鐵路貨物裝載加固管理信息系統(tǒng)

周文升，雷定猷，張英貴

(中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410075)

鐵路作為國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，承擔(dān)著大量貨物的運(yùn)輸任務(wù)。鐵路貨物裝載加固管理信息系統(tǒng)涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息安全、數(shù)據(jù)庫、知識(shí)工程以及人工智能等相關(guān)技術(shù)，隨著我國鐵路信息化建設(shè)的快速發(fā)展，建立科學(xué)、安全的管理控制系統(tǒng)，保證貨物在鐵路運(yùn)輸過程中的安全和提高鐵路運(yùn)輸?shù)男示惋@得尤為重要。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

鐵路貨物裝載加固是鐵路運(yùn)輸組織工作的重要組成部分，在貨物的整個(gè)運(yùn)輸過程中，裝載是前提，加固是保證。為保證貨物和行車安全，增加鐵路貨物運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，亟需對(duì)貨物裝載加固安全影響因素、運(yùn)輸作業(yè)環(huán)節(jié)、貨物裝載加固材料的申報(bào)、裝載加固方案的申報(bào)審批、自動(dòng)生成、安全論證及管理信息系統(tǒng)等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。系統(tǒng)主要模塊如圖1。

1.1 網(wǎng)上申報(bào)審批子系統(tǒng)

圖1 系統(tǒng)主要功能模塊圖

鐵路貨物運(yùn)輸流程管理實(shí)現(xiàn)申報(bào)、審批計(jì)算機(jī)化管理。實(shí)現(xiàn)裝載加固方案的申報(bào)審批管理功能。主要包括：（1）申報(bào)。對(duì)新申報(bào)或未審批的方案，錄入或修改相關(guān)內(nèi)容，包括：發(fā)到站、車務(wù)段、鐵路局、托運(yùn)人，比照方案號(hào)、擬用貨車和裝車貨物的輪廓尺寸數(shù)據(jù)等。（2）審批。各審批單位的審批人員根據(jù)各自的權(quán)限對(duì)申報(bào)的方案進(jìn)行審批。（3）申報(bào)方案相關(guān)圖文的上傳與下載。提供方案申報(bào)時(shí)，貨物輪廓的側(cè)視照片、端視照片及方案批準(zhǔn)后，貨物裝車后的側(cè)視照片、端視照片、貨物裝載加固后的尺寸描述圖、貨物裝車錄像、申報(bào)方案的電子文檔及其它相關(guān)圖形的上傳、下載功能。（4）申報(bào)審批方案查詢。各申報(bào)單位對(duì)本單位申報(bào)的方案可以查詢。

1.2 裝載加固子系統(tǒng)

貨運(yùn)管理人員裝載貨物一般是遵循相關(guān)的鐵路規(guī)章制度和憑借多年積累的經(jīng)驗(yàn)來制定裝載方案。但鑒于貨物裝載時(shí)需要綜合考慮貨物形狀、車輛數(shù)量限制、貨物擺放間隔等多種因素，單純靠上述的方法存在工作量大、自動(dòng)化程度低、可靠性差和不適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展等缺點(diǎn)。因此為了實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸管理的自動(dòng)化，系統(tǒng)采用專家系統(tǒng)技術(shù)解決貨物配裝問題，主要有貨物運(yùn)輸車輛類型、貨物在車底板的擺放位置、各貨物隔離要求等。

1.3 比照方案自動(dòng)生成決策支持子系統(tǒng)

貨物裝載加固決策是一個(gè)半結(jié)構(gòu)問題，少數(shù)可以通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行決策，但絕大多數(shù)是裝載加固專家以人為的方式進(jìn)行決策的。為了提高貨物裝載加固的效率，這里采用知識(shí)模型來求解，即：根據(jù)給定貨物的特征和裝載加固要求，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)例推理，從數(shù)據(jù)庫中的既有定型方案中選取合適裝載加固方案，如與定型方案和暫行方案中貨物規(guī)格（包括單件重量、重心位置、外形尺寸、支重面長(zhǎng)度和寬度等）相近，裝載加固方法相同并且使用相同車輛裝載的貨物，然后比照該定型方案或暫行方案，對(duì)裝載加固方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成。

1.4 力值計(jì)算子系統(tǒng)

在列車運(yùn)行或調(diào)車作業(yè)過程中，裝載車輛上的貨物在各種外力的作用下，可能發(fā)生滾動(dòng)、移動(dòng)或傾覆。為了確保運(yùn)輸?shù)陌踩?，需要?duì)貨物的受力情況進(jìn)行分析計(jì)算，必要時(shí)應(yīng)采取加固措施。在力值驗(yàn)證子系統(tǒng)如圖2，審批人員只需導(dǎo)入貨物裝載方案號(hào)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)完成：（1）作用于貨物上的各種力的數(shù)值。（2）檢查貨物的穩(wěn)定性。（3）根據(jù)加固方法計(jì)算出加固后的各力值。（4）自動(dòng)生成word格式的力值計(jì)算報(bào)告。

圖2 力值計(jì)算界面

1.5 其它子系統(tǒng)

文電發(fā)布子系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)裝載加固方案的發(fā)布、其它相關(guān)文電文件的發(fā)布功能?；A(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)主要是各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表的增、刪、改功能，包括：各種類型車輛數(shù)據(jù)表、方案力值數(shù)據(jù)表、裝載加固定知識(shí)表、站段等基礎(chǔ)字典。系統(tǒng)管理子系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)裝載加固系統(tǒng)的相關(guān)管理功能，包括：用戶管理、系統(tǒng)參數(shù)維護(hù)、系統(tǒng)的備份恢復(fù)及操作日志等。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

鐵路貨物裝載加固管理信息系統(tǒng)由鐵路局、車務(wù)段（中心站）及車站3個(gè)層次構(gòu)成如圖3。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）鐵路局。鐵路局中心設(shè)有貨物管理服務(wù)器、管理終端、審批終端、LDAP服務(wù)器及認(rèn)證中心等。鐵路局貨運(yùn)處通過鐵路局中心管理實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路局內(nèi)貨物運(yùn)輸生產(chǎn)的統(tǒng)一規(guī)劃；局內(nèi)資源的集中調(diào)度；對(duì)車務(wù)段（中心站）申報(bào)的貨物裝載加固方案進(jìn)行審批；鐵路局內(nèi)貨物運(yùn)輸分析與統(tǒng)計(jì)；貨運(yùn)事故責(zé)任調(diào)查與跟蹤等。

（2）車務(wù)段（中心站）。車務(wù)段（中心站）貨運(yùn)科設(shè)有審批端口、管理終端、主要負(fù)責(zé)對(duì)本段或中心站、以及管轄車站所申報(bào)的方案進(jìn)行審批，若審批不了則上報(bào)至鐵路局貨運(yùn)處進(jìn)行審批；同時(shí)還負(fù)責(zé)對(duì)段內(nèi)日常的運(yùn)輸資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與調(diào)配。

（3）車站。車站設(shè)有申報(bào)終端，負(fù)責(zé)受理托運(yùn)人的貨物運(yùn)輸請(qǐng)求，向上級(jí)部門上報(bào)貨物運(yùn)輸方案，待上級(jí)審批后全面組織貨物運(yùn)輸工作。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 貨物平衡裝載

根據(jù)鐵路現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，假設(shè)前提條件：

（1）貨物的形狀為長(zhǎng)方體、球體和圓柱體；

（2）將貨物重心放置車底板的橫向中心線上，僅考慮貨物的縱向偏移量；

（3）貨物的排列為一維排列。

算法步驟如下：

（1）根據(jù)各貨物的長(zhǎng)pj（球體為其直徑）和各貨物間的間隔dij計(jì)算出組合后貨物總長(zhǎng)度L總和縱向允許最大偏移量α。從平車數(shù)據(jù)表中選取車長(zhǎng)大于L總－600的所有車型，并按照車長(zhǎng)升序置于數(shù)組car[i] 中。其中i={1,2,…,n}，i=1表示滿足上述條件的第1輛車，以此類推。初始化令i=1。

（2）根據(jù)《鐵路貨物運(yùn)輸規(guī)程》和《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》等要求，從car[i] 中選出第i輛車，并計(jì)算在此車裝載的條件下，貨物在各種排列順序下的縱向最小偏移量α計(jì)，左端突出車長(zhǎng)l左突和右端突出車長(zhǎng)l右突。

（3）若i>n，則搜索完畢，則暫無可行方案；若i≤n，α計(jì)≤α，l左突≤300，l右突≤300，則輸出裝載方案，算法結(jié)束；否則，則令i=i+1，返回（2）。

3.2 比照方案自動(dòng)生成

首先對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，從知識(shí)庫中選取特征最匹配的實(shí)例；然后根據(jù)規(guī)章要求去判別實(shí)例是否應(yīng)該修改，如果不需要修改，則該實(shí)例就是本次輸入的方案，算法結(jié)束；否則利用規(guī)則推理和調(diào)整有關(guān)參數(shù)來修正方案，并添加到知識(shí)庫中。具體算法步驟如下：

（1）初始化。輸入貨物的基本數(shù)據(jù)（本文選取貨物的重量、長(zhǎng)度、支重面長(zhǎng)、中心高、重心高、寬度6個(gè)參數(shù)）。

（2）全匹配。對(duì)知識(shí)庫建立索引，若知識(shí)庫中存在與待解問題相同的實(shí)例，則轉(zhuǎn)（5）；否則轉(zhuǎn)（3）。

（3）相似匹配。若實(shí)例庫中不存在與待解問題相似的實(shí)例，則暫無可行方案，算法結(jié)束；否則，提取出與待解實(shí)例N相似的實(shí)例集R，R={r1,r2,…，rm}，其中m為實(shí)例集的元素個(gè)數(shù)，轉(zhuǎn)（4）。

（4）計(jì)算各相似實(shí)例的優(yōu)度。遞歸調(diào)用算法計(jì)算每個(gè)實(shí)例的優(yōu)度Kj。按實(shí)例的相似度進(jìn)行降序排列，其結(jié)果為K1≥K2≥…≥Km。

（5）求解與調(diào)整。根據(jù)裝載模型與規(guī)則求解待解實(shí)例N的各項(xiàng)特征參數(shù)，直至所得的各項(xiàng)特征參數(shù)值符合《鐵路貨物運(yùn)輸規(guī)則》和《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》要求，則輸出方案，算法結(jié)束；若均不符合，則暫無可行方案。

3.3 自動(dòng)生成Word技術(shù)

裝載加固方案批復(fù)電報(bào)包括貨物發(fā)到站信息、貨物基本數(shù)據(jù)、裝載方案、裝運(yùn)辦法、審批意見、力值驗(yàn)證等諸多信息，一份信息完整、清晰且簡(jiǎn)潔的電報(bào)能給決策者提供良好的決策支持。

Word電報(bào)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)如下，主要代碼如圖4。

圖4 自動(dòng)生成Word主要代碼

（1）將需要寫到Word的數(shù)據(jù)封裝到Avalue-Falzjs和PowerValueFalzjs類里面。

（2）將預(yù)定生成的擴(kuò)展名為doc的模板電報(bào)（這里只有電報(bào)的框架，需要填入的信息用關(guān)鍵字替代）轉(zhuǎn)化成擴(kuò)展名為xml的文檔。

（3）把xml嵌入到JSP頁面中，將xml中的關(guān)鍵字用AvalueFalzjs和PowerValueFalzjs類的變量進(jìn)行替代。

（4）在JavaScript中用window.open()命令生成對(duì)應(yīng)的word文檔。

4 結(jié)束語

鐵路貨物裝載加固申報(bào)審批采用該系統(tǒng)后，從托運(yùn)、申報(bào)、審批直至交付，都在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理之下。高效的貨物運(yùn)輸業(yè)務(wù)辦理流程、合理的裝載加固方案決策不僅為貨物的安全、可靠運(yùn)輸提供了保障，而且增強(qiáng)了運(yùn)輸過程的透明度，降低了運(yùn)營(yíng)成本，提高了鐵路部門的工作效率和信息化水平。