新一代編組站調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)理念與實踐

何世偉

（北京交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，北京 100044）

1 適應(yīng)編組站綜合自動化的調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)概述

編組站是鐵路的重要組成部分和基層生產(chǎn)單位，專門辦理大量貨物列車的解體和編組作業(yè)，素有“列車工廠”之稱，編組站作業(yè)效率和質(zhì)量直接影響鐵路運輸?shù)男屎托б?，編組站在全路和區(qū)域路網(wǎng)中占有十分重要的地位。

1.1 國內(nèi)外編組站自動化發(fā)展概要

20 世紀(jì) 60 年代國外在對編組站進行設(shè)備改造、線路布局優(yōu)化、管理方式不斷改進的同時，大量采用先進的計算機電子設(shè)備及現(xiàn)代化管理手段實現(xiàn)編組站作業(yè)綜合自動化。例如，德國的慕尼黑北編組站和曼海姆編組站、日本的郡山編組站、美國的 Wash 編組站等。

我國鐵路編組站 1970 年在豐臺西建成第一座半自動化駝峰后，1984 年在南翔編組站建成了我國第一座采用國產(chǎn)小型機集中控制的自動化調(diào)速系統(tǒng)駝峰，開創(chuàng)了我國編組站自動化的先河；1986 年在山海關(guān)建成了我國第一個采用微機的駝峰溜放進路自動控制系統(tǒng)；1987 年我國第一個編組站車輛信息處理系統(tǒng)在株洲駝峰投產(chǎn)；1989年鄭州北編組站綜合自動化系統(tǒng)建成，主要包括上行駝峰自動化、推峰機車遙控、編尾微機集中及調(diào)度信息處理 4 個分系統(tǒng)，并實現(xiàn)了調(diào)度信息處理系統(tǒng)與駝峰自動化聯(lián)機，勾勒出我國編組站綜合自動化的雛形；其后 1993 年開通的石家莊編組站綜合自動化系統(tǒng)，第一次在編組站站調(diào)增加了調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)。

在引進方面，我國從 1987 年到 1997 年先后在鄭州北下行、徐州北、阜陽北、向塘西下行分別引進了美國 GRS 公司和美國 USS 公司的駝峰自動化系統(tǒng)，但是由于該系統(tǒng)對我國編組站運輸條件的不適應(yīng)，出現(xiàn)自動化設(shè)備不能滿足運輸需求的現(xiàn)象。

到 20 世紀(jì) 90 年代中期以前，我國編組站技術(shù)裝備還是以半自動化駝峰為主。自 20 世紀(jì) 90 年代中期以來，以 TW 系列駝峰自動化系統(tǒng)為代表的駝峰自動控制設(shè)備迅速普及。到目前為止，我國現(xiàn)有路網(wǎng)性編組站 15 個，其中 14 個編組站裝備了自動化駝峰，占94%；區(qū)域性編組站 17 個，其中 11 個編組站裝備了自動化駝峰，占 65%；地方性編組站 17 個，其中 12個編組站裝備了自動化駝峰，占 71%[1]。

為適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展需要，進入 21 世紀(jì)以來，我國又陸續(xù)在成都北、新豐鎮(zhèn)、武漢北、貴陽南等站開始修建新一代綜合自動化路網(wǎng)性編組站，并對鄭州北等一批老的大型編組站進行自動化改造，提高綜合自動化水平，編組站綜合自動化迎來新的重要發(fā)展時期。2007 年開通運營的成都北編組站綜合集成自動化系統(tǒng) (Computer Integrated Process System , CIPS)是基于現(xiàn)代管理、制造、信息、自動化、系統(tǒng)工程的綜合性技術(shù)，它將編組站作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，即列車到達(dá)、解體、編組、出發(fā)、調(diào)度指揮和計劃管理等全部活動過程作為一個不可分割的有機整體，以貫穿于編組站組織、管理與運營生產(chǎn)的生產(chǎn)調(diào)度計劃為核心，通過實現(xiàn)信息流的管理運行及信息流與車流間 (列車、車輛) 的集成，形成智能閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)行車、調(diào)車指揮與執(zhí)行自動化[1,2]。編組站調(diào)度系統(tǒng)是編組站 CIPS 的重要組成部分，通過生產(chǎn)調(diào)度協(xié)調(diào)運輸生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，進而實現(xiàn)車站運輸工作組織的優(yōu)化，對提高編組站編解列車質(zhì)量，縮短車輛停留時間，降低解編成本具有重要作用。

1.2 我國編組站調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展進程

作為編組站綜合自動化系統(tǒng)的重要組成部分，我國編組站調(diào)度系統(tǒng)的研究始于 20 世紀(jì) 70 年代，但真正的實用化開發(fā)還是在第一代編組站信息管理系統(tǒng)(Yards Information System, 簡稱YIS) 建成后，大致可分為以下 3 個階段。

第一階段 (從 YIS 建成使用——20 世紀(jì) 90 年代中期)。即編組站調(diào)車作業(yè)計劃輔助編制階段，以 1989年建成的鄭州北站綜合自動化系統(tǒng)為代表，包括后來陸續(xù)在全路各大編組站建成的類似系統(tǒng)等，這一階段的編組站調(diào)度功能一般包含在 YIS 中，調(diào)度計劃的支持方面只有鉤計劃而沒有如日班、階段等調(diào)度計劃功能，日班、階段計劃等編制幾乎全部由人工在紙質(zhì)的技術(shù)作業(yè)大表上實現(xiàn)。

第二階段 (從20世紀(jì)90年代中期——2006年)。采用計算機輔助人工編制階段計劃階段，其主要標(biāo)志是初步實現(xiàn)了站內(nèi)各種調(diào)度與運輸管理信息的共享，使用計算機取代人工鋪畫技術(shù)作業(yè)大表等。例如，1997 年北京交通大學(xué)與鄭州北站聯(lián)合開發(fā)的編組站智能調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)車站調(diào)度信息與 TMIS 班計劃及車流預(yù)確報信息、TDCS 列車運行階段計劃、車站YIS 現(xiàn)車信息，以及其他各類車站運輸信息的共享。全部取消手工畫大表，實現(xiàn)了全部調(diào)度工種及調(diào)度計劃無紙化，采用傳統(tǒng)優(yōu)化與智能優(yōu)化結(jié)合的方法提高了調(diào)度計劃的編制質(zhì)量[3]；2006 年鐵道部計算中心在豐臺站開發(fā)投入使用的 YIS2.0 系統(tǒng)，實現(xiàn)了車站技術(shù)作業(yè)圖表、貨運計劃等的電子化管理；其他車站如向塘西站等也開發(fā)了類似的系統(tǒng)。

第三階段 (從2006年至今)。即管控一體的編組站調(diào)度系統(tǒng)階段，其特點是有更完備的信息自動采集與集成功能，進一步實現(xiàn)了調(diào)度信息管理系統(tǒng)與車站作業(yè)控制系統(tǒng)、調(diào)度信息管理系統(tǒng)與多類安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合。例如，全路通信信號研究設(shè)計院開發(fā)的編組站綜合集成自動化系統(tǒng) CIPS，中國鐵道科學(xué)研究院與鐵道部信息技術(shù)中心共同研發(fā)的編組站綜合自動化系統(tǒng)SAM (Synthetic Automation of Marshalling Yard，簡稱SAM) 都體現(xiàn)了調(diào)度系統(tǒng)的管控一體化功能。

目前，CIPS 已在成都北、武漢北、貴陽南等新建編組站投入使用，YIS2.0系統(tǒng)也已實現(xiàn)對鄭州北、新豐鎮(zhèn)、哈爾濱南等站的技術(shù)改造與升級。值得指出的是，編組站調(diào)度系統(tǒng)從第二階段開始，在作業(yè)大表人機交互鋪畫基礎(chǔ)上，已開始考慮調(diào)度計劃的優(yōu)化及其一體化編制問題[4,5]，并逐漸在部分編組站調(diào)度系統(tǒng)中應(yīng)用。

2 新一代編組站調(diào)度決策支持系統(tǒng)的開發(fā)理念及實現(xiàn)功能

2.1 支持編組站集中控制和作業(yè)過程全面自動化

新一代編組站調(diào)度系統(tǒng)具有以下特點。

（1）以站調(diào)系統(tǒng)為核心，以車站作業(yè)技術(shù)大表為工具，實現(xiàn)編組站作業(yè)的集中控制。能夠自動接收鐵路局的計劃，自動進行車流推算；根據(jù)實際到發(fā)車流，自動完成各種作業(yè)計劃的編制和調(diào)整；將計劃和命令下達(dá)到車站相關(guān)崗位，隨時監(jiān)督各崗位作業(yè)的完成情況。

（2）根據(jù)站內(nèi)各項作業(yè)計劃，自動排列計劃的執(zhí)行順序，協(xié)調(diào)列車/調(diào)車進路控制，自動生成進路指令，適時將進路指令下傳給計算機聯(lián)鎖和駝峰控制設(shè)備執(zhí)行，并預(yù)排進路。對列車的到達(dá)和出發(fā)、調(diào)車機作業(yè)、本務(wù)機出入段、駝峰調(diào)車、尾部調(diào)車、取送調(diào)車等進路實行集中控制。

（3）實現(xiàn)推峰機車速度、駝峰車輛溜放速度、編尾平面調(diào)車進路、尾部停車器和脫軌器的自動控制。

（4）將駝峰無線機車遙控與調(diào)車機車安全監(jiān)控技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)調(diào)車機車的推峰作業(yè)遙控、自動控制和站場調(diào)車作業(yè)安全防護的綜合控制；調(diào)機動態(tài)信息在調(diào)度系統(tǒng)及技術(shù)作業(yè)圖表中顯示，實現(xiàn)編組站內(nèi)所有調(diào)車機車自動實時跟蹤與集中管理。

2.2 實現(xiàn)多源信息共享與有效集成

（1）實現(xiàn)鐵路局各縱向信息系統(tǒng)的信息共享，如接收上級的計劃和命令，向上級報告和匯報。

（2）實現(xiàn)車站各橫向子系統(tǒng)的信息整合與共享。主要包括機務(wù)、車輛部分的信息共享接口，實現(xiàn)站內(nèi)機車/車輛自動實時跟蹤，確保現(xiàn)車和信息系統(tǒng)的一致，采用綜合顯示墻集等手段集中表示站內(nèi)所有列車、機車、車輛的作業(yè)活動。增加站區(qū)綜合調(diào)度信息集成程度，車站調(diào)度可及時掌握機務(wù)段可用機車數(shù)量、車輛段檢修車狀態(tài)等信息，減少待發(fā)時間，提高發(fā)車效率；實現(xiàn)和鐵路局網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的接口，為大客戶服務(wù)打基礎(chǔ)；實現(xiàn)數(shù)據(jù)一次錄入全程共享。

（3）樞紐運輸組織一體化，實現(xiàn)了對編組站管轄中間站的現(xiàn)車信息、調(diào)車計劃、取送裝卸作業(yè)信息的集中管理，優(yōu)化了運輸資源，提高了運輸效率。

（4）新一代編組站調(diào)度系統(tǒng)還開發(fā)了調(diào)度電子交班分析系統(tǒng)、車站運輸指標(biāo)圖形化實時顯示系統(tǒng)、運輸統(tǒng)計分析系統(tǒng)、運輸暢通過程控制預(yù)警系統(tǒng)等延伸產(chǎn)品。

2.3 構(gòu)建一體化調(diào)度計劃體系以加強計劃可控性與可實現(xiàn)性

新一代編組站調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度計劃的協(xié)調(diào)性進一步增強，更好地實現(xiàn)了計劃的可控性與可實現(xiàn)性。

（1）實現(xiàn)了局站調(diào)度一體化，車站調(diào)度與鐵路局調(diào)度作業(yè)計劃協(xié)同編制、雙向互通，提高了計劃兌現(xiàn)率。

（2）體現(xiàn)總站調(diào)與站調(diào)計劃的協(xié)調(diào)，使雙向編組站列車入場、解編及機車安排與站調(diào)計劃更加合拍。

（3）實現(xiàn)階段計劃與鉤計劃一體化，將鉤計劃納入階段計劃體系，使站調(diào)預(yù)推車流與實際車站調(diào)車作業(yè)進度一致，提高階段計劃對車流的可控性與計劃兌現(xiàn)率。

（4）實現(xiàn)階段計劃的車流與調(diào)機、到發(fā)線利用一體化，體現(xiàn)車站站調(diào)、值班員、貨運調(diào)度工作的協(xié)調(diào)，使車站車流組織、移動設(shè)備及固定設(shè)備的利用更加合理。

2.4 體現(xiàn)安全監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)的融合

2.4.1 增強調(diào)度對車輛安全狀態(tài)的掌控能力

編組站車輛安全綜合檢測系統(tǒng)具備以下功能。

（1）采用車號自動識別、紅外軸溫檢測、超偏載檢測、超限檢測、視頻監(jiān)控等，為列檢、商檢、車號員提供信息自動化采集手段。

（2）利用行車安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)判斷超限狀況、超限級別及超限位置；檢測列車超載、偏載、車輪扁疤，以及車輛運行狀態(tài)；對車輛通過情況實時錄像；提供檢測結(jié)果的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)查詢和檢索。

（3）紅外軸溫監(jiān)測設(shè)備自動監(jiān)測運行中各種車輛的熱軸故障，并將監(jiān)測結(jié)果通過紅外軸溫傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至紅外軸溫監(jiān)測中心，對故障熱軸進行跟蹤預(yù)報和集中管理。

（4）結(jié)合車號識別裝置，通過紅外線軸溫跟蹤、熱軸預(yù)報與車次、車號相對應(yīng)，實現(xiàn)對任一輛車的信息跟蹤，為列車的軸溫全程跟蹤奠定基礎(chǔ)。

將車輛安全綜合檢測納入編組站綜合自動化系統(tǒng)，并向調(diào)度提供相關(guān)車輛安全信息，增強了調(diào)度計劃安排中對車輛安全狀況的掌控能力，降低了車輛故障導(dǎo)致的甩車等對編組站調(diào)度計劃及運輸組織的影響。

2.4.2 增強調(diào)度對貨物安全狀態(tài)的掌控能力

（1）將超限檢測系統(tǒng)、超偏載檢測系統(tǒng)、軌道衡檢測系統(tǒng)、危險貨物追蹤系統(tǒng)、出發(fā)列車安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)、站場視頻監(jiān)控系統(tǒng)等貨運系統(tǒng)終端整合至監(jiān)控中心，由同一終端輸出顯示；引入 TPDS 車輛運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，對超偏載檢測系統(tǒng)實現(xiàn)有效補充；引入現(xiàn)在車管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)貨車基本信息共享；引入車號自動識別系統(tǒng)，實現(xiàn)車號快速、準(zhǔn)確識別；引入TDCS調(diào)監(jiān)系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛運行軌跡動態(tài)追蹤；通過對上述貨運系統(tǒng)與行車系統(tǒng)的整合形成貨檢安全集中監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）貨檢安全集中監(jiān)控系統(tǒng)功能包括：①整合各貨運系統(tǒng)檢測信息，實現(xiàn)視聽預(yù)檢報警功能；②以現(xiàn)在車管理信息系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)階段計劃自動傳輸處理和貨檢作業(yè)信息綜合處理功能；③結(jié)合TDCS調(diào)監(jiān)系統(tǒng)，實現(xiàn)行車預(yù)告語音提示功能；④以檢測報警信息為源點，對扣車處理結(jié)果實現(xiàn)電報自動拍發(fā)功能；⑤實現(xiàn)對貨檢信息的自動統(tǒng)計與分析功能。

將貨檢安全監(jiān)控納入編組站綜合自動化系統(tǒng)，并向調(diào)度提供相關(guān)貨運安全信息，增強了調(diào)度計劃安排中對貨物裝運安全狀況的掌控能力，降低了貨物安全因素對編組站調(diào)度計劃及運輸組織的影響。

3 新一代編組站調(diào)度系統(tǒng)決策支持功能的若干關(guān)鍵技術(shù)進展

3.1 與調(diào)度決策相關(guān)的多源信息融合技術(shù)

伴隨編組站信息化的快速發(fā)展，目前相繼在編組站開發(fā)并投入使用的運輸生產(chǎn)控制與管理信息系統(tǒng)有：貨車管理信息系統(tǒng)、列車 (預(yù)) 確報管理信息系統(tǒng)、駝峰溜放作業(yè)過程自動控制系統(tǒng)、貨運計劃及制票系統(tǒng)、峰尾平面溜放聯(lián)鎖系統(tǒng)、電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)、編組站調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)、車輛實時跟蹤系統(tǒng)(RCT)、車號自動識別系統(tǒng)、鐵路運輸信息管理系統(tǒng)的班計劃系統(tǒng)、鐵路局階段調(diào)度計劃系統(tǒng)、樞紐行車實時監(jiān)控與報點系統(tǒng)等。這些信息系統(tǒng)的投入使用，改變了車站傳統(tǒng)的作業(yè)方式，改善了作業(yè)條件，減輕了勞動強度，強化了運輸生產(chǎn)安全機制，提高了人身、車輛安全和運輸生產(chǎn)效率，使車站的綜合運輸能力有了大幅度的提高，為進一步提高車站綜合自動化水平創(chuàng)造了良好的軟硬件環(huán)境。

由于上述信息系統(tǒng)是在不同年代由不同的開發(fā)人員在不同的平臺上各自獨立研究和開發(fā)的，各系統(tǒng)管理的信息和數(shù)據(jù)難以互相共享，系統(tǒng)之間存在著大量的重復(fù)信息，也難以在信息共享的基礎(chǔ)上對編組站運輸作業(yè)組織進行優(yōu)化，如何融合編組站這些信息，提高信息利用水平，已成為編組站綜合自動化實施與運輸生產(chǎn)效率進一步提高的重要課題。多源信息融合技術(shù) (Multi Sensor Data Fusion，簡稱MSDF) 作為對多源不確定性信息進行綜合處理及利用的理論和方法，通過對來自多個信息源的信息進行多級別、多方面、多層次的處理，可產(chǎn)生新的有意義的信息[6]。信息融合源于 20 世紀(jì) 70、80 年代的“數(shù)據(jù)融合”概念，現(xiàn)在已拓展為包括圖像、音頻、符號等的多媒體信息，它以統(tǒng)計推斷與估計理論、智能計算與識別理論為基礎(chǔ)，是組合多源信息和數(shù)據(jù)完成目標(biāo)檢測、關(guān)聯(lián)、狀態(tài)評估的多層次、多方面的過程。信息融合的目的是獲得準(zhǔn)確的目標(biāo)識別、完整而及時的現(xiàn)場態(tài)勢和威脅評估。隨著傳感器技術(shù)、計算機科學(xué)和信息技術(shù)的發(fā)展，各種面向復(fù)雜應(yīng)用背景的多傳感器系統(tǒng)大量涌現(xiàn)，使得多渠道的信息獲取、處理和融合成為可能，并且開始在編組站調(diào)度系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

編組站調(diào)度信息與調(diào)度計劃的關(guān)系問題，一直是調(diào)度計劃研究的重點領(lǐng)域，由于調(diào)度計劃是前后銜接并具有后效性的連續(xù)決策過程，特別是伴隨信息化水平的提高，部分大型編組站已開始考慮變革原有手工作業(yè)類似固定階段性調(diào)度計劃的管理模式，代之為編制周期更短的連續(xù)動態(tài)計劃，但多種融合信息如何進入調(diào)度計劃信息系統(tǒng)，存在以下選擇模式。

（1）隨時把各種最新信息更新到原有計劃系統(tǒng)中，但由于這些信息又處于不斷變動中，如果將所有變動信息都通知調(diào)度員，大量的無效甚至垃圾信息會使調(diào)度員應(yīng)接不暇，而且很多信息其實并不影響已有的最終決策結(jié)果；若不通知調(diào)度員，由于更新信息較多，調(diào)度員就可能由于沒有注意實時信息變化的情況，遺漏掉影響計劃執(zhí)行的重要信息。

（2）固定時間步長把各種信息更新到原有計劃系統(tǒng)中，其優(yōu)點是降低調(diào)度員負(fù)擔(dān)與計劃調(diào)整頻度，但是這樣可能會導(dǎo)致調(diào)度員掌握實時信息時間滯后，影響最終決策的制定。

（3）動態(tài)設(shè)置信息更新，根據(jù)信息變化對最終決策的可能影響，進行動態(tài)信息更新，并提示調(diào)度員。由于動態(tài)信息的有效更新能更好地滿足編組站調(diào)度計劃要求，這也是目前該領(lǐng)域研究的焦點所在。

此外，大型編組站調(diào)度系統(tǒng)有多層次的調(diào)度工種，不同工種調(diào)度員對實時信息的要求也不一樣，如值班站長 (或者總站調(diào)) 需要的是一些輪廓宏觀的信息，車站調(diào)度需要是中觀信息，車場(鉤計劃)調(diào)度需要的更微觀信息，也就是應(yīng)該根據(jù)用戶不同的信息梯度要求，向各工種調(diào)度傳遞信息；在調(diào)度計劃的編制與調(diào)整方面，目前主要考慮以下因素。

（1）調(diào)度決策系統(tǒng)應(yīng)該選擇最有利的時機，包括信息條件、控制條件等，充分利用各種融合信息與原有計劃進行有效銜接，生成魯棒性高的原始調(diào)度計劃。

（2）選擇在信息頻繁變動的最合理時機，調(diào)整計劃，以減少信息變化對決策的影響。

（3）不僅能提高計劃執(zhí)行的可靠性與完成質(zhì)量，而且能降低調(diào)度員的作業(yè)負(fù)擔(dān)。

對于如何確定信息更新的時機，人們開始嘗試多種不同解決的辦法。例如，北京交通大學(xué)相關(guān)研究課題組，針對上述編組站多源信息融合與調(diào)度魯棒計劃生成提出的冗余尺度辦法，通過診斷出影響計劃可靠性的信息變動或信息累計變動，動態(tài)生成信息時間的冗余尺度，可以根據(jù)不同調(diào)度信息需求及對計劃可調(diào)整性大小評估結(jié)果，控制更新信息頻率，減少信息噪聲或無效信息對計劃影響，提高計劃可靠性。這一方法突破了傳統(tǒng)隨時更新或固定步長更新信息作法的缺陷，但其融合信息的冗余尺度對調(diào)度計劃可靠性、可執(zhí)行性，以及調(diào)整性的影響機理及魯棒調(diào)度計劃優(yōu)化問題，仍屬于編組站綜合自動化調(diào)度優(yōu)化與實用化研究亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。目前，多源數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)仍在不斷深化，該領(lǐng)域正在取得積極進展的研究成果還包括以下內(nèi)容。

（1）調(diào)度計劃魯棒性與信息更新尺度關(guān)聯(lián)的多維時空網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與智能計算技術(shù)結(jié)合的多源信息融合冗余尺度的動態(tài)獲取方法。

（2）減少各種信息噪聲對調(diào)度計劃影響，防止數(shù)據(jù)相互沖突的分層智能信息融合模型中局部、全局信息融合的有效算法研究。

（3）基于多種不確定決策環(huán)境與模式下，基本調(diào)度魯棒計劃建模；短周期動態(tài)計劃編制調(diào)整中，不同信息源信息融合的觸發(fā)時機的確定，以及調(diào)度調(diào)整計劃的優(yōu)化方法等。

3.2 基于數(shù)據(jù)的調(diào)度優(yōu)化方法

調(diào)度決策優(yōu)化方法作為編組站調(diào)度決策支持系統(tǒng)(DSS) 的重要內(nèi)容，決策支持系統(tǒng) DSS 由于其對于半結(jié)構(gòu)化問題具有良好適應(yīng)性和能夠直接為決策者提供決策支持的特點，也較早被引入到了車站調(diào)度系統(tǒng)研究。從 20 世紀(jì) 70 年代開始展開鐵路編組站站調(diào)決策支持系統(tǒng)的理論框架研究。到20世紀(jì)90年代，編組站智能調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)構(gòu)架得以初步確立，在決策優(yōu)化方法研究方面，早期的研究主要針對鐵路編組站作業(yè)中的某一關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開。例如，運用運輸問題模型算法研究調(diào)度計劃中的車流推算問題；利用動態(tài)規(guī)劃和組合優(yōu)化的方法確定待解列車的解體順序；運用排序模型，根據(jù)各項技術(shù)作業(yè)的最早、最晚開工時間確定車列的解體、編組順序；運用排隊論模型研究車站作業(yè)改進問題及對車流接續(xù)延誤的影響。稍后，一些組合模型及優(yōu)化方法被逐步運用于編組站調(diào)度計劃優(yōu)化研究中，如運用車流接續(xù)關(guān)聯(lián)分析方法研究列車解體順序優(yōu)化問題，給出考慮車流推算與列車解編順序綜合協(xié)調(diào)模型與智能優(yōu)化算法，實現(xiàn)車流推算、調(diào)機運用與到發(fā)線運用的綜合優(yōu)化等；除傳統(tǒng)的運籌學(xué)方法外，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，研究者也開始將注意力轉(zhuǎn)向如何利用這些理論求解傳統(tǒng)理論不易解決的問題。例如，采用專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)相結(jié)合形成智能決策支持系統(tǒng)的方法解決此問題。采用遺傳算法、蟻群算法、免疫克隆算法等智能化方法或相應(yīng)復(fù)合算法實現(xiàn)上述問題的求解等。在優(yōu)化目標(biāo)方面，除車輛在站停留時間最小、列車出發(fā)計劃延誤率最小等傳統(tǒng)剛性優(yōu)化目標(biāo)之外，人們開始重視調(diào)度計劃的魯棒性問題[4]，研究提出剛性優(yōu)化 (如停留時間) 與柔性優(yōu)化 (如計劃的可實現(xiàn)性) 相結(jié)合的優(yōu)化方法，從而突破了傳統(tǒng)調(diào)度計劃優(yōu)化只是考慮某些硬性指標(biāo)的不足，開始將計劃可靠性、可實現(xiàn)性納入綜合優(yōu)化框架。目前運用不確定性優(yōu)化技術(shù)，研究解決不確定性環(huán)境下編組站魯棒調(diào)度計劃的優(yōu)化問題，已成為該領(lǐng)域研究的熱點之一。

隨著編組站綜合自動化系統(tǒng)的建成，調(diào)度計劃優(yōu)化與編組站各種信息關(guān)系日益密切，如何合理地利用各種調(diào)度相關(guān)信息，指導(dǎo)調(diào)度計劃尋優(yōu)過程，提高調(diào)度決策質(zhì)量，成為該領(lǐng)域研究需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，編組站調(diào)度優(yōu)化模型研究面向如下兩類復(fù)雜調(diào)度環(huán)境：一類為難以單純采用傳統(tǒng)優(yōu)化方法進行調(diào)度建模；另一類是雖可采用傳統(tǒng)優(yōu)化方法建立用于獲取全局或局部調(diào)度性能指標(biāo)及其相關(guān)調(diào)度特征指標(biāo)的調(diào)度模型，但因所建立的相關(guān)調(diào)度模型過于復(fù)雜，導(dǎo)致難以快速獲取全局或局部調(diào)度性能指標(biāo)及其相關(guān)調(diào)度特征指標(biāo)，從而無法滿足相應(yīng)調(diào)度算法對計算時間的要求。

針對上述兩種情況，基于數(shù)據(jù)的編組站調(diào)度建模及優(yōu)化方法研究在該研究領(lǐng)域得到重視和快速發(fā)展[7]，基于數(shù)據(jù)的編組站調(diào)度建模及優(yōu)化方法主要強調(diào)基于歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)及相關(guān)調(diào)度仿真數(shù)據(jù)，采用特征分析及分類/聚類、特征屬性的提取/約簡、函數(shù)關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系挖掘等數(shù)據(jù)挖掘手段和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗糙集、支持向量機、模糊集、主成分分析、進化計算等理論和方法，并結(jié)合仿真手段，建立基于數(shù)據(jù)的相關(guān)調(diào)度模型，或者基于數(shù)據(jù)動態(tài)確定相關(guān)調(diào)度模型的關(guān)鍵參數(shù)，以獲取編組站生產(chǎn)過程全局或局部調(diào)度性能指標(biāo)及其相關(guān)調(diào)度特征指標(biāo)。基于數(shù)據(jù)的相關(guān)調(diào)度模型應(yīng)反映全局或局部調(diào)度性能指標(biāo)及其相關(guān)調(diào)度特征指標(biāo)與相關(guān)調(diào)度模型的輸入變量 (包括調(diào)度環(huán)境變量、關(guān)鍵調(diào)度決策變量等) 之間的關(guān)系，以根據(jù)調(diào)度模型的輸入變量，獲得相關(guān)調(diào)度模型的輸出變量 (生產(chǎn)過程全局或局部調(diào)度性能指標(biāo)及其相關(guān)調(diào)度特征指標(biāo)值)。上述全局或局部調(diào)度性能指標(biāo)及其相關(guān)調(diào)度特征指標(biāo)可用于對調(diào)度策略進行性能評價，以及有效指導(dǎo)相應(yīng)調(diào)度算法的尋優(yōu)過程，以提高其尋優(yōu)效率和調(diào)度性能。

目前，基于數(shù)據(jù)的編組站調(diào)度問題建模方法研究主要存在以下難題。

（1）調(diào)度建模過程所涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘問題大多具有數(shù)據(jù)規(guī)模大、含噪聲、樣本分布復(fù)雜且存在缺失現(xiàn)象，輸入變量數(shù)多/類型混雜 (數(shù)值型/符號型等)，輸入/輸出變量間關(guān)系呈非線性、耦合和不確定等復(fù)雜性。

（2）所建立的相關(guān)調(diào)度模型應(yīng)具有較低的計算復(fù)雜度。

為有效解決上述難題，基于數(shù)據(jù)的編組站調(diào)度問題建模方法的研究應(yīng)主要包括以下內(nèi)容：復(fù)雜調(diào)度環(huán)境下的數(shù)據(jù)處理方法；基于數(shù)據(jù)的相關(guān)調(diào)度模型中輸入變量的提取和約簡方法；基于數(shù)據(jù)的相關(guān)調(diào)度模型的建模與性能評價方法；基于數(shù)據(jù)的相關(guān)調(diào)度模型關(guān)鍵參數(shù)預(yù)測方法；基于數(shù)據(jù)的相關(guān)調(diào)度模型與傳統(tǒng)調(diào)度模型的結(jié)合機制等。

3.3 多智能體的決策支持技術(shù)

Agent 的概念出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 70 年代的人工智能(Artificial Intelligence，AI) 中，隨著 AI 技術(shù)的發(fā)展Agent 也逐漸成長起來。由于分布并行處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，關(guān)于Agent的研究引起了科學(xué)界、教育界、工業(yè)界甚至娛樂界的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用也日益廣泛。近幾年，多Agent 理論應(yīng)用于編組站調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)的研究在我國也開始得到重視[5]。主要的工作包括基于 Agent 技術(shù)構(gòu)建更加靈活的編組站調(diào)度決策支持系統(tǒng)架構(gòu)；以多Agent 理論的思路和方法為主要設(shè)計思想，結(jié)合啟發(fā)式搜索、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等最優(yōu)化方法和模糊綜合評判方法進行相應(yīng)的計算機編制調(diào)度計劃相關(guān)模型、算法設(shè)計；利用多Agent技術(shù)和當(dāng)前可得的編程方法和語言，對調(diào)度系統(tǒng)的整體架構(gòu)、各類 Agent的模型、知識表達(dá)、Agent 之間的通信和協(xié)調(diào)機制等內(nèi)容進行探討，并結(jié)合我國編組站實例給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的雛形等。此外，將不確定性優(yōu)化、可靠性優(yōu)化、智能優(yōu)化等方法與編組站調(diào)度計劃多Agent的實現(xiàn)技術(shù)進行結(jié)合，也進一步拓寬多Agent技術(shù)的應(yīng)用范圍。近年來，多 Agent 技術(shù)與各種新的復(fù)合智能計算技術(shù) (遺傳算法、進化計算、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、禁忌搜索算法、模擬退火算法、蟻群算法、免疫算法、微粒群算法等兩種或者多種算法的組合) 結(jié)合，在基于多源數(shù)據(jù)融合的調(diào)度魯棒計劃優(yōu)化方面正取得積極進展。

3.4 支持一體化調(diào)度計劃實現(xiàn)的電子作業(yè)圖表管理與鋪畫技術(shù)

一體化調(diào)度編制技術(shù)是編組站信息化條件下，對傳統(tǒng)調(diào)度計劃編制技術(shù)的一次重要變革。其特點是依托信息化平臺，根據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)在特點，對原有不同工種手工技術(shù)作業(yè)圖表及信息支持內(nèi)容進行整合改進，實現(xiàn)調(diào)度工種作業(yè)的更有效融合，達(dá)到加強不同工種及計劃環(huán)節(jié)管理與控制，提高調(diào)度計劃可控性與可實現(xiàn)性的目的。目前該領(lǐng)域取得突破的關(guān)鍵技術(shù)包括以下內(nèi)容。

（1）對調(diào)度目標(biāo)的全面重新審視。從鐵路現(xiàn)有調(diào)度調(diào)控目標(biāo)、未來運輸產(chǎn)品變革及發(fā)展定位編組站調(diào)度系統(tǒng)的職能，以單車追蹤與調(diào)控為目標(biāo)，實現(xiàn)對車輛在編組站停留時間的全面控制，為未來開發(fā)基于運到期限運輸產(chǎn)品在編組站作業(yè)創(chuàng)造條件。

（2）加強鐵路局與站段調(diào)度協(xié)調(diào)。除車站調(diào)度與鐵路局調(diào)度協(xié)同編制班計劃外，在階段計劃等其他計劃環(huán)節(jié)執(zhí)行過程中，雙向互通，提高了計劃兌現(xiàn)率。

（3）總站調(diào) (或值班站長) 與站調(diào)計劃的加強策略。例如，原雙向編組站的總站調(diào) (或值班站長) 技術(shù)作業(yè)大表中，只涉及列車入場，有的編組站按列車到發(fā)編組站進行車流推算，不考慮列車解編順序?qū)嚵魍扑愕挠绊?，新的總站調(diào)調(diào)度作業(yè)大表則將車列解編順序等內(nèi)容納入其中，使總站調(diào)車流推算與上下行站調(diào)車流推算計劃更加一致，大大提升了計劃推算的質(zhì)量，這種加強策略已在豐臺西站值班站長系統(tǒng)中實現(xiàn)，并于 2008 年投入實際生產(chǎn)運用。

（4）階段計劃與調(diào)車鉤計劃一體化。將鉤計劃納入階段計劃體系，使站調(diào)預(yù)推車流與實際車站調(diào)車作業(yè)進度一致。具體做法是將傳統(tǒng)的編組站技術(shù)作業(yè)大表中的按去向集結(jié)車流變成按股道集結(jié)車流，使車站技術(shù)作業(yè)大表車流集結(jié)與編組站現(xiàn)車系統(tǒng)一致，即對車流的掌控由原來簡單的車組數(shù)變成車輛的完全現(xiàn)車或者確報信息。技術(shù)作業(yè)大表除支持階段計劃中解編取送順序確定外，還完全支持解編調(diào)車作業(yè)計劃的編制，包括對各種禁溜車的處理等，使最終調(diào)車鉤計劃編制與階段計劃推定計劃基本完全一致，完全突破了傳統(tǒng)階段計劃的輪廓性與鉤計劃脫節(jié)的問題，提高了階段計劃對車流的可控性與計劃兌現(xiàn)率。

（5）調(diào)度計劃的車流與調(diào)機、到發(fā)線利用一體化。調(diào)度計劃中車流推算、調(diào)機、到發(fā)線利用一體化與傳統(tǒng)技術(shù)作業(yè)大表的不同，在于將調(diào)度計劃的階段計劃與調(diào)車鉤計劃融合，且在技術(shù)作業(yè)大表中將車輛及調(diào)機作業(yè)位置及車數(shù)變化通過圖形化顯示，使調(diào)度計劃對車流的掌控除車輛詳細(xì)內(nèi)容外，還包含了其在車站作業(yè)的具體線路及位置，為實現(xiàn)計劃與控制一體化發(fā)展創(chuàng)造條件，這種情況多適用于貨運裝卸取送作業(yè)比較復(fù)雜的技術(shù)站，如包頭站調(diào)度系統(tǒng)就體現(xiàn)了上述特征。

4 結(jié)束語

通過對近20年來我國鐵路編組站調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀進行系統(tǒng)總結(jié)與分析，從支持編組站集中控制和作業(yè)過程全面自動化、實現(xiàn)多源信息共享與有效集成、構(gòu)建一體化調(diào)度計劃體系以加強計劃可控性與可實現(xiàn)性、體現(xiàn)安全監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)的融合等方面闡明了新一代編組站智能調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)的新理念及功能，通過剖析調(diào)度決策相關(guān)的多源信息融合技術(shù)、基于數(shù)據(jù)的調(diào)度優(yōu)化方法、多智能體的決策支持技術(shù)，以及支持一體化調(diào)度計劃實現(xiàn)的電子作業(yè)圖表管理與鋪畫技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的進展情況，探討了新一代編組站調(diào)度決策支持系統(tǒng)未來技術(shù)發(fā)展的方向。

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