编组站阶段计划编制和优化设计研究综述

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date编组站阶段计划编制和优化设计研究综述编组站阶段计划编制和优化设计研究综述编组站阶段计划编制及优化研究综述0 、引言编组站是铁路枢纽及干线畅通的关键环节，主要担负着大量货物列车的解体和编组作业，它对加速全路车辆周转、运用车的使用及提高运能起着起着举足轻重的作用，其作业效率和作业量直接影响铁路运输的效率和效益。编组站的日常作业在路局日班计划及车站作业计划的指导下完成。编组站作业计划是编组站进行日常运输生产的基础文件，编制合理的作业计划对促进车站各车间、各工种协调作业，提高作业效率，提高技术设备的效能，对加快货物列车在编组站的到、解、级、编发作业，提高车辆、机车的运用效率都有着举足轻重的作用，是编组站运输组织水平的直接体现。编组站作业计划包括班计划、阶段计划和调车作业计划3个部分。车站技术作业表全面地记录了本班已完成阶段的工作实绩、反映了本阶段和下一阶段全站接发列车和调车工作计划，是车站调度员掌握全站运输生产情况、全盘考虑、统筹安排车站作业、进行调度指挥、编制阶段计划的工具。班工作结束以后，车站技术作业表又是分析车站工作组织优劣、改善车站技术作业过程以及查定车站作业能力的重要原始资料。本文将主要针对编组站阶段计划编制及优化研究进行综述。1、研究方法本文将主要根据目前编组站阶段计划编制的理论及方法上取得的成果，从数学方法、启发式方法、模拟方法三个方面对研究现状进行简要综述。并综合已有的主要研究成果，探讨编组站阶段计划优化存在的问题及未来的研究方向。1.1 计算机方法 随着信息化建设的开展，我国铁路编组站调度指挥由传统的手工作业阶段进入了计算机辅助作业阶段，并逐渐向智能化调度作业阶段发展。目前我国大部分编组站已实现或正在研制范围不同、 程度不同、 功能多样的调度信息系统（例如新丰镇车站、兰州北车站使用的sum系统），这对加速全路车辆周转、提高运输能力、高质量高效率的完成运输任务起着举足轻重的作用。但其中阶段计划编制相关信息系统的研制和开发大多还停留在计算机辅助、人工决策阶段，系统的自动化程度停留在数据处理层次，缺乏辅助决策功能，并不能为阶段计划的编制提供决策支持。因此阶段计划编制仍以人工为主，计划编制不及时、计划质量不高、计划调整困难等问题仍比较突出。尉成荣、袁在兵通过建立编组站技术作业大表自动生成系统，减轻作业人员劳动强度，为铁路行车调度人员提供准确的车流信息，加速车辆运转，提高运输组织水平。曹家明、范征、毛节铭等考虑编组站阶段计划的优化，首先给出配车计划的优化模型，并经一些简单处理而得到标准的运输问题模型，使该问题迎刃而解。其次, 利用机器排序问题处理解体计划问题，并给出简单算法，由此得到优化的解体计划时间表。何自冬、郑力等针对目前铁路技术站计算机调度系统的研究和应用现状，以及现有系统存在的不足之处，从决策支持的角度提出并开发了一个基于Agent 的技术站阶段计划作业系统。在介绍系统设计思路的基础上，对系统设计结构和各单项Agent 的设计进行了论述，并对系统的实现及功能情况进行了介绍。1.2 模拟方法蒋熙、于勇、苗建瑞、杨肇夏利用计算机模拟技术、网络技术和虚拟现实技术构造了分布的编组站技术作业过程模拟培训系统，包含编组站到、解、集、编、发的各个生产环节。该系统具有较强的实时交互性、逼真性和通用性，可以满足团体实验环境下编组站的业务培训和运输专业实践教学的需要。刘青根据SAM系统的总体设计思想、系统架构, 针对集中控制、联锁、驼峰、车辆跟踪等主要功能，采用演绎法，利用经验的技术信息建模，设计搭建工程化的模拟系统，建立编组站作业动态模拟模型。SAM 系统借助模拟模型，采用离线建模方式进行系统测试，验证系统的功能、性能等，提高系统的成熟度、可靠性。张倩、李达知对大型编组站列车、调车等技术作业过程进行了系统的分析，阐述了各作业过程在编组站作业系统仿真中进路的速度距离曲线及其特点。建立了大型编组站技术作业时分仿真模型；分析了编组站内仿真的特点，指出其与区间仿真的不同之处，并进行了列车模型研究及技术作业过程计算研究。李季涛、马彩雯、杨俊锋在对铁路编组站系统组成和仿真应用需求分析基础上，借鉴高层体系结构( HLA) 的基本思想和相关技术规范，设计了基于HLA 的铁路编组站技术作业仿真系统的体系结构，探讨了各联邦成员间的公布和订购关系，提出了基于RTI 的仿真时间推进机制，介绍了基于上述体系结构的编组站仿真培训系统实例。1.3 数学方法崔炳谋从研究编组站阶段计划的几个关键问题入手，分析其实际问题的特点， 提出对其优化简单可行的模型及算法，从而实现阶段计划编制工作自动化。易娇、付学东、刘佩霞、张明辉在对阶段计划编制主要内容分析的基础上，建立相应数学模型并研究现状进行简要综述；综合已有的主要研究成果，探讨编组站阶段计划自动编制存在的问题及未来的研究方向。何世伟、宋瑞、胡安洲运用模糊集合论及系统优化的方法，考虑编组站阶段计划刚性与柔性优化的综合协调问题，通过对阶段计划中柔性概念的模糊化定义，建立了该问题的模糊混合0-1 规划模型。该模型在编组站总停时最小与提高出发列车正点率等刚性优化指标及计划可实现性等柔性优化目标之间，寻求一套最合理的编组站到发线、调机安排与车流接续优化调度方案。采用遗传算法进行实例计算表明，刚性与柔性优化的结合改进了阶段计划计算机自动编制的辅助决策基础。王世东、郑力、张智海、刘书成根据编组站实际作业流程，将阶段计划自动编制问题分解为配流计划、解体、编组计划、到发线运用计划4个自动编制子问题, 分别建立数学模型并求解。1.4 启发式方法崔叙、熊天文提出了用智能决策支持系统(Intelligent Decision Support System，IDSS)的方法来解决此问题，并对其总体结构与集成方式、各系统的构成及知识库的知识表示进行了研究。常军乾、倪少权、安冬详细讨论了调整系统的功能，描述了系统框架的设计，并就一些技术难点提出了思路，给出了具体的程序。黎浩东、何世伟、宋瑞、郑锂为提高阶段计划的鲁棒性，本文运用随机规划方法，研究列车实际到达时刻随机条件下( 相对于计划到达时刻) 的阶段计划优化编制问题。以最大化阶段计划在列车到达时刻随机扰动下保持最优的概率为目标， 建立阶段计划随机相关机会规划模型。并设计了随机模拟、禁忌搜索算法相结合的混合智能算法对模型进行求解。算例结果表明，本文构建的模型能取得鲁棒性较高的阶段计划，能为阶段计划计算机编制提供辅助决策支持。薛锋、王慈光、罗建、赵强分析到达列车的最早可能解体时刻和不同的调机作业方式下出发列车的最晚必须开始编组时刻的计算方法。通过定义特征点、时间调整格等概念，可以固定出发列车的解体特征，从而简化编组顺序的调整环节，减少计算量。以先编组出发列车的单个配流方案为主线，采用编组解体双向配流策略，找出合理编组顺序的有效匹配解体方案。根据解体特征和解体序号矩阵，提出解编方案协调优化算法，实例证明该算法可以缩小编组站配流问题的规模，从而快速得出优化配流方案。2、结论编组站阶段计划优化编制理论与方法的研究是实现阶段计划计算机编制和构建编组站智能化调度系统的基础。随着我国编组站布局调整的优化, 编组站在路网中的地位将更加突出，优化阶段计划的编制也受到越来越多的关注和重视。本文对确定条件下和不确定条件下的阶段计划编制以及阶段计划计算机编制与实现的研究现状进行了综述，在此基础上，对未来的研究方向做了一定的分析。分析可知，经过几十年的发展，我国已建立较为完善的编组站阶段计划编制理论与方法体系，但仍难以实现铁路编组站阶段计划自动化、智能化编制，还需从计划编制基础信息分析、鲁棒阶段计划编制理论与方法以及基于数据的阶段计划调整理论与方法等方面进行深入研究。参考文献1 尉成荣.袁在兵.编组站技术作业大表自动生成系统的设计与实现.铁路技术创新.2004.022 尉成荣.编组站技术作业大表自动生成系统的研究与实现.铁路计算机应用.1005-8451(2004)10Z-0075-033 蒋熙、于勇、苗建瑞、杨肇夏.编组站技术作业过程实时模拟培训系统的研究.铁道学报.2001.084 崔叙、熊天文. 编组站阶段计划旧5 5 的车流推算方法研究.TMIS工程.2002.115 常军乾、倪少权、安冬. 编组站阶段计划编制系统的智能控制方法.研究与开发.2001.056 崔炳谋.编组站阶段计划编制系统几个问题的研究.兰州铁道学院学报.1996.067 易娇、付学东、刘佩霞、张明辉.编组站阶段计划编制系统技术研究.科技信息.2012.078 何世伟、宋瑞、胡安洲.编组站阶段计划刚性与柔性优化的协调研究.铁道学报.1998.089 何世伟、宋瑞、朱松年. 编组站阶段计划解编作业优化模型机算法.铁道学报.1997.0610 黎浩东、何世伟、宋瑞、郑锂. 编组站阶段计划随即相关机会规划模型及算法.交通运输系统工程与信息.2010.0211 王世东、郑力、张智海、刘书成. 编组站阶段计划自动编制的数学模型及算法.中国铁道科学.2008.0312 薛锋、王慈光、罗建、赵强.编组站列车解体方案与编组方案的协调优化研究.铁道学报.2008.0413 王彦栋. 编组站配流计划优化模型及算法研究.技术与方法.200114 王慈光. 编组站配流相关问题分析.交通运输工程与信息学报.2008.1215 汤志高、谢冰、于琳. 编组站调度计划0-1规划法.数学实践与认识.2009.0816 何世伟、王保华. 编组站调度计划随机机会约束规划模型及算法研究.铁道学报.2007.0817 刘青. 编组站综合自动化系统模拟技术研究.铁道通信信号.2011.0318 曹家明、范征、毛节铭. 编组站作业优化决策支持系统解体子系统.铁道学报.1993.1219 张倩、李达知. 大型编组站技术作业时分仿真模型研究.铁道运营技术.2012.0120 何自冬、郑力等. 基于Agent的技术站站调决策支持系统.铁路信息化.1003-1421(2006)03-0072-0321 李季涛、马彩雯、杨俊锋. 基于HLA的铁路编组站技术作业仿真系统.交通信息与安全.209.0422 徐杰 区段站阶段计划自动编制模型和算法研究D;西南交通大学；2003年8月23荆世明,吴健波.铁路编组站车流配流问题研究J.运输与经济,2008,30(1):83-8624朱晓立，李夏苗.提速干线编组站到解系统匹配与协调关系J.中国铁道科学.2004年8月，25(4):11211625严霄蕙，张迎春.编组站调车作业模拟研究J.中国矿业大学学报，2000年1月，19(l):9710126王莹，刘军.车站调度作业计划仿真建模的研究J.铁路计算机应用.2005(9)11陈刚.铁路编组站运营系统动态仿真D.成都.西南交通大学博士学位论文.200227朱宗乾，朱惠乾.柔性生产线作业计划仿真模型的研究J.西安理工大学学报.1999(2)28郝建青，张仲义.人工智能技术应用于铁路编组站信息管理的总体方案设计J.系统工程.1999年l月，17(l):353829黄康，王建英，刘皓玮.秦沈客运专线新一代调度集中系统的研究J.中国铁道科学.2003年8月，24(4):192330乐逸祥，周磊山.通用铁路大站技术作业仿真模型和方法的研究J.系统仿真学报.2003年12月，15(12):17871790-