织，调度指挥和行车控制：铁路分局和部分铁路局 直接指挥行车，具体调度列车运行，控制列车车站进路；基层站段根 据从调度所通过计算机网络传来的进路控制命令，控制连锁，闭塞设 备，并与列车交换信息进而控制列车运行。以上四级中，站段是基础， 分局是关键。 本文立足于d m i s 分局系统，充分利用列车运行实时信息和区间、 车站股道占用信息，通过分析列车运行及其调整的特点，从混杂系统 的观点出发，对列车区间运行这一连续变量动态系统进行离散化处 理，在借鉴前人的基础上建立了相应的数学模型，以调度员的日常工 北方交通大学硕士论文 作方法和工作评价为目标，求解模型，从而得到阶段计划方案。求解 过程中，利用了人工智能中面r 甸x , 象的知识表示；并对实际工作中遇 到的一些问题进行了探讨分析。 限于作者的学识水平有限，本文之中肯定有诸多不当之处，恳请 各位老师、专家批评指正。 _ 一一 北方交通大学硕士论文 第一章d m i s 系统概述 建国以来，随着国民经济的增长，铁路建设也得到了迅速发展， 但铁路运输调度指挥系统的手段和设备却一直处于极其落后的状态， 基本上沿用过去的“一台电话、一只笔、把尺子、一张图”方式。 能获得的信息量少，实时性、可靠性差，影响了铁路运输能力的正常 发挥。为了改变这一落后局面，提高铁路运输管理的水平，提高运输 能力和服务质量，适应市场经济的发展和实现两个根本性的转变，1 9 9 6 年1 月18 日铁道部部长办公会议通过d m i s 工程实施可行性报告， d m i s 工程从此正式启动。 第一节d m i s 系统简介 1 d m i s 主要功能 d m i s 系统是我国铁路调度指挥现代化进程中的重要工程项目， 它采用现代信息技术改造传统落后的调度方式，建立以通信、信号、 计算机网络、数据传输、多媒体等融为一体的3 级4 层( 即铁道部、 铁路局、铁路分局3 级和各站段的信息采集层) 集中式综合型现代化 运输调度指挥系统。 d m i s 系统建成以后，铁道部、铁路局可以实现对全路和全局的 行车进行实时、集中、透明指挥。部分铁路局与铁路分局可以用自动 化的手段调整运输方案，采用最佳控制进路指挥列车运行。大型客运 站，旅客向导和站调的列车信息实现真正的自动化。 d m i s 系统实现上述功能的关键是采用现代化的信息技术、把全 国铁路( 近期是四大干线) 运行的列车动态( 车次号、位置、时刻、 速度) 信息实时地采集到铁路分局，并以此为根据求算出每次列车的 北方交通大学硕士沦丈 早晚点，进而统计出某个区段，乃至整个分局的正点率，分界口交接 车数。这些信息实时地传送到铁道部、铁路局，部、局中心自动分析 全路和全局的运行秩序。d m l s 生成每次列车的动态信息加上t m i s 在始发站输入的列车编组、去向，车号、货种、货主、机车号等信息， 就可以组成运、机、客、货、辆、工、电等各专业调度所需要的动态 信息，向有关调度提供实时显示，并按照规定形成各种文件和存档( 进 入数据库) 。 d m i s 系统数据库中还存放列车时刻表，计划运行图，工务线、 桥、隧及其地形、地貌资料，电网、供电资料，枢纽、站场图，列检、 红外线联网图以及气象状态等资料，供调用查询。 d m i s 与t m i s 的信息交换和两个系统的结合可以保证铁道部、 铁路局调度指挥所需的实时性、可靠性和完整性。 1 1 部调度中心实时监测功能 采用投影机背投方式组成主显示墙，向部调度人员提供全景显 示，并具有智能提示警告和多信息、多画面显示。近期工程主要包括 以下宏观监视的5 幅画面： ( 1 ) 干线区段的宏观监视画面： 提示各区段的列车运行秩序状态，用不同颜色区分正点率、 列车运行密度、客车运行冲突情况；可以由宏观至具体逐 步深入显示晚点地点及原因；可以调出某区段的现场实时 监视画面，显示列车追踪和区段的占用情况。例如，可以 追踪“专列”直到其在线路和车站内具体的区段位置，并 可显示某车站为专列准备进路和信号开放的情况； ( 2 ) 分界口宏观监视画面 按阶段报告交换车的均衡状况，用不同颜色区分正常、不 均衡、较大不均衡；开放交接车动态显示窗，显示分界口 的日计划数，当前实际完成数和预计全天完成数量，可以 顺序显示分界口，也可以单独查询，可以定时显示，也可 以预定显示；可以调出任一分界口的现场实时监视画面， 北方交通大学硕士论文 计划和实际运行图，气象、灾害、施工等信息： ( 3 ) 枢纽和编组站的宏观监视画面： 到达场的股道占用情况；大型客站股道占用情况和正点率 各枢纽的现场实时监视画面；气象、灾害、施工等信息； ( 4 ) 港口、口岸的宏观监视 提示港口的阶段及全日计划完成情况，口岸的存车情况； 显示气象、灾害、施工等信息； ( 5 ) 大型企业站的宏观监视 显示装卸作业情况和气象、灾害、施工等信息。 1 2 部调度中心管理信息系统处理功能 ( 1 ) 管理信息系统： 计划和实际运行图及自动描绘；交接车数动态显示；日计划编 制、修改、下达、回示及分阶段收集完成信息；部、局各项指 标完成情况统计和各种报表及图形。 ( 2 ) 全路运输技术资料库： 全路运营线路示意图、枢纽示意图、6 0 0 0 个站场图；编组站及 干线能力资料；工务线路、桥梁、隧道资料及其地形、地貌； 车辆段、列检所布点及红外线联网图：电网、供电图：运行图 技术资料；各分界口通过能力资料等。 1 3 调度指挥通信系统功能 ( 1 ) 干线调度通信系统： 调度信息能准确、快捷、实时处理；语言、数据、图象的传递 及交换。这是保证调度工作正常顺利进行的基础。 ( 2 ) 运输会议系统： 部至各铁路局运输部门j 日j 可随时召丌电话会议及传递会议文 件，减少不必要的人员流动。 1 4 铁路局调度指挥管理中心 9 北方交通大学硕士论文 其模式和功能大部分与部调度中心相同，部分铁路局还具有集 中控制功能，方式和分局相同。 1 5 铁路分局中心 随着铁路现代化程度的不断提高，为解决出现晚点、尽快恢复运 行秩序、充分发挥整个铁路区段运能的问题，分局不但是指挥中心， 同时也是行车控制中心。目前已有c t c ( 调度集中) 区段( 哈柳、大 秦) 开通使用，广深、郑武、京霸、朱店甥山、洛璜一赶水的c t c 正 在建设，除以上区段要接入d m i s 网以外，新建的c t c 也必须接入 d m l s 网。 除控制功能外，分局还应具有以下监督功能： ( 1 ) 集中监视车站、枢纽、区间列车运行情况，并为大型客站 提供旅客信息，形成实时监视系统： ( 2 ) 管内各站车次号输入、校对、跟踪； ( 3 ) 自动绘制及修改运行图，直接指挥列车运行； ( 4 ) 行车调度设置显示桌面。 1 6 枢纽调度控制监督中心 提高枢纽调度应变能力是发挥区间能力，提高整个区段通过能力 的关键。设置枢纽调度控制和监督是提高调度应变能力的有效措施。 另外，一般枢纽中包含一个或几个大型客站，有了概纽调度控制和监 督，可以很方便地向大型客站提供足够实时的行车信息，使客站站调 系统和旅客导向系统自动化，从而提高车站作业效率，实现旅客服务 系统现代化，改变铁路窗口行业陈旧、落后面貌，使铁路在人民大众 和领导面前树立起全新的形象。 2d m i s 基本技术结构及特点 2 1d m i s 是全路行车调度指挥、控制和管理的网络系统 d m i s 是覆盖全路的现代化铁路调度行车指挥管理和控制网络系 北方交通大学硕士论文 统，由铁道部、铁路局、铁路分局、4 二站4 级组成。其技术结构见图 1 1 1 。铁道部负责全路运输宏观管理。 图1 - l 一1d m i s 技术结构图 铁路局负责局管范围内运输组织调度指挥和行车控制。 部分铁路局和铁路分局负责直接指挥行车，具体调度列车运行、 控制车站进路：车站根据从调度所通过计算机网络传来的控制进路命 令，控制连锁、闭塞设备与列车交换信息进而控制列车。 以上4 级，车站是基础，分局是关键，只有这两级做到实时调度， 才能充分发挥铁路运能，提高行车效率，铁道部、铁路局才能实现管 北方交通大学硕士论文 理现代化。 d m i s 系统中分局必须通过计算机网络搜集管内列车动态信息( 即 每次列车、某一时刻所在位置及其早晚点时分) 、线路及车站股道占 用情况，一方面与运行计划比较，当列车正点时按运行计划控制进路、 指挥行车；当出现晚点必须调整运行计划时，d m i s 系统自动给出修 改后的运行计划，自动生成进路控制命令，通过计算机网络传送到车 站控制进路、信号，指挥列车运行、待避，迅速调整运行秩序。所有 控制、输出状态均回传到分局调度中心，并可以向铁道部及铁路局传 送，供各级管理部门对运行状态进行监视。 在实时掌握行车信息的基础上，d m i s 可以自动绘制实际运行图， 生成工作日志，统计正点率，分析晚点处所及原因，分析交界口完成 运输任务情况并向铁道部、铁路局传送信息，使上级单位实现宏观管 理。图1 1 2 是d m i s 分局系统功能简图： 图1 - 1 2d m i s 分局系统功能简图 国外经验表明：通过计算机网络实时交换信息，控制进路及列车， 比电话联络分散控制提高行车效率1 5 ，当出现晚点，自动调整运行 计划，迅速恢复运行秩序时取得的效益将更为可观。 北方交通大学硕士论文 在我国行车密度大，运能紧张，由于形势发展需要又必须不断提 高列车运行速度的情况下出现晚点的机会较多，采用d m i s 分局级网 络系统指挥和控制行车对保证列车，特别是旅客列车正点将会起到重 要作用。有了分局这样实时控制行车的基础，铁道部、铁路局就可以 实时掌握全路或全局整体行车状况，也可以通过计算机网络下达计 划，做到透明指挥，实现现代化管理。 实现现代化行车调度指挥的关键是：车次跟踪；股道、进路透明； 实时控制，核心技术是计算机网络。 2 2d m i s 网络与一般网络要求不同 可以看出，d m i s 网络是现代化铁路行车调度和控制的神经，特 别是部分路局及分局要形成从信息采集到控制现场设备和行车的闭环 系统，一旦运用将成为指挥、控制行车的中枢，绝不许延迟、失误和 停顿。因此这个网络从实时性、可靠性、安全性等方面具有比一般管 理信息系统更加严格的要求。 ( 1 ) 实时性： d m i s 与其它管理信息系统的重要区别之一，就是它是一个 实时过程控制、实时信息处理系统。它对信息传输、响应 时间有严格要求。d m i s 系统从信息采集、传输、处理，方 案制定，计划调整，控制决策，命令传输、校核到设备动 作，是一个闭环系统。在此闭环系统中大量列车同时运行， 许多信号设备同时工作。它们状态的变化是一个随机事件， d m l s 系统必须保证在信息高峰条件下，迅速、准确地捕捉、 采集到每个事件并及时传输、处理。整个系统循环、不 间断执行，不能被其它应用中断，而且要求在2 4 s 内完成。 因此，在实时性方面比一般管理信息系统要求严格得多。 ( 2 ) 可靠性： d m i s 是行车指挥、控制、管理系统，时指挥、控制列车运 行的重要支柱，必须保证每周7 2 4 h 连续工作，决不容许 延迟、失误和停顿。因此，d m i s 在系统结构，软、硬件设 北方交通大学硕士论文 计，信息格式，代码编制，集成测试，可靠性测试等方面 均应达到“容错”水平。信息在信道上传输也有特殊要求。 例如，误码率小于1 0 一；电码距离为6 ：采用自动反馈重传； 禁用纠错方法。 ( 3 ) 安全性： 由于d m i s 是一个行车指挥、控制系统，出现错误有可能 导致运行混乱和更严重后果。因此，d m i s 部分路局及分局 以下系统应是一个故障安全系统。另一方面，d m i s 还负责 专列跟踪等重要专业任务。因此，其系统结构及传输还必 须考虑不被窃密的安全性。 ( 4 ) 可用性： 为了保证铁路畅通及列车i f 点运行，d m i s 必须是一个冗余 系统。当一套设备故障时，应有另一套设备自动不停顿地 交替，同时还应将故障点自动诊断出来，并具有远程报警 功能，使维护中心有可能及时了解、尽快修复故障设备， 以便始终保持状态良好的后备设备。 由于d m i s 是个行车指挥系统，又具有控制功能，在实时性、 可靠性、安全性、可用性方面比一般管理性质的网络要求严格，所以， d m l s 与t m i s 不能合用一个局域网，但要相互实时交换信息，做到 资源共享。 第二节d m i s 系统对三小时阶段计划的要求 l 功能定义 计算机辅助行车调度系统( c a d ) 是分局d m i s 中心所必须具 备的项功能。其主要功能是对运行图进行管理，目的： 一是充分发挥行车指挥系统的中央组织能力； 二是最大限度地减轻行车指挥人员的劳动强度： 北方交通大学硕士沧文 三是保证行车指挥组织的有序及安全。 主要在分局范围内完成。 2 系统主要功能 2 1 基本运行图和基本数据的输入、显示和修改 基本运行图是铁道部颁布的年度运输计划中的列车运行图，内容 没有冲突，是所有计划的基础，基本运行图中包含以下信息： 车次号、列车种类别、列车运行优先级、列车的车站到发( 通过) 时分、停站时分、区间纯运行时分、起停车附加时分等。 计划和有关技术数据由人工离线输入。考虑到基本运行图变动的 周期较长( 一般为一年两次) ，即使发生变动也需要专人进行维护， 以保证其合法性和严肃性，所以基本运行图的修改也采用离线输入方 式。计划员通过一定的人机界面进行增删车次、修改到发点、修改车 次号等操作，新的基本运行图在指定时间或计划员申请时代替原有的 基本图。 2 2 日班计划的生成、显示、下达 日班计划是根据基本运行图及当天实际需要而安排的工作计划， 在2 4 小时内分为两个班计划。当天6 时至18 时为一班，1 8 时至次日 6 时为另一班计划。同班计划包括货运工作计划、列车工作日班计划 和机车工作日班计划。d m i s 系统只考虑列车日班计划运行图，并且， 系统内不主动生成日班计划，只负责接收来自计划调度员已经制定完 毕的日班计划。 2 3 阶段计划的生成、显示和调整 阶段计划以班计划为基础，结合列车运行的实际情况进行编制。 其目的是按计划行车，并随时处理突发情况( 如列车晚点、作业超时、 设备故障等) 。若异常情况的发生影响了列车的运行、就有必要重新 ! ! 杰奎堕奎堂堡圭堡茎 安排未来一段时间内的部分车次的运行。 阶段计划保持3 至4 小时的幅宽，并每隔2 0 分钟自动向前滚动 一次。调度员应能根据列车运行的实际情况修改阶段计划，增加、删 除列车等。 2 4 早晚点检测 系统监视列车运行的情况，并不断地同阶段计划进行比较，如列 车在某站到发早晚点超过规定值时，提醒调度员注意。由于我国机车 自动驾驶与无线电话等方面的限制，并且运行图编制时也没有考虑区 间点，所以阶段计划中列车运行时分没有区间内各点的运行时分，只 有各站的到达、通过或离去时分。 2 s 阶段计划的冲突定义和冲突检测 冲突的定义依据部颁的各种标准及实际工作中的需要予以确定。 确定后即可进行相应的检测工作，冲突大致可分为区间运行冲突、车 站作业时间间隔冲突、股道运用冲突等。阶段计划若发生变化，应立 即进行相应的冲突检测，并将不符合要求的地方显示出来。 2 6 冲突的人工调整 这里主要有三种情况，由调度员根据具体隋况进行调整。 其一是出现错误信息时，导致冲突发生，必须进行人工干预，辨 别真伪，修正错误，使得计算机能够继续工作。 其二是对于些冲突，由于规则或优化的缘故，无法进行冲突的 求解，对这样的问题必须由调度员进行必要的人工调整，给出一些计 算机无法直接获得的条件，或直接输入一些计划点。 最后，调度员可以用鼠标为工具，在屏幕上直接进行绘图。这里 提供了对调度员现有工作方式的一种完全模拟，可以作为非常情况下 的备用条件，也可作为新调度员的学习之用。 2 7 冲突的自动调整 ! ! 查銮堡奎堂堡主堕苎 冲突的自动调整主要通过两种方法。 其一是采用局部变更计划的方法来消除冲突，并应尽可能少影响 其他列车。调整原则可采用按列车优先级、列车先到先发、正点列车 先行或多种因素综合考虑。 其二是在保证计划能够正常运行的基础上，综合考虑相关的各种 因素，使某种指标较好或最好，如总晚点时分，正点率等。 2 8 列车日班计划、三小时阶段计划的上报、下达 日班计划、阶段计划确定或变化以后，应能将计划或变化传至各 个车站，使车站值班员能及时了解列车的到发计划，并进行确认后回 执。这体现了调度工作的基本原则，必须给以足够的重视，体现出调 度员在利用计算机工作中的权威地位。 3d m i s 系统对三小时阶段计划编制的要求 在d m i s 系统中，列车运行调整计划仍是行车调度的重要手段， 是指挥行车的神经。分局作为指挥、调度列车运行的中枢，首先要形 成从信息采集到动作现场设备的闭环系统，实现列车自动跟踪，为列 车运行计划自动调整提供实时、充足的信息；其次，要利用获得的信 息自动进行列车运行调整，实现行车指挥调度指挥自动化。因此，在 d m i s 系统中编制列车运行调整计划决不允许延误、停顿或失误。传 统手工方式显然不能满足d m i s 系统的要求，且与d m i s 系统的最终 目的相违背。利用计算机实现列车运行调整计划编制的自动化、智能 化，既是d m i s 系统的要求，也是发展的必然趋势。 快速、实用是d m i s 系统所提出的最基本要求。以往的研究成果 多数以理论研究为主，尽管有很多有益之处可供借鉴，但与实际应用 都有一定的差距。建立可实际应用的计算机辅助调度系统，最终实现 调度指挥自动化，是d m i s 系统的根本出发点。 _ - _ _ - _ _ _ - _ _ h - _ _ _ _ - _ _ _ ，_ _ - ，一 北方交通大学硕士论文 第三节列车运行调整问题的提出 列车运行调整是运输生产活动的重要环节。为保证列车运行安 全，完成列车运行图和日班计划，铁路在分局调度所设有列车调度员， 负责指挥一个区段内与列车运行有关的生产活动，对列车运行进行调 度。为实现这一任务，列车调度员必须熟悉与列车运行有关的生产人 员( 如车站值班员、运转车长、机车司机等) 和技术设备( 如线路平、 纵断面，车站到发线数量及其固定使用办法，机车质量，机务整备设 备以及信号、联锁、闭塞设备等) ，熟悉列车运行图、列车编组计划、 车站行车工作细则等技术文件和有关的规章制度，掌握气候变化对列 车运行影响的一般规律，善于针对不同条件和列车运行情况，灵活运 用各种列车运行调整方法，充分调动有关人员的工作积极性，组织协 调行车。 以分局调度员为最终用户，我国铁路信息建设的最终目标是建成 分局调度综合信息系统，它所含盖的包括货运工作同班计划、列车工 作日班计划、机车工作日班计划和列车运行辅助调度四部分。 其中前三个部分是t m i s 系统所应具有的功能，最后一部分 列车运行辅助调度则由d m l s 系统承担，并在整个d m i s 工程项目中 处于顶层、核心地位。因为分局d i l i s 系统是以调度员为最终用户，d m i s 成功与否的关键是能否减轻、直至最终代替调度员工作。只有d m i s 系统具备了列车运行辅助调度功能，才具有实际作用。 由于d m i s 系统的近期工程主要涉及的是四大于线，从线路条件 来看，均为双线区段。因此，本文进行的d 口提为双线区段。 另外，根据列车调度员的闩常工作和调度区段内设备性质，可以 把列车调度员的工作进行划分： 编组站、区段站列车始发计划； 中间站列车会让、越行计划； 摘挂列车甩挂计划； 施工封锁等特殊方面。 编组站、区段站列车始发计划和摘挂列车甩挂作业计划按工作性 i ! 查茎堡查堂堡主! 垒苎 质应属于t m i s 系统，需要和d m i s 共享信息来完成；而施工封锁等 特殊方面，由于造成了d m i s 系统信息的混乱，正确信息必须通过调 度人员手工输入，加剧了劳动强度，降低了信息的实时性，无法体现 出d m i s 系统的优势，目前不是解决的重点，因而缺乏进步处理的 依据和必要。 在此前提下，本文还对列车运行调整系统的本质作进步的分析 和探讨，在借鉴前人成果基础上提出列车运行调整系统的模型算法， 建立相应的计算机系统，并应用于实践。d m i s 系统中双线区段条件 下的列车会让与越行是本文研究的重点问题。 通过现场的实际调查和学习，目前调度员日常工作均为手工操 作，劳动强度大，效率不高。我们工作的目标就是使调度员脱离铅笔、 橡皮和图纸，通过方便的键盘和鼠标操作，完成原来复杂的脑力、体 力劳动，大大简化了其工作繁重程度。具体目标是：可以手工完成日 班计划的制定( 信息需要手工输入) ；实时收取列车运行信息，记录 实绩运行图，摆脱人工收点的烦琐工作；自动制定阶段计划和人工运 行调整相结合，完成阶段计划的制定。 本着上述目标，作者参与开发了“阶段计划的编制、下达、调整 执行”软件，工作范围从系统总体设计到详细设计，直至最后编写程 序代码，并且从1 9 9 9 年3 月起，在蚌埠分局调度所进行了软件实地 测试与维护工作。作为d m i s 系统分局子系统的组成部分，所开发的 软件已经在蚌埠、南京和上海等三个铁路分局调度所投入使用，减轻 了调度员的劳动强度，提高了工作效率，受到了调度员的普遍欢迎， 发挥了应有的作用。 北方交通大学硕士论文 第二章列车运行调整问题的概述 铁路运输是一个复杂的大系统，具有线长、点多、工种多、分工 细、连续性强等特点。为使各环节协调配合，必须实行统一指挥的管 理原则，在日常运输工作中，为统一指挥全路的运输生产活动，我国 铁路建立了四级调度机构：铁道部设置调度处( 调度中心) 、铁路局 设置调度科、分局设置调度所和车站( 主要是编组站、区段站、货运 站) 设置调度室。各级调度必须在上一级调度人员的统一指挥下，实 行分级管理。在分局调度所内，一般设有列车调度员，负责管理区段 内所有列车运行的工作。 第一节列车运行调整问题相关概念 为便于分析与理解问题，下面简要介绍本文一些相关的概念。 l 相关概念 列车运行图：是用以表示列车在铁路区间运行及在车站到、发或 通过时刻的文件。它规定各次列车占用区间的程序( 顺序) ，列车在 每个车站的到达和出发( 或通过) 时刻，列车在区间的运行时间，列 车在车站的停站时间以及机车交路、列车重量和长度等，是全路列车 运行的基础。 列车运行图一方面是实现列车安全、正点运行和经济有效地组织 运输工作的列车运行生产计划，它规定了线路、站场、机车、车辆等 设备的运用，通过列车运行图把整个铁路网的运输生产活动联系成 个整体：另一方面，它又是铁路运输企业向社会提供运输供应能力的 一种有效形式。 列车运行图是运用坐标原理对列车运行时间、空间关系的图形表 示。我国一般采用横坐标表示时间，纵举标表示距离。水平线表示分 界点中心线，水平线间的距离表示分界点间的距离，垂直线表示时间。 北方交通大学硕士论文 为适应使用上的不同需求，运行图按时间精度划分的不同可以分为三 种形式：二分格运行图、十分格运行图和小时格运行图。十分格运行 图主要供列车调度员在e l 常调度工作中编制列车调整计划和绘制实绩 运行图使用。 列车运行图的要素包括：列车区间运行时分；列车在中间站的停 站时间；机车在基本段和折返段所在站的停留时间标准；列车在技术 站、客运站和货运站的技术作业过程和主要作业时间标准；车站间隔 时间和追踪列车间隔时间 日班计划：是运输工作日班计划的简称，是运输生产的作业组织 计划，其目的是为了保证均衡地完成月度或旬度运输生产计划。一般 分为货运工作计划、列车工作计划和机车运用计划三部分。运输生产 活动中的装卸车、列车编解与运行以及交接等各项作业都是以日班计 划为依据而进行的。货运工作计划是制定列车工作计划的基础，机车 运用计划是实现列车工作计划的保障，列车工作计划是整个调度活动 的核心。列车运行调整计划是列车工作计划结合列车运行实绩情况的 具体实施，是调节运输生产任务的重要手段，在整个运输生产活动中 起着不可替代的作用。 列车工作计划：是确定一日内各分界站及各区段上、下行方向开 行列车的车次、列数、编组内容的计划。由于我国铁路运输组织工作 对列车编组和开行的基本原则是( 除摘挂列车和小运转列车之外) 必 须满足规定的牵引定数或规定的列车氏度方可开行。因此，由于车流 的变化，每天开行的列车数量将不一定与列车运行图规定的列数相 同。其主要内容有：技术站列车到发计划；分界站交接重空车及 列车计划；管内工作车输送计划和挂运计划；其他( 如施工封锁 计划、守车及特种车辆调度计划) 。 三小时阶段计划：也称列车运行调整计划，是列车调度员在值班 过程中，根据列车运行的实际情况，对未来3 小时或4 小时的列车运 行所进行的预测和计划。实际工作中，列车调度员首先致力于组织列 车正点始发，但列车在区段运行过程中，由于途中运缓、作业延误等 原因，往往始发正点的列车不能正点到达。列车调度员应根据列车运 北方交通犬学硕士论文 行的实际情况，贯彻“先客后货”、“先快后慢”的原则，按规定的列 车等级进行调整，尽可能使晚点列车恢复正点运行或保持一个良好的 运行秩序。 第二节相关研究成果 1 国外的研究与实践 国外对行车调度问题的研究工作开展较早，到今天已经有几十年 的历史了。关于这方面的研究主要集中表现在建立数学模型和求解过 程的研究。从总体上看，可把相关的研究工作分为三大类：模拟仿真、 数值分析和专家系统。 在国外，日本在列车运行模拟仿真方面起步较早，也取得了一定 的成果。与1 9 7 1 年开发了新干线列车运行模拟系统( s h i n k a s o nt r a i n s i m u l a t i o ns y s t e m ) ，安装在日本铁路技术研究所，对多方式列车运 行扰动时，各种调整策略的调整效果进行模拟，通过人机对话方式完 成实际调整。1 9 8 7 年1 1 月，又投入使用了e d p 子系统，但只具有列 车运行局部调整的功能，方式比较简单，由于日本的新干线是客运专 线，因而系统的适用范围受到了限制。同时我们也要看到，尽管模拟 仿真具有可控制性、可伸缩性、优化性的优点，但也具有自身的局限 性： 不是最优化技术，只是针对不同的具体决策，通过反复实验比 较得出一个比较好的结论； 模拟理论上是一种评价性的技术，不能自己产生决策和方案 随机抽样有误差。 关于分析方法的主要发展是引入效用评价函数，借助于分析调度 员的调整评价心理，通过效用评价方法对不同的运行调整方案进行比 选求解。 列车运行调整中运用专家系统，这方面的较早研究也是由日本首 先兴起的。利用专家系统，能以专家的水平处理困难问题，强调了特 定领域的问题求解策略，并可以与前两种方法相结合，效果很好。 ! ! 塑翌奎塑坐堕 可以说，国外在这方面的早期研究经验是丰富的。但同时我们也 应看到，国外关于列车运行调整的研究一般都是离线进行的，即列车 运行调整不是根据列车运行的实时信息制定方案，用以指挥列车运 行，而是独立于列车运行监控系统，通过对各种情况的扰动分析，用 计算机模拟各种延误和突发事件，分析各种调整策略的调整效果，供 调度员实际参考，因而无法满足实时性的要求。 进入二十世纪九十年代，随着信息技术的发展，国外铁路信息建 设有了很大发展，特别是在高速客运、重载货运、行车安全、运营管 理和服务现代化及自动化等方面取得突破性进展。从而带动了国外列 车运行调整的发展。这里主要介绍日本的c o s m o s 系统和德国的 o m c ( o p e r a t i o nm a n a g e m e n tc e n t e r ) 系统。 c o s m o s 系统：日本的新干线1 9 9 5 年投入使用的c o s m o s 系 统是在原有的列车运营管理系统基础上开发的，将列车控制、电力控 制、机车车辆调度运用、列车运行图生成和变更、放火报警信息、车 站旅客引导信息管理、维修管理和车站作业管理等功能集于体，各 子系统均连接在中央局域网上，形成闭路控制系统。这种控制中心可 控制上千或几千公里铁路上的列车群安全运行，对列车运行起到重要 作用。系统具备了正线列车的追踪功能和进路自动控制功能，进一步 实现了车站调车作业的自动控制，运行图打乱后为恢复列车正常运行 而提供的辅助运行调整功能。这肇面，运行调整功能对被打乱的运行 图迅速恢复正常有重复作用，为了使被打乱的运行图迅速恢复正常， 变成最佳运行图，需要调整运行图中的各种相关曲线。通过这些曲线 的直接调整，从而使运行调整变得容易，由于直接调整了运行图上的 各种关系曲线，也改变了发车顺序。 o m c 系统：德国铁路( d b ) 计划从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年1 2 月， 将全路4 万k m 路网上的行车指挥和调度业务全部集中到8 个行车调 度和控制中心完成。目前已在马德堡建成了一个中心，取得了较好的 效果和经验。另外7 个( h a n n o v e r ，b e r l i n ，d u i s b i n g ，f r a n k f u r t ， l e i p z i g ，k a r s r u k e ，m i i r c h e n ) 将于2 0 0 0 年1 2 月前完成。从马德堡 控制中心的经验看：先以基于计算机的监督和控制的联锁、自动进路 北方交通大学硕士论文 设置开始，逐步丰富列车定位管理、每日时刻表系统、时刻表偏差、 基本冲突的管理、基础设施监督功能，最后形成通过运行图进行调度 指挥。o m c 系统采用了基于知识的调度体系结构，通过列车描述与 基本设施监督获取实际运行状态，仿真预测列车动态，进行冲突检测， 以决策树的方式对冲突进行疏解。在此过程中运用的知识分为经验知 识、技术与操作限制和规则三类。主要的求解策略是旅客列车、重点 货物列车优先，总延误时间最少等。遵守设备和规则约束，具有通过 策略交互式选择的灵活性，可解释性强且易于维护。单一冲突的疏解 时间为1 2 s ，据称调整水平相当于一个有经验的调度员。 但在实际求解过程中仍会出现自动调整无法解决的冲突，必须人 工进行干预。同时利用决策树求解，为减少求解空间，一般预排计划 调整图上的范围只有5 0 6 0 m i n 。所有这些工作的前提是德国铁路一 般日计划兑现率很高，约为8 0 ，这里的计划兑现率不仅体现在数量 指标上，更主要体现在时间质量指标上。 2 国内研究成果 我国对列车运行调整问题的研究开始于二十世纪七十年代，已取 得很多成果，这些成果的取得都是作为与行车指挥自动化或列车运行 监督密切相关的一部分得到发展和壮大的。 实践上，我国最早于1 9 7 1 年前后，在天津至芦台间进行行车指 挥自动化局部功能实验，取得了一定进展，同时，铁道部又决定在京 津区段进行行车指挥自动化的试点工程。在大量调查研究和实验的基 础上，决定从日本方面引进包括计算机硬件、软件在内的综合技术， 之后，我国铁路科技工作者和闩本方面有关专家一起制定了系统功能 规格说明书。1 9 8 4 年以来，在引进日本软、硬件技术和设备的基础上， 有铁道部通信信号公司等单位联合研制了京津行车指挥自动化系统。 随后，铁路新型列车运行监督系统，以及进入二十世纪9 0 年代所开 展的t m i s 、i ) m i s 、p m i s 等一系列的信息工程，都在实践上对列车 运行调整问题进行了有益的探讨，同时也为列车运行调整问题的研究 提供了有力的支持。 b 方交通大学硕士论文 理论上，可对我国所进行的研究分类如下：一类是数学规划方法， 一类是模拟分析法。前者忽略列车运行的具体细节，将列车在各站的 到发时机加以抽象来构造数学模型，以便求解。后者模拟人的思维， 详细研究列车运行的各个环节。特别要指出的是，参考文献口0 j 引入离 散事件动态系统理论描述列车运行调整系统，为我们提供了一个有益 的启示。 第三节有关的难点问题 从行车组织方式看，国外铁路多为规划型，通过能力富余，基本 运行图上根据列车种类留有缓冲时间，这样可以做到尽快消除列车晚 点和突发事件引起的扰动，调整与调度较简单。我国铁路采用组织型 行车组织方式，基本运行图未给运行调整留有足够的时间余地，同时， 我国铁路运能与运量的矛盾相对尖锐，同常运输生产繁重、复杂，铁 路各区段的运输波动经常导致列车运行延误，这些使得运行调整十分 频繁、复杂。因而使运行调整具有一些先天的难点。本节主要分两个 方面概述。 我们知道，列车运行调整计划编制的重要依据是列车运行的实时 信息，只有基础坚实，才能有效的进行列车运行调整。下面就车次号 跟踪、列车时分自动采点、区间和车站股道占用、列车运行预测和与 t m i s 系统衔接五个方面对实时信息的难点进行分析。 1 车次号跟踪 车次号是识别运行列车的唯一依据，也是编制列车运行调整计划 和绘制实际运行图的基础信息。一旦车次号跟踪发生错误，对列车运 行调整的影响是显而易见的。目前，d m i s 系统中的车次号跟踪是既 有调监系统中的方案，即完全依靠现场采集系统所采集的各种表示信 息，经软件处理实现，因此受现场硬件性能影响大，车次号丢失、覆 盖现象严重；在车站停电或信号故障时会出现车次号跟踪不正常的情 北方交通大学硕士论文 况，必须由人工及时补输车次号，否则错误的车次跟踪结果将跟随列 车运行直到下一个调度区段。 为克服上述缺点，保证车次号的可靠跟踪，d m i s 系统应具备无 线列车车次号校核系统，作为既有调监系统方案的补充。车次号、机 车号、速度和列车位置信息取自机车信号，直接送往车站，并上传至 容错服务器。但机车信号本身不是行车的依据