李新琴，牛林杰

（蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

編組站的主要工作是解編作業(yè)，合理地組織列車解體作業(yè)和編組作業(yè)時(shí)編組站調(diào)度工作的核心問題，同時(shí)解編作業(yè)的優(yōu)化是整個(gè)階段計(jì)劃優(yōu)化體系的關(guān)鍵內(nèi)容之一。編組站階段計(jì)劃的優(yōu)化還涉及配流方案以及到發(fā)線、調(diào)機(jī)合理運(yùn)用，其中解體順序和編組順序的協(xié)調(diào)優(yōu)化是整個(gè)階段計(jì)劃優(yōu)化的紐帶。對(duì)于編組站列車解編順序的協(xié)調(diào)問題，本文采用調(diào)機(jī)的有限狀態(tài)機(jī)模型，有限狀態(tài)機(jī)是一種面向?qū)ο蟮臓顟B(tài)機(jī)思想，可以適合于編組站復(fù)雜的情況狀態(tài)管理。在鐵路現(xiàn)場(chǎng)變動(dòng)比較大的情況下，調(diào)車機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)是一定的，確定機(jī)車狀態(tài)，正確的開發(fā)出機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)函數(shù)，使機(jī)車的運(yùn)轉(zhuǎn)合理并效率較高，能很好的應(yīng)用在編組站階段計(jì)劃?rùn)C(jī)車運(yùn)用自動(dòng)化中。

1 列車解編順序考慮的因素

列車解體和編組任務(wù)安排就是對(duì)調(diào)車機(jī)車任務(wù)的安排，所以可以運(yùn)用調(diào)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)模擬有線狀態(tài)機(jī)簡(jiǎn)稱調(diào)機(jī)狀態(tài)機(jī)。另外，車流的推算是機(jī)車任務(wù)安排的前提。在這里假設(shè)車站內(nèi)只有一臺(tái)調(diào)車機(jī)車可以靈活使用，既可以解體、編組及取送。

1.1 機(jī)車運(yùn)用計(jì)劃

調(diào)車機(jī)車運(yùn)用計(jì)劃用于合理安排每臺(tái)調(diào)車機(jī)車在本階段必須完成的調(diào)車工作以及這些調(diào)車工作的時(shí)間，它是車站階段計(jì)劃的關(guān)鍵內(nèi)容。只有合理運(yùn)用調(diào)車機(jī)車，正確組織編解取送，才能加速調(diào)車場(chǎng)的車輛集結(jié)過程，實(shí)現(xiàn)列車出發(fā)計(jì)劃，并完成裝卸任務(wù)和縮短貨車停留時(shí)間創(chuàng)造條件。通過調(diào)車機(jī)車的運(yùn)用安排，將車站的調(diào)車工作全面部署。調(diào)機(jī)的運(yùn)用主要是對(duì)一個(gè)作業(yè)區(qū)域內(nèi)多臺(tái)調(diào)機(jī)情況下的安排和分工，涉及到作業(yè)的流暢、平行作業(yè)干擾性盡可能小、工作量均衡；各區(qū)機(jī)車相互配合、相互創(chuàng)造條件、相互支援，形成一個(gè)解體、編組、取送車都高效率完成任務(wù)的系統(tǒng)；同時(shí)還要考慮機(jī)車整備和司機(jī)吃飯時(shí)間、機(jī)車走行距離短、燃料節(jié)省等因素。

1.2 配 流

車站內(nèi)車流包括列車到發(fā)計(jì)劃以及編組計(jì)劃、確報(bào)信息、站存車信息、扣車信息和調(diào)車信息，以及裝卸線上的貨物裝卸情況。其中解體順序的確定主要依據(jù)列車到發(fā)計(jì)劃、確報(bào)信息。

配流的約束條件：①列車方向限制，即編組去向約束，到達(dá)列車中只有與出發(fā)列車編組去向相符的車流才能成為出發(fā)列車的車流來源。②技術(shù)作業(yè)限制。到達(dá)列車首先要經(jīng)過列車技術(shù)檢查、貨運(yùn)檢查、車號(hào)核對(duì)等作業(yè)后，才能進(jìn)入解體作業(yè)程序。③牽出線能力的限制，在一個(gè)階段內(nèi)，解體、編組列車數(shù)量決定了牽出線解體、編組能力。④車流接續(xù)時(shí)間限制。用于運(yùn)行圖、編組計(jì)劃和調(diào)度日班計(jì)劃規(guī)定的編組始發(fā)列車車流，其接續(xù)時(shí)間必須滿足列車到、解、集、編、發(fā)所需的作業(yè)時(shí)間要求。⑤始發(fā)列車編組輛數(shù)限制。滿軸約束，即對(duì)必須滿軸出發(fā)的列車，其需求的車數(shù)就等于滿軸車數(shù)；對(duì)可欠軸的列車，其需求的車數(shù)可小于滿軸車數(shù)。

2 有限狀態(tài)機(jī)

有限狀態(tài)機(jī)（FMS）或有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)或稱狀態(tài)機(jī)，是表示有限個(gè)狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動(dòng)作等行為的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)的行為如果在不同的時(shí)間（環(huán)境）下，其工作不同，并且行為可以分成所謂的有限的狀態(tài)以及不重疊的程序塊時(shí)，系統(tǒng)顯示了狀態(tài)行為。這其實(shí)說明了兩件事情，如果是狀態(tài)機(jī)，肯定體現(xiàn)了離散的和有限的。

狀態(tài)存儲(chǔ)關(guān)于過去的信息，它反映了從系統(tǒng)開始到現(xiàn)在時(shí)刻的輸入變化。轉(zhuǎn)移指示狀態(tài)變更，并且用必須滿足來確使轉(zhuǎn)移發(fā)生的條件來描述它。動(dòng)作是在給定時(shí)刻要進(jìn)行活動(dòng)的描述。

3 模型的建立

在模型中假設(shè)到達(dá)列車使用的到發(fā)線不發(fā)生沖突，到發(fā)線問題已解決。以調(diào)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)為核心，在車站到達(dá)場(chǎng)中，某一時(shí)刻場(chǎng)內(nèi)的到達(dá)列車是一定的，編組列車數(shù)量及出發(fā)時(shí)間也是一定的，所有調(diào)機(jī)的任務(wù)即狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)化狀態(tài)也是有限的。

設(shè)此時(shí)刻時(shí)間為t，調(diào)車場(chǎng)集結(jié)的待編現(xiàn)車記作d0，到達(dá)列車按到達(dá)時(shí)間排序依次：d1，d2，d3，…，ds，到達(dá)車輛總數(shù)為s。離此時(shí)刻最近的未出發(fā)列車記為f，f所需的車流為fj，在到達(dá)的列車總數(shù)s中，包含fj車流的列車數(shù)為m，不包含列車fj車流的列車數(shù)為n，即m＋n＝s，di為m中的一輛列車（i＞＝1），即到達(dá)列車并包含出發(fā)列車車流的一輛列車。dj（j＞＝1）為n中的一輛列車，即到達(dá)列車中并不包含出發(fā)列車車流的一輛列車。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，在程序中加入時(shí)間控件，按實(shí)際時(shí)間的推移、實(shí)際到達(dá)時(shí)刻和出發(fā)列車的最晚出發(fā)時(shí)間做解體順序。

在狀態(tài)機(jī)模型中，最重要的就是建立一組狀態(tài)集（states）、一個(gè)起始狀態(tài)（start state）、一組輸入符號(hào)集（alphabet）和當(dāng)前狀態(tài)到下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)（transition function）的計(jì)算模型。

3.1 狀態(tài)集

在調(diào)機(jī)狀態(tài)機(jī)中調(diào)機(jī)工作分為6個(gè)狀態(tài)：

1、投喂時(shí)間。開春后，當(dāng)水溫上升到16℃以上，應(yīng)開始投喂。蝦一般夜間進(jìn)食，每天投喂時(shí)間選擇下午5-6點(diǎn)。

狀態(tài)①：空閑；

狀態(tài)②：解體m中的一輛；

狀態(tài)③：解體n中一輛；

狀態(tài)④：編組f列車；

狀態(tài)⑤：取送；

狀態(tài)⑥：其他（整備、吃飯等）。

3.2 起始狀態(tài)

起始狀態(tài)可以從任意狀態(tài)開始，在這里假設(shè)起始狀態(tài)為空閑。

3.3 輸入符號(hào)集

3.4 轉(zhuǎn)換函數(shù)

1）Bool QuestNotFull（int num）／／出發(fā)列車是否缺少車流；

2）Bool GetAndSend（）／／是否有取送作業(yè)；

3）Void TimeToMash（）／／列車最晚編組時(shí)間到開始編組；

4）Void TimeOn（）／／出發(fā)列車最晚出發(fā)時(shí)間到，列車出發(fā)；

5）Void FindNowCar（）／／尋找現(xiàn)車車數(shù)；

6）Void DisCar（int n）／／解體列車，n為解體此階段的第幾輛列車；

7）Int judgeDisCar（）／／判斷應(yīng)該解哪一列車，返回解體車輛的序號(hào)。

3.5 程序?qū)崿F(xiàn)

在此算法中機(jī)車有任務(wù)集合work[]，每到達(dá)一列車任務(wù)集合就增加一個(gè)，要編組列車任務(wù)、取送任務(wù)、列車的其他任務(wù)都加入其中。通過決策函數(shù)judgeDisCar（）來判斷應(yīng)該解體哪一列車，在judge－DisCar（）函數(shù)中用有限狀態(tài)機(jī)的算法實(shí)現(xiàn)函數(shù)，返回一個(gè)序列值，即該解第幾列車。ResultList[]，列車每解體一列車就在增加列車序號(hào)，最終形成一個(gè)完整的列車解體順序表。TimeToMash（）判斷是編組列車的最晚編組時(shí)間是否到了，GetAndSend（）判斷是否有取送任務(wù)，取送任務(wù)可直接尋找空閑時(shí)間安排取送任務(wù)。在事件觸發(fā)中用Timer控件實(shí)現(xiàn)，通過引發(fā)Timer事件有規(guī)律的隔一段時(shí)間判斷機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，并準(zhǔn)確給予下一狀態(tài)。

3.6 機(jī)車狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

機(jī)車狀態(tài)轉(zhuǎn)換，見圖1。

圖1 機(jī)車狀態(tài)轉(zhuǎn)換

3.7 算 例

1）參數(shù)說明。列車解體由一臺(tái)調(diào)機(jī)擔(dān)當(dāng)、列車到達(dá)技檢作業(yè)時(shí)間為30min、出發(fā)技檢的時(shí)間為30min，解體時(shí)間為20min、列車編成數(shù)為35輛，允許欠軸發(fā)車。

2）廠內(nèi)現(xiàn)車為1／2、2／4、3／18、4／20、5／10。

3）到達(dá)列車車流數(shù)據(jù)，見表1。

4）出發(fā)列車編組數(shù)據(jù)，見表2。

表1 到達(dá)列車車流數(shù)據(jù)

表2 出發(fā)列車編組數(shù)據(jù)

5）結(jié)果。運(yùn)用有限狀態(tài)機(jī)推理的列車編組順序?yàn)?1302、22601、36208、36407、23802。

4 結(jié)束語

目前，我國(guó)鐵路編組站自動(dòng)化水平已經(jīng)較高，但是自動(dòng)化優(yōu)化還是有待以提高，本文應(yīng)用有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)安排機(jī)車解體和編組任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)編組站全面自動(dòng)化的一部分，其產(chǎn)生的計(jì)劃的可執(zhí)行性較高，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，有限狀態(tài)機(jī)執(zhí)行效率高，開發(fā)可模塊化，易于維護(hù)，在研究和開發(fā)階段計(jì)劃?rùn)C(jī)車任務(wù)安排中有重要的意義。

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