一种铁路货车车辆段调车作业系统的制作方法

本发明涉及铁路车辆检修管理领域，具体涉及一种铁路货车车辆段调车作业方法及调车作业系统。

背景技术：

铁路车辆段是铁路行车系统的重要单位之一，主要负责列车车辆的定期检修(分为厂修、段修等修程)和运用维护工作。目前我国在用铁路货车种类有十余种，包括敞车、平车、棚车、保温车、罐车等装运普通货物的通用货车，还包括集装箱车、长大货物车、毒品车、家畜车、水泥车、粮食车、特种车等只运送一种或几种特定货物的专用货车。不同车种及修程的货车具备各自独特的检修步骤，不同步骤需要在车辆段内不同地理位置的特定场所内完成，因此调配车辆(以下简称“调车”)是段内完成生产任务的必备流程，调车任务贯穿整个车辆检修生命周期的始末。调车任务的工作情况将直接影响整个车辆段的生产检修效率，同时也是车辆段事故高发环节。因此研究如何在空间有限、股道固定的车辆段内实现安全、高效的调车十分必要。

当前铁路货车领域对车辆段内调车的实际处理方法是调度人员通过人工收集车辆位置、检修任务信息，然后根据经验在excel表格中进行调车模拟形成调车计划，最终打印成纸质文件递送给调车操作员进行调车操作。

这种方法在操作过程中存在以下问题：

一是利用excel维护信息、纸质传递信息的工作方式导致调车计划的修改和回退十分困难，若调度人员在记录过程中出现疏漏，很难恢复异常的数据，并且纸质文件备份繁琐，不便查阅。

二是调车计划制定逻辑繁琐，需要充分考虑车辆调度难易度、调车先后顺序、调车路线和岔道口股道容量等条件。有经验的调度人员和新手调度人员所做的调车计划效率存在明显差距。能胜任编制调度作业计划的优秀调度人员也已经成为车辆段的的稀缺资源，需要长期培训与实践训练。并且调度人员尽管经验丰富也难免出现失误，每次执行的调车计划没有可衡量其是否为最优方案的手段。

三是目前全路共有18个铁路局集团公司，下设货车车辆段28个，各车辆段内调车基础硬件条件不同，一位耗时多年培养的优秀调度员的经验往往仅能在单一车辆段内发挥作用，跨单位即经验失效大半，一定程度上造成了资源的浪费，制约了铁路行业人才的发展。

四是调车任务的完成需要调度员和调车操作员实时密切配合，目前实际操作中无法直接、实时监控调车情况，调度人员和调车操作员之间无法联动共享信息，存在计划与执行不一致的情况，无法保证调车效率。同时，对调车安全造成了一定的隐患。

五是当有调度任务变动时(即个别车辆目的地变化等)，需要调度员重新制定全局的调车计划，耗时长、效率低。

因此，需要设计出一种安全、高效、管理成本低的货车车辆段调车作业系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁路货车车辆段调车作业系统以解决现有技术中缺乏各车辆段通用、调度计划改变会牵一发而动全身的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一种铁路货车车辆段调车作业系统采用的技术方案为：

一种铁路货车车辆段调车作业系统，包括用于实施通用智能调车计划推荐算法的运算仿真服务器，运算仿真服务器包括编组生成器、编组分类器、调车计划编译器、调车计划优化器和调车计划筛选器，通用智能调车计划推荐算法包括以下步骤：第一步，在基础硬件中设置股道容量、换长、岔道口限制、股道分区和调车机负载的参数；第二步，编组生成器生成包括“车号、当前股道、当前顺位、目标股道、目标顺位”这五类参数的调车编组；第三步，编组分类器接收编组生成器生成的调车编组信息并对调车编组进行分类，类与类之间调车计划变动互不干扰；第四步，将编组分类器的分类结果传入调车计划编译器，在调车计划编译器中形成单一调车编组计划，并根据编组分类将同类调车编组计划合并成分类调车计划；第五步，调取调车计划优化器，分别将各类调车计划中顺路可组合调配的计划进行合并优化，生成优化分类调车计划；第六步，利用调车计划筛选器，分别对优化的分类调车计划进行择优处理，针对每一类，从所有可实现需求的调车计划中筛选出最优的优化分类调车计划进行保存。

在所述第二步中，编组分类器接收第一步中设置的基础硬件参数，并根据基础硬件参数确定车辆段的情况及对应的编组分类策略，若当前车辆段为不存在分区作业，股道少于10条且存储车辆小于200的小型站段，则适用常规编组分类策略；若当前车辆段为不存在分区作业，股道大于等于10条且存储车辆大于200的大型站段，则适用相关性编组分类策略；若当前车辆段为存在分区作业的站段，则适用区域性编组分类策略；

其中常规编组分类策略的分类原则是：按照当前股道与目标股道均相同的原则，将满足条件的编组划分为一类；

相关性编组分类策略的分类原则是：将存在直接相关或间接相关关系的编组划分为一类，同时再将与其它任何编组均无相关性的编组自成一类，其中直接相关是指多个编组的当前股道或目标股道相同，间接相关是指多个编组的当前股道与目标股道均不相同，但两编组中间通过一个或多个传递连接可以形成关联，传递连接的原则是其中一编组的目标股道与另一编组的当前股道相同；

区域性编组分类策略的分类原则是：优先将当前股道和目标股道均处于同一区域的编组分为一类，不可避免的跨区编组拆分为摘编组和挂编组，再将挂编组归于当前股道分类中，摘编组归于目标股道分类中。

在所述第五步中，优化调车计划的原则如下：首先判断两个或多个调车计划是否为连续调车闭环，若是则将调车计划进行合并优化；若不是则不进行合并优化；连续调车闭环是指：一段调车计划执行前后调车机的状态不变，视为一个闭环，两段为闭环的计划操作顺序连续，即为连续调车闭环。

在所述第六步中，对于常规编组策略和相关性编组策略来说，最优优化分类调车计划选取的标准优先是钩数最少，相同钩数下，选取负载最少的优化分类计划；对于区域性编组策略来说，最优计划选取的标准是本区调车最优原则。

在所述第六步之后还包括以下步骤：记录计算过程中的各项指标参数。

运算仿真服务器还包括车号补全器，在所述第五步之前，还包括以下步骤：调取车号补全器，分别补全分类调车计划中缺失的车号信息。

在补全缺失的车号信息时，采用调车仿真模拟的方式，模拟实际调车情况，获取相应车号。

所述铁路货车车辆段调车作业系统包括车辆信息采集模块和调车管理模块，车辆信息采集模块包括aei服务器和多台aei设备，aei设备安装在每条股道的出入口处以自动识别并采集车辆段中的车辆信息；调车管理模块包括调车管理服务器和所述运算仿真服务器，aei服务器与调车管理服务器信号连接以将车辆信息传递给调车管理服务器，调车管理服务器用于存储车辆段中的存车信息，并根据aei服务器实时传送的车辆信息更新存储的存车信息，调车管理模块还包括与调车管理服务器电连接的交互式输入设备；运算仿真服务器与车辆信息采集模块电连接以接收其采集的车辆信息进行基础硬件配置，运算仿真服务器与调车管理服务器电连接以向其传输生成的完整调车计划。

所述铁路货车车辆段调车作业系统包括存车数据管理模块，存车数据管理模块包括车辆信息处理器、显示器及交互式输入设备，车辆信息处理器与调车管理服务器信号连接以接收调车管理服务器中存储的存车信息并将车辆段内的车辆信息按比例生成gis图，从而实现存车信息图形化，显示器和交互式输入设备均与车辆信息处理器电连接，显示器用于显示图形化后的存车信息，交互式输入设备用于输入信息以模拟实际调车操作。

所述铁路货车车辆段调车作业系统包括调车监控模块、语音通讯模块、移动手持调车操作模块，调车监控模块包括设置在调度中心的显示屏，语音通讯模块包括无线移动通讯系统，移动手持调车操作模块包括工业手持机，工业手持机之间通过无线移动通讯系统传递信息。

本发明的有益效果：本发明的一种铁路货车车辆段调车作业系统包括用于实施通用智能调车计划推荐算法的运算仿真服务器，运算仿真服务器包括编组生成器、编组分类器、调车计划编译器、车号补全器、调车计划优化器和调车计划筛选器。编组生成器生成调车编组；编组分类器对调车编组进行分类并使类与类之间调车计划变动互不干扰；调车计划编译器生成分类调车计划；调车计划筛选器分别对优化的分类调车计划进行择优处理，针对每一类，从所有可实现需求的调车计划中筛选出最优的优化分类调车计划进行保存。操作时，先进行站段情况进行基础硬件设置，使得本发明能在不同站段通用。而分类调车计划的编译和筛选均是针对单个分类编组独立进行的，最后再组合形成最终完整的调车计划。当有调度任务变动时，车辆所在的类调车计划将进行重新仿真运算，其他无关联类的调度计划不变，以最快的效率输出新的完整调车计划。能极大地减少生成新的完整调车计划时所需的计算量，改变调度领域“牵一发而动全身”的现状，大大降低调度任务变动对调度执行工作的影响。

附图说明

图1为本发明的一种铁路货车车辆段调车作业系统的一个实施例的架构图；

图2是使用通用智能调车计划推荐算法推荐最优调车计划时的技术原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种铁路货车车辆段调车作业系统的实施例：

本发明的一种铁路货车车辆段调车作业系统包括车辆信息采集模块、调车管理模块、存车数据管理模块、通用智能调车计划推荐算法、调车监控模块、语音通讯模块、移动手持调车操作模块。

其中车辆信息采集模块包括aei服务器和多台aei设备，aei设备用于自动识别车辆段中的车辆信息并将信息传递给aei服务器，其中车辆信息包括车号、车型、换长、股道和顺位。

调车管理模块包括调车管理服务器和运算仿真服务器。运算仿真服务器按功能又可划分为编组生成器、编组分类器、调车计划编译器、车号补全器、调车计划优化器和调车计划筛选器，用于实施通用智能调车计划推荐算法以生成最优调车计划。aei服务器与调车管理服务器信号连接以将车辆信息传递给调车管理服务器，调车管理服务器用于存储车辆段中的存车信息，并根据aei服务器实时传送的车辆信息更新存储的存车信息。运算仿真服务器也与调车管理服务器信号连接以向其传递生成的最优调车计划。同时，调车管理模块还包括交互式输入设备，交互式输入设备与调车管理服务器电连接，对于个别车辆属性的主观变动，可在此模块进行车辆信息的输入和车辆信息维护。在其他实施例中，调车管理模块中也可以不设置所述交互式输入设备。

编组生成器用于生成包括“车号、当前股道、当前顺位、目标股道、目标顺位”在内的调车编组。一个编组代表的是当前在同一股道连续顺位的车辆，移动至相同股道位置且车辆相对位置顺序不变，既是一个整体，视为一个车辆编组。

编组分类器与编组生成器电连接，用于接收其生成的调车编组信息、判断车辆段的情况，并根据车辆段的不同情况选择不同的分类方法对调车编组进行分类。

调车计划编译器与编组分类器电连接，用于接收调车编组的分类信息，并根据分类对每一类调车编组分别进行摘挂调度以生成分类调车计划。

车号补全器与调车计划编译器电连接，可被调车计划编译器所调动并根据分类信息对每一类分类调车计划分别补全分类调车计划中缺失的车号信息。

调车计划优化器与调车计划编译器电连接，可被调车计划编译器所调动并根据分类信息对每一类分类调车计划进行合并优化以生成优化分类调车计划。

调车计划筛选器与调车计划编译器和编组分类器均电连接，用于接收编组分类器所判断的车辆段情况，并根据车辆段情况判断择定相应的择优原则，以从优化分类调车计划中筛选出最优计划。

存车数据管理模块包括车辆信息处理器、显示器及交互式输入设备，车辆信息处理器与调车管理服务器信号连接以接收调车管理服务器中存储的存车信息并将车辆段内的车辆信息按比例生成gis图，从而实现存车信息图形化。其中车辆信息处理器的处理原则是：每辆车以车号为唯一索引摆放在存车股道中。显示器和交互式输入设备均与车辆信息处理器电连接，显示器用于显示图形化后的存车信息，交互式输入设备用于输入信息以模拟实际调车操作。显示器上实时监控车辆的调用动态，一屏展示整个车辆段内的车辆状态，避免布线摄像头的繁琐，提高安全作业水平。

调车监控模块设置在调度中心，包括用于实时直播调车执行动态的显示屏，使调度中心的调度员能够及时发现问题、处理问题。

语音通讯模块包括无线移动通讯系统，移动手持调车操作模块包括工业手持机，工业手持机。当遇到恶劣天气等突发情况时，系统语音通讯模块将通过无线移动通讯系统第一时间同步预警到现场人员的工业手持机，并自动播报提醒。应急指挥员可配合车辆动态大屏(调车监控模块中的显示屏)实时远程指挥应急，为调车执行中每一步移动的安全提供实时关注与保护。

在更优选的实施例中，在每条股道出入口处均安装一台所述aei设备，每当有车辆跨股道移动时均将触发aei设备，产生新的车辆位置、顺位信息。此时在存车数据管理模块中自动更新各股道的最新存车情况。

整个调车流程介绍如下：

当接到调车需求后，调度员通过交互式输入设备在显示器显示的可视化存车gis图中直接点选需要移动的车辆，以拖拽的方式将车辆摆放在需要到达的最终位置。操作后车辆信息处理器自动识别出需要移动车辆的车号、当前股道、当前顺位、目标股道、目标顺位，从而可将业务需求转变为可识别的指令，并根据指令触发生成后续的调车计划。

车辆信息处理器将上述指令发送给调车管理服务器，调车管理服务器接收到上述指令后，其中的运算仿真服务器启动通用智能调车计划推荐算法，自动弹出推荐的最优的完整调车计划，调度员确认后通过无线数据链向调车操作员播报发布调车执行指令。

最终推荐的完整最优调车计划由各类调车计划叠加组合而成，其将会保存在调车管理服务器中。调度员可在调车管理模块中实时查阅、回退、修改计划，当有调度任务变动时(即个别车辆目的地变化等)，车辆所在的类调车计划将进行重新仿真运算，其他无关联类的调度计划不变，以最快的效率输出新的完整调车计划。调车监控模块控制调度中心大屏的画面播放内容，实时直播调车执行动态。利用车辆段内4g网络，无线传输调车操作员在手持机上更新的现场调车执行情况给调度中心的调度员(或应急指挥员)，实现直播监控，及时发现问题，处理问题。

通用智能调车计划推荐算法的整个运算过程在运算仿真服务器中完成，具体包括以下步骤：

第一步，基础硬件参数设置，其中参数包括：股道容量、换长、岔道口限制(最大通车量)、股道分区和调车机负载。

在该步骤中，采用外部配置文件一键匹配的方式进行参数设置，保证算法的灵活性与准确性；岔道口限制采用一对一股道设置，详细标注单一股道向具体目标股道调度时，单向通车最大量。例如股道1-股道2岔道口限制为4，即该岔道口单次可通过最大通车量为4辆，超过该数量的编组应拆分调度。

第二步，将根据调车需求形成的各车辆的“车号、当前股道、当前顺位、目标股道、目标顺位”这五类参数，传入编组生成器，生成调车编组。

第三步，调取编组分类器，对调车编组进行分类。

在该步骤中，需要根据车辆段内不同的布局(即第一步中的基础硬件参数)及管理规则匹配对应的策略。

视车辆段的不同情况，共有三种对应的策略，分别是常规编组分类策略、相关性编组分类策略和区域性编组分类策略。对应于不同的编组分类策略，会有不同的分类方法，分别如下：

1)常规编组分类策略适用于不存在分区作业，股道少于10条且存储车辆小于200的小型站段。对应的分类原则是：按照当前股道与目标股道均相同的原则，将满足条件的编组划分为一类。

2)相关性编组分类策略适用于不存在分区作业，股道大于等于10条且存储车辆大于200的大型站段。对应的分类原则是：按照直接相关或间接相关的原则，将存在直接相关或间接相关关系的编组划分为一类，同时再将与其它任何编组均无相关性的编组自成一类。

其中直接相关是指多个编组的当前股道或目标股道相同。间接相关是指多个编组的当前股道与目标股道均不相同，但两编组中间通过一个或多个传递连接可以形成关联。其中传递连接的原则是其中一编组的目标股道与另一编组的当前股道相同，符合这一原则的股道才能通过传递连接形成间接相关。

对传递连接的原则举例介绍如下：

当前有5个编组，分别为

编组1：当前股道1，目标股道2；

编组2：当前股道2，目标股道3；

编组3：当前股道3，目标股道7；

编组4：当前股道4，目标股道5；

编组5：当前股道5，目标股道6。

分类结果：[{编组1，编组2，编组3},{编组4，编组5}]，即编组1，2，3为一类，编组4，5为一类。虽然编组1与编组3无直接相关，但是都与编组2直接相关，所以编组1,3间接相关被分为一类，编组1的移动会对编组3的操作产生影响。而编组4,5的编组移动不会产生对编组1,2,3影响，故分为两类。

3)区域性编组分类策略适用于存在分区作业的站段。因为不同分区相对距离很远，跨区作业耗时太长，所以跨区作业应避免调车机频繁跨区，对应的分类原则是：优先将当前股道和目标股道均处于同一区域的编组分为一类，不可避免的跨区编组拆分为摘编组和挂编组，再将挂编组归于当前股道分类中，摘编组归于目标股道分类中。

第四步，将编组分类器的分类结果传入调车计划编译器，在调车计划编译器中对每一类编组分别进行摘挂调度，并调取车号补全器和调车计划优化器计算出所有可达到需求的类调车计划。

其中摘挂调度是指将单一编组移动至目标位置的摘挂操作，是调车过程中的最小单元。

其中，因铁路轨道固定，转换股道只能从交岔口变轨，无法如汽车一般直接变道，所以单一调车编组的调车钩数为2、3、5三种情况。在多个调车编组的情况下，调车编组数量n与钩数g的关系是：2n<＝g<＝5n。调车计划编译器根据调车编组分类中排序好的调车编组，形成单一调车编组计划，并根据编组分类将同类调车编组计划合并成分类调车计划。

第五步，调取车号补全器，分别补全分类调车计划中缺失的车号信息。

在本步骤中，具体车号补全方法如下：采用调车仿真模拟的方式，模拟实际调车情况，获取相应车号。

由于实际操作中存在一次摘、挂多辆车的情况，在一次摘、挂操作中，只会记录最前端车辆信息或是最后端车辆信息，其余车辆信息会缺失。为补全车辆信息，便于实时查找任一车辆，需要进行车号的补全。可以理解的是，车号的补全与否和最终推荐的调车计划的优劣程度无关，在其他实施例中，车号补全器和相应的车号补全操作完全可以省去。

第六步，调取调车计划优化器，分别将各类调车计划中顺路可组合调配的计划进行合并优化，生成优化分类调车计划。

优化调车计划的原则如下：首先判断两个或多个调车计划是否为连续调车闭环，若是则将调车计划进行合并优化；若不是则不进行合并优化。

连续调车闭环是指：一段调车计划执行前后调车机的状态不变(也即是说调车计划执行前后，用于调运车辆的调车机后方的车辆数量与编号均保持不变)，视为一个闭环，两段为闭环的计划操作顺序连续，即为连续调车闭环。符号～：指代与前次操作相同但不限数量，摘～即为不定数量摘操作。

连续调车闭环有以下两种情况：

情况一：连续调车闭环，相同的单一挂车股道。

调车计划片段1：挂摘摘～，调车计划片段2：挂摘摘～。

调车计划片段1的挂车股道与调车计划片段2的挂车股道相同，即可合并优化为：调车计划片段：挂摘摘摘～；

情况二：连续调车闭环，相同单一摘车股道。

计划片段1：挂挂～摘，计划片段2：挂挂～摘。

计划片段1与计划片段2的摘车股道相同，即可合并优化为：计划片段：挂挂挂～摘。

第七步，利用调车计划筛选器，分别对优化的分类调车计划进行择优处理。针对每一类，从所有可实现需求的调车计划中筛选出最优的优化分类调车计划进行保存。对于常规编组策略和相关性编组策略来说，最优计划选取的标准优先是钩数最少，相同钩数下，选取负载最少的优化分类计划；对于区域性编组策略来说，最优计划选取的标准是本区调车最优原则而非钩数最少原则。

第八步，将计算过程中的各项指标参数记录在监控日志中。

其中监控日志记录参数包括：计算过程中产生的所有可能的调车方案数量、最小钩数、最大钩数、最大负载、最小负载、最优钩数、调车单号、编组分类最大编组数量、运行时间。记录的作用是：系统将定时分析监控日志，校验改善算法性能。可以理解的是，在其他实施例中，也可以不进行第八步中的记录操作。

本申请中使用到名词的释义如下：

摘：摘车操作，将车辆从调车机上摘下，即指代将车辆放置到股道上。

挂：挂车操作，将车辆挂上调车机，即指代车辆离开存放股道。

钩数：调车作业一个摘车或挂车命令为一钩，摘挂操作的数量即为钩数。

负载：调车过程中每一钩累计调动车辆数量，钩数相同下，负载越低调车计划越优。

可以理解的是，通用智能调车计划推荐算法是本申请的核心内容，使用通用智能调车计划推荐算法即可改变调度领域“牵一发而动全身”的现状。车辆信息采集模块、存车数据管理模块、调车监控模块、语音通讯模块、移动手持调车操作模块或是为了使调车计划的制定更加便捷、或是为了使调车过程更加直观、可控，在其他实施例中，上述模块中的任一个或任几个均可视情况省去，或是不作为本申请所要保护的技术方案的特征，而是作为外购件在需要时加入系统中。

在其他实施例中，也可以使用其他的分类策略，只要能将调车编组划分为多个相互之间调车计划变动时互不干扰的类即可；在分类策略改变时，相应的最优优化分类调车计划的选取标准也需要随之灵活变化。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。