張國彪

（國能鐵路裝備有限責(zé)任公司，北京 100011）

鐵路TFDS 設(shè)備是用來實現(xiàn)鐵路運維工作的被動型應(yīng)用結(jié)構(gòu)，末端節(jié)點處的信息文本會以傳輸數(shù)據(jù)的方式反饋至調(diào)度中心，并可以在巡檢服務(wù)器元件的作用下，將數(shù)據(jù)參量分發(fā)至下級設(shè)備主機(jī)[1]。隨著鐵路運行網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，如何在保障TFDS 設(shè)備應(yīng)用能力的同時，完善整個運維體系已經(jīng)成為了一項亟待解決的問題。多維信息融合是一種新型的共享數(shù)據(jù)處理方法，可以將運行節(jié)點所處位置固定在既定區(qū)域之內(nèi)，不但解決了數(shù)據(jù)信息樣本過度累積的問題，還可以將整個數(shù)據(jù)存儲區(qū)域劃分成幾個完全獨立的區(qū)間，大大節(jié)省了信息參量在互聯(lián)網(wǎng)空間中的傳輸時間[2]。與其他類型的數(shù)據(jù)處理方法相比，多維信息融合技術(shù)能夠最大化保障信息樣本的傳輸完整性[3]，不會因接入節(jié)點數(shù)量的增大，而使數(shù)據(jù)信息的傳輸目的地發(fā)生改變。完善多維信息融合方法時，要求相鄰傳輸節(jié)點之間的距離要大于數(shù)據(jù)樣本的傳輸步長值，但又不得超過該數(shù)據(jù)樣本的自身存儲長度。

文獻(xiàn)[4]方法從多功能靈活性的角度出發(fā)，在平衡貨物運輸負(fù)載量的同時，將運維服務(wù)與共享服務(wù)匹配起來，控制TFDS 作業(yè)系統(tǒng)的運維成本，實現(xiàn)對管控設(shè)備的集中規(guī)劃與調(diào)度。文獻(xiàn)[5]提出考慮能源互聯(lián)的城市電網(wǎng)多能源協(xié)調(diào)調(diào)度方法研究，通過對電力資源的相互影響，結(jié)合可調(diào)機(jī)組和儲能設(shè)備的調(diào)整量，消除可再生能源的波動。然而上述方法不能有效解決單一調(diào)度指令執(zhí)行時間過長的問題，無法確保鐵路TFDS 設(shè)備行為能力的統(tǒng)一性。針對上述情況，提出面向多維信息融合的鐵路TFDS 設(shè)備協(xié)調(diào)智能調(diào)度方法，該方法的創(chuàng)新點是按照多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)定義、目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建、可調(diào)度區(qū)間計算、靈活裕度指標(biāo)求解、風(fēng)險約束條件完善的處理流程，構(gòu)建鐵路TFDS 設(shè)備協(xié)調(diào)智能調(diào)度模型。實驗結(jié)果表明，所研究方法可以提升鐵路TFDS 設(shè)備的統(tǒng)一化行為能力，具有較好的效果。

1 考慮多維信息融合的鐵路TFDS設(shè)備運維模式

鐵路TFDS 設(shè)備運維模式的構(gòu)建以LAMP 平臺為基礎(chǔ)，根據(jù)B/S 模式對WEB 端網(wǎng)絡(luò)中agent 節(jié)點的排列形式進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般來說，隨著鐵路運輸量的增大，TFDS 作業(yè)體系所承擔(dān)的執(zhí)行任務(wù)量也會不斷增大，但在LAMP 平臺的調(diào)度下，這些數(shù)據(jù)信息樣本會被平均分配給各級連接節(jié)點，并不會在單一節(jié)點單元處大量累計[6]。設(shè)α表示B/S 連接線數(shù)量，α′表示agent 節(jié)點接入數(shù)量，bmax表示鐵路貨物運輸量的最大值，bmin表示貨物運輸量的最小值，聯(lián)立上述物理量，可將鐵路TFDS 設(shè)備的運維表達(dá)式定義為：

具體的鐵路TFDS 設(shè)備運維模式布局結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路TFDS設(shè)備運維模式布局結(jié)構(gòu)

對鐵路TFDS 設(shè)備運維模式進(jìn)行布局時，每一類調(diào)度對象的連接都需要一個獨立agent節(jié)點的配合。

2 協(xié)調(diào)智能調(diào)度模型

2.1 多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)

多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)約束了設(shè)備協(xié)調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)在鐵路TFDS 體系內(nèi)的傳輸能力。在鐵路TFDS 設(shè)備運維模式保持不變的情況下，協(xié)調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)的傳輸能力也始終保持恒定，此時定義多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)則可以有效控制單一調(diào)度指令的執(zhí)行時長[7-8]。設(shè)β 表示協(xié)調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸向量，表示信息辨識系數(shù)，δ表示綜合調(diào)度指標(biāo)，x′表示趨向性系數(shù)，χ 表示鐵路TFDS 設(shè)備運維系數(shù)，表示TFDS 設(shè)備運維基向量，聯(lián)立上述物理量，可將鐵路協(xié)調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)融合維度表達(dá)式定義為：

在式（2）的基礎(chǔ)上，設(shè)φ表示信息融合系數(shù)，ε表示融合指標(biāo)的初始賦值，b表示TFDS 設(shè)備運維度量指標(biāo)，ΔB表示鐵路TFDS 設(shè)備所承載的單位運輸量。

鐵路TFDS 設(shè)備多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式為：

建立鐵路設(shè)備協(xié)調(diào)智能調(diào)度模式時，應(yīng)在TFDS布局架構(gòu)的基礎(chǔ)上，定義多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)函數(shù)在多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)鐵路TFDS 設(shè)備體系對于下級調(diào)度設(shè)備的控制能力。一般來說，待運輸貨物量越大，車廂連接數(shù)量也就越多，此情況下單一調(diào)度指令的執(zhí)行時間也就相對較長，為避免上述情況的發(fā)生，應(yīng)調(diào)節(jié)目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式，使其盡可能取得最小值結(jié)果[9-10]。設(shè)dmin表示調(diào)度指令執(zhí)行向量最小值，表示調(diào)度執(zhí)行指令的單位累積量，κ表示貨物調(diào)度指標(biāo)的初始賦值，表示鐵路TFDS 設(shè)備體系中車廂連接數(shù)量的平均值，kmin表示同一貨物運輸水平下車廂連接數(shù)量的最小值，表示基于多維信息融合的鐵路TFDS 設(shè)備體系協(xié)調(diào)特征，ΔT表示調(diào)度指令單位執(zhí)行時長，聯(lián)合上述物理量，可將目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式定義為：

為使目標(biāo)函數(shù)取得最小值結(jié)果，要求系數(shù)ΔT取值必須大于鐵路TFDS 設(shè)備運維體系的單位運行時長。

2.3 可調(diào)度區(qū)間

對于鐵路TFDS 設(shè)備而言，可調(diào)度區(qū)間是包含所有協(xié)調(diào)調(diào)度控制指令的數(shù)據(jù)信息集合。若考慮多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)的約束能力，則可認(rèn)為可調(diào)度區(qū)間中數(shù)據(jù)信息參量的存儲量越大，鐵路TFDS 設(shè)備對于協(xié)調(diào)執(zhí)行指令的調(diào)度能力越強[11-12]。規(guī)定ι表示一個隨機(jī)選取的協(xié)調(diào)調(diào)度控制指令數(shù)據(jù)變量，s1、s2、…、sn表示n個不相等的信息樣本取值系數(shù)，f表示鐵路TFDS 設(shè)備運維模式中的數(shù)據(jù)調(diào)度變量。具體的可調(diào)度區(qū)間定義式如下：

由于n個鐵路TFDS 設(shè)備調(diào)度指令數(shù)據(jù)樣本的取值結(jié)果均不相同，所以可調(diào)度區(qū)間對于數(shù)據(jù)調(diào)度變量指標(biāo)的承載能力極強。

2.4 靈活裕度指標(biāo)

靈活裕度指標(biāo)是指在多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)下，鐵路TFDS 設(shè)備通過優(yōu)化協(xié)調(diào)各類可調(diào)度資源，配合貨物運輸量變化的能力[13]。靈活裕度實際上是一個范圍很廣的概念，包括了鐵路設(shè)備運輸對象、agent 節(jié)點、TFDS 運維體系等多個方面，完備的裕度指標(biāo)選取原則應(yīng)將這些內(nèi)容全部包含在內(nèi)[14]。設(shè)φ表示鐵路TFDS 設(shè)備的運維靈活性系數(shù)，為滿足多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)的約束需求，φ≥1 的取值條件恒成立，γ表示鐵路TFDS 設(shè)備運維模式中的agent 節(jié)點標(biāo)記系數(shù)，ΔHmax表示鐵路貨物在單位時間內(nèi)的最大運輸量。在上述物理量的支持下，可將靈活裕度指標(biāo)求解結(jié)果表示為：

對于鐵路TFDS 設(shè)備而言，單位時間內(nèi)的貨物運輸量不可能為零，所以靈活裕度指標(biāo)的求解結(jié)果也不可能為零。

2.5 風(fēng)險約束條件

風(fēng)險約束條件也叫基于多維信息融合的鐵路TFDS 設(shè)備調(diào)度指令協(xié)調(diào)約束條件，在已知調(diào)度執(zhí)行指令所屬區(qū)間范圍的前提下，TFDS 設(shè)備控制主機(jī)可以根據(jù)風(fēng)險約束條件，實現(xiàn)對貨物鐵路運輸路線的安排與規(guī)劃[15-16]。設(shè)g1、g2表示兩個不相等的TFDS設(shè)備調(diào)度指令執(zhí)行步長值，μ表示風(fēng)險標(biāo)定指標(biāo)，j→1表示基于系數(shù)g1的約束向量，j→2表示基于系數(shù)g2的約束向量，聯(lián)立上述物理量，可將風(fēng)險約束條件表達(dá)式定義為：

至此，完成對各項指標(biāo)參量的計算與處理，在多維信息融合標(biāo)準(zhǔn)的支持下，實現(xiàn)對鐵路TFDS 設(shè)備協(xié)調(diào)智能調(diào)度的研究。

3 實例分析

為驗證面向多維信息融合的鐵路TFDS 設(shè)備協(xié)調(diào)智能調(diào)度模型的應(yīng)用能力，設(shè)計如下實驗。借助LAMP 平臺搭建圖2 所示的鐵路TFDS 設(shè)備運維體系；利用基于多維信息融合的調(diào)度模型對鐵路TFDS設(shè)備運維體系進(jìn)行控制，記錄實驗過程中參量指標(biāo)的變化情況，將所得數(shù)據(jù)記為實驗組變量；其次，利用文獻(xiàn)[4]方法、文獻(xiàn)[5]方法對鐵路TFDS 設(shè)備運維體系進(jìn)行控制，記錄實驗過程中參量指標(biāo)的變化情況，將所得數(shù)據(jù)記為對照組變量；對比實驗組、對照組記錄數(shù)值，總結(jié)實驗規(guī)律。

圖2 鐵路TFDS設(shè)備運維體系

在鐵路TFDS 設(shè)備運維體系中，數(shù)據(jù)庫主機(jī)負(fù)責(zé)統(tǒng)計貨物運輸量、車輛行駛速度等多項變量指標(biāo)，故而相關(guān)元件之間的連接關(guān)系，會影響各級鐵路TFDS設(shè)備結(jié)構(gòu)的執(zhí)行能力。在不考慮其他影響條件的情況下，各級元件之間的聯(lián)系越緊密，單一調(diào)度指令的執(zhí)行時長也就越短，各級鐵路TFDS 設(shè)備的統(tǒng)一行為能力也就越強。

實驗過程中，一節(jié)火車的額定載重量為60 t，表1記錄了當(dāng)火車節(jié)數(shù)分別為1-7 節(jié)時，單一調(diào)度指令執(zhí)行時長的數(shù)值變化情況。

表1 執(zhí)行時長統(tǒng)計

分析表1 可知，隨著火車連接節(jié)數(shù)的增加，單一調(diào)度指令執(zhí)行時長呈現(xiàn)出不斷增大的變化狀態(tài)。

圖3 反映了低載重量下當(dāng)貨物載重量低于額定數(shù)值時，文中方法、文獻(xiàn)[4]方法、文獻(xiàn)[5]方法下調(diào)度指令執(zhí)行時長的數(shù)值變化情況。

圖3 低載重量下調(diào)度指令執(zhí)行時長

分析圖3 可知，當(dāng)貨物載重量低于額定數(shù)值時，不同方法下調(diào)度指令執(zhí)行時長均高于額定數(shù)值，整個實驗過程中，實驗組執(zhí)行時長最大值僅能達(dá)到11.2 ms。

圖4 反映了高載重量下當(dāng)貨物載重量高于額定數(shù)值時，文中方法、文獻(xiàn)[4]方法、文獻(xiàn)[5]方法下調(diào)度指令執(zhí)行時長的數(shù)值變化情況。

圖4 高載重量下調(diào)度指令執(zhí)行時長

分析圖4 可知，當(dāng)貨物載重量高于額定數(shù)值時，不同方法調(diào)度指令執(zhí)行時長也高于理想數(shù)值，且均值水平與圖3 相比略有上升。整個實驗過程中，實驗組執(zhí)行時長最大值為13.1 ms。

4 結(jié)束語

鐵路TFDS 設(shè)備協(xié)調(diào)智能調(diào)度模型在多維信息融合技術(shù)的基礎(chǔ)上，求解靈活裕度指標(biāo)的具體數(shù)值，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式，確定風(fēng)險約束條件的定義標(biāo)準(zhǔn)。在實際應(yīng)用方面，綜合調(diào)度模型能夠使鐵路TFDS 設(shè)備的行為能力趨于統(tǒng)一，解決單一調(diào)度指令執(zhí)行時間過長的問題。