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        車(chē)輛段入線(xiàn)調(diào)車(chē)算法研究

        2010-08-08 08:42:28范新龍張欣亮史新偉
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化

        范新龍,張欣亮,史新偉

        (1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,西安 710014;2.西安鐵路局,西安東車(chē)輛段,西安710608)

        目前,車(chē)輛段自動(dòng)化入線(xiàn)調(diào)車(chē)存在許多問(wèn)題,人工過(guò)程很容易理解和實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題,用自動(dòng)化方式則較為復(fù)雜,考慮到通用性,決定采取一次一輛的方式進(jìn)行調(diào)車(chē),即根據(jù)從圖像化界面得到的調(diào)車(chē)信息及機(jī)車(chē)所在的位置,每次從所選的股道取一車(chē)輛,根據(jù)車(chē)輛中所含的調(diào)車(chē)信息,將此車(chē)調(diào)至相應(yīng)的股道,如此產(chǎn)生的調(diào)車(chē)序列不能作為實(shí)際的入線(xiàn)計(jì)劃,須進(jìn)行優(yōu)化處理。優(yōu)化方法在實(shí)現(xiàn)時(shí)有許多優(yōu)勢(shì):(1)可以有多種組合,便于提取最優(yōu)組合使用。(2)可以根據(jù)調(diào)車(chē)線(xiàn)的長(zhǎng)度合并數(shù)據(jù),在調(diào)車(chē)線(xiàn)較短的車(chē)輛段使用尤能體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際使用中,可根據(jù)車(chē)輛源(源)、維修臺(tái)位(目的)或兩者結(jié)合使用相應(yīng)的算法,本文主要研究車(chē)輛源調(diào)車(chē)算法。

        1 兩個(gè)概念

        1.1 定位調(diào)車(chē)

        所謂定位調(diào)車(chē),就是指定待修車(chē)輛調(diào)入指定的待修臺(tái)位,對(duì)某些有特殊需要的車(chē)輛進(jìn)行這類(lèi)調(diào)車(chē)操作,在圖形化調(diào)車(chē)系統(tǒng)中,定位調(diào)車(chē)通過(guò)直接拖動(dòng)待修車(chē)輛到維修臺(tái)位上得到調(diào)車(chē)信息。

        1.2 定性調(diào)車(chē)

        定性調(diào)車(chē)只指示出待修車(chē)輛將進(jìn)行什么樣的維修操作(段修、廠(chǎng)修、洗罐等)而不指定具體的維修臺(tái)位,在圖形化調(diào)車(chē)系統(tǒng)中,通過(guò)設(shè)定待修車(chē)輛的調(diào)車(chē)性質(zhì)得到調(diào)車(chē)信息,在下面的算法中,許多情況是針對(duì)這種調(diào)車(chē)方式進(jìn)行的。

        2 用例

        這里的用例指的是車(chē)輛源調(diào)車(chē)過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù),主要用于說(shuō)明算法,分基本用例和擴(kuò)展用例兩類(lèi)。基本用例反映了采用車(chē)輛源調(diào)車(chē)的最原始數(shù)據(jù),擴(kuò)展用例是對(duì)基本用例進(jìn)行部分優(yōu)化后的結(jié)果,主要用于說(shuō)明算法優(yōu)化。在下面的分析中,S表示待調(diào)的源車(chē)輛及股道;D表示目標(biāo)臺(tái)位股道及車(chē)輛。由于合并算法可以看作是將相鄰兩次調(diào)車(chē)信息進(jìn)行合并,所以用A、C分別表示第N次和第N+1次牽出股道名稱(chēng),B、D表示第N次和第N+1次的推入股道名稱(chēng),m、n表示每次牽出或推入的車(chē)輛數(shù)。

        2.1 基本用例

        基本用例接近原始調(diào)車(chē)數(shù)據(jù),當(dāng)m、n為1時(shí)(每次牽出和推入的車(chē)輛數(shù)為1),即為原始數(shù)據(jù);如果m、n不為1,則是優(yōu)化過(guò)程中的數(shù)據(jù)。

        ……第n鉤

        上例中,A + m 和B-m 表示從股道A中牽出m輛車(chē)輛,推入目的股道B中,C+n和 D-n同上,只是下一鉤的操作。當(dāng)m、n為1時(shí),表示在沒(méi)有優(yōu)化情況下的調(diào)車(chē)過(guò)程,即每次從待調(diào)股道牽出一輛車(chē)并將其推入目標(biāo)軌道。

        2.2 擴(kuò)展用例

        上述過(guò)程中,如果不進(jìn)行優(yōu)化,則可能造成調(diào)車(chē)鉤數(shù)過(guò)多,擴(kuò)展用例則是將基本用例中可以合并的項(xiàng)目進(jìn)行合并處理,處理后的結(jié)果可以減少調(diào)車(chē)計(jì)劃中的鉤數(shù),這個(gè)結(jié)果更接近于實(shí)際的入線(xiàn)計(jì)劃。

        (A1股道牽出m1輛,A2股道牽出m2輛,……)

        (將n1輛推入B1股道,n2輛推入B2股道,……)

        這4項(xiàng)中的n可以不相等,即牽出的車(chē)輛可能與推入的車(chē)輛不等。

        基本用例可以看成為擴(kuò)展用例的特殊形式,本文的優(yōu)化算法將主要討論擴(kuò)展用例的算法,但因?yàn)榛居美奶厥庑?,有些算法在基本用例中?huì)有其特殊點(diǎn)。另外基本用例的引入也便于對(duì)本文的理解。

        3 優(yōu)化算法

        優(yōu)化算法主要用于將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理,得到比較合理且最優(yōu)的入線(xiàn)計(jì)劃,其原則為:

        (1)優(yōu)化后,總鉤數(shù)比優(yōu)化前少。

        (2)鉤數(shù)相同的情況下,調(diào)車(chē)線(xiàn)所需長(zhǎng)度短。

        原始的牽出和推入的順序?yàn)锳BCD,即一次牽出(A)、一次推入(B),再一次牽出(C)和一次推入(D),優(yōu)化處理后則為先做兩次連續(xù)牽出(AC或CA)、再作兩次推入(BD或DB),注意這種操作有先后順序的要求。

        由于優(yōu)化過(guò)程實(shí)際上是根據(jù)各種條件,對(duì)現(xiàn)有鉤數(shù)進(jìn)行合并,所以也稱(chēng)此為“合并律”,根據(jù)合并方式,合并律主要有CABD律和ACDB律兩種合并方式(CABD和ACDB表示牽出和推入的順序)。

        3.1 CABD律

        3.2 ACDB律

        3.3 優(yōu)化條件

        以上的優(yōu)化有諸多條件限制,除了臺(tái)位不同的在合并時(shí)要注意臺(tái)位位置先后外,車(chē)位的先后也很重要,上述過(guò)程中可以看到對(duì)“出”、“入”的順序有調(diào)整,在定位調(diào)車(chē)時(shí),由于車(chē)臺(tái)位已經(jīng)指定,合并后必須能夠到達(dá)指定臺(tái)位位置,對(duì)定性調(diào)車(chē)而言,要注意的一個(gè)很重要的原則就是合并時(shí),“出”位一定要在“入”位前。

        通過(guò)實(shí)踐分析總結(jié),上面兩種合并律的執(zhí)行條件如下:

        If ((A1=Cn) and (An=C1)) then ;源全同,A、C為牽出

        if (B1<>Dn) and (Bn<>D1) then ACDB ;目標(biāo)全不同 B、D為推入

        if (B1=Dn) and (Bn=D1) then ACDB ;目標(biāo)全同

        if (B1=Dn) and (Bn<>D1) then ACDB; 目標(biāo)前同

        if (B1<>Dn) and (Bn=D1) then CABD ;目標(biāo)后同

        end;

        if (A1<>Cn) and (An<>C1) then ;源全不同

        if (B1<>Dn) and (Bn<>D1) then do nothing;源全不同,目標(biāo)全不同

        if (B1=Dn) and (Bn=D1) then CABD;源全不同,目標(biāo)全同

        if (B1=Dn) and (Bn<>D1) then ACDB ;源全不同,目標(biāo)前同

        if (B1<>Dn) and (Bn=D1) then CABD;源全不同,目標(biāo)后同

        end;

        if (A1=Cn) and (An<>C1) then;源前同

        if (B1<>Dn) and (Bn<>D1) then CABD;源前同,目標(biāo)全不同

        if (B1=Dn) and (Bn=D1) then CABD;源前同,目標(biāo)全同

        if (B1=Dn) and (Bn<>D1) then do nothing;源前同,目標(biāo)前同

        if (B1<>Dn)and (Bn=D1) then CABD;源前同,目標(biāo)后同

        end;

        if (A1<>Cn) and (An=C1) then;源后同

        if (B1<>Dn) and (Bn<>D1) then ACDB;源后同,目標(biāo)全不同

        if (B1=Dn) and (Bn=D1) then ACDB;源后同,目標(biāo)全同

        if (B1=Dn) and (Bn<>D1) then ACDB;源后同,目標(biāo)前同

        if (B1<>Dn) and (Bn=D1) then do nothing;源后同,目標(biāo)后同

        end;

        3.4 特殊情況

        當(dāng)N和N+1調(diào)車(chē)數(shù)量均為1時(shí)(基本用例情況,m、n都為1),根據(jù)基本用例對(duì)上述算法優(yōu)化:

        當(dāng)A = C并且B = D,兩次牽出股道號(hào)相同、推入股道號(hào)相同。

        S:A+(m+n)

        D:B-(m+n))

        當(dāng)A=C 并且 B<>D (ACDB律)

        S: A+(m+n)

        D: D-n

        B-m

        當(dāng)A<>C 并且 B=D (CABD律)

        S: C+n

        D: A+m

        B-(m+n)

        4 結(jié)束語(yǔ)

        調(diào)車(chē)源分析算法可以解決部分車(chē)輛段入線(xiàn)計(jì)劃自動(dòng)生成問(wèn)題。為了得到最優(yōu)的調(diào)車(chē)方案,該法利用了軌道的全排列,當(dāng)待調(diào)車(chē)輛來(lái)自多個(gè)軌道時(shí),其運(yùn)算次數(shù)達(dá)到N?。∟為待調(diào)車(chē)輛軌道數(shù)),通過(guò)對(duì)這些比較,得到最佳的源股道排列順序。由于該法所需時(shí)間較長(zhǎng),有些情況下還不能得到最優(yōu)方案,又進(jìn)行了目標(biāo)算法分析,這種算法將在“車(chē)輛段入線(xiàn)調(diào)車(chē)目的臺(tái)位分析算法研究”予以介紹。這兩種算法的聯(lián)合使用,能解決大部分的自動(dòng)生成入線(xiàn)調(diào)車(chē)計(jì)劃中存在的問(wèn)題。

        [1] 胡思繼. 鐵路行車(chē)組織[M] . 北京:中國(guó)鐵道出版社,2002.

        [2] 步文亮,王洪昆,劉光濤. 車(chē)輛段調(diào)車(chē)作業(yè)全過(guò)程自動(dòng)化的研究與實(shí)現(xiàn)[J] . 鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛,2007(6).

        [3] 馮俊杰. 鐵路運(yùn)輸基本技能訓(xùn)練[M] . 北京:中國(guó)鐵道出版社,2003.

        [4] 西安鐵路局西安東車(chē)輛段調(diào)度科文件.廠(chǎng)段修車(chē)輛入庫(kù)前預(yù)檢及調(diào)車(chē)作業(yè)規(guī)定[S] . 2008,7.

        [5] 西安鐵路局西安東車(chē)輛段調(diào)度科文件. 段內(nèi)各線(xiàn)路存車(chē)數(shù)量及規(guī)定[S] . 2009,7.

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