孫永生,劉德勇,孫瑩瑩,楊靜霆

(浙江眾合科技股份有限公司,杭州 310051)

朔黃鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)研究

孫永生,劉德勇,孫瑩瑩,楊靜霆

(浙江眾合科技股份有限公司,杭州 310051)

為提高軸重300 kN以上重載鐵路運(yùn)輸效率,建立基于車-地連續(xù)通信的調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng),通過對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的分析計(jì)算,得出優(yōu)化的列車運(yùn)行計(jì)劃,并實(shí)時(shí)監(jiān)督列車的運(yùn)行狀況,優(yōu)化行車密度,實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃,從而優(yōu)化列車運(yùn)行策略,提高效益。

重載鐵路；調(diào)度優(yōu)化；調(diào)度集中

1 概述

朔黃鐵路承擔(dān)國(guó)家第二條西煤東運(yùn)大通道的煤炭運(yùn)輸任務(wù)[1]，在全國(guó)路網(wǎng)中占有重要地位，特別對(duì)加快沿線地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保證華東、東南沿海地區(qū)能源供應(yīng)、擴(kuò)大我國(guó)煤炭出口能力具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

重載鐵路的運(yùn)輸組織方案是大量開行萬t、2萬t重載列車，運(yùn)輸密度大，車站的技術(shù)作業(yè)比較復(fù)雜[2，3]。

重載鐵路調(diào)度集中系統(tǒng)是將一定數(shù)量或全部列車的調(diào)度指揮，集中在若干個(gè)甚至一個(gè)指揮中心統(tǒng)一指揮。在指揮中心，工作人員可以根據(jù)貨物的不同流向，科學(xué)地安排列車計(jì)劃，根據(jù)列車的實(shí)際運(yùn)行情況，統(tǒng)一指揮和及時(shí)調(diào)整列車的運(yùn)行[4，5]，在保證運(yùn)輸安全的前提下使運(yùn)輸生產(chǎn)效率達(dá)到最大化。

本文是在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“軸重300 kN以上煤炭運(yùn)輸重載鐵路關(guān)鍵技術(shù)與核心裝備研制”下，主要針對(duì)朔黃鐵路軸重300 kN以上重載列車調(diào)度，研制適用于朔黃鐵路重載運(yùn)輸?shù)恼{(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外現(xiàn)狀

在一些幅員遼闊、資源豐富、煤炭和礦石等大宗貨物運(yùn)量占有較大比重的國(guó)家，如美國(guó)、加拿大、巴西、澳大利亞、南非等[6-8]，重載調(diào)度集中發(fā)展尤為迅速，其技術(shù)特征與功能特征一般都經(jīng)歷了由繼電式、電子式發(fā)展到微機(jī)化調(diào)度集中；由單一的信號(hào)遙控、計(jì)算機(jī)輔助行車調(diào)度發(fā)展到綜合調(diào)度集中系統(tǒng)。

以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的調(diào)度集中系統(tǒng)向綜合化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展[9]，系統(tǒng)的功能更加完善，可靠性和可維護(hù)性越來越高，操作界面也越來越人性化。

2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代中期，在廣泛吸取國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，鐵道部提出了建設(shè)集信號(hào)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為一體的鐵路運(yùn)輸調(diào)度指揮管理系統(tǒng)TDCS (DMIS)，其核心是將鐵路列車、車站和區(qū)間的實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)情況匯總到鐵路局及鐵道部等各級(jí)調(diào)度指揮中樞[10]，使各級(jí)調(diào)度人員能夠準(zhǔn)確地制定運(yùn)輸調(diào)度計(jì)劃，科學(xué)有序地指揮列車群的安全運(yùn)行。TDCS(DMIS)整體技術(shù)于2001年通過了國(guó)家科技部組織的技術(shù)鑒定，并成功應(yīng)用于蘭州、成都、烏魯木齊、呼和浩特等鐵路局。

2.3 朔黃鐵路調(diào)度系統(tǒng)現(xiàn)狀

朔黃鐵路的調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展也經(jīng)歷了一個(gè)從無到有，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜并不斷完善的過程。2000年，朔黃鐵路調(diào)度指揮工作還停留在“紙筆記錄，電話指揮”的傳統(tǒng)手工階段，大大制約了運(yùn)輸生產(chǎn)的效率；2011年3月17日，朔黃鐵路調(diào)度集中(CTC)系統(tǒng)開通運(yùn)行，至此朔黃鐵路調(diào)度指揮邁入了遠(yuǎn)程操控列車智能輔助指揮階段，很大程度上減輕了調(diào)度指揮人員和車站值班人員的工作量，提高了工作效率[11]，從而大大降低了運(yùn)輸成本。

3 調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)獲取列車的運(yùn)行計(jì)劃信息、施工調(diào)度及臨時(shí)限速等信息，根據(jù)線路狀況形成列車運(yùn)營(yíng)計(jì)劃信息(運(yùn)行時(shí)分信息、運(yùn)行目標(biāo)站點(diǎn)等)，通過LTE網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)信息發(fā)送給重載列車智能操控系統(tǒng)。

調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)通過車-地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)獲取重載列車智能操控系統(tǒng)采集的計(jì)劃編制初始條件相關(guān)的原始信息，主要包括司乘信息、列車編組信息、列車位置、速度、時(shí)刻、操作等信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、加工處理與優(yōu)化，輸出較科學(xué)且經(jīng)過優(yōu)化的初始條件到既有計(jì)劃編制系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的硬件平臺(tái)采用高可靠性的商用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及服務(wù)器。人機(jī)交互工作站安裝界面友好的Windows7操作系統(tǒng)，邏輯處理服務(wù)器安裝Linux6.5操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle。軟件采用強(qiáng)類型語言C++、C#編寫。

3.2 物理架構(gòu)

系統(tǒng)由工作站、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、通信前置服務(wù)器、防火墻、磁盤陣列、冗余網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成，如圖1所示。其中應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、通信前置服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，以提高系統(tǒng)可靠性。

圖1 調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)物理架構(gòu)

通信前置服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)、計(jì)劃編制系統(tǒng)、車載智能操控系統(tǒng)等的接口。

防火墻：實(shí)現(xiàn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)與外部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離。

工作站：提供人機(jī)交互界面。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及磁盤陣列：線路數(shù)據(jù)、運(yùn)行計(jì)劃信息等的存儲(chǔ)。

應(yīng)用服務(wù)器：數(shù)據(jù)分析、比較，優(yōu)化過程計(jì)算，生成優(yōu)化結(jié)果及控制信息。

仿真工作站：以真實(shí)線路數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模擬列車運(yùn)行，向調(diào)度優(yōu)化提供仿真數(shù)據(jù)。

3.3 軟件結(jié)構(gòu)

重載調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)軟件，分為人機(jī)界面、應(yīng)用服務(wù)、配置文件、數(shù)據(jù)庫(kù)、通信服務(wù)等部分，如圖2所示。

圖2 調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

通信服務(wù)模塊與外部系統(tǒng)進(jìn)行接口，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換、收發(fā)消息等。

應(yīng)用服務(wù)模塊對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘，計(jì)算優(yōu)化結(jié)果，并根據(jù)列車實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

人機(jī)界面提供人機(jī)交互的入口。

數(shù)據(jù)服務(wù)模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

4 系統(tǒng)功能

4.1 列車運(yùn)行策略優(yōu)化

收集歷史實(shí)際站停數(shù)據(jù)，對(duì)不同類型的作業(yè)進(jìn)行分析，按照作業(yè)流程，計(jì)算出優(yōu)化的作業(yè)時(shí)間、停站時(shí)間。

以朔黃鐵路線路數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析歷史列車實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出歷史數(shù)據(jù)中不同編組、不同機(jī)車牽引的列車的優(yōu)化站間運(yùn)行策略。

根據(jù)優(yōu)化的作業(yè)時(shí)間、停站時(shí)間、站間運(yùn)行策略，生成的計(jì)劃運(yùn)行圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化及實(shí)際運(yùn)行圖

4.2 列車實(shí)時(shí)跟蹤

朔黃鐵路現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)軌道電路的出清/占用確定列車的大概位置。而調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)與車載智能操控系統(tǒng)通過LTE(4G)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信，調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取列車的具體位置信息，可以更精確地定位列車，如圖4所示。

圖4 列車實(shí)時(shí)跟蹤(圖中信號(hào)機(jī)、站臺(tái)等僅為示意)

4.3 調(diào)整列車運(yùn)行

按照運(yùn)行計(jì)劃實(shí)時(shí)監(jiān)督列車運(yùn)行情況，根據(jù)不同列車的制動(dòng)、牽引能力計(jì)算優(yōu)化的列車運(yùn)行間隔。通過向車載智能操控系統(tǒng)發(fā)送調(diào)整信息(建議運(yùn)行速度、站間運(yùn)行時(shí)間等)，來調(diào)整列車運(yùn)行或提醒司機(jī)。

緊急情況只能單線運(yùn)行或側(cè)線運(yùn)行時(shí)，在獲取故障線路區(qū)段的位置的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前線路上列車運(yùn)行情況，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃，并下達(dá)給車載智能操控系統(tǒng)，用以提醒司機(jī)控制列車運(yùn)行。

4.4 其他功能4.4.1 仿真

仿真工作站可以讀取朔黃鐵路實(shí)際線路數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)設(shè)備狀態(tài)，模擬不同類型(不同編組、不同機(jī)車等)列車運(yùn)行。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)人工注入故障/異常。在離線環(huán)境中，提供線路和列車運(yùn)行的仿真功能，如圖5所示。

4.4.2 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

提供系統(tǒng)監(jiān)測(cè)人機(jī)界面，監(jiān)測(cè)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的連接狀態(tài)及主備情況(圖6)；監(jiān)測(cè)各設(shè)備進(jìn)程的工作狀態(tài)(圖7)；監(jiān)測(cè)與其他系統(tǒng)的連接狀態(tài)等。

圖6 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控界面

圖7 進(jìn)程監(jiān)控界面

4.4.3 用戶管理

提供用戶登錄(圖8)、注銷功能，管理各用戶的操作權(quán)限。包括查看用戶信息、查看已登陸用戶、修改自身密碼、進(jìn)行權(quán)限范圍內(nèi)的操作，如圖9 所示。

圖8 用戶登錄界面

圖9 用戶管理

4.4.4 事件報(bào)警信息提示

提供用戶登錄/退出、列車上線等事件及通訊斷開等報(bào)警信息的顯示，以提醒操作員(圖10)。

報(bào)警信息列表支持按照?qǐng)?bào)警狀態(tài)、報(bào)警等級(jí)、報(bào)警時(shí)間進(jìn)行排序，并支持根據(jù)報(bào)警狀態(tài)和報(bào)警等級(jí)進(jìn)行篩選。

圖10 事件/報(bào)警信息界面

5 系統(tǒng)原理

重載鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的挖掘和分析，計(jì)算優(yōu)化的列車運(yùn)行策略，以線路數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，指導(dǎo)重載貨物列車群的運(yùn)營(yíng)。

通過連續(xù)的車-地通信，對(duì)列車進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，監(jiān)督列車間的運(yùn)行間隔，計(jì)算每列車運(yùn)行的安全行車目標(biāo)點(diǎn)(不同于軌道區(qū)段終點(diǎn))，從而優(yōu)化行車密度，指導(dǎo)列車運(yùn)行。

從現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取線路異常狀況，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃，并下達(dá)車載智能操控系統(tǒng)，供司機(jī)執(zhí)行或參考。

6 結(jié)語

朔黃鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)基于實(shí)際線路數(shù)據(jù)、歷史實(shí)際列車運(yùn)行數(shù)據(jù)等計(jì)算出優(yōu)化的列車運(yùn)行計(jì)劃；通過車-地連續(xù)通信[12]，實(shí)時(shí)監(jiān)督所有列車的運(yùn)行情況，計(jì)算更加精細(xì)的安全運(yùn)行目標(biāo)點(diǎn)，可以優(yōu)化行車密度；根據(jù)線路異常狀況，適時(shí)調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃，可以第一時(shí)間給司機(jī)提供行車參考。

朔黃鐵路調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的研發(fā)對(duì)重載貨運(yùn)線路的效益有積極、深遠(yuǎn)的影響。

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Research on Scheduling Optimization System of Shuozhou-Huanghuagang Railway

SUN Yong-sheng, LIU De-yong, SUN Ying-ying, YANG Jing-ting

(United Science & Technology Co., Ltd., Hangzhou 310051, China )

In order to improve transport efficiency of the heavy haul railway of over 30-ton axle load, the scheduling optimization system based on vehicle-wayside continuous communication is established. Through the analysis and calculation of the historical running data, train operation plan is optimized, train operation is supervised in real-time, driving density is optimized and operation plan is regulated in real time. Thus, the train operation strategies are optimized and benefits are improved.

Heavy haul railway; Scheduling optimization; Centralized Traffic Control (CTC)

2015-05-22；

2015-06-02

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAG20B00)

孫永生(1986—)，男，工程師，2012年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail:sunyongsheng@unitedmne.com。

1004-2954(2015)12-0111-04

U292.4+2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.026