朔黃鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)研究

孫永生,劉德勇,孫瑩瑩,楊靜霆

(浙江眾合科技股份有限公司,杭州 310051)

朔黃鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)研究

孫永生,劉德勇,孫瑩瑩,楊靜霆

(浙江眾合科技股份有限公司,杭州 310051)

為提高軸重300 kN以上重載鐵路運輸效率,建立基于車-地連續(xù)通信的調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng),通過對歷史運行數(shù)據(jù)進行充分的分析計算,得出優(yōu)化的列車運行計劃,并實時監(jiān)督列車的運行狀況,優(yōu)化行車密度,實時調(diào)整運行計劃,從而優(yōu)化列車運行策略,提高效益。

重載鐵路；調(diào)度優(yōu)化；調(diào)度集中

1 概述

朔黃鐵路承擔國家第二條西煤東運大通道的煤炭運輸任務[1]，在全國路網(wǎng)中占有重要地位，特別對加快沿線地方經(jīng)濟發(fā)展、保證華東、東南沿海地區(qū)能源供應、擴大我國煤炭出口能力具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

重載鐵路的運輸組織方案是大量開行萬t、2萬t重載列車，運輸密度大，車站的技術(shù)作業(yè)比較復雜[2，3]。

重載鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)是將一定數(shù)量或全部列車的調(diào)度指揮，集中在若干個甚至一個指揮中心統(tǒng)一指揮。在指揮中心，工作人員可以根據(jù)貨物的不同流向，科學地安排列車計劃，根據(jù)列車的實際運行情況，統(tǒng)一指揮和及時調(diào)整列車的運行[4，5]，在保證運輸安全的前提下使運輸生產(chǎn)效率達到最大化。

本文是在國家科技支撐計劃項目“軸重300 kN以上煤炭運輸重載鐵路關鍵技術(shù)與核心裝備研制”下，主要針對朔黃鐵路軸重300 kN以上重載列車調(diào)度，研制適用于朔黃鐵路重載運輸?shù)恼{(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

2.1 國外現(xiàn)狀

在一些幅員遼闊、資源豐富、煤炭和礦石等大宗貨物運量占有較大比重的國家，如美國、加拿大、巴西、澳大利亞、南非等[6-8]，重載調(diào)度集中發(fā)展尤為迅速，其技術(shù)特征與功能特征一般都經(jīng)歷了由繼電式、電子式發(fā)展到微機化調(diào)度集中；由單一的信號遙控、計算機輔助行車調(diào)度發(fā)展到綜合調(diào)度集中系統(tǒng)。

以計算機技術(shù)為基礎的調(diào)度集中系統(tǒng)向綜合化、自動化和智能化發(fā)展[9]，系統(tǒng)的功能更加完善，可靠性和可維護性越來越高，操作界面也越來越人性化。

2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

20世紀90年代中期，在廣泛吸取國外的先進經(jīng)驗的基礎上，鐵道部提出了建設集信號、計算機、網(wǎng)絡、通信技術(shù)為一體的鐵路運輸調(diào)度指揮管理系統(tǒng)TDCS (DMIS)，其核心是將鐵路列車、車站和區(qū)間的實時運營情況匯總到鐵路局及鐵道部等各級調(diào)度指揮中樞[10]，使各級調(diào)度人員能夠準確地制定運輸調(diào)度計劃，科學有序地指揮列車群的安全運行。TDCS(DMIS)整體技術(shù)于2001年通過了國家科技部組織的技術(shù)鑒定，并成功應用于蘭州、成都、烏魯木齊、呼和浩特等鐵路局。

2.3 朔黃鐵路調(diào)度系統(tǒng)現(xiàn)狀

朔黃鐵路的調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展也經(jīng)歷了一個從無到有，從簡單到復雜并不斷完善的過程。2000年，朔黃鐵路調(diào)度指揮工作還停留在“紙筆記錄，電話指揮”的傳統(tǒng)手工階段，大大制約了運輸生產(chǎn)的效率；2011年3月17日，朔黃鐵路調(diào)度集中(CTC)系統(tǒng)開通運行，至此朔黃鐵路調(diào)度指揮邁入了遠程操控列車智能輔助指揮階段，很大程度上減輕了調(diào)度指揮人員和車站值班人員的工作量，提高了工作效率[11]，從而大大降低了運輸成本。

3 調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)設計

調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)獲取列車的運行計劃信息、施工調(diào)度及臨時限速等信息，根據(jù)線路狀況形成列車運營計劃信息(運行時分信息、運行目標站點等)，通過LTE網(wǎng)絡將相關信息發(fā)送給重載列車智能操控系統(tǒng)。

調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)通過車-地無線網(wǎng)絡獲取重載列車智能操控系統(tǒng)采集的計劃編制初始條件相關的原始信息，主要包括司乘信息、列車編組信息、列車位置、速度、時刻、操作等信息，進行數(shù)據(jù)檢索、加工處理與優(yōu)化，輸出較科學且經(jīng)過優(yōu)化的初始條件到既有計劃編制系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的硬件平臺采用高可靠性的商用工業(yè)控制計算機及服務器。人機交互工作站安裝界面友好的Windows7操作系統(tǒng)，邏輯處理服務器安裝Linux6.5操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用Oracle。軟件采用強類型語言C++、C#編寫。

3.2 物理架構(gòu)

系統(tǒng)由工作站、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、通信前置服務器、防火墻、磁盤陣列、冗余網(wǎng)絡等構(gòu)成，如圖1所示。其中應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、通信前置服務器實現(xiàn)雙機熱備，以提高系統(tǒng)可靠性。

圖1 調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)物理架構(gòu)

通信前置服務器：實現(xiàn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)、計劃編制系統(tǒng)、車載智能操控系統(tǒng)等的接口。

防火墻：實現(xiàn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)與外部系統(tǒng)網(wǎng)絡隔離。

工作站：提供人機交互界面。

數(shù)據(jù)庫服務器及磁盤陣列：線路數(shù)據(jù)、運行計劃信息等的存儲。

應用服務器：數(shù)據(jù)分析、比較，優(yōu)化過程計算，生成優(yōu)化結(jié)果及控制信息。

仿真工作站：以真實線路數(shù)據(jù)為基礎，模擬列車運行，向調(diào)度優(yōu)化提供仿真數(shù)據(jù)。

3.3 軟件結(jié)構(gòu)

重載調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)軟件，分為人機界面、應用服務、配置文件、數(shù)據(jù)庫、通信服務等部分，如圖2所示。

圖2 調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

通信服務模塊與外部系統(tǒng)進行接口，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換、收發(fā)消息等。

應用服務模塊對大量數(shù)據(jù)進行分析、挖掘，計算優(yōu)化結(jié)果，并根據(jù)列車實時運行情況，對列車運行進行調(diào)整，同時將實時數(shù)據(jù)進行處理存入數(shù)據(jù)庫中。

人機界面提供人機交互的入口。

數(shù)據(jù)服務模塊負責數(shù)據(jù)的存儲。

4 系統(tǒng)功能

4.1 列車運行策略優(yōu)化

收集歷史實際站停數(shù)據(jù)，對不同類型的作業(yè)進行分析，按照作業(yè)流程，計算出優(yōu)化的作業(yè)時間、停站時間。

以朔黃鐵路線路數(shù)據(jù)為基礎，分析歷史列車實際運行數(shù)據(jù)，計算出歷史數(shù)據(jù)中不同編組、不同機車牽引的列車的優(yōu)化站間運行策略。

根據(jù)優(yōu)化的作業(yè)時間、停站時間、站間運行策略，生成的計劃運行圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化及實際運行圖

4.2 列車實時跟蹤

朔黃鐵路現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)軌道電路的出清/占用確定列車的大概位置。而調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)與車載智能操控系統(tǒng)通過LTE(4G)網(wǎng)絡實時通信，調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)可以實時獲取列車的具體位置信息，可以更精確地定位列車，如圖4所示。

圖4 列車實時跟蹤(圖中信號機、站臺等僅為示意)

4.3 調(diào)整列車運行

按照運行計劃實時監(jiān)督列車運行情況，根據(jù)不同列車的制動、牽引能力計算優(yōu)化的列車運行間隔。通過向車載智能操控系統(tǒng)發(fā)送調(diào)整信息(建議運行速度、站間運行時間等)，來調(diào)整列車運行或提醒司機。

緊急情況只能單線運行或側(cè)線運行時，在獲取故障線路區(qū)段的位置的基礎上，根據(jù)當前線路上列車運行情況，及時調(diào)整運行計劃，并下達給車載智能操控系統(tǒng)，用以提醒司機控制列車運行。

4.4 其他功能4.4.1 仿真

仿真工作站可以讀取朔黃鐵路實際線路數(shù)據(jù)，模擬信號設備狀態(tài)，模擬不同類型(不同編組、不同機車等)列車運行。同時可以實現(xiàn)人工注入故障/異常。在離線環(huán)境中，提供線路和列車運行的仿真功能，如圖5所示。

4.4.2 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測

提供系統(tǒng)監(jiān)測人機界面，監(jiān)測調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部設備之間的連接狀態(tài)及主備情況(圖6)；監(jiān)測各設備進程的工作狀態(tài)(圖7)；監(jiān)測與其他系統(tǒng)的連接狀態(tài)等。

圖6 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控界面

圖7 進程監(jiān)控界面

4.4.3 用戶管理

提供用戶登錄(圖8)、注銷功能，管理各用戶的操作權(quán)限。包括查看用戶信息、查看已登陸用戶、修改自身密碼、進行權(quán)限范圍內(nèi)的操作，如圖9 所示。

圖8 用戶登錄界面

圖9 用戶管理

4.4.4 事件報警信息提示

提供用戶登錄/退出、列車上線等事件及通訊斷開等報警信息的顯示，以提醒操作員(圖10)。

報警信息列表支持按照報警狀態(tài)、報警等級、報警時間進行排序，并支持根據(jù)報警狀態(tài)和報警等級進行篩選。

圖10 事件/報警信息界面

5 系統(tǒng)原理

重載鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)通過對大量歷史數(shù)據(jù)進行充分的挖掘和分析，計算優(yōu)化的列車運行策略，以線路數(shù)據(jù)為基礎，指導重載貨物列車群的運營。

通過連續(xù)的車-地通信，對列車進行實時跟蹤，監(jiān)督列車間的運行間隔，計算每列車運行的安全行車目標點(不同于軌道區(qū)段終點)，從而優(yōu)化行車密度，指導列車運行。

從現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)實時獲取線路異常狀況，及時調(diào)整運行計劃，并下達車載智能操控系統(tǒng)，供司機執(zhí)行或參考。

6 結(jié)語

朔黃鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)基于實際線路數(shù)據(jù)、歷史實際列車運行數(shù)據(jù)等計算出優(yōu)化的列車運行計劃；通過車-地連續(xù)通信[12]，實時監(jiān)督所有列車的運行情況，計算更加精細的安全運行目標點，可以優(yōu)化行車密度；根據(jù)線路異常狀況，適時調(diào)整運行計劃，可以第一時間給司機提供行車參考。

朔黃鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的研發(fā)對重載貨運線路的效益有積極、深遠的影響。

[1] 陳偉.朔黃鐵路重載運輸信息技術(shù)[J].北京：中國鐵路，2015(1)：51-54.

[2] 王秀娟.重載鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)的研究[J].北京：鐵路計算機應用，2009，18(2)：10-14.

[3] 趙志榮.朔黃鐵路公司CTC系統(tǒng)介紹[J].石家莊：石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學院學報，2013,12(1)：85-88.

[4] 趙小燕.朔黃鐵路分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)的設備安全域維護措施分析[J].北京：信息安全與技術(shù)，2014(6)：80-81，86.

[5] 陳雍君，周磊山.基于CTC重載鐵路行車調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究[J].鐵道學報，2008，30(4)：1-5.

[6] 錢立新.世界重載鐵路運輸技術(shù)的最新進展[J].機車電傳動，2010(1)：3-7.

[7] 闞鳳英，孫洪濤，戴新鎏，丁源.對我國鐵路重載運輸發(fā)展的建議[J].鐵道標準設計，2006(S)：35-37.

[8] 楊麗娟，丁學鋒，付昌友，等.澳大利亞某礦區(qū)配套鐵路重載技術(shù)選型研究[J].鐵道標準設計，2014，58(1)：45-49.

[9] 張劍.朔黃鐵路肅寧北站擴能改造的分析與建議[J].鐵道標準設計，2005(5)：17-20.

[10]鄭文宇，朱娜敏，陳雁冰.TDCS車站分機雙機熱備系統(tǒng)的軟件切換實現(xiàn)[J].鐵道標準設計，2011(5)：122-124.

[11]孟堅.提高神華鐵路運輸能力的對策研究[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2014，36(7)：40-44.

[12]孫永生，張友鵬，趙宇坤.移動閉塞列車自動防護系統(tǒng)仿真平臺研究[J].計算機仿真，2012，29(9)：371-374.

Research on Scheduling Optimization System of Shuozhou-Huanghuagang Railway

SUN Yong-sheng, LIU De-yong, SUN Ying-ying, YANG Jing-ting

(United Science & Technology Co., Ltd., Hangzhou 310051, China )

In order to improve transport efficiency of the heavy haul railway of over 30-ton axle load, the scheduling optimization system based on vehicle-wayside continuous communication is established. Through the analysis and calculation of the historical running data, train operation plan is optimized, train operation is supervised in real-time, driving density is optimized and operation plan is regulated in real time. Thus, the train operation strategies are optimized and benefits are improved.

Heavy haul railway; Scheduling optimization; Centralized Traffic Control (CTC)

2015-05-22；

2015-06-02

國家科技支撐計劃項目(2013BAG20B00)

孫永生(1986—)，男，工程師，2012年畢業(yè)于蘭州交通大學交通信息工程及控制專業(yè)，工學碩士，E-mail:sunyongsheng@unitedmne.com。

1004-2954(2015)12-0111-04

U292.4+2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.026