機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制優(yōu)化和系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

劉永華

摘 要：鐵路運(yùn)輸在我國(guó)交通運(yùn)輸中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，做好鐵路機(jī)車的管理工作，是保障鐵路運(yùn)輸穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)和前提。結(jié)合機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的編制問(wèn)題和相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以期為鐵路機(jī)車的調(diào)度工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)車周轉(zhuǎn)圖；編制優(yōu)化；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；運(yùn)行周期

中圖分類號(hào)：U292.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.092

機(jī)車周轉(zhuǎn)圖依據(jù)的是機(jī)車交路、機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)制、乘務(wù)制度、乘務(wù)方式和機(jī)車最短折返時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)等機(jī)車工作計(jì)劃，是鐵路運(yùn)輸計(jì)劃的重要組成部分，也是組織機(jī)車運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。對(duì)于機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的編制，應(yīng)該充分考慮各方面的因素，以確保機(jī)車運(yùn)用效率的最大化、提高機(jī)車周轉(zhuǎn)速度，是需要鐵路機(jī)務(wù)部門重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

1 機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制優(yōu)化

機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的編制優(yōu)化是指結(jié)合實(shí)際情況，以最少的機(jī)車資源實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行圖上所有列車的動(dòng)力配置，也可以理解為機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間最短或機(jī)車臺(tái)數(shù)最少。在機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的編制過(guò)程中，存在許多的影響因素，比如機(jī)車交路、乘務(wù)制度和機(jī)車在自外段的技術(shù)作業(yè)時(shí)間等。根據(jù)運(yùn)輸計(jì)劃編制階段的差異，機(jī)車周轉(zhuǎn)圖可分為基本機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、分號(hào)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖和實(shí)際機(jī)車周轉(zhuǎn)圖等。一般情況下，在對(duì)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖進(jìn)行編制的過(guò)程中，需要遵循以下4個(gè)原則：①適應(yīng)鐵路運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需要，保證列車運(yùn)行圖和運(yùn)輸方案的有效實(shí)施；②加快機(jī)車周轉(zhuǎn)，縮短非生產(chǎn)時(shí)間，確保機(jī)車?yán)玫慕?jīng)濟(jì)性和合理性；③合理安排乘務(wù)員的工作時(shí)間；④合理安排機(jī)車自外段整備時(shí)間和地勤人員的作業(yè)時(shí)間。

在目前的機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制中有許多方法，通常是將機(jī)車周轉(zhuǎn)圖模型轉(zhuǎn)換為其他模型問(wèn)題，比如TSP模型、二分圖、時(shí)空網(wǎng)絡(luò)模型和最大流模型等，但這些模型通常都是針對(duì)成對(duì)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖進(jìn)行編制的。因此，在不成對(duì)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的情況下，需要設(shè)置單機(jī)開(kāi)行方案或機(jī)車附掛方案，而不同的方案會(huì)直接影響整個(gè)區(qū)段的機(jī)車周轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致編制問(wèn)題的復(fù)雜化。因此，本文提出了機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編織優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型：定義Sk（k=1，2，……K）為機(jī)務(wù)折返段車站，K為總數(shù)；Li（i=1，2，……M）為列車數(shù)量，M為總數(shù)；列車Li在運(yùn)行區(qū)段的始發(fā)時(shí)刻、終到

時(shí)刻和運(yùn)行時(shí)間分別為 、 和ti；牽引機(jī)車臺(tái)數(shù)和附掛機(jī)車

臺(tái)數(shù)分別為ni和fi；Tk為k站機(jī)車最短折返作業(yè)時(shí)間；aik為列車Li在Sk站是否停車并換掛機(jī)車，如果值為1，則停車并換掛，如果值為0，則不停；dik為列車Li在Sk站是否出發(fā)并換掛機(jī)車，如果值為1，則停車并換掛，如果值為0，則不停；xik為機(jī)車接續(xù)變量。其中，j≠i與機(jī)車臺(tái)數(shù)相等。如果同一臺(tái)機(jī)車先牽引列車Li，后牽引列車Lj，則xik=1，否則xik=0.

機(jī)車在折返站Sk的折返時(shí)間為：

以列車全周轉(zhuǎn)時(shí)間t值最小為目標(biāo)函數(shù)，可建立相應(yīng)的優(yōu)化模型：

約束條件為以下3點(diǎn)：①列車在區(qū)段出發(fā)車站和到達(dá)車站的接續(xù)機(jī)車總數(shù)不能超過(guò)機(jī)車總臺(tái)數(shù)；②機(jī)車接續(xù)必須滿足機(jī)車在折返站的折返時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；③機(jī)車只能在同一車站接續(xù)。

2 機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

從上述機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制的優(yōu)化可知，機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的編制工作是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，涉及多方面的因素和大量計(jì)算，十分煩瑣，對(duì)編制人員的專業(yè)技術(shù)要求較高。因此，編圖人員需要運(yùn)用性能完善的輔助支持系統(tǒng)，幫助其實(shí)現(xiàn)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的快速、準(zhǔn)確編制，從而縮短機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制周期。

2.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)的主要功能包括：①根據(jù)實(shí)際需求編制多個(gè)機(jī)車周轉(zhuǎn)方案，供編圖人員選比；②將機(jī)車周轉(zhuǎn)方案的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換并繪制為機(jī)車周轉(zhuǎn)圖；③支持手動(dòng)修改功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)節(jié)的修改和完善；④具有機(jī)車交路勾畫(huà)范圍選擇的功能，可根據(jù)相關(guān)指令，完成數(shù)據(jù)的篩選和轉(zhuǎn)換。

2.3 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)和管理系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)模塊又包含了機(jī)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)庫(kù)，從機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間最短的角度考慮，要想確保機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的有效性，就應(yīng)在機(jī)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置機(jī)務(wù)段信息表和機(jī)車牽引段信息表，并結(jié)合沿線車站的編號(hào)，與列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)庫(kù)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；管理系統(tǒng)主要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)和管理，以利于對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、分析，考慮到鐵路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度具有的靈活性和多變性，管理系統(tǒng)應(yīng)為用戶提供簡(jiǎn)單、方便的數(shù)據(jù)操作功能，并結(jié)合實(shí)際情況自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

2.3.2 模型庫(kù)和方法庫(kù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)涉及多個(gè)數(shù)學(xué)模型，對(duì)于機(jī)車周轉(zhuǎn)方案的求解過(guò)程，即是利用多種方法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解的過(guò)程。在模型庫(kù)和方法庫(kù)系統(tǒng)中，主要包括自動(dòng)勾畫(huà)機(jī)車交路模型、手工修改機(jī)車交路模型和提示信息模型。此外，該系統(tǒng)可為操作人員提供模型和方法的管理、應(yīng)用和修改功能，并通過(guò)人機(jī)對(duì)話保障有效實(shí)現(xiàn)上述功能。

2.3.3 對(duì)話系統(tǒng)

對(duì)話系統(tǒng)可使操作人員快速、直觀地了解系統(tǒng)工作的進(jìn)展情況，使系統(tǒng)接受操作人員的指令。對(duì)話系統(tǒng)包括3個(gè)組成部分：①輸入和輸出部分。操作人員輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，輸出相應(yīng)的機(jī)車交路和列車運(yùn)行圖，并繪制機(jī)車周轉(zhuǎn)圖；②狀態(tài)顯示部分。采用對(duì)話框或狀態(tài)欄的形式，直觀顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，方便操作人員管理；③人機(jī)對(duì)話部分。多采用對(duì)話框的方式實(shí)現(xiàn)，一方面，系統(tǒng)可接受操作人員的指令，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；另一方面，操作人員可對(duì)比系統(tǒng)提供的方案，實(shí)現(xiàn)合理取舍。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的編制是鐵路機(jī)務(wù)部門工作的重要組成部分，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠行нM(jìn)行起著不容忽視的作用，需要引起相關(guān)部門的充分重視，并從算法和系統(tǒng)兩個(gè)方面，對(duì)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的智能化編制進(jìn)行深入研究。

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〔編輯：張思楠〕