編組站機列銜接問題及對策研究

李瑞辰，臧永立，姚宇峰

（1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司，北京 100081；2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081）

編組站是鐵路樞紐的核心，承擔著大量的貨運列車解體、編組和機車換掛等作業(yè)。機列銜接問題是指自到發(fā)線編成待掛車列至車列掛機時止，機車與車列的接續(xù)作業(yè)。機車與車列能否緊密銜接，將直接影響編組站的運輸暢通，因此解決機列銜接不緊密的問題是提高編組站運輸生產效率、減少機車與車列在站停留時間的關鍵。

目前，國內外針對編組站機列銜接問題的研究尚不深入，作者鮑立群[1]針對機列銜接不緊密現狀，通過流程再造與信息共享，將機車叫班任務下放到車站總調度員，并設置駐站機調崗位，彼此協作完成精準叫班，但極大地增加了車站總調度員壓力；大多數針對機車運用方面的研究集中在日計劃機車周轉圖編制、加速機車周轉策略等方面[2-4]，對鐵路行車組織工作具有一定的指導意義，但并未真正解決機車銜接不緊密的問題。日計劃機車周轉圖表示的是機務段在一晝夜內各區(qū)段機車掛運車次及機車交路情況的圖表，由于各種外界因素影響，日班計劃與實際執(zhí)行的偏差會不斷累積，當偏差累積到一定程度時，機務段便無法按照機車日計劃機車周轉圖進行機車運用安排。因此，目前負責實際運用的機車調度員只能根據機車實際情況人工為出發(fā)階段計劃指定機車，缺乏對機車運用的預先估計，隨意性大，車流等機車、機車等車流的情況普遍存在，嚴重影響了編組站的正常生產運輸秩序。

本文針對編組站機列銜接現狀及問題進行分析，并從機務與車務信息脫節(jié)與缺少機車運用階段規(guī)劃現狀出發(fā)，分別提出構建機務車務信息共享機制與創(chuàng)建機車運用階段計劃對策。在構建機務車務信息共享機制方面，分析機務與車務需要共享的數據類型；在創(chuàng)建機車運用階段計劃方面，分析機車階段計劃編制流程，討論機車運用規(guī)則，建立了機車運用階段計劃編制模型，最后進行算例驗證。

1 機列銜接現狀及原因分析

1.1 機務與車務信息脫節(jié)

機務與車務分屬兩個不同系統(tǒng)，彼此之間缺少直接的信息交互。由于技術和設備的限制，使得本務機作業(yè)計劃的銜接和作業(yè)執(zhí)行進度只能依靠電話進行溝通。車務部門無法詳細獲知段內機車的整備、派班等具體情況，機務部門也無法掌握車站車流、機車摘掛等情況。

1.2 編制車站階段計劃未考慮計劃機車

由于車站總調度員無法獲知機務段內機車狀態(tài)與派班情況，因此在車站總調度員編制車站階段計劃時缺少對計劃機車的考慮，所以經常出現車列編組完畢，但缺少滿足要求機車而導致無法開車，占用到發(fā)線資源，浪費機車與駝峰資源。

1.3 機車叫班模式有待改進

目前，大多數鐵路局的機車叫班模式是由鐵路局調度所統(tǒng)一指揮，自上而下發(fā)布機車叫班計劃[6]。但調度所機車調度員往往不能準確獲知機車的實際狀態(tài)及車流編組進度。僅依靠機車周轉圖及行調階段計劃進行機車叫班，不適應當前的運輸組織要求。

1.4 機務段對機車運用缺少階段規(guī)劃

當前，無論是采用鐵路局調度所機車叫班模式，還是車站總調度員叫班模式，針對機車運用的預先規(guī)劃只有機車日班計劃，但是隨著時間推移，日班計劃誤差越來越大，日班計劃就喪失了參考意義。因此，如果能根據車站階段計劃自動編制機車運用階段計劃，并將機車運用計劃共享到車站，那么機車運用銜接問題將大有改善。

2 構建機務車務信息共享機制

2.1 機務向車務共享的信息

（1）機車狀態(tài)信息及機車交路信息

機務段信息管理系統(tǒng)中含有段內機車的機車狀態(tài)及機車交路等信息，根據到達階段計劃與機車實際周轉圖推算出未到站的在途機車的機車交路信息。將機車狀態(tài)信息及機車交路信息共享給車務系統(tǒng)，供車務部門作業(yè)時參考，并作為車務系統(tǒng)編制階段計劃時的機車依據。

（2）機車階段計劃及機車叫班

將機務段機車階段計劃和機車叫班情況共享給車務系統(tǒng)，車站調度員可以根據機車階段計劃有選擇性地下達解編車作業(yè)，優(yōu)先編組有機車供應的階段計劃。

2.2 車務向機務共享的信息

（1）車站到發(fā)階段計劃

將車站到發(fā)階段計劃共享給機務段，機務段可以按照車站階段計劃提前規(guī)劃機車運用階段計劃，方便機務段隨時安排及優(yōu)化機車交路。

（2）車流編組進度

將車流編組進度共享給機務段，機務段根據車流編組進度調整叫班機車出段時機，防止車流未編組完全，機車出段的情況發(fā)生。

3 制定機車運用階段計劃

3.1 機車運用及調整流程

機列銜接問題是一個分類指派問題，即以機車最早可出段時間作為指派指標，將運用機車按照機車運用規(guī)則指派給出發(fā)階段計劃。形成機車運用階段計劃。并根據機車指派結果及機車入段技術作業(yè)標準時間反推機車最晚出段時間及機車最晚入段時間，流程如圖1所示。

圖1 機車運用與調整流程

3.2 機車運用規(guī)則分析

（1）機車交路

機車交路是指機車固定擔當運輸任務的周轉區(qū)段，即機車從機務段本段到機務折返段所在站之間往返運行的線路區(qū)段。一般情況下，機車的運用必須符合機車交路的要求，不同機車交路的機車不可以混用。機務段需要根據出發(fā)階段計劃的需求機車交路類型來安排運用機車。

（2）牽引定數

列車牽引定數是指列車運行圖規(guī)定的某一區(qū)段固定機車類型及列車種類的列車牽引重量。并應根據機車牽引力、區(qū)段內線路狀況及其設備條件確定列車牽引定數。機務段需要根據出發(fā)階段計劃中要求的牽引定數安排運用機車。

（3）機車運非狀態(tài)

將機車劃分為運用機車和非運用機車兩種狀態(tài)。運用機車指的是可以派班并承擔列車牽引任務的機車，即可用機車；非運用機車指的是由于機車故障、機車檢修、機車運用轉備用等原因，機車處于不可用狀態(tài)。

3.3 機車階段計劃編制模型

機務段內機車階段計劃編制問題，主要是在一個階段內，滿足運輸組織需求的前提下，考慮機車運用規(guī)則及各項實際情況，合理安排機車運用與周轉方案，以達到機車與車流在站停留時間最短的目的。由于機車運用階段計劃編制是以車站到發(fā)階段計劃為基礎編制的，因此編制前提為車流會按照出發(fā)階段計劃時間準時編組完成，后期具體情況通過信息共享機制彼此調整。因此，本文構建的某一決策周期內機車階段計劃編制模型的目標函數如下：

其中，J={Ji|i=1, 2,…,n}是到達編組站的在途機車和機務段內的機車集合；θi為{0, 1}變量，如果機車為非運用狀態(tài)則取值0，否則取值1；為列車實際出發(fā)階段計劃開車點，為每個到達機車Ji到達車站的時間；L={Lj|j=1, 2, …,n}是到發(fā)線編成待掛車列的集合；Nj為每組車輛在站停留時間。機車最早出段時間為：

3.4 機車階段計劃編制求解算法

機車階段計劃的編制求解方案流程如下：

（1）按需求機車類型對出發(fā)階段計劃分組，逐一遍歷計劃組；

（2）加載符合機車交路類型的機車，篩選可用機車；

（3）獲取每臺可用機車最早可用時間與本組出發(fā)階段計劃出發(fā)時間，構建指派模型，并以出發(fā)時間與最早可用時間的插值推出指派矩陣；

（4）利用匈牙利算法對指派問題求解，生成機車運用階段計劃。如機車運用階段計劃中某一機車最早可用時間晚于機車最晚出段時間，將此計劃剔除出組，跳入Step1重新推算本組；

（5）根據機車運用階段計劃反推機車最晚出段時間及機車最晚入段時間。

4 算例驗證與分析

4.1 算例驗證

以某三級六場的編組站機車運用實際情況為例對模型及求解算法進行驗證與分析。

以2 h為決策周期，當前時間為9：40，選取車站某一機車交路的車站到發(fā)階段計劃、機務段內實際機車的狀態(tài)，如表1～表3所示。其中，車站各項時間標準為：到達機車入段走行時間標準為10 min，整備時間標準為50 min，出發(fā)機車出段走行時間為6 min，出發(fā)前技術作業(yè)時間為5 min。

由于上述求解算法中的（1）與（2）是對可用機車與到發(fā)階段計劃的篩選，只需按照機車運用規(guī)則篩選便可解決，因此，算例驗證模塊以某一機車交路為例，并默認已經過（1）和（2）操作。

表1 列車到達階段計劃

表2 列車出發(fā)階段計劃

表3 段內未叫班機車的實際狀態(tài)

（3）根據段內未叫班機車狀態(tài)與到達階段計劃分別計算機車最早可用時間如表4所示。

表4 機車最早可用時間

結合車站發(fā)車階段計劃，由發(fā)車時間減去最早可用時間和出段走行及技術作業(yè)時間獲得富裕時間，并以此推出指派系數矩陣，系數矩陣如下：

（4）利用匈牙利算法對（3）生成的系數矩陣求解，利用LINGO軟件編程實現，具體代碼及運行后的部分結果如圖2所示，由運行結果可以得到機車的指派關系。

（5）根據機車運用階段計劃反推機車最晚出段時間及機車最晚入段時間如表5所示。

至此，基于車站階段計劃及機車資源狀態(tài)編制的機車運用階段計劃便編制完成。

圖2 LINGO軟件求解及運行結果

表5 機車運用階段計劃

4.2 結果分析

經計算，編制完成的機車運用階段計劃中本階段機車在站停留時間為686 min,為本階段機車在站停留最短時間, 由于有階段計劃作為參考，機務段機車調度員與車站值班員可以對作業(yè)進行提前規(guī)劃調整，并根據機車最晚出入段時間進行機車進路的準備。如果機務段與車站均準時兌現階段計劃，那么每組車輛在站停留時間等于出發(fā)前技術作業(yè)時間5 min,此階段共計6×5 min=30 min。因此本階段機車與車輛在站停留時間共計716 min，由此實現機車與車輛在站停留時間最短的目的。

5 結束語

機車運用工作是鐵路運輸組織的重要組成部分，當前機務與車務信息不對稱、機務缺少機車運用階段計劃的現狀顯然不符合當前運輸組織需求。本文通過信息共享及機車運用階段計劃編制，實現機車與車流精準銜接，有效地化解了機列銜接難題。但是，圍繞機車運用走行計劃等方面尚未做深入探討，對于機車在編組站內的總體管控方面，是今后的研究重點。