李瑞辰，臧永立，姚宇峰

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；2. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 通信信號(hào)研究所，北京 100081）

編組站是鐵路樞紐的核心，承擔(dān)著大量的貨運(yùn)列車解體、編組和機(jī)車換掛等作業(yè)。機(jī)列銜接問題是指自到發(fā)線編成待掛車列至車列掛機(jī)時(shí)止，機(jī)車與車列的接續(xù)作業(yè)。機(jī)車與車列能否緊密銜接，將直接影響編組站的運(yùn)輸暢通，因此解決機(jī)列銜接不緊密的問題是提高編組站運(yùn)輸生產(chǎn)效率、減少機(jī)車與車列在站停留時(shí)間的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)外針對編組站機(jī)列銜接問題的研究尚不深入，作者鮑立群[1]針對機(jī)列銜接不緊密現(xiàn)狀，通過流程再造與信息共享，將機(jī)車叫班任務(wù)下放到車站總調(diào)度員，并設(shè)置駐站機(jī)調(diào)崗位，彼此協(xié)作完成精準(zhǔn)叫班，但極大地增加了車站總調(diào)度員壓力；大多數(shù)針對機(jī)車運(yùn)用方面的研究集中在日計(jì)劃機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制、加速機(jī)車周轉(zhuǎn)策略等方面[2-4]，對鐵路行車組織工作具有一定的指導(dǎo)意義，但并未真正解決機(jī)車銜接不緊密的問題。日計(jì)劃機(jī)車周轉(zhuǎn)圖表示的是機(jī)務(wù)段在一晝夜內(nèi)各區(qū)段機(jī)車掛運(yùn)車次及機(jī)車交路情況的圖表，由于各種外界因素影響，日班計(jì)劃與實(shí)際執(zhí)行的偏差會(huì)不斷累積，當(dāng)偏差累積到一定程度時(shí)，機(jī)務(wù)段便無法按照機(jī)車日計(jì)劃機(jī)車周轉(zhuǎn)圖進(jìn)行機(jī)車運(yùn)用安排。因此，目前負(fù)責(zé)實(shí)際運(yùn)用的機(jī)車調(diào)度員只能根據(jù)機(jī)車實(shí)際情況人工為出發(fā)階段計(jì)劃指定機(jī)車，缺乏對機(jī)車運(yùn)用的預(yù)先估計(jì)，隨意性大，車流等機(jī)車、機(jī)車等車流的情況普遍存在，嚴(yán)重影響了編組站的正常生產(chǎn)運(yùn)輸秩序。

本文針對編組站機(jī)列銜接現(xiàn)狀及問題進(jìn)行分析，并從機(jī)務(wù)與車務(wù)信息脫節(jié)與缺少機(jī)車運(yùn)用階段規(guī)劃現(xiàn)狀出發(fā)，分別提出構(gòu)建機(jī)務(wù)車務(wù)信息共享機(jī)制與創(chuàng)建機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃對策。在構(gòu)建機(jī)務(wù)車務(wù)信息共享機(jī)制方面，分析機(jī)務(wù)與車務(wù)需要共享的數(shù)據(jù)類型；在創(chuàng)建機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃方面，分析機(jī)車階段計(jì)劃編制流程，討論機(jī)車運(yùn)用規(guī)則，建立了機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃編制模型，最后進(jìn)行算例驗(yàn)證。

1 機(jī)列銜接現(xiàn)狀及原因分析

1.1 機(jī)務(wù)與車務(wù)信息脫節(jié)

機(jī)務(wù)與車務(wù)分屬兩個(gè)不同系統(tǒng)，彼此之間缺少直接的信息交互。由于技術(shù)和設(shè)備的限制，使得本務(wù)機(jī)作業(yè)計(jì)劃的銜接和作業(yè)執(zhí)行進(jìn)度只能依靠電話進(jìn)行溝通。車務(wù)部門無法詳細(xì)獲知段內(nèi)機(jī)車的整備、派班等具體情況，機(jī)務(wù)部門也無法掌握車站車流、機(jī)車摘掛等情況。

1.2 編制車站階段計(jì)劃未考慮計(jì)劃機(jī)車

由于車站總調(diào)度員無法獲知機(jī)務(wù)段內(nèi)機(jī)車狀態(tài)與派班情況，因此在車站總調(diào)度員編制車站階段計(jì)劃時(shí)缺少對計(jì)劃機(jī)車的考慮，所以經(jīng)常出現(xiàn)車列編組完畢，但缺少滿足要求機(jī)車而導(dǎo)致無法開車，占用到發(fā)線資源，浪費(fèi)機(jī)車與駝峰資源。

1.3 機(jī)車叫班模式有待改進(jìn)

目前，大多數(shù)鐵路局的機(jī)車叫班模式是由鐵路局調(diào)度所統(tǒng)一指揮，自上而下發(fā)布機(jī)車叫班計(jì)劃[6]。但調(diào)度所機(jī)車調(diào)度員往往不能準(zhǔn)確獲知機(jī)車的實(shí)際狀態(tài)及車流編組進(jìn)度。僅依靠機(jī)車周轉(zhuǎn)圖及行調(diào)階段計(jì)劃進(jìn)行機(jī)車叫班，不適應(yīng)當(dāng)前的運(yùn)輸組織要求。

1.4 機(jī)務(wù)段對機(jī)車運(yùn)用缺少階段規(guī)劃

當(dāng)前，無論是采用鐵路局調(diào)度所機(jī)車叫班模式，還是車站總調(diào)度員叫班模式，針對機(jī)車運(yùn)用的預(yù)先規(guī)劃只有機(jī)車日班計(jì)劃，但是隨著時(shí)間推移，日班計(jì)劃誤差越來越大，日班計(jì)劃就喪失了參考意義。因此，如果能根據(jù)車站階段計(jì)劃自動(dòng)編制機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃，并將機(jī)車運(yùn)用計(jì)劃共享到車站，那么機(jī)車運(yùn)用銜接問題將大有改善。

2 構(gòu)建機(jī)務(wù)車務(wù)信息共享機(jī)制

2.1 機(jī)務(wù)向車務(wù)共享的信息

（1）機(jī)車狀態(tài)信息及機(jī)車交路信息

機(jī)務(wù)段信息管理系統(tǒng)中含有段內(nèi)機(jī)車的機(jī)車狀態(tài)及機(jī)車交路等信息，根據(jù)到達(dá)階段計(jì)劃與機(jī)車實(shí)際周轉(zhuǎn)圖推算出未到站的在途機(jī)車的機(jī)車交路信息。將機(jī)車狀態(tài)信息及機(jī)車交路信息共享給車務(wù)系統(tǒng)，供車務(wù)部門作業(yè)時(shí)參考，并作為車務(wù)系統(tǒng)編制階段計(jì)劃時(shí)的機(jī)車依據(jù)。

（2）機(jī)車階段計(jì)劃及機(jī)車叫班

將機(jī)務(wù)段機(jī)車階段計(jì)劃和機(jī)車叫班情況共享給車務(wù)系統(tǒng)，車站調(diào)度員可以根據(jù)機(jī)車階段計(jì)劃有選擇性地下達(dá)解編車作業(yè)，優(yōu)先編組有機(jī)車供應(yīng)的階段計(jì)劃。

2.2 車務(wù)向機(jī)務(wù)共享的信息

（1）車站到發(fā)階段計(jì)劃

將車站到發(fā)階段計(jì)劃共享給機(jī)務(wù)段，機(jī)務(wù)段可以按照車站階段計(jì)劃提前規(guī)劃機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃，方便機(jī)務(wù)段隨時(shí)安排及優(yōu)化機(jī)車交路。

（2）車流編組進(jìn)度

將車流編組進(jìn)度共享給機(jī)務(wù)段，機(jī)務(wù)段根據(jù)車流編組進(jìn)度調(diào)整叫班機(jī)車出段時(shí)機(jī)，防止車流未編組完全，機(jī)車出段的情況發(fā)生。

3 制定機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃

3.1 機(jī)車運(yùn)用及調(diào)整流程

機(jī)列銜接問題是一個(gè)分類指派問題，即以機(jī)車最早可出段時(shí)間作為指派指標(biāo)，將運(yùn)用機(jī)車按照機(jī)車運(yùn)用規(guī)則指派給出發(fā)階段計(jì)劃。形成機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃。并根據(jù)機(jī)車指派結(jié)果及機(jī)車入段技術(shù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間反推機(jī)車最晚出段時(shí)間及機(jī)車最晚入段時(shí)間，流程如圖1所示。

圖1 機(jī)車運(yùn)用與調(diào)整流程

3.2 機(jī)車運(yùn)用規(guī)則分析

（1）機(jī)車交路

機(jī)車交路是指機(jī)車固定擔(dān)當(dāng)運(yùn)輸任務(wù)的周轉(zhuǎn)區(qū)段，即機(jī)車從機(jī)務(wù)段本段到機(jī)務(wù)折返段所在站之間往返運(yùn)行的線路區(qū)段。一般情況下，機(jī)車的運(yùn)用必須符合機(jī)車交路的要求，不同機(jī)車交路的機(jī)車不可以混用。機(jī)務(wù)段需要根據(jù)出發(fā)階段計(jì)劃的需求機(jī)車交路類型來安排運(yùn)用機(jī)車。

（2）牽引定數(shù)

列車牽引定數(shù)是指列車運(yùn)行圖規(guī)定的某一區(qū)段固定機(jī)車類型及列車種類的列車牽引重量。并應(yīng)根據(jù)機(jī)車牽引力、區(qū)段內(nèi)線路狀況及其設(shè)備條件確定列車牽引定數(shù)。機(jī)務(wù)段需要根據(jù)出發(fā)階段計(jì)劃中要求的牽引定數(shù)安排運(yùn)用機(jī)車。

（3）機(jī)車運(yùn)非狀態(tài)

將機(jī)車劃分為運(yùn)用機(jī)車和非運(yùn)用機(jī)車兩種狀態(tài)。運(yùn)用機(jī)車指的是可以派班并承擔(dān)列車牽引任務(wù)的機(jī)車，即可用機(jī)車；非運(yùn)用機(jī)車指的是由于機(jī)車故障、機(jī)車檢修、機(jī)車運(yùn)用轉(zhuǎn)備用等原因，機(jī)車處于不可用狀態(tài)。

3.3 機(jī)車階段計(jì)劃編制模型

機(jī)務(wù)段內(nèi)機(jī)車階段計(jì)劃編制問題，主要是在一個(gè)階段內(nèi)，滿足運(yùn)輸組織需求的前提下，考慮機(jī)車運(yùn)用規(guī)則及各項(xiàng)實(shí)際情況，合理安排機(jī)車運(yùn)用與周轉(zhuǎn)方案，以達(dá)到機(jī)車與車流在站停留時(shí)間最短的目的。由于機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃編制是以車站到發(fā)階段計(jì)劃為基礎(chǔ)編制的，因此編制前提為車流會(huì)按照出發(fā)階段計(jì)劃時(shí)間準(zhǔn)時(shí)編組完成，后期具體情況通過信息共享機(jī)制彼此調(diào)整。因此，本文構(gòu)建的某一決策周期內(nèi)機(jī)車階段計(jì)劃編制模型的目標(biāo)函數(shù)如下：

其中，J={Ji|i=1, 2,…,n}是到達(dá)編組站的在途機(jī)車和機(jī)務(wù)段內(nèi)的機(jī)車集合；θi為{0, 1}變量，如果機(jī)車為非運(yùn)用狀態(tài)則取值0，否則取值1；為列車實(shí)際出發(fā)階段計(jì)劃開車點(diǎn)，為每個(gè)到達(dá)機(jī)車Ji到達(dá)車站的時(shí)間；L={Lj|j=1, 2, …,n}是到發(fā)線編成待掛車列的集合；Nj為每組車輛在站停留時(shí)間。機(jī)車最早出段時(shí)間為：

3.4 機(jī)車階段計(jì)劃編制求解算法

機(jī)車階段計(jì)劃的編制求解方案流程如下：

（1）按需求機(jī)車類型對出發(fā)階段計(jì)劃分組，逐一遍歷計(jì)劃組；

（2）加載符合機(jī)車交路類型的機(jī)車，篩選可用機(jī)車；

（3）獲取每臺(tái)可用機(jī)車最早可用時(shí)間與本組出發(fā)階段計(jì)劃出發(fā)時(shí)間，構(gòu)建指派模型，并以出發(fā)時(shí)間與最早可用時(shí)間的插值推出指派矩陣；

（4）利用匈牙利算法對指派問題求解，生成機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃。如機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃中某一機(jī)車最早可用時(shí)間晚于機(jī)車最晚出段時(shí)間，將此計(jì)劃剔除出組，跳入Step1重新推算本組；

（5）根據(jù)機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃反推機(jī)車最晚出段時(shí)間及機(jī)車最晚入段時(shí)間。

4 算例驗(yàn)證與分析

4.1 算例驗(yàn)證

以某三級六場的編組站機(jī)車運(yùn)用實(shí)際情況為例對模型及求解算法進(jìn)行驗(yàn)證與分析。

以2 h為決策周期，當(dāng)前時(shí)間為9：40，選取車站某一機(jī)車交路的車站到發(fā)階段計(jì)劃、機(jī)務(wù)段內(nèi)實(shí)際機(jī)車的狀態(tài)，如表1～表3所示。其中，車站各項(xiàng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為：到達(dá)機(jī)車入段走行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為10 min，整備時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為50 min，出發(fā)機(jī)車出段走行時(shí)間為6 min，出發(fā)前技術(shù)作業(yè)時(shí)間為5 min。

由于上述求解算法中的（1）與（2）是對可用機(jī)車與到發(fā)階段計(jì)劃的篩選，只需按照機(jī)車運(yùn)用規(guī)則篩選便可解決，因此，算例驗(yàn)證模塊以某一機(jī)車交路為例，并默認(rèn)已經(jīng)過（1）和（2）操作。

表1 列車到達(dá)階段計(jì)劃

表2 列車出發(fā)階段計(jì)劃

表3 段內(nèi)未叫班機(jī)車的實(shí)際狀態(tài)

（3）根據(jù)段內(nèi)未叫班機(jī)車狀態(tài)與到達(dá)階段計(jì)劃分別計(jì)算機(jī)車最早可用時(shí)間如表4所示。

表4 機(jī)車最早可用時(shí)間

結(jié)合車站發(fā)車階段計(jì)劃，由發(fā)車時(shí)間減去最早可用時(shí)間和出段走行及技術(shù)作業(yè)時(shí)間獲得富裕時(shí)間，并以此推出指派系數(shù)矩陣，系數(shù)矩陣如下：

（4）利用匈牙利算法對（3）生成的系數(shù)矩陣求解，利用LINGO軟件編程實(shí)現(xiàn)，具體代碼及運(yùn)行后的部分結(jié)果如圖2所示，由運(yùn)行結(jié)果可以得到機(jī)車的指派關(guān)系。

（5）根據(jù)機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃反推機(jī)車最晚出段時(shí)間及機(jī)車最晚入段時(shí)間如表5所示。

至此，基于車站階段計(jì)劃及機(jī)車資源狀態(tài)編制的機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃便編制完成。

圖2 LINGO軟件求解及運(yùn)行結(jié)果

表5 機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃

4.2 結(jié)果分析

經(jīng)計(jì)算，編制完成的機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃中本階段機(jī)車在站停留時(shí)間為686 min,為本階段機(jī)車在站停留最短時(shí)間, 由于有階段計(jì)劃作為參考，機(jī)務(wù)段機(jī)車調(diào)度員與車站值班員可以對作業(yè)進(jìn)行提前規(guī)劃調(diào)整，并根據(jù)機(jī)車最晚出入段時(shí)間進(jìn)行機(jī)車進(jìn)路的準(zhǔn)備。如果機(jī)務(wù)段與車站均準(zhǔn)時(shí)兌現(xiàn)階段計(jì)劃，那么每組車輛在站停留時(shí)間等于出發(fā)前技術(shù)作業(yè)時(shí)間5 min,此階段共計(jì)6×5 min=30 min。因此本階段機(jī)車與車輛在站停留時(shí)間共計(jì)716 min，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)車與車輛在站停留時(shí)間最短的目的。

5 結(jié)束語

機(jī)車運(yùn)用工作是鐵路運(yùn)輸組織的重要組成部分，當(dāng)前機(jī)務(wù)與車務(wù)信息不對稱、機(jī)務(wù)缺少機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃的現(xiàn)狀顯然不符合當(dāng)前運(yùn)輸組織需求。本文通過信息共享及機(jī)車運(yùn)用階段計(jì)劃編制，實(shí)現(xiàn)機(jī)車與車流精準(zhǔn)銜接，有效地化解了機(jī)列銜接難題。但是，圍繞機(jī)車運(yùn)用走行計(jì)劃等方面尚未做深入探討，對于機(jī)車在編組站內(nèi)的總體管控方面，是今后的研究重點(diǎn)。