邵 勇(甘肅財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

遺傳算法、模擬退火算法和混合算法在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

邵 勇(甘肅財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

鐵路編組站是鐵路樞紐的核心，而階段計(jì)劃的自動(dòng)編制則是新一代編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要模塊。我們要綜合運(yùn)用遺傳算法、模擬退火算法和混合算法，確定階段計(jì)劃的編制和模型，解決列車的到發(fā)線運(yùn)用、到達(dá)列車的解體順序問(wèn)題，保證不間斷接車，避免作業(yè)干擾，核定出發(fā)列車的編組時(shí)機(jī)、取送內(nèi)容和時(shí)機(jī)，推動(dòng)我國(guó)編組站總體技術(shù)向世界先進(jìn)水平看齊。

鐵路編組系統(tǒng)；階段計(jì)劃；自動(dòng)化

鐵路編組站是列車解編調(diào)配的中心，擔(dān)負(fù)著列車到發(fā)、集結(jié)、編組、裝卸的樞紐性功能。隨著當(dāng)今時(shí)代電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)鐵路編組系統(tǒng)提出了智能化和自動(dòng)化的新要求。也就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)編組站的信息化，自動(dòng)編制編組站計(jì)劃，提高調(diào)車效率，壓縮待取待送時(shí)間，縮短周轉(zhuǎn)周期，提高管理水平，已然成為鐵路部門(mén)面臨的一項(xiàng)時(shí)代性課題。為此，我們必須積極構(gòu)建新一代鐵路編組站綜合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其核心模塊——階段計(jì)劃的自動(dòng)編制。

1 階段計(jì)劃的基本模塊

鐵路編組站系統(tǒng)階段計(jì)劃旨在收集存車信息、裝卸情況、駝峰節(jié)點(diǎn)、運(yùn)用狀態(tài)及其他調(diào)度資料，借助現(xiàn)代化的人工智能技術(shù)和科學(xué)算法，確定需要優(yōu)化的目標(biāo)和相關(guān)的約束因素，建立精確實(shí)用的數(shù)字模型，藉以編制到發(fā)線的使用情況，安排列車的解體順序和車流來(lái)源，設(shè)計(jì)車站駝峰和車輛調(diào)度的最佳計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資源的最優(yōu)配置，從而高效、快速、安全地完成階段性的調(diào)車工作，在“技術(shù)作業(yè)表”上規(guī)劃出動(dòng)態(tài)調(diào)整而又科學(xué)合理的階段計(jì)劃線[1]。具體而言，階段計(jì)劃主要包括以下功能模塊。

一是到發(fā)線使用計(jì)劃。合理規(guī)劃到達(dá)出發(fā)線路，是實(shí)現(xiàn)列車通暢運(yùn)營(yíng)和提高車站負(fù)載能力的重要前提。列車到發(fā)線使用計(jì)劃要綜合考慮列車線路占用情況和列車等級(jí)、牽引類型、車站布局、到發(fā)時(shí)長(zhǎng)、硬件設(shè)備等因素，根據(jù)最優(yōu)化理論，運(yùn)用人工智能技術(shù)規(guī)劃到發(fā)線的使用方案，解決到發(fā)線交叉干擾和頻繁使用的問(wèn)題，保證車站駝峰期間列車解體作業(yè)能夠順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)列車接發(fā)的不間斷和可持續(xù)。

二是調(diào)車使用計(jì)劃。調(diào)車使用是階段計(jì)劃的核心部分，是運(yùn)用調(diào)車機(jī)對(duì)調(diào)車工作進(jìn)行統(tǒng)籌部署，主要是對(duì)負(fù)責(zé)解體的駝峰調(diào)車機(jī)車、負(fù)責(zé)編組的牽出線調(diào)車機(jī)車以及取送車調(diào)車機(jī)車進(jìn)行協(xié)調(diào)安排，將調(diào)機(jī)從原先的分散調(diào)配變成集中調(diào)配，實(shí)現(xiàn)各區(qū)機(jī)車的相互配合支援，構(gòu)成解體、編組、取送各環(huán)節(jié)高效有序的整體性流程。當(dāng)然，調(diào)車計(jì)劃也要妥當(dāng)安排機(jī)車整備耗時(shí)，留出司機(jī)吃飯時(shí)間，考慮機(jī)車進(jìn)行距離和節(jié)省燃料等因素。

三是車流推算計(jì)劃。車流推算是從站調(diào)全局出發(fā)，立足已有的列車到發(fā)計(jì)劃、編組程序、存車情報(bào)、調(diào)車資料，對(duì)到達(dá)和出發(fā)進(jìn)行雙向推算配流，形成多樣化的編組和解體方案，標(biāo)示出各種方案的具體技術(shù)指標(biāo)與推算演繹過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的解編方案，選取最合理有效的配流規(guī)則和對(duì)象目標(biāo)，以現(xiàn)代數(shù)學(xué)模型來(lái)確定編組內(nèi)容和車流來(lái)源[1]。

四是本務(wù)機(jī)計(jì)劃。由于機(jī)車到達(dá)編組站后，都要按照原定計(jì)劃返回車站或是進(jìn)入機(jī)務(wù)段待命，這就需要根據(jù)列車出發(fā)方案來(lái)設(shè)計(jì)本務(wù)機(jī)車牽引計(jì)劃。新一代的自動(dòng)化鐵路編組系統(tǒng)要為本務(wù)機(jī)出入與變線，設(shè)置科學(xué)的進(jìn)路和待線計(jì)劃，根據(jù)進(jìn)路執(zhí)行情況，自動(dòng)獲取反饋信息，生成本務(wù)機(jī)實(shí)際運(yùn)行線，上報(bào)站調(diào)和監(jiān)控來(lái)決定本務(wù)機(jī)是否按照預(yù)設(shè)方案運(yùn)行。當(dāng)然，新式的智能編組系統(tǒng)必須聯(lián)入路局系統(tǒng)，從而及時(shí)通知機(jī)調(diào)部門(mén)安排本務(wù)機(jī)執(zhí)行相關(guān)指令。

2 階段計(jì)劃的主要內(nèi)容

鐵路編組系統(tǒng)的階段計(jì)劃應(yīng)該按照三至四個(gè)小時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)劃到發(fā)車次、型號(hào)、順序、線別、車流來(lái)源，制定調(diào)機(jī)運(yùn)用整備方案，協(xié)調(diào)各場(chǎng)區(qū)交換車、檢修車、倒裝車、整理車的取送計(jì)劃，安排中轉(zhuǎn)列車成組甩掛作業(yè)的車數(shù)及時(shí)間，說(shuō)明超重、超長(zhǎng)列車的注意事項(xiàng)，并對(duì)軍用、超限等特種車輛的車次、編掛進(jìn)行必要限制[2]。具體來(lái)說(shuō)，鐵路編組系統(tǒng)階段計(jì)劃主要著眼于解決以下問(wèn)題。

1）科學(xué)規(guī)劃到發(fā)線路運(yùn)用情況。一是嚴(yán)格根據(jù)鐵路部門(mén)的有關(guān)規(guī)定，安排到發(fā)線路的使用方案。為了保證線路的有效利用和通過(guò)能力，各車站的細(xì)則條例都會(huì)規(guī)定到達(dá)和出發(fā)場(chǎng)線的使用辦法，具體說(shuō)明用于接發(fā)上行列車、下行列車、超限貨物的線路。二是避免作業(yè)相互干擾。編組系統(tǒng)在設(shè)計(jì)到發(fā)線方案時(shí)，必須結(jié)合車場(chǎng)咽喉布置資料，考慮所有列車到發(fā)、解體與機(jī)車出入庫(kù)的徑路和時(shí)間，在沒(méi)有進(jìn)路交叉的線路上安排列車到發(fā)，對(duì)運(yùn)行和進(jìn)路發(fā)生沖突的列車暫緩解體事宜。三是為列車的技術(shù)作業(yè)提供方便，保證交路時(shí)間緊的列車可以在比較便捷的線路上入庫(kù)和到發(fā)[2]。

2）合理優(yōu)化到達(dá)列車的解體順序。通常來(lái)說(shuō)，到達(dá)列車可以根據(jù)先到先解的原則執(zhí)行解體流程，而以下兩個(gè)方面的因素影響著列車解體順序。一是編組列車的需要。保證列車正點(diǎn)到發(fā)，是車站部署調(diào)車工作的基本前提。在階段計(jì)劃中，車調(diào)要堅(jiān)持靈活性與原則性并重，根據(jù)出發(fā)列車的實(shí)際需要，安排急用的車流優(yōu)先進(jìn)行作業(yè)和解體。特別是在車輛接續(xù)時(shí)間比較緊張甚至可能出現(xiàn)不足時(shí)，一定要周密部署、緊密銜接，組織快速作業(yè)，使各項(xiàng)流程井然有序。二是向作業(yè)和檢修地點(diǎn)送車的需要。要保持車站的正常作業(yè)秩序，充分利用既有資源，就必須做到定點(diǎn)取送。一次取送的車輛，既要達(dá)到一定的數(shù)量規(guī)模，又要保持各作業(yè)地點(diǎn)的均衡生產(chǎn)。

3）精確計(jì)算出發(fā)列車的編組時(shí)機(jī)。在階段計(jì)劃中，車調(diào)要確定每一階段編組的車次和起止時(shí)間。在選擇列車編組時(shí)機(jī)之際，需要考慮的因素主要有以下幾個(gè)方面。一是保證每一列車都能正點(diǎn)開(kāi)出。對(duì)任一出發(fā)列車編組的最早時(shí)刻，必須在車列集結(jié)之前，此時(shí)出發(fā)場(chǎng)還有空閑出發(fā)線路；至于最晚時(shí)刻，則應(yīng)該距離列車正式出發(fā)還有一定的時(shí)間段，且不小于列車編組與出發(fā)作業(yè)的時(shí)間間隔。若是在列車集結(jié)滿軸以后才進(jìn)行編組事宜，就不能保證正點(diǎn)發(fā)車，為此就要及時(shí)調(diào)整到達(dá)車輛的解體順序，提前結(jié)束車列的集結(jié)過(guò)程，保證編組時(shí)間。如果先發(fā)列車尚未集結(jié)滿軸且不影響其正點(diǎn)發(fā)車，可以適當(dāng)調(diào)整列車的編組順序，特別是在密集發(fā)車的駝峰時(shí)段，必須有預(yù)判地開(kāi)展編組作業(yè)，不可耽誤列車正點(diǎn)出發(fā)。二是及時(shí)清空調(diào)車線，保證解體工作順利進(jìn)行。當(dāng)然，若是列車集結(jié)滿軸完畢，而距離出發(fā)還有一段時(shí)間，運(yùn)行線路又比較富余，則可以先編好轉(zhuǎn)出發(fā)場(chǎng)，以騰空調(diào)車線路。三是兼顧其它調(diào)車作業(yè)。有些車站的編組調(diào)車機(jī)不僅要負(fù)責(zé)調(diào)度任務(wù)，還承擔(dān)車輛取送等職責(zé)。針對(duì)這種情況，就要全盤(pán)考慮，堅(jiān)持效率第一、兼顧其它，實(shí)現(xiàn)編組和取送兩不誤。

4）具體選定取送內(nèi)容和時(shí)機(jī)。階段計(jì)劃要根據(jù)車站的日常運(yùn)載和作業(yè)情況，詳細(xì)部署列車的編組、解體、取送等調(diào)車事宜，劃定各項(xiàng)作業(yè)的具體內(nèi)容和起止時(shí)段，統(tǒng)籌安排全站的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)活動(dòng)。在取送內(nèi)容上，要優(yōu)先取送急需車流，確保列車按時(shí)發(fā)出；調(diào)車區(qū)長(zhǎng)和貨運(yùn)計(jì)劃人員要協(xié)同配合，將去向一致的貨物集中安置在相鄰的貨位上，妥善安排送車車組的裝車順序，以利于就地作業(yè)和高效出車，避免重復(fù)勞動(dòng)和減少調(diào)車作業(yè)量。在取送時(shí)機(jī)上，要以定點(diǎn)取送為基礎(chǔ)，以靈活配置為方針，實(shí)現(xiàn)原則與靈活并重。

3 結(jié) 語(yǔ)

新一代鐵路編組系統(tǒng)的核心是自動(dòng)化，要求自動(dòng)生成到達(dá)、出發(fā)、編組、解體、取送車、本務(wù)機(jī)等計(jì)劃，并將指令準(zhǔn)確地傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，從而形成完整高效的智能化閉環(huán)。其中，階段計(jì)劃承擔(dān)著到發(fā)線資源的優(yōu)化配置任務(wù)與機(jī)車調(diào)車、車流推算、取送時(shí)機(jī)、解體順序等協(xié)調(diào)性功能，是整個(gè)編組系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。為此，自動(dòng)化的編組站階段計(jì)劃必須同路局班計(jì)劃無(wú)縫銜接，根據(jù)列車類別和軌道屬性來(lái)合理規(guī)劃到發(fā)列車線路，根據(jù)混合算法原理來(lái)確定列車解編順序、協(xié)調(diào)解編調(diào)機(jī)與取送計(jì)劃，切實(shí)提高鐵路編組站的運(yùn)營(yíng)管理水平，保證鐵路資源的最優(yōu)使用與合理配置。

[1]呂紅霞，倪少權(quán)，紀(jì)洪業(yè).技術(shù)站調(diào)度決策支持系統(tǒng)的研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(3)：255－258.

[2]胡剛.編組站階段計(jì)劃自動(dòng)編制與調(diào)整的研究[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2000.

Application of genetic algorithm, simulated annealing algorithm and hybrid algorithm in computer design

Railway marshalling station is the core of the railway hub,and the automatic preparation of the stage plan is an important module of the new generation marshalling station integrated automation system.We should make comprehensive use of genetic algorithm,take delivery of content and timing,the overall technical station the world advanced level technology to promote China’s formation.

railway marshalling system；stage plan；automation

TP301.6文獻(xiàn)識(shí)別碼B

1003-8965(2017)04-0151-02