枢纽编组站智能调度系统的设计与实现

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第５期　２００２年１０月　北，方交通大学学报　ＶｏＩ．２６　Ｎｏ．５　ＯＦ　ＮＯＲＴＨＥＲＮ儿Ａ０ＴＯＮＧ　ＵＮ】　文章编号：１０００—１５０６（２００２｝０５—００１９—０５　枢纽编组站智能调度系统的设计与实现　何世伟，宋瑞，谭立刚，杨永凯，雷中林　（北方交通大学交通运输学院，北京１０００４４）　摘要：在系统分析与探讨编组站智能调度系统的体系结构及功能的基础上，结合编组站智能　化示范工程实际，介绍了系统的总体设计与分阶段实现问题，从而为我国铁路编组站智能化调　度系统发展提供了有益的参考与借鉴．　关键词：智能运输系统；铁路；编组站；ｉｇ度系统　中图分类号：Ｕ２９２．２２　文献标识码：Ａ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｈｕｂ　Ｍａｒｓｈａｌｌｉｎｇ　Ｓｔａｔｉｏｎ　胚Ｓｈｉ—ｚａｅｉ，ＳＯＮＧ　Ｒｕｉ，ＴＡＮ　Ｌｉ－ｇａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｙｏｎｇ－ｋａｉ，ＬＥ　Ｚｈｏｎｇ－ｌｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｔｒａｆｉｆｃ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅｒｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｓｙｓ．　ｔｅｍ　ｉｎ　ｍａｒｓｈａｌｌｉｎｇ　ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒｌ　ｉａｄｅａ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｅｐｓ　ｆｏｒ　ｒｅａｌｉｚｉｇ　ｔｈｅ　ｎｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｉｅｃｔ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋ　ｉｓ　ｖａｌｕａｂｌｅ　ａｎｄ　ｈｅｌｐｆｕｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｎ　Ｃｈｉｎａ　ｍａｒｓｈａｌｌｉｇ　ｎｓｔａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｒａｉｌｗａｙ；ｍａｒｓｈａｌｌｉｇ　ｓｔｎａｔｉｏｎ；ｄｉｓｐａｔｃｈｉｇ　ｎｓｙｓｔｅｍ　交通运输是国民经济发展的命脉，其现代化程度直接关系到国民经济的发展水平及速度．２０世纪８０　年代中期以来，经济发达国家竞相投入巨资进行智能交通系统ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）的　研究、开发与建设，综合运用高新技术解决令人困扰的日益严重的交通问题，在许多方面取得积极进　展＿１，２ｊ．在我国，智能交通系统的研究起步虽然较晚，但发展迅速【３，４ｊ．中国是人口众多，资源分布极不平衡　的大国，铁路在中国多种交通运输方式中的具有特殊重要地位．要发展中国铁路运输业，一方面需要新建　铁路，加强铁路路网的统筹布局、规划与建设；另一方面，应充分利用现代科学技术，发展铁路综合智能化　管理及智能化控制系统，全面提高既有铁路的综合效益．铁路智能化系统研究是ＩＴＳ研究的一个重要领　域，由于在有轨交通系统中，所有车辆（列车）都被严格限制在轨道上有序地行驶，对车辆（列车）定位、信息　交流、数据撷取、传输以及速度联控，都比较容易实现．而且，也更便于中央系统的统筹调度及地面辅助设　施的协同配合．特别是近几十年来飞速发展的微处理机、数字数据通信和智能技术，在运用于列车的指令、　控制和通信，并集几者为一体构成智能化综合系统的研究方面取得积极进展，这为运用现代科技发展中国　智能化铁路提供了新的契机．中国铁路智能化系统（ＲＩＴＳ，Ｒａｉｌｗａｙ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）的研　究已具备一定的基础技术条件＿４，５ｊ，但尚处于起步阶段，特别是对系统的总体结构体系、功能设计、开发方　法及工程实践等方面有必要做深入的探讨与研究．　收稿日期：２００２—０８—２０　基金项目：国家自然科学基金资助项目（７９８００００１，７０１７１０３６）；教育部霍英东基金资助项目（７１０７４）　作者简介：何世伟（１９６９一），男，重庆市人，教授，博士．ｅｍａｉｈｓｈｗｈｅ＠ｃｅｎｔｅｒ．ｎｊｔｕ．ｅｄｕ．ｅｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com ２０　北方交通大学学报　第２６卷　我国铁路积极发展路网的同时，也同样重视信息化的建设工作，在２０世纪末展开建设或即将建成的　铁路运输管理信息系统（ＴＭＩＳ）、调度管理信息系统（ＤＭＩＳ）、铁路客票发售和预订系统（ＰＭＩＳ）、车辆管理　信息系统（ｃＭＩＳ）、财务管理信息系统（ＲＩ、ＡＭＩＳ）以及铁路通信网等信息网络体系，这些都为我国铁路运　输智能化管理打下基础．编组站智能调度系统是铁路智能化管理系统的重要组成部分．我国编组站作业计　划长期以来，都是依靠调度人员手工编制．近年来，随着铁路编组站ＭＩＳ的建立，部、局、分局、站段基干信　息网的初步建成，全路信息管理系统ＴＭＩＳ的加紧建设以及编组站作业自动化水平的提高，铁道部已将编　组站调度系统的研制开发纳入全路调度决策支持系统的总体框架．但由于该项研究刚刚起步，其功能还不　完善，特别在计划编制基础理论研究与实用化方面尚难以满足实际工作的需要，亟待在理论研究和实践应　用上有一个根本性的发展与提高．这对于提高编组站作业计划的质量，减轻计划编制人员的负担，增强计　划的市场适应性，实现铁路调度指挥的科学化、现代化具有十分重要的作用．同时选定有代表性编组站智　能化示范工程，对我国铁路智能化发展也将起到积极引导和推动作用．　１　系统的总体框架及构成分析　编组站智能调度系统的开发将充分依托铁路信息化、智能化的前期成果，在现有的编组站ＹＩＳ系统　及即将建成的ＴＭＩＳ和ＤＭＩＳ基础上，充分考虑到正逐步推广的调度集中与车站微机联锁、编组站车辆溜　放调速的计算机实时控制系统、列车运行超速防护、车号自动识别系统等成果，按照智能化调度系统的功　能目标，通过开发计算机网络、数据通信、定位与测速技术等系统接口来设计与构成编组站智能调度系统　整体框架　５１．　１．１系统的总目标　（１）运用智能与优化技术辅助编制编组站调度计划，提高调度计划的质量，减轻计划编制人员的负担，　改善车站运输组织、提高工作效能．　（２）探索计算机应用条件下新的铁路运输组织管理模式，提高车辆定位、监控的信息采集水平，促进系　统内的信息共享，建立适合编组站工作实际的站调智能化决策支持系统，使编组站计算机应用在管理信息　系统的基础上提高到一个新的档次．　（３）为建立适合全国的编组站智能化调度指挥系统提供示范与参考．　１．２系统设计的要求　智能运输系统一般包括先进的运输管理系统（ＡＴＭＳ）、先进的机车车辆控制与安全系统（ＡＴＣＳＳ）、先　进的运输信息服务系统（ＡＴＩＳ）、先进的紧急救援系统（ＡＵＳＳ）等内容　］．智能调度系统属于ＡＴＭＳ范畴，　在系统功能要素设计时，应在遵循开放性、可扩充性、兼容性、标准性与可扩展性的基础上，不仅要解决好　调度系统自身的功能，还必须充分考虑到其它系统的技术发展特点，体现出各系统间的协调．如：　（１）与Ａ　ｒＣ　及运输生产各种设备的关系．　①调度中心计算机系统，该系统应在保证调度业务需求的同时，实现与编组站及铁路现有其它信息系　统如ＹＩＳ、ＴＭＩＳ、ＤＭＩＳ等的互联与信息交换，应充分考虑到铁路内部存在的不同操作系统及数据库系统　的信息交换．　②调机车载系统，在智能调度系统的高级阶段，调度系统可以直接对调机发布工作指令，车载系统可　以在无人环境（或司机监控）条件下，自动完成调车工作．　③移动设备定位与精密测速系统，可以提高计划信息的准确性．目前条件下，主要通过车号识别系统　等设备在编组站一些主要的地段，检测车辆的位置及移动情况．在智能调度系统的高级阶段，还可纳入卫　星定位等其它措施，全面掌握车流与机车动态．　④车站控制与监督系统，包括信号开发、道岔转换及调车作业的车辆溜放控制等，这些工作将通过进　一步的调度集中，纳入编组站智能调度系统的框架．另外，遍布全站的电视监控系统将接人调度指挥中心，　⑤线路侧系统，主要指布置在线路两旁的各种检测、识别及监控设备，这些设备将及时把各种生产和　实现与调度指挥的集成管理．　安全信息检测并传递到调度指挥中心．　⑥地面传输系统，主要指地面有线传输设备，目前编组站干线网将逐步实现光纤传输，重要线路的传　维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期　何世伟等：枢纽编组站智能调度系统的设计与实现　２　输速率在１００　Ｍｂ／ｓ以上，进一步需考虑今后大量连续图像传输的需要．　⑦数据无线电传播系统，应满足对移动人员及机车车辆动态管理的需要．　（２）与运输信息服务系统ＡＴＩＳ的关系．满足各种信息查询及用户信息服务的需要．　（３）与紧急救援系统ＡＵＳＳ的关系．包括事故的预防与紧急处理、救援与生产恢复等问题的处理．　由此，在综合考虑各种运输信息的自动采集与交换、接发列车及调车作业自动控制、综合运输信息服　务、安全与紧急救援等功能基础上，围绕运输能力、效率评价与成本分析的运输生产调度安排，可以建立智　能运输调度系统的核心功能框架．　１．３系统的总体框架及构成　智能运输调度系统的核心功能框架及分步实施方案一期工程总体框架如图１，一期工程是实现系统　总体构想的重要一步，选择编组站阶段计划进行系统一期开发主要基于如下考虑．　（１）阶段计划在整个车站调度计划体系中，任务明确，具有联系日班计划与调车构计划，具体落实调　机、到发线及车流接续的阶段工作安排的作用，是车站调度工作的核心．　（２）调车勾计划已经在编组站ＹＩＳ开发中完成，而阶段计划开发仍然为一空白．　（３）日班计划一般由分局下达（或分局车站共同制定），这需要与分局调度系统共同开发，在一期工程　中，班计划可开发人机接口直接录入．　图１　系统总体构成及一期工程主要内容　２系统的智能机理　智能调度系统的核心之一是建立调度计划的智能决策支持系统，它是将专家系统、人工智能技术与决　策支持系统相结合，用于辅助支持调度决策，具有判断、推理和学习等智能行为的人一机交互集成系　统　．其智能化至少应体现在如下方面：①原理上是基于知识的系统；②功能上系统应至少具有判断能　力、推理能力和学习能力；③构成上系统应具有如图　２所示的智能核．图２中，，为来自过程的信息；Ｋ　为提供给决策、信息采集、信息处理和信息输出等过　程的知识．　智能调度决策支持系统的推理机理见图３．　图２智能核示意图　维普资讯 http://www.cqvip.com 北方交通大学学报　第２６卷　实施　实施　图３智能调度决策支持系统的推理机理　３编组站智能调度系统的示范工程　３．１基本情况　根据整体性与可分割性、独立性与相关性、可切人性与带动性、可操作性与示范性相结合的原则，选择　郑州北站进行编组站智能化调度系统示范工程试点，２０００年正式工程立项，由北方交通大学、郑州铁路局　电算中心、科研所和郑州北站等单位共同承担以阶段计划为主的调度系统的开发工作．　３．２工程的主要内容　根据项目工程总体安排，开发共分两期：一期工程完成调度系统的主要基础工程建设、核心软件开发　等任务，二期完成系统的配套建设和功能完善．该项目同时被铁道部列为２００１年Ｂ类项目进行开发研究，　其目的在于将上述理论和方法，通过郑州北站试点，实际建成一个利于全路推广的编组站智能调度局域网　示范系统．系统的总体构成如图４所示．其中，一期工程主要内容有：　（１）系统总体方案设计．包括：①系统总体方案设计；②数据库设　先进的调度平台子系统　进的运输信息服务系统　先进的统计分析子系统　计及管理；③阶段计划计算机辅助编制的模型方法及知识库设计；　④集成显示（人机交互）系统及报表输出系统设计；⑤系统安全设计．　编　（２）调度计算机网络子系统，完成郑州铁路局郑州北站计算机调　站　度局域网设计及安装调试．　能　（３）交班室大屏幕子系统，完成调度车间交班室的投影屏幕显示　调　系统的设计及安装调试．　（４）调度平台子系统，完成调度平台班计划管理、现车管理，调度　度　系　统　智　组　调度指挥网络子系统　交班室大屏幕子系统　站安全监控系统　紧急救援系统　计划辅助优化编制，调度技术作业图表生成、统计等基本功能软件的　开发及安装调试．　（５）统计分析子系统，完成统计分析基本功能软件的开发及安装　图４总体构成示意图　维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期　调试．　何世伟等：枢纽编组站智能调度系统的设计与实现　（６）上述各子系统及系统整体的连通与系统实施组织办法．　３．３实现的主要功能　（１）完成配套调度楼布局改造施工．为适应新建系统的需要，对原调度车间工作环境和工作台布局，电　算车间主机房等进行重新设计和全面装修，增设电算楼与调度楼的网络联线，增加信息和电源插口等．　（２）网络改造及连通．实现调度局域网的网络连通，包括电算中心调度服务器与ＹＩＳ主机连通以及各　调度台、统计室、交班室与电算中心调度服务器的互联，网络性能全部达到设计要求．　（３）ＹＩＳ及预确报动态信息提取与实时传送．包括对车站２４个车场ＹＩＳ现车信息、预确报到达列车信　息等实时传输与动态数据提取，其中最小信息传输时间周期１～３　ｍｉｎ，稳定传输按５～１０　ｍｉｎ，实际效果　表明系统磁盘空问容量、系统稳定性等均能满足２４　ｈ连续传输需要．　（４）局ＴＭＩＳ报点信息实时传输．实现向建成后的调度局域网进行了分局ＴＭＩＳ报点信息传输，传输　内容包括车站各场实际到发列车车次、时刻和股道信息等，该信息可提供列车实际到发报点，弥补ＹＩＳ该　方面的不足，将分局ＴＭＩＳ调度信息引入编组站调度系统互联，在全路尚属首次，测试结果表明，分局　ＴＭＩＳ报点信息传输符合设计要求．　（５）完成班计划及总站调辅助信息管理软件开发．开发完成班计划及总站调辅助信息管理软件，内容　包括班计划各方向到发列车信息的快速录入与管理、班计划的大表显示与修改、班计划大表的屏幕输出与　打印输出、班计划的保存与调入等、总站调对车流入场的交互控制、班计划的下达等功能．班计划软件在人　员经培训能进行熟练操作情况下，输入信息时间可控制在０．５～１　ｈ以内，ＨＰ１０５０Ｃ＋Ａ０幅面大表打印输　出时间为１－－２　ｍｉｎ，能满足目前车站在快速录入与管理方面的需要．　（６）完成大表站调计算机铺画技术作业图表软件开发．开发完成大表站调计算机铺画技术作业图表软　件，内容包括班计划的接收与显示、大表站调计划的优化预铺、技术作业大表的人工铺画与修改查询、调度　信息的统计与显示、技术作业大表的屏幕显示与打印输出、计划的保存与调入、交接班处理功能等，测试结　果表明，计算机铺画技术作业图表软件使用方便，充分实现了调度信息的共享，全大表计划优化预铺时间　可控制在１　ｍｉｎ以内，能方便进行计算机交互辅助计划编制与修改，首次在全路实现计划的无纸化铺画，　ＨＰ１０５０Ｃ＋Ａ０幅面大表打印输出时间为１～２　ｍｉｎ，能满足实际工作的需要．　（７）完成统计软件开发．完成统计软件开发，可提供货车分界口出入（运报１）、１８点现车报表（运报　２）、１８点重车去向报表（运报３）、货车停留时间报表（运报４）的统计．该统计软件使用方便，能基本满足实　际工作的需要．　（８）完成交班室大屏幕安装．可以实现对上班及以前计划数据与图表的回放分析，下班工作重点安排　及现场播放等功能．在全面完成一期工程的基础上，现系统已进入二期工程开发阶段．　４结束语　铁路智能调度系统在我国的研究刚刚起步，但已取得较好的初步成果，其应用前景广阔，论文的思路　及工作可为我国编组站智能化调度系统建设提供了有益的参考与借鉴．　参考文献：　［１］Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｒｏｇｒａｍ　Ｐｌａｎ　ｆｏｒ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｒ］．Ｆｉｎａｌ　Ｄｒａｆｔ，ＩＴＳ　Ａｍｅｒｉｃａ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，１９９４．　［２］宋瑞．ＩＴＳ运输管理模式及决策优化研究［Ｒ］．北京：北方交通大学博士后出站报告，１９９９．　［３］Ｄｉｎｇｈｕａｎ　Ｓｈｉ，Ｇｕｏｗｕ　Ｚｈａｎｇ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　ＥＵ—ＣＨＩＮＡ　ＯＮ　ＩＴＳ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｏｒｐｔ　Ｔｅｌｅｍａｔｉｃｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ａ］．１９９７．　［４］宋瑞，何世伟，张国伍．智能铁路系统的构成及运行组织模式研究［Ａ］．系统工程与可持续发展战略［ｃ］．武汉：中国　系统工程学会第１０届年会论文集，１９９８，５８７—５９２．　［５］何世伟．铁路枢纽智能化调度决策支持系统的研究［Ｒ］．北京：北方交通大学博士后出站报告，１９９８．