劉志新,張 璐,桂 欣,秦志鵬
(1.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸調(diào)度指揮中心,北京 100844;2.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司交通運(yùn)輸規(guī)劃研究院,天津 300308)
鐵路到達(dá)重車(以下簡(jiǎn)稱“到重”)超過(guò)車站卸車(以下簡(jiǎn)稱“超卸車”)能力是指綜合路網(wǎng)中貨流、車流、列流,側(cè)重把握終點(diǎn)端卸車能力與路網(wǎng)一段時(shí)間內(nèi)流量的適應(yīng)性關(guān)系。近年來(lái),隨著鐵路裝車量的逐年上升,需求兌現(xiàn)率逐步提高,卸車站集中到達(dá)的情況愈加頻繁,卸車能力增長(zhǎng)不足的矛盾日益凸顯。然而,長(zhǎng)期以來(lái),鐵路在車站到達(dá)重車預(yù)報(bào)及優(yōu)化的工作仍然比較粗獷,主要依靠人工查詢和經(jīng)驗(yàn)推算,調(diào)整工作相對(duì)被動(dòng)和滯后,不利于調(diào)度工作的精細(xì)管理。對(duì)此,學(xué)者不斷研究鐵路運(yùn)輸過(guò)程、車流組織,研究并嘗試構(gòu)建重車推算相關(guān)模型[1],并提出建設(shè)智能超卸系統(tǒng)、搭建運(yùn)輸信息整合共享平臺(tái)等解決方案[2-4]。各鐵路局集團(tuán)公司也根據(jù)各自的特點(diǎn),研發(fā)了相應(yīng)的應(yīng)用程序,對(duì)鐵路局集團(tuán)公司層面的調(diào)度組織起到了一定的輔助作用[5-6]。在上述研究的基礎(chǔ)上,依據(jù)鐵路調(diào)度組織的特點(diǎn),研究到達(dá)重車超卸車能力分級(jí)預(yù)警及優(yōu)化調(diào)整機(jī)制,提出優(yōu)化調(diào)整策略,減少由于超卸車能力而引起貨運(yùn)組織途中保留和到站積壓,提升貨運(yùn)調(diào)度指揮水平,實(shí)現(xiàn)到達(dá)重車調(diào)度預(yù)警技術(shù)突破,以保障鐵路貨運(yùn)集約化高效發(fā)展。
全路到達(dá)重車調(diào)度還未完全切實(shí)綜合鐵路既有生產(chǎn)數(shù)據(jù),中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“國(guó)鐵集團(tuán)”)、鐵路局集團(tuán)公司、站段間調(diào)度的協(xié)調(diào)配合尚不充分,總體而言,改善重車管理現(xiàn)狀,健全全路的到重預(yù)警系統(tǒng)還存在著3個(gè)方面的難題:一是卸車能力掌握不足,鐵路局集團(tuán)公司系統(tǒng)對(duì)各站作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的裝卸車生產(chǎn)情況掌握尚不充分,未考慮卸車能力受設(shè)施設(shè)備、運(yùn)輸組織、天氣情況等多種因素綜合影響,難以實(shí)現(xiàn)客觀、精細(xì)管理;二是車流推算存在短板,車站層面對(duì)其他站存放、途中車、管外到本站的重車信息掌握不足,全路重車信息難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效推送和共享,各層級(jí)一體化管理相對(duì)卸車需求滯后,卸車資源未能提前調(diào)配;三是預(yù)警調(diào)整機(jī)制尚未形成,采取的增加卸車機(jī)械勞力、變更及分流、在站保留車、停限裝等措施,未能對(duì)應(yīng)明確分級(jí)預(yù)警等級(jí),預(yù)警預(yù)防及分類調(diào)整能力較弱。
為切實(shí)解決到重超卸車的難題,各級(jí)調(diào)度指揮系統(tǒng)迫切需要建立完善的分級(jí)預(yù)警機(jī)制,構(gòu)建基于數(shù)據(jù)分析的到重超卸車輔助決策系統(tǒng)。分級(jí)預(yù)警機(jī)制需構(gòu)建在卸車能力、重車推算、預(yù)警分級(jí)及策略調(diào)整4個(gè)層面的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析卸車能力與重車推算到達(dá)的能力適應(yīng)性,提出相應(yīng)的分級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)以及適應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整策略。其中,能力適應(yīng)層面,需綜合多種因素的影響,考慮理論計(jì)算和實(shí)際操作之間的差距,宜依據(jù)重車推算理論,并考慮重車推算過(guò)程中的停留時(shí)間、車輛路徑等不確定問題;預(yù)警機(jī)制及調(diào)整策略層面,需落實(shí)到預(yù)警發(fā)布機(jī)制、響應(yīng)主體、策略層級(jí)等。分級(jí)預(yù)警機(jī)制需求分析如圖1所示。
圖1 分級(jí)預(yù)警機(jī)制需求分析Fig.1 Demand analysis of graded early warning mechanism
車站的卸車能力是判別超卸車情況的重要基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)貨物發(fā)送、途中、到達(dá)等作業(yè)流程的分析,研究得出卸車能力受設(shè)施設(shè)備、運(yùn)輸組織、作業(yè)組織等諸多因素的影響[7-8]。其中,理論計(jì)算能力按子系統(tǒng)劃分包括車站通過(guò)能力、改編能力、取送車能力、裝卸能力、堆存能力等,通過(guò)分析制約環(huán)節(jié)得出能力值評(píng)價(jià)結(jié)果;實(shí)際生產(chǎn)中利用理論計(jì)算較為繁瑣,經(jīng)驗(yàn)值往往較為可靠,鐵路局集團(tuán)公司所采取的經(jīng)過(guò)上報(bào)層層審核的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰χ?,能夠反映?shí)際操作經(jīng)驗(yàn)下的卸車能力;另外,基于統(tǒng)計(jì)報(bào)表的統(tǒng)計(jì)能力是對(duì)車站過(guò)去不同時(shí)空作業(yè)環(huán)境下的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),應(yīng)用合理的數(shù)據(jù)分析方法可以作為一種補(bǔ)充?;谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,提出“理論能力+實(shí)操能力+統(tǒng)計(jì)能力”的車站卸車能力評(píng)價(jià)體系,理論能力作為上限,實(shí)操能力作為評(píng)價(jià)指標(biāo),統(tǒng)計(jì)能力作為考核標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)成成熟的能力體系,作為決策前分析、決策后評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。卸車站卸車能力評(píng)價(jià)體系如圖2所示。
圖2 卸車站卸車能力評(píng)價(jià)體系Fig.2 Evaluation system for unloading capacity of unloading station
到達(dá)重車推算的核心是圍繞“運(yùn)到期限”和“各日到達(dá)參數(shù)”2個(gè)基本概念展開,本質(zhì)是依據(jù)運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程,推斷某一時(shí)刻重車流的位置[9]??紤]到建立有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)模型具有方便描述問題和構(gòu)建系統(tǒng)解決問題的雙重適應(yīng)性,參照運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)規(guī)則和貨車統(tǒng)計(jì)規(guī)則,依據(jù)貨車周轉(zhuǎn)過(guò)程和鐵路節(jié)點(diǎn)設(shè)施設(shè)備條件,建立了與鐵路管理組織相適應(yīng)的自動(dòng)機(jī)理論推算方法體系。
推算方法體系以作業(yè)過(guò)程消耗時(shí)間為統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ),采集全路貨運(yùn)計(jì)劃、技術(shù)計(jì)劃、車站工作統(tǒng)計(jì)、貨票系統(tǒng)等的數(shù)據(jù),依據(jù)鐵路節(jié)點(diǎn)設(shè)施設(shè)備條件,進(jìn)一步整合為場(chǎng)站、作業(yè)場(chǎng)所等分類推算模塊,達(dá)到和鐵路管理組織相適應(yīng),構(gòu)建了能力分析、分級(jí)預(yù)警等輔助應(yīng)用。除了重車起始狀態(tài)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程等因素外,重車在始發(fā)站停留、技術(shù)站停留以及車流徑路軌跡等方面還存在很大的不確定性,依據(jù)學(xué)者研究成果和數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn),建立了包含回歸預(yù)測(cè)、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法的算法庫(kù)進(jìn)行探索和修正。重車推算自動(dòng)機(jī)理論的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3所示。到重車流推算方法體系如圖4所示。
圖3 重車推算自動(dòng)機(jī)理論的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Fig.3 State transition diagram of automata theory for loaded-vehicle reckoning
圖4 到重車流推算方法體系Fig.4 Calculation method system of arriving loaded-vehicle flow
基于卸車過(guò)程和重車到達(dá)過(guò)程,依托能力適應(yīng)性分析,按照持續(xù)改進(jìn)、動(dòng)態(tài)調(diào)整的理念,建立起預(yù)警分級(jí)、預(yù)警發(fā)布、策略調(diào)整的預(yù)警機(jī)制。概括為質(zhì)量管理的“PDCA”[10]過(guò)程,以策略調(diào)整為計(jì)劃(P),到車站班計(jì)劃、運(yùn)輸組織、調(diào)度命令等鐵路作業(yè)計(jì)劃中實(shí)施(D),通過(guò)事后觀察的數(shù)據(jù)更新為檢查(C),進(jìn)行新一輪的能力適應(yīng)性分析和分級(jí)預(yù)警(A),不斷為各級(jí)系統(tǒng)提供輔助決策。其中數(shù)據(jù)源的更新涉及鐵路各種業(yè)務(wù)系統(tǒng),需要使用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù),通過(guò)抽取(Extract)、轉(zhuǎn)換(Transform)、加載(Load)處理過(guò)程(簡(jiǎn)稱“ETL”)予以動(dòng)態(tài)更新。到重超卸車分級(jí)預(yù)警機(jī)制如圖5所示。
圖5 到重超卸車分級(jí)預(yù)警機(jī)制Fig.5 Graded early warning mechanism of arriving over-limit loaded vehicles
集中到達(dá)產(chǎn)生的卸車高峰對(duì)卸車站的影響,反映在峰值(超出能力程度)和強(qiáng)度(持續(xù)時(shí)間)的影響,具體為當(dāng)峰值較大時(shí),盡管持續(xù)時(shí)間較短,帶來(lái)的積壓在一定周期內(nèi)也難以消化,或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),盡管超出能力范圍不大,但隨著不斷積累也會(huì)產(chǎn)生一定影響。遵循上述標(biāo)準(zhǔn)制定原則,同時(shí)考慮選取貨物運(yùn)輸報(bào)表等數(shù)據(jù)源的特點(diǎn),以及車流推算準(zhǔn)確性程度與推算周期成反比這一特性,認(rèn)為對(duì)比車站卸車能力(Q卸)與3日內(nèi)(含當(dāng)日)平均日卸車量(Q平均)、最高日卸車量(Q單日)即可滿足實(shí)際需求;此外結(jié)合調(diào)研和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)反饋情況,設(shè)立日卸車量0.8倍、1倍、1.2倍、1.5倍于卸車站卸車能力的標(biāo)準(zhǔn)取值,用以反映卸車高峰峰值程度的特征。分級(jí)預(yù)警級(jí)別制定標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)警對(duì)象如表1所示。
表1 分級(jí)預(yù)警級(jí)別制定標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)警對(duì)象Tab.1 Grade formulation standard and early warning object in graded early warning
其中,提示級(jí)預(yù)警對(duì)應(yīng)短期稍緊張的超卸車能力情況,整體可控,級(jí)別設(shè)置的目的在于提前通知車站層級(jí)做好卸車組織;三級(jí)藍(lán)色預(yù)警對(duì)應(yīng)短期緊張的超卸車能力情況,尚在車站可控范圍內(nèi),級(jí)別設(shè)置的目的在于提醒鐵路局集團(tuán)公司層面關(guān)注;二級(jí)黃色預(yù)警對(duì)應(yīng)短期不嚴(yán)重的超卸車能力情況,尚在管內(nèi)控制范圍,級(jí)別設(shè)置的目的在于提醒國(guó)鐵集團(tuán)層面關(guān)注;一級(jí)紅色預(yù)警對(duì)應(yīng)短期嚴(yán)重的超卸車能力情況,國(guó)鐵集團(tuán)應(yīng)介入?yún)f(xié)調(diào),車站、所屬鐵路局集團(tuán)公司及相關(guān)鐵路局集團(tuán)公司均采取加強(qiáng)措施。
預(yù)警機(jī)制應(yīng)建立合適的信息共享機(jī)制,依托輔助決策平臺(tái)建立共享信息發(fā)布與上報(bào)審批子系統(tǒng),并應(yīng)結(jié)合鐵路信息系統(tǒng)的特點(diǎn),特別是借鑒TDCS,TMIS等成熟系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn),形成分散自律的系統(tǒng)組織架構(gòu)。不同預(yù)警級(jí)別下,依據(jù)影響范圍差異,響應(yīng)主體的不同,制定相應(yīng)的信息發(fā)布方案。預(yù)警信息發(fā)布方案如表2所示。
表2 預(yù)警信息發(fā)布方案Tab.2 Release scheme of early warning information
通過(guò)有效的分級(jí)預(yù)警及預(yù)警信息發(fā)布方案,實(shí)現(xiàn)了車站、鐵路局集團(tuán)公司及國(guó)鐵集團(tuán)3個(gè)層次對(duì)超卸車能力的把握。依據(jù)超卸車程度不同,主要可采取加強(qiáng)卸車組織和優(yōu)化調(diào)度管理2方面短期優(yōu)化調(diào)整策略,若車站長(zhǎng)期發(fā)生超卸車情況,則需找出能力限制環(huán)節(jié),采取針對(duì)性、根本性解決策略。根據(jù)不同預(yù)警等級(jí)和響應(yīng)主體,制定相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整策略決策樹如圖6所示。
圖6 優(yōu)化調(diào)整策略決策樹Fig.6 Decision tree of optimized adjustment strategy
在超卸車能力尚不緊張,處于提示級(jí)或者三級(jí),影響范圍不超過(guò)局管內(nèi)時(shí),可以通過(guò)挖掘卸車環(huán)節(jié)的潛力,采取調(diào)整作業(yè)時(shí)間、加強(qiáng)調(diào)車作業(yè)、緊密銜接作業(yè)、提高作業(yè)效率、增配人員設(shè)備等策略予以調(diào)整,應(yīng)對(duì)短時(shí)卸車高峰。卸車組織優(yōu)化調(diào)整策略如表3所示。
表3 卸車組織優(yōu)化調(diào)整策略Tab.3 Optimized adjustment strategy of unloading organization
在卸車能力緊張,處于二級(jí)或一級(jí),影響范圍超過(guò)局管涉及路網(wǎng)層面時(shí),需要通過(guò)調(diào)度管理,協(xié)調(diào)運(yùn)輸組織,應(yīng)采取優(yōu)化車流組織、控制貨物裝車等策略予以調(diào)整,應(yīng)對(duì)稍緊張的市場(chǎng)季節(jié)性高峰。調(diào)度管理優(yōu)化調(diào)整策略如表4所示。
表4 調(diào)度管理優(yōu)化調(diào)整策略Tab.4 Optimized adjustment strategy of scheduling management
結(jié)合質(zhì)量管理“PDCA”長(zhǎng)期反饋,特別是優(yōu)化卸車組織,進(jìn)行調(diào)度管理策略實(shí)施過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)確有短板時(shí),可以考慮系統(tǒng)分析找出瓶頸要素,采取諸如擴(kuò)能改造、優(yōu)化作業(yè)分工、優(yōu)化貨運(yùn)站點(diǎn)運(yùn)輸組織、制定調(diào)卸車預(yù)案等策略應(yīng)對(duì)調(diào)整。其他措施優(yōu)化調(diào)整策略如表5所示。
表5 其他措施優(yōu)化調(diào)整策略Tab.5 Other measures to optimize adjustment strategy
通過(guò)構(gòu)建到達(dá)重車超卸車能力的分級(jí)預(yù)警機(jī)制,為優(yōu)化貨運(yùn)調(diào)度、輔助決策車流調(diào)整提供支持。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用的日臻成熟,鐵路對(duì)貨運(yùn)信息電子化、自動(dòng)化、智能化的要求越來(lái)越高,構(gòu)建與鐵路統(tǒng)計(jì)、管理相結(jié)合的到達(dá)重車超卸車能力分級(jí)預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)鐵路局集團(tuán)公司與車站全方位智能聯(lián)動(dòng),進(jìn)一步提高卸車組織管理系統(tǒng)智能化水平,更好地提升鐵路運(yùn)輸組織智能化管理水平。
依據(jù)大量的數(shù)據(jù)分析和學(xué)者研究成果,考慮理論、實(shí)操、環(huán)境等諸多因素,充分結(jié)合鐵路運(yùn)輸組織的具體過(guò)程和特點(diǎn),基于能力適應(yīng)性分析和質(zhì)量管理過(guò)程,提出了可靠的鐵路到重超卸車能力分級(jí)預(yù)警機(jī)制,能夠?qū)φ{(diào)度工作起到輔助決策作用。目前受限于數(shù)據(jù)源的更新頻率稍長(zhǎng)、一致性不足的問題,對(duì)車站裝卸過(guò)程、停留時(shí)間、車流路徑等不確定問題把握不夠,預(yù)測(cè)的方法庫(kù)仍不夠完備,預(yù)警機(jī)制適應(yīng)全路不同車站、不同貨物品類的特點(diǎn)尚存在不足,下一步將深入細(xì)化研究。