冶金企業(yè)內(nèi)部鐵路網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分研究

陳建強(qiáng)，張 昱，李春明

（1. 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 通號處， 武漢 430063；2. 鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300142；3. 中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

冶金企業(yè)內(nèi)部鐵路網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分研究

陳建強(qiáng)1，張 昱2，李春明3

（1. 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 通號處， 武漢 430063；2. 鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300142；3. 中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

針對冶金企業(yè)內(nèi)部的鐵路線路呈網(wǎng)狀分布的特點，提出一種基于共鄰點矩陣與復(fù)合度函數(shù)、綜合考慮劃分子區(qū)域所需列車控制防護(hù)能力的線路網(wǎng)區(qū)域劃分方法，并應(yīng)用該劃分方法對某鋼廠企業(yè)的鐵路線路網(wǎng)進(jìn)行了區(qū)域劃分，該劃分結(jié)果有效地指導(dǎo)了區(qū)域控制系統(tǒng)控制范圍的設(shè)計與規(guī)劃。

冶金企業(yè)；內(nèi)部鐵路線路網(wǎng)；區(qū)域劃分；共鄰點矩陣；復(fù)合度函數(shù)；區(qū)域控制能力

鐵路運(yùn)輸是冶金企業(yè)生產(chǎn)的動脈，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸?shù)纳窠?jīng)中樞，區(qū)域安全控制系統(tǒng)（RSCS ，Regional Security Control System）作為列控系統(tǒng)的核心部分，是實現(xiàn)列車安全高效運(yùn)行最終執(zhí)行者。在冶金企業(yè)內(nèi)部，為了滿足企業(yè)內(nèi)部物料運(yùn)輸準(zhǔn)時性要求，列車的接發(fā)車作業(yè)和機(jī)車的取送作業(yè)等交叉同時進(jìn)行，整體鐵路運(yùn)輸十分繁忙[1]，若整個廠區(qū)鐵路運(yùn)輸只設(shè)置單個RSCS，則其所要控制的列車數(shù)將以百計，同時需要處理的數(shù)據(jù)量十分龐大，邏輯關(guān)系極為復(fù)雜，考慮到被自動控制的列車的登錄或注銷需盡快被響應(yīng)，從而及時獲得行車憑證以確認(rèn)其安全的運(yùn)行，最終完成相應(yīng)的運(yùn)輸任務(wù)，因此單個系統(tǒng)難以做到。另外，一旦單個系統(tǒng)發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)降級進(jìn)入人工控制模式，極大地降低運(yùn)輸效率，所以應(yīng)對冶金企業(yè)內(nèi)部的整個鐵路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，由多個系統(tǒng)分別控制。而合理的重疊劃分還可對重疊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)冗余控制，當(dāng)重疊區(qū)的某個控制子系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以由該重疊區(qū)上的其他子系統(tǒng)控制，進(jìn)而提高了重疊區(qū)安全防護(hù)的可靠性。綜上所述，合理安排每個RSCS的控制范圍，以實現(xiàn)其控制能力的最大化并獲得最佳的控制效果，對于實現(xiàn)冶金企業(yè)內(nèi)部鐵路運(yùn)輸?shù)淖詣踊刂凭哂惺种匾囊饬x[2]。

由于冶金企業(yè)內(nèi)部的鐵路線具有網(wǎng)狀分布的特點，若以冶金企業(yè)內(nèi)部各個生產(chǎn)車間內(nèi)的各個停車點、煉鐵高爐區(qū)各個高爐停車位、各個廠內(nèi)功能編組站和聯(lián)合編組站為頂點，各個頂點之間的鐵路線為連線邊構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型[3]，由于各個頂點之間可能同時存在多條鐵路線相連線路，線路網(wǎng)各個頂點之間的單條連線就具有了權(quán)重，且可雙向行車，因此線路網(wǎng)是一個無向有權(quán)的網(wǎng)絡(luò)。所以，合理安排每個RSCS的控制范圍問題就成了如何對此線路網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分的問題。

對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分的相關(guān)研究大體包含計算科學(xué)中的圖形分割[4～5]和社會科學(xué)中的層次聚類[6～8]，以及由Donetti和Newman等人提出結(jié)合二者優(yōu)缺點，引入一種衡量頂點間的相似性標(biāo)準(zhǔn)模塊度的結(jié)合譜分析和凝聚算法特點的算法[10～12]，并推廣到加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中。文獻(xiàn)[13]、[14]受模塊度思想的啟發(fā)，以頂點與頂點之間所擁有的共鄰點數(shù)作為區(qū)域劃分的衡量標(biāo)準(zhǔn)，由此將基于共鄰點矩陣和復(fù)合度函數(shù)的算法推廣到加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)果明顯優(yōu)于Newman等人基于模塊度的多區(qū)域劃分算法和其他的區(qū)域劃分算法。因此，參考文獻(xiàn)[14]，本文定義一個共鄰點矩陣和一個復(fù)合度函數(shù)，綜合考慮劃分子區(qū)域所需列車控制防護(hù)能力，提出一種針對企業(yè)內(nèi)部的鐵路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域劃分方法，最后利用這種劃分方法對某大型鋼廠鐵路網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分，分析劃分結(jié)果的有效性并據(jù)此劃分結(jié)果設(shè)計RSCS的控制區(qū)域范圍，控制結(jié)果表明所述劃分方法有效可行。

1 基于共鄰點矩陣與復(fù)合度函數(shù)的線路網(wǎng)區(qū)域劃分算法

區(qū)域劃分問題可描述為一個并行計算的問題：假設(shè)有n個來自各個頂點的運(yùn)輸任務(wù)需由x個RSCS完成，每個任務(wù)不一定和其他任務(wù)有直接關(guān)聯(lián)。所有的運(yùn)輸任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)模式由整個廠內(nèi)的鐵路網(wǎng)來表示，如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)中每一個頂點對應(yīng)一個運(yùn)輸任務(wù)，而每條邊就連接了一對需要直接聯(lián)絡(luò)的關(guān)系。區(qū)域劃分的問題就是如何分配這n個頂點（包含運(yùn)輸任務(wù)）到這x個RSCS上，使得每個RSCS處理的運(yùn)輸任務(wù)數(shù)近似相等，且各個RSCS之間連接的邊數(shù)最少，從而使各個RSCS之間的通信量最小（也就是發(fā)生區(qū)域交接的次數(shù)最少，因為區(qū)域交接會在某種程度上影響運(yùn)輸效率）。

當(dāng)企業(yè)內(nèi)部的鐵路網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模很大時，找到一個使各個區(qū)域安全控制系統(tǒng)之間連接的邊數(shù)最少，從而使各個區(qū)域安全控制系統(tǒng)之間的通信量最小的區(qū)域劃分問題的精確解是一個NP難問題，因此本文采用試探性算法以期求得滿意解。

1.1 帶有權(quán)重的聯(lián)結(jié)矩陣及其共鄰點矩陣

為便于描述，將上述線路網(wǎng)G抽象為一個由頂點集V(G)={1, 2,…, i,}和邊E(G)={(i1, j1), (i2, j2), …}組成的圖，若(i, j)=(j, i)，則G為無向圖，否則為有向圖[15]。若定義：

圖1 具有區(qū)域結(jié)構(gòu)的企業(yè)內(nèi)部鐵路線路網(wǎng)絡(luò)示意圖

則聯(lián)結(jié)矩陣A={aij}表示圖G中頂點之間的連接關(guān)系，由于上節(jié)所構(gòu)建的線路網(wǎng)是一個無向有權(quán)的網(wǎng)絡(luò)，因此 是一個非零元素代表邊的權(quán)重的對稱的0-1矩陣[13～14]，也就是把頂點之間有n條邊相連看作是權(quán)重為 的1條邊聯(lián)結(jié)著2個頂點，如圖2（b）所示為某簡易加權(quán)線路網(wǎng)的示意。若定義共鄰點矩陣 H，則其各個元素可表示為[14]：

由于只有當(dāng)?shù)趇個頂點和第j個頂點有邊相連時，aikakj=1，因此Hij表示頂點i和頂點j共有相同鄰點的數(shù)目。如圖2（a）中，頂點IV就是頂點I與頂點II的一個共鄰點，其共鄰點矩陣H的計算如圖2（b）所示。

圖2 簡易區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)及其共鄰點矩陣

而圖2（c）中，由于頂點I通過頂點IV到達(dá)頂點II的路徑有6條，因此可以認(rèn)為頂點I與頂點II擁有共鄰點（即頂點IV）的數(shù)量為6，其共鄰點矩陣H的計算如圖2（d）所示，其中非零元素代表邊的權(quán)重。

1.2 復(fù)合度函數(shù)

由于基于共鄰點矩陣區(qū)域劃分的算法是通過使區(qū)域內(nèi)部的頂點對之間擁有盡可能多的共鄰點，因此需要定義一個復(fù)合度函數(shù)，以度量共鄰點的多少，繼而通過尋找一種區(qū)域劃分使復(fù)合度函數(shù)最大，獲得算法搜索的終止條件。結(jié)合公式（1）和公式（2），參照文獻(xiàn)[11～12]中對隨機(jī)相連的網(wǎng)絡(luò)中兩個頂點有邊相連的概率表示，以di和dj分別表示頂點i和j的度，didj/n表示當(dāng)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)相連接時頂點對之間擁有的共鄰點的數(shù)目，復(fù)合度函數(shù)的定義如下：

其中∏ij表示頂點i和j的區(qū)域認(rèn)定函數(shù)，且

可見，Ψ體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)部頂點對之間擁有的共鄰點的數(shù)目與在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連的情況下的數(shù)目的差，也就是當(dāng)Ψ＜0時，網(wǎng)絡(luò)中將不存在區(qū)域結(jié)構(gòu)。

1.3 基于共鄰點矩陣和復(fù)合度函數(shù)的線路網(wǎng)的區(qū)域劃分算法

首先定義一個標(biāo)示向量Θ，其各個元素為：

則有：

因此，復(fù)合度函數(shù)為：

若定義對稱矩陣X為復(fù)合度矩陣：

則可將式（8）寫成：

由于X為實對稱矩陣，當(dāng)n個特征值互異時，利用其標(biāo)準(zhǔn)正交基η1, η2,…,ηn表示向量X，有寫成δi=ηT

iX代入式（10），可得到：

其中：ζi指X對應(yīng)的特征向量ηi的特征值。

若假設(shè)ζ1≥ζ2≥…≥ζn，通過選擇適當(dāng)?shù)摩膇使式（11）中的最大特征值的那一項在最大化Ψ'時發(fā)揮主要作用。在一般的譜分析中，若標(biāo)示向量?的選取無約束，則可選其正比于矩陣X的主特征向量η1（表示最大特征值對應(yīng)的特征向量），而式（5）中對?具有限定，因此?不能平行于η1，故只能選擇?盡可能平行于η1，獲得較好的次優(yōu)解，也就是令：

其中，ηi1表示主特征向量η1中的第i個元素。

上述過程可以總結(jié)為：首先求得復(fù)合度函數(shù)最大特征值的主特征向量，然后根據(jù)主特征向量中的元素符號把網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個區(qū)域。若復(fù)合度函數(shù)的最大特增方程為m重根，需要對其對應(yīng)的m 個特征向量Schmidt正交化，然后根據(jù)m個正交化后的特征向量中的元素符號把網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個區(qū)域，共有m種不同的結(jié)果。

至此，上述方法可將線路網(wǎng)劃分為兩個區(qū)域，然而這往往是不夠的。為了繼續(xù)進(jìn)行劃分，可以先假設(shè)其中一個區(qū)域為ξ，且該區(qū)域包含nξ個頂點，將上述劃分方法繼續(xù)用在區(qū)域ξ，繼續(xù)將其劃分為更小的區(qū)域。但是當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)被劃分為兩個區(qū)域之時，由于已刪去了連接這兩個區(qū)域的邊，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)部頂點的度發(fā)生了變化。為此，這里給出繼續(xù)劃分子區(qū)域ξ的過程中產(chǎn)生的復(fù)合度函數(shù)ψ的增量?Ψ計算公式：

其中：

重新定義針對區(qū)域 中頂點的復(fù)合度矩陣：

從而式（15）可以寫成：

由于式（16）與式（10）的形式相同，因而可與上述劃分兩個區(qū)域時使Ψ最大化的方法使?Ψ最大化來劃分區(qū)域ξ。文獻(xiàn)[13]根據(jù)復(fù)合度函數(shù)Ψ是否繼續(xù)增加作為是否終止劃分的條件，即當(dāng)?Ψ≤0（說明整個網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過劃分后各個子區(qū)域已經(jīng)不再存在區(qū)域結(jié)構(gòu)特征）時，終止劃分。但對于本文，如果只是參考上述終止條件將使劃分的區(qū)域范圍過小，造成RSCS控制能力的浪費(fèi)，進(jìn)而抬高了造價與成本。同時由于重根的存在，上述劃分方法可能得出多種劃分方案，本質(zhì)上，這些劃分結(jié)果只是考慮了區(qū)域之間交接最少的目標(biāo)，而未考慮RSCS控制能力的利用。因此，下文將參考系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)知識，結(jié)合實際，給出另一個綜合考慮RSCS控制能力區(qū)域劃分的終止條件。

1.4 各個控制系統(tǒng)的控制能力的計算及其能力邊界

在冶金企業(yè)內(nèi)部的線路網(wǎng)的相關(guān)運(yùn)輸中，各個頂點之間因為運(yùn)輸需求的存在而聯(lián)結(jié)在一起，這些運(yùn)輸關(guān)系包括接發(fā)車和取送車作業(yè)，前者主要對應(yīng)于鐵路局列車的運(yùn)輸作業(yè)，后者則主要是廠內(nèi)的生產(chǎn)運(yùn)輸。由于企業(yè)內(nèi)部的連續(xù)不間斷生產(chǎn)的特點，在一定的周期內(nèi)，各個生產(chǎn)車間對所需物資的運(yùn)輸需求相對穩(wěn)定，因此其鐵路線路網(wǎng)上各個頂點之間所運(yùn)輸?shù)奈镔Y種類和運(yùn)量相對比較固定，這使得對各個頂點的運(yùn)輸需求的確定提供給了可能，因而可以確定出各個頂點之間運(yùn)輸?shù)姆泵Τ潭?，進(jìn)一步確定子區(qū)域所需的RSCS控制能力?？紤]到所設(shè)計的RSCS的控制能力一般考慮單個系統(tǒng)同時能處理的可能同時存在：

（1）已設(shè)置的路徑數(shù)R；（2）已激活的TSLA（臨時限速服務(wù)區(qū)域）個數(shù)TSLA；（3）已激活的緊急區(qū)域個數(shù)EB；（4）控制的道岔組的范圍l道岔；（5）需要裝或卸的裝卸區(qū)個數(shù)FH；（6）登錄的列車數(shù)量V。

計算所劃分的子區(qū)域所包含的上述R、TSLA、EB、l道岔、FH和V的值，由于在特殊情況下，如果發(fā)生區(qū)間列車堵塞現(xiàn)象，這時列車運(yùn)行速度已經(jīng)下降，當(dāng)RSCS控制的列車數(shù)量超過RSCS容量時，新列車將無法呼叫RSCS以取得行車憑證正常運(yùn)行，因此，對于上述各個數(shù)目的值應(yīng)設(shè)定一定的冗余量?，各個冗余值?FH和?V根據(jù)各個區(qū)域的線路特點和生產(chǎn)設(shè)備商所提供的RSCS設(shè)備性能進(jìn)一步確定，本文分別取表1中的值。

表1 各個參量的冗余值

故所劃分的子區(qū)域需滿足式（17）成立：

其中：下標(biāo)為“子區(qū)域”分別表示劃分所得的子區(qū)域所包含的R、TSLA、EB、l道岔、FH和V的值，下標(biāo)為“max”表示單個RSCS所能監(jiān)控的 R、TSLA、EB、l道岔、FH和V的最大值，該值由設(shè)備生產(chǎn)商提供。式（17）即為RSCS的控制能力邊界。R、TSLA、EB、l道岔、FH和V值的計算方法如下：

（1）對于R，由于取消了軌道電路，不存在嚴(yán)格的路徑概念，因此計算路徑R的數(shù)量以所劃分的子區(qū)域內(nèi)所可能完成的運(yùn)輸任務(wù)所需要安排的路徑的最大值，這個值可通過機(jī)車車輛控制中心獲得，其根據(jù)調(diào)度任務(wù)綜合計算求得；

（2）對于TSLA，根據(jù)整個企業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)的全局地圖上的鐵路線路數(shù)據(jù)，當(dāng)子區(qū)域劃分出來后，只需在相應(yīng)的范圍內(nèi)搜索即可獲得；

（3）對于EB和FH的計算方法同（2）；

（4）對于l道岔，根據(jù)整個企業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)的全局地圖上的鐵路線路數(shù)據(jù)，確認(rèn)所劃分的子區(qū)域最大范圍不超過設(shè)定范圍；

（5）對于V，包括區(qū)間列車數(shù)量V區(qū)間、站內(nèi)停車數(shù)量V站內(nèi)以及RSCS控制分界口列車數(shù)量V分界口，即：

其各部分求解方法如下。

a.區(qū)間列車數(shù)量V區(qū)間

由于冶金企業(yè)內(nèi)部的鐵路運(yùn)輸基本都是貨物運(yùn)輸，且運(yùn)送不同貨物的列車具有不同的等級，在同一區(qū)間上采用的運(yùn)行速度也不盡相同，因此其運(yùn)行圖呈現(xiàn)非平行的特點，參考文獻(xiàn)[16]，將冶金企業(yè)內(nèi)部各種類型的列車定義成3個不同等級，并定義其相應(yīng)的扣除系數(shù)（即在運(yùn)行圖上鋪畫列車時需要從平行運(yùn)行圖上扣除的列車對數(shù)或列數(shù)），某鋼廠采用的扣除系數(shù)如表2所示[17]：

表2 扣除系數(shù)表

非平行運(yùn)行圖的通過能力η非的計算公式為[16]：

其中：K指一個T周中所包含的列車對數(shù)或列數(shù)，T周指平行運(yùn)行圖上任何一個區(qū)段的列車運(yùn)行線以同樣的鋪畫方式所排列的一組列車占用區(qū)間的時間，詳見參考文獻(xiàn)[16]，這里不再贅述；εI～εIII分別指等級為I～I(xiàn)II的列車扣除系數(shù)；ε摘掛指摘掛列車扣除系數(shù)； nI～nIII分別代表鋪畫在非平行運(yùn)行圖上的等級為I～I(xiàn)II的列車對數(shù)或列數(shù)； n摘掛代表鋪畫在非平行運(yùn)行圖上的摘掛列車對數(shù)或列數(shù)。

根據(jù)式（19）和表2的扣除系數(shù)，結(jié)合企業(yè)內(nèi)部已有的鐵路運(yùn)輸運(yùn)行圖，可求得區(qū)間列車數(shù)量：

b.車站停車數(shù)量V站內(nèi)

在計算區(qū)間列車數(shù)量V區(qū)間時，實際已經(jīng)考慮了車站正線股道上的列車，因此在計算車站停車數(shù)量V站內(nèi)時，只需要計算到發(fā)線的停車數(shù)，即待發(fā)列車數(shù)和調(diào)度列車數(shù)，這兩個數(shù)可分別由到發(fā)線股道數(shù)（每股到發(fā)線為1列）和車站的編組能力（一般每3條調(diào)車線有1輛摘掛機(jī)車作業(yè)）取其總和的最大值求得。

c.分界口列車數(shù)量V分界口

冶金企業(yè)內(nèi)RSCS的區(qū)間管轄范圍內(nèi)與外部一般有多處分界口，若n個接口處為雙線則取2列，m個接口處為單線取1列，共有車數(shù)2n+m列。

1.5 區(qū)域劃分算法

綜上，對于冶金企業(yè)內(nèi)部鐵路線路網(wǎng)區(qū)域劃分的最終算法如下：

步驟1：對冶金企業(yè)內(nèi)部的鐵路線路網(wǎng)G中的頂點進(jìn)行相應(yīng)的編號，求解G的復(fù)合度矩陣ΨG；

步驟2：求解復(fù)合度矩陣ΨG的最大特征值，若最大特征值不存在重根，轉(zhuǎn)步驟4；

步驟3：若最大特征值存在m重根，依次取其中一個重根，轉(zhuǎn)步驟4，并存儲每一種劃分結(jié)果；

步驟4：根據(jù)Lanczos方法求解最大特征值所對應(yīng)的主特征向量，根據(jù)主特征向量的元素符號把鐵路線路網(wǎng)劃分為兩個區(qū)域；

步驟5：根據(jù)上述方法及公式計算所有劃分結(jié)果中每個子區(qū)域的R、TSLA、EB、l道岔、FH和V的值，判定式（17）是否滿足，若滿足，則終止劃分，比較各個劃分結(jié)果，選取各個R、TSLA、EB、l道岔、FH和V的值最為接近的一組為最終解，否則繼續(xù)下一步；

步驟6：對于每一個子區(qū)域，用式（16）來代替式（10），重復(fù)步驟2；

步驟7：斷定Ψ是否繼續(xù)增加，即若?Ψ≤0成立，則終止劃分，否則轉(zhuǎn)到步驟2。

由于線路網(wǎng)具有較明顯的區(qū)域特征，對于頂點數(shù)為n，邊數(shù)為m的網(wǎng)絡(luò)，步驟2中線路網(wǎng)的復(fù)合度矩陣是一個稀疏矩陣，其主特征值λ2能很快從其他特征值中分離出來，因此步驟4中用Lanczos方法計算其主特征向量的時間復(fù)雜度約為m/(λ3–λ2)；而步驟5計算過程的時間復(fù)雜度為m+n，因此整體算法時間復(fù)雜度約為O(n(n+m))。

2 應(yīng)用示例

本文根據(jù)上述劃分方法，對某鋼廠企業(yè)內(nèi)部的鐵路線路網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分，并將自主研制的針對企業(yè)內(nèi)部鐵路運(yùn)輸區(qū)域控制系統(tǒng)軟件在自主構(gòu)建的冶金企業(yè)仿真環(huán)境中布置安排，通過其運(yùn)行結(jié)果來驗證本文所提劃分方法的有效性。圖3為某實際鋼廠的鐵路運(yùn)輸情況。

圖3 某鋼廠的鐵路運(yùn)輸狀況

其內(nèi)部共有原料站1個，中心庫1個，機(jī)務(wù)段2個，熱電站2個，連鑄連軋廠3個，線材廠2個，中板廠2個，煉鋼廠4個，煉鐵廠3個，軋鋼廠4個，工廠站4個，綜合料場2個，渣池3個，綜合利用加工廠1個，酸洗鍍鋅廠1個，鍋爐房2個，高爐5個，原料房2個，焦化站1個，焦化廠3個，燒結(jié)廠3個，其相應(yīng)的路徑數(shù)R為513條，TSR（臨時限速服務(wù)器）個數(shù)為126個，緊急區(qū)域個數(shù)EB為234，道岔組的范圍l道岔為21 km以內(nèi)，裝卸區(qū)個數(shù)FH為147個，車數(shù)量V為287列。上述鐵路線路網(wǎng)的區(qū)域劃分結(jié)果如圖4所示。

圖4 某鋼廠的鐵路線路網(wǎng)區(qū)域劃分結(jié)果

圖4 中，3次劃分把整個線路網(wǎng)劃分為4個區(qū)域：

區(qū)域1中：R=123條；TSR =34個；EB =67個；l道岔＜12 km；FH=36個；V=94列。

區(qū)域2中：R=166條；TSR =46個；EB =76個；l道岔＜14 km；FH=56個；V=57列。

區(qū)域3中：R=94條；TSR=19個；EB=43個；l道岔＜9 km；FH=23個；FH=63列。

區(qū)域4中：R=130條；TSR=27個；EB =48個；l道岔＜16 km；FH=32個；V=73列。

根據(jù)該劃分結(jié)果設(shè)計布置區(qū)域控制系統(tǒng)的控制范圍，應(yīng)用結(jié)果不僅實現(xiàn)了交接區(qū)域路徑最少，交界區(qū)的切換次數(shù)最少（相鄰區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)之間的交換數(shù)據(jù)量最少），簡化區(qū)域交接過程的復(fù)雜性，提高了安全可靠度，同時滿足每個RSCS的控制范圍在其能力之內(nèi)，且不至于太小（當(dāng)小于其控制范圍內(nèi)的列車在舒適運(yùn)行狀態(tài)下的常用制動距離時，將導(dǎo)致相鄰兩個區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)跨區(qū)呼喚而引起控制權(quán)的競爭，最終導(dǎo)致諸如“幽靈列車”出現(xiàn)等故障的發(fā)生，引發(fā)危險事故），各個RSCS的控制能力合理分布。

3 結(jié)束語

本文針對冶金企業(yè)內(nèi)部的鐵路線路呈網(wǎng)狀分布的特點，構(gòu)建線路網(wǎng)絡(luò)模型，參考復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)劃分的相關(guān)理論，提出一種基于共鄰點矩陣與復(fù)合度函數(shù)、綜合考慮劃分子區(qū)域所需列車控制防護(hù)能力的線路網(wǎng)區(qū)域劃分方法，并應(yīng)用該劃分方法對某鋼廠企業(yè)的鐵路線路網(wǎng)進(jìn)行了區(qū)域劃分，根據(jù)該劃分結(jié)果設(shè)計布置區(qū)域控制系統(tǒng)的控制范圍。應(yīng)用結(jié)果表明，本文所提出的劃分方法能有效地指導(dǎo)區(qū)域控制系統(tǒng)對列車控制范圍的設(shè)計與規(guī)劃，對于有效防護(hù)列車的安全運(yùn)行，實現(xiàn)鐵路運(yùn)輸?shù)淖詣踊哂袑嶋H指導(dǎo)意義。

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責(zé)任編輯 方 圓

Regional division of railway network for metallurgical enterprises

CHEN Jianqiang1, ZHANG Yu2, LI Chunming3
( 1. Communication & Signal Design & Research Dept., China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., LTD., Wuhan 430063, China; 2. The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142, China; 3. China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co., LTD., Beijing 102600, China )

metallurgical enterprises; railway network; regional division; common adjacency matrix; combined degree function; regional control capability

This paper focused on the railway net areal distribution in metallurgical enterprise, proposed a network partition method which was based on common adjacency matrix and combined degree function, considerated the required train control protection ability of each sub-area. The applications of this division method in a metallurgical enterprise showed effective feedback, guided the design and planning of the range of regional control systems.

2014-05-16

陳建強(qiáng)，助理工程師；張昱，助理工程師。

F530.32∶TP39

A

1005-8451（2014）11-0009-07