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編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法 版權(quán)信息
- ISBN：9787030707321
- 條形碼：9787030707321 ; 978-7-03-070732-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法 內(nèi)容簡介
本書是一本較為全面介紹鐵路編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法的學(xué)術(shù)專著，反映作者在該領(lǐng)域比較系統(tǒng)的研究成果。主要內(nèi)容包括：緒論；編組站系統(tǒng)及作業(yè)分析；編組站列車解編順序的協(xié)同優(yōu)化；編組站配流的分解與協(xié)同優(yōu)化；雙向編組站配流的協(xié)同優(yōu)化；基于集群資源的編組站作業(yè)優(yōu)化；基于資源可用度的編組站調(diào)度優(yōu)化；基于能力區(qū)間的編組站系統(tǒng)優(yōu)化；編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化算法設(shè)計。 本書偏重編組站調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論研究，提出諸多解決編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化問題的模型和算法。本書適合從事鐵路運(yùn)輸組織工作和研究的科研人員以及交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理、交通運(yùn)輸工程專業(yè)的高等院校師生參考。
編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 國外編組站自動化發(fā)展概況 1
1.1.2 國內(nèi)編組站自動化發(fā)展概況 2
1.2 研究意義 5
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 7
1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 10
1.3.3 既有研究分析 17
1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線 18
第2章 編組站系統(tǒng)及作業(yè)分析 22
2.1 編組站的作業(yè) 22
2.1.1 編組站的作業(yè)設(shè)備 22
2.1.2 編組站的作業(yè)流程 23
2.2 編組站的作業(yè)計劃及調(diào)度系統(tǒng) 24
2.2.1 編組站的作業(yè)計劃 24
2.2.2 編組站的調(diào)度系統(tǒng) 26
2.3 編組站的配流 28
2.3.1 編組站的車流組織規(guī)律 28
2.3.2 編組站的配流計劃 33
2.4 本章小結(jié) 36
第3章 編組站列車解編順序的協(xié)同優(yōu)化 37
3.1 編組站列車解編作業(yè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系 37
3.1.1 編組站列車解體作業(yè)分析 37
3.1.2 編組站列車解編作業(yè)關(guān)聯(lián)分析 37
3.2 編組站列車解體時刻與編組時刻的算法 38
3.2.1 編組站列車*早解體時刻計算方法 38
3.2.2 編組站列車*晚編組時刻計算方法 41
3.3 編組站列車解體順序的確定方法 45
3.3.1 編組站列車解體順序調(diào)整的基本定理 46
3.3.2 編組站列車解體順序調(diào)整的無前效性分析 49
3.4 編組站列車編組順序的調(diào)整方法 52
3.4.1 編組站列車編組順序調(diào)整的基本定理 52
3.4.2 編組站列車編組順序調(diào)整的無后效性分析 53
3.5 編組站列車解編方案的協(xié)同優(yōu)化 63
3.5.1 編組站列車解編相互關(guān)聯(lián)分析 63
3.5.2 編組站列車解編方案匹配模型 63
3.5.3 編組站列車解編方案同步調(diào)整方法 67
3.6 本章小結(jié) 69
第4章 編組站配流的分解與協(xié)同優(yōu)化 71
4.1 編組站配流優(yōu)化問題的分解 71
4.2 編組站靜態(tài)配流與動態(tài)配流問題的描述 73
4.2.1 編組站靜態(tài)配流問題 73
4.2.2 編組站動態(tài)配流問題 76
4.3 編組站靜態(tài)配流與動態(tài)配流的協(xié)同優(yōu)化 76
4.3.1 算法分析 77
4.3.2 相容方案搜索的遺傳算法結(jié)構(gòu) 77
4.3.3 靜態(tài)配流的蟻群優(yōu)化算法結(jié)構(gòu) 79
4.4 到發(fā)線運(yùn)用與解編作業(yè)的協(xié)同優(yōu)化 80
4.4.1 到發(fā)線運(yùn)用的描述 80
4.4.2 模型的構(gòu)造 81
4.4.3 模型的求解思路 82
4.5 調(diào)車場線群的調(diào)整運(yùn)用與解編作業(yè)的協(xié)同優(yōu)化 83
4.5.1 調(diào)車場線路運(yùn)用的描述 84
4.5.2 模型的構(gòu)造 85
4.5.3 模型的求解思路 88
4.6 取送車作業(yè)與解編作業(yè)的協(xié)同優(yōu)化 88
4.6.1 取送車作業(yè)分析及條件設(shè)定 88
4.6.2 取車時機(jī)的確定 91
4.6.3 送車時機(jī)的確定 91
4.7 編組站配流的綜合協(xié)同優(yōu)化模型 93
4.7.1 約束條件 94
4.7.2 目標(biāo)函數(shù) 96
4.8 本章小結(jié) 97
第5章 雙向編組站配流的協(xié)同優(yōu)化 98
5.1 交換車的分析處理 98
5.1.1 交換車的轉(zhuǎn)場方式 98
5.1.2 交換車處理的數(shù)學(xué)方法 99
5.1.3 算法步驟 101
5.2 到達(dá)列車的接入場選擇優(yōu)化 102
5.2.1 條件設(shè)定 102
5.2.2 雙層多目標(biāo)決策模型 103
5.2.3 模型算法 104
5.3 出發(fā)列車的出發(fā)場變更及出發(fā)股道調(diào)整優(yōu)化 105
5.4 雙向編組站配流的協(xié)同優(yōu)化模型 106
5.5 本章小結(jié) 108
第6章 基于集群資源的編組站作業(yè)優(yōu)化 109
6.1 編組站集群資源分析 109
6.1.1 編組站調(diào)度資源構(gòu)成分析 109
6.1.2 編組站資源節(jié)點(diǎn)分析 111
6.2 編組站集群資源調(diào)度策略 113
6.2.1 編組站集群資源調(diào)度優(yōu)化隨機(jī)因素 113
6.2.2 編組站集群調(diào)度策略優(yōu)化 114
6.3 基于集群資源的編組站駝峰解體作業(yè)優(yōu)化 115
6.3.1 不考慮集群資源的編組站駝峰解體作業(yè)模型 115
6.3.2 基于集群資源的編組站駝峰解體作業(yè)優(yōu)化模型 118
6.3.3 模型的求解算法 120
6.4 本章小結(jié) 126
第7章 基于資源可用度的編組站調(diào)度優(yōu)化 128
7.1 編組站資源可用度的描述 128
7.1.1 編組站資源可用度的影響因素 128
7.1.2 編組站資源可用度的計算方法 130
7.2 編組站作業(yè)計劃與車流動態(tài)分析 136
7.2.1 編組站車流的動態(tài)性分析 136
7.2.2 到達(dá)列車的信息波動范圍 138
7.2.3 解編作業(yè)時間的容許波動范圍 140
7.3 編組站作業(yè)計劃與車流的耦合優(yōu)化 141
7.3.1 編組站作業(yè)計劃與車流的耦合度計算 141
7.3.2 編組站解編計劃耦合優(yōu)化模型 143
7.3.3 基于資源可用度的編組站階段計劃優(yōu)化模型 146
7.3.4 基于資源可用度的編組站階段計劃優(yōu)化步驟 157
7.4 本章小結(jié) 158
第8章 基于能力區(qū)間的編組站系統(tǒng)優(yōu)化 159
8.1 編組站能力利用的時空特征 159
8.1.1 編組站能力利用的分析 159
8.1.2 編組站能力利用的空間特征 162
8.1.3 編組站能力利用的時間特征 165
8.2 編組站能力的表示方法 166
8.2.1 三參數(shù)區(qū)間泛灰數(shù)概述 166
8.2.2 編組站能力的三參數(shù)區(qū)間泛灰數(shù)表示 169
8.2.3 編組站能力的區(qū)間估計算法 169
8.3 基于區(qū)間分析法的編組站子系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)及改造模型 175
8.3.1 基于區(qū)間泛灰數(shù)的協(xié)調(diào)度計算 175
8.3.2 編組站子系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)及改造模型 177
8.3.3 模型的求解算法 181
8.4 本章小結(jié) 187
第9章 編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化算法設(shè)計 189
9.1 遺傳算法與蟻群優(yōu)化算法的融合 189
9.1.1 遺傳算法 189
9.1.2 蟻群優(yōu)化算法 194
9.1.3 遺傳算法與蟻群優(yōu)化算法的融合策略 198
9.2 基于信息熵和混沌理論的遺傳-蟻群協(xié)同優(yōu)化算法 200
9.2.1 信息熵和混沌優(yōu)化 200
9.2.2 初始種群的產(chǎn)生方法 202
9.2.3 遺傳及蟻群策略 203
9.2.4 適應(yīng)度函數(shù)的改進(jìn) 205
9.2.5 參數(shù)自適應(yīng)控制策略 205
9.2.6 算法步驟 207
9.2.7 算法復(fù)雜性分析 208
9.3 算法的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn) 210
9.3.1 求解編組站配流問題參數(shù)自適應(yīng)遺傳-蟻群協(xié)同優(yōu)化算法設(shè)計 210
9.3.2 車流數(shù)據(jù)的選取 213
9.3.3 算法的尋優(yōu)性能 213
9.3.4 配流仿真系統(tǒng)設(shè)計 214
9.4 本章小結(jié) 216
參考文獻(xiàn) 217
附錄 234
附錄1 鄭州北站概況及基本數(shù)據(jù) 234
附錄2 鄭州北站原始車流數(shù)據(jù) 237
附錄3 列車解編方案及配流方案 241
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 國外編組站自動化發(fā)展概況 1
1.1.2 國內(nèi)編組站自動化發(fā)展概況 2
1.2 研究意義 5
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 7
1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 10
1.3.3 既有研究分析 17
1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線 18
第2章 編組站系統(tǒng)及作業(yè)分析 22
2.1 編組站的作業(yè) 22
2.1.1 編組站的作業(yè)設(shè)備 22
2.1.2 編組站的作業(yè)流程 23
2.2 編組站的作業(yè)計劃及調(diào)度系統(tǒng) 24
2.2.1 編組站的作業(yè)計劃 24
2.2.2 編組站的調(diào)度系統(tǒng) 26
2.3 編組站的配流 28
2.3.1 編組站的車流組織規(guī)律 28
2.3.2 編組站的配流計劃 33
2.4 本章小結(jié) 36
第3章 編組站列車解編順序的協(xié)同優(yōu)化 37
3.1 編組站列車解編作業(yè)的關(guān)聯(lián)關(guān)系 37
3.1.1 編組站列車解體作業(yè)分析 37
3.1.2 編組站列車解編作業(yè)關(guān)聯(lián)分析 37
3.2 編組站列車解體時刻與編組時刻的算法 38
3.2.1 編組站列車*早解體時刻計算方法 38
3.2.2 編組站列車*晚編組時刻計算方法 41
3.3 編組站列車解體順序的確定方法 45
3.3.1 編組站列車解體順序調(diào)整的基本定理 46
3.3.2 編組站列車解體順序調(diào)整的無前效性分析 49
3.4 編組站列車編組順序的調(diào)整方法 52
3.4.1 編組站列車編組順序調(diào)整的基本定理 52
3.4.2 編組站列車編組順序調(diào)整的無后效性分析 53
3.5 編組站列車解編方案的協(xié)同優(yōu)化 63
3.5.1 編組站列車解編相互關(guān)聯(lián)分析 63
3.5.2 編組站列車解編方案匹配模型 63
3.5.3 編組站列車解編方案同步調(diào)整方法 67
3.6 本章小結(jié) 69
第4章 編組站配流的分解與協(xié)同優(yōu)化 71
4.1 編組站配流優(yōu)化問題的分解 71
4.2 編組站靜態(tài)配流與動態(tài)配流問題的描述 73
4.2.1 編組站靜態(tài)配流問題 73
4.2.2 編組站動態(tài)配流問題 76
4.3 編組站靜態(tài)配流與動態(tài)配流的協(xié)同優(yōu)化 76
4.3.1 算法分析 77
4.3.2 相容方案搜索的遺傳算法結(jié)構(gòu) 77
4.3.3 靜態(tài)配流的蟻群優(yōu)化算法結(jié)構(gòu) 79
4.4 到發(fā)線運(yùn)用與解編作業(yè)的協(xié)同優(yōu)化 80
4.4.1 到發(fā)線運(yùn)用的描述 80
4.4.2 模型的構(gòu)造 81
4.4.3 模型的求解思路 82
4.5 調(diào)車場線群的調(diào)整運(yùn)用與解編作業(yè)的協(xié)同優(yōu)化 83
4.5.1 調(diào)車場線路運(yùn)用的描述 84
4.5.2 模型的構(gòu)造 85
4.5.3 模型的求解思路 88
4.6 取送車作業(yè)與解編作業(yè)的協(xié)同優(yōu)化 88
4.6.1 取送車作業(yè)分析及條件設(shè)定 88
4.6.2 取車時機(jī)的確定 91
4.6.3 送車時機(jī)的確定 91
4.7 編組站配流的綜合協(xié)同優(yōu)化模型 93
4.7.1 約束條件 94
4.7.2 目標(biāo)函數(shù) 96
4.8 本章小結(jié) 97
第5章 雙向編組站配流的協(xié)同優(yōu)化 98
5.1 交換車的分析處理 98
5.1.1 交換車的轉(zhuǎn)場方式 98
5.1.2 交換車處理的數(shù)學(xué)方法 99
5.1.3 算法步驟 101
5.2 到達(dá)列車的接入場選擇優(yōu)化 102
5.2.1 條件設(shè)定 102
5.2.2 雙層多目標(biāo)決策模型 103
5.2.3 模型算法 104
5.3 出發(fā)列車的出發(fā)場變更及出發(fā)股道調(diào)整優(yōu)化 105
5.4 雙向編組站配流的協(xié)同優(yōu)化模型 106
5.5 本章小結(jié) 108
第6章 基于集群資源的編組站作業(yè)優(yōu)化 109
6.1 編組站集群資源分析 109
6.1.1 編組站調(diào)度資源構(gòu)成分析 109
6.1.2 編組站資源節(jié)點(diǎn)分析 111
6.2 編組站集群資源調(diào)度策略 113
6.2.1 編組站集群資源調(diào)度優(yōu)化隨機(jī)因素 113
6.2.2 編組站集群調(diào)度策略優(yōu)化 114
6.3 基于集群資源的編組站駝峰解體作業(yè)優(yōu)化 115
6.3.1 不考慮集群資源的編組站駝峰解體作業(yè)模型 115
6.3.2 基于集群資源的編組站駝峰解體作業(yè)優(yōu)化模型 118
6.3.3 模型的求解算法 120
6.4 本章小結(jié) 126
第7章 基于資源可用度的編組站調(diào)度優(yōu)化 128
7.1 編組站資源可用度的描述 128
7.1.1 編組站資源可用度的影響因素 128
7.1.2 編組站資源可用度的計算方法 130
7.2 編組站作業(yè)計劃與車流動態(tài)分析 136
7.2.1 編組站車流的動態(tài)性分析 136
7.2.2 到達(dá)列車的信息波動范圍 138
7.2.3 解編作業(yè)時間的容許波動范圍 140
7.3 編組站作業(yè)計劃與車流的耦合優(yōu)化 141
7.3.1 編組站作業(yè)計劃與車流的耦合度計算 141
7.3.2 編組站解編計劃耦合優(yōu)化模型 143
7.3.3 基于資源可用度的編組站階段計劃優(yōu)化模型 146
7.3.4 基于資源可用度的編組站階段計劃優(yōu)化步驟 157
7.4 本章小結(jié) 158
第8章 基于能力區(qū)間的編組站系統(tǒng)優(yōu)化 159
8.1 編組站能力利用的時空特征 159
8.1.1 編組站能力利用的分析 159
8.1.2 編組站能力利用的空間特征 162
8.1.3 編組站能力利用的時間特征 165
8.2 編組站能力的表示方法 166
8.2.1 三參數(shù)區(qū)間泛灰數(shù)概述 166
8.2.2 編組站能力的三參數(shù)區(qū)間泛灰數(shù)表示 169
8.2.3 編組站能力的區(qū)間估計算法 169
8.3 基于區(qū)間分析法的編組站子系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)及改造模型 175
8.3.1 基于區(qū)間泛灰數(shù)的協(xié)調(diào)度計算 175
8.3.2 編組站子系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)及改造模型 177
8.3.3 模型的求解算法 181
8.4 本章小結(jié) 187
第9章 編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化算法設(shè)計 189
9.1 遺傳算法與蟻群優(yōu)化算法的融合 189
9.1.1 遺傳算法 189
9.1.2 蟻群優(yōu)化算法 194
9.1.3 遺傳算法與蟻群優(yōu)化算法的融合策略 198
9.2 基于信息熵和混沌理論的遺傳-蟻群協(xié)同優(yōu)化算法 200
9.2.1 信息熵和混沌優(yōu)化 200
9.2.2 初始種群的產(chǎn)生方法 202
9.2.3 遺傳及蟻群策略 203
9.2.4 適應(yīng)度函數(shù)的改進(jìn) 205
9.2.5 參數(shù)自適應(yīng)控制策略 205
9.2.6 算法步驟 207
9.2.7 算法復(fù)雜性分析 208
9.3 算法的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn) 210
9.3.1 求解編組站配流問題參數(shù)自適應(yīng)遺傳-蟻群協(xié)同優(yōu)化算法設(shè)計 210
9.3.2 車流數(shù)據(jù)的選取 213
9.3.3 算法的尋優(yōu)性能 213
9.3.4 配流仿真系統(tǒng)設(shè)計 214
9.4 本章小結(jié) 216
參考文獻(xiàn) 217
附錄 234
附錄1 鄭州北站概況及基本數(shù)據(jù) 234
附錄2 鄭州北站原始車流數(shù)據(jù) 237
附錄3 列車解編方案及配流方案 241
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編組站調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 研究背景 1.1.1 國外編組站自動化發(fā)展概況 20世紀(jì)50年代，發(fā)達(dá)國家的鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)逐步形成，各國根據(jù)其鐵路貨物運(yùn)輸車流組織的需求，在有大量車流集散的地區(qū)建設(shè)編組站。由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，以及受到當(dāng)時鐵路科技發(fā)展水平的限制，國外編組站在鐵路網(wǎng)上的布局和分工不盡合理，同時由于車站設(shè)計和作業(yè)組織相對落后，每晝夜改編作業(yè)量達(dá)到1000輛以上的編組站只占約30%，難以充分利用編組站的能力。20世紀(jì)50年代以后，隨著新興技術(shù)（如控制理論、電子學(xué)和電子計算技術(shù)等）、新成果在編組站日常作業(yè)組織中的應(yīng)用，編組站的作業(yè)條件與效率得到了改善和提高，逐步向自動化方向發(fā)展。由于駝峰是編組站的核心設(shè)備，所以初期科研人員的注意力主要集中于駝峰自動化，這時的編組站自動化也通常是指駝峰自動化。 編組站的駝峰調(diào)車始于1880年。1924年，德國和美國建成**個機(jī)械化駝峰。1953年，美國首先建成并運(yùn)用了世界上**個自動化駝峰，1964年，又建成**個數(shù)字計算機(jī)控制的自動化駝峰。自20世紀(jì)50年代，歐洲各國和日本開始對駝峰自動化技術(shù)裝備進(jìn)行研究，取得了很大進(jìn)展，相繼建成各自的自動化駝峰編組站。隨著編組站駝峰自動化技術(shù)的發(fā)展，單向系統(tǒng)編組站的改編能力得到大幅度提高，可達(dá)8000～10000輛/日（單溜放現(xiàn)代化駝峰）及12000～14000輛/日（雙溜放現(xiàn)代化駝峰）[1]。 單項作業(yè)自動化的效益是很有限的，要發(fā)揮自動化系統(tǒng)的整體效益，編組站的運(yùn)營管理必須從單項作業(yè)自動化走向綜合作業(yè)自動化。20世紀(jì)50年代以來，西方發(fā)達(dá)國家對此不斷進(jìn)行研究，從駝峰溜放進(jìn)路和速度控制的單項作業(yè)自動化技術(shù)，到列車調(diào)車進(jìn)路的自動控制，再到數(shù)據(jù)處理自動化，綜合自動化水平不斷提高。 1964年，美國在蓋脫威編組站建成世界上**個比較完整的編組站自動化系統(tǒng)，而后又陸續(xù)建成阿根帝恩、西科羅特等編組站。與此同時，蘇聯(lián)、加拿大、德國、法國等也致力于編組站自動化系統(tǒng)的建設(shè)，研制和開發(fā)了各種編組站自動化系統(tǒng)，取得了良好的效果。蘇聯(lián)編組站采用狀態(tài)測試法或直觀推斷法，其原理是為保證計劃的連續(xù)及作業(yè)的協(xié)調(diào)，從而比較分析當(dāng)前情況和前一階段情況，利用與現(xiàn)狀情形*為接近的時間，然后分階段、分步驟地進(jìn)行作業(yè)調(diào)整。2001年開始，俄羅斯鐵路對編組站技術(shù)裝備進(jìn)行了跨時代的更新推進(jìn)，加快采用信息技術(shù)，提高車流信息的準(zhǔn)確性、完整性和平衡性。日本在編組站自動化系統(tǒng)的建設(shè)方面起步較晚但發(fā)展很快，在其編組站情報處理系統(tǒng)方面取得了較高的自動化發(fā)展，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際的作業(yè)情況對之前制訂的計劃進(jìn)行修訂，*后確定實(shí)際的具體作業(yè)計劃。日本從1968年開始先后建成郡山、高崎、鹽濱、武藏野、北上和周防富田6個自動化編組站，其中武藏野編組站自動化范圍*廣，自動化程度也*高，在當(dāng)時均處于世界領(lǐng)先地位。20世紀(jì)70年代中期，日本國有鐵路著手進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)的研制，開發(fā)了編組站貨車控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化軟件，并將編組站自動化系統(tǒng)進(jìn)行推廣[2]。 至20世紀(jì)80年代末，美國的蓋脫威、阿根蒂恩、西科羅特，德國的塞爾茨，法國的索特維耳、賀卡德，英國的廷斯雷，日本的郡山、武藏野等編組站在自動化范圍和程度上都達(dá)到了較高的水準(zhǔn)，編組站自動化發(fā)展由此達(dá)到頂峰。但從20世紀(jì)90年代開始，這些發(fā)達(dá)國家鐵路貨運(yùn)量下降，造成編組站作業(yè)量銳減，由此編組站的數(shù)量也在不斷縮減，自動化改造需求不高，編組站綜合自動化技術(shù)發(fā)展相對緩慢。 1.1.2 國內(nèi)編組站自動化發(fā)展概況 20世紀(jì)50年代以前，雖然我國已修建了一些編組站，但實(shí)質(zhì)上大多數(shù)為區(qū)段站型，其股道數(shù)量少且只能進(jìn)行平面調(diào)車，有效長度短，完全為人工作業(yè)，效率很低，勞動強(qiáng)度大。中華人民共和國成立后，鐵路編組站自動化程度逐漸提高，作業(yè)效率不斷提升。1960年，**個機(jī)械化駝峰在蘇家屯編組站上行系統(tǒng)投產(chǎn)；1970年，在豐臺西編組站建成**座半自動化駝峰；1984年，在南翔編組站建成我國**座采用國產(chǎn)小型機(jī)集中控制的調(diào)速自動化駝峰，在實(shí)現(xiàn)駝峰自動控制方面成功地邁出了**步；1986年，在山海關(guān)編組站建成我國**個駝峰微機(jī)溜放進(jìn)路控制系統(tǒng)；1987年，我國**個編組站車輛信息處理系統(tǒng)在株洲北駝峰投產(chǎn)[3]。由于當(dāng)時編組站自動化技術(shù)還不夠成熟，20世紀(jì)90年代中期以前我國編組站的技術(shù)裝備還是以半自動化駝峰為主。近20年，我國編組站自動化發(fā)展較快，國內(nèi)十幾處編組站實(shí)現(xiàn)了或正在研制范圍不同、程度不等、調(diào)速工具多樣的自動化系統(tǒng)，與此同時也裝備和使用了統(tǒng)一的或根據(jù)各個編組站具體情況獨(dú)立自主開發(fā)的編組站現(xiàn)車管理信息系統(tǒng)，并且其中大多數(shù)與駝峰控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)運(yùn)行。目前，我國駝峰自動化水平和自動化程度大大提高，逐漸趕上國際先進(jìn)水平。 國內(nèi)外鐵路的運(yùn)營實(shí)踐表明，實(shí)現(xiàn)編組站作業(yè)的綜合自動化，對于加強(qiáng)編組站的運(yùn)輸生產(chǎn)能力，全面提高編組站的運(yùn)營管理水平，效果十分顯著。1989年，鄭州北編組站綜合自動化系統(tǒng)建成，主要包括上行駝峰自動化、推峰機(jī)車遙控、編尾微機(jī)集中及調(diào)度信息處理四個分系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了調(diào)度信息處理系統(tǒng)與駝峰自動化聯(lián)機(jī)，這標(biāo)志著我國鐵路編組站進(jìn)入了綜合自動化階段。20世紀(jì)90年代，我國全面推廣駝峰自動化和編組站綜合自動化技術(shù)，至20世紀(jì)末先后建成鄭州北、石家莊、阜陽北、向塘西等一批綜合自動化編組站。成都北的編組站計算機(jī)集成處理系統(tǒng)（computer integrated process system，CIPS），重視站調(diào)在現(xiàn)代化編組站中的主導(dǎo)作用，以站調(diào)為核心，將編組站調(diào)度指揮、現(xiàn)車追蹤與管理、運(yùn)營管理與決策支持、車站計算機(jī)聯(lián)鎖、駝峰解體作業(yè)過程控制、站內(nèi)調(diào)車安全控制等系統(tǒng)用有線、無線網(wǎng)絡(luò)集成起來，達(dá)到集中控制、計劃自動執(zhí)行的目的，實(shí)現(xiàn)編組站集中調(diào)度管理與作業(yè)全自動化于一體的綜合系統(tǒng)[4]。新豐鎮(zhèn)站的編組站綜合自動化（synthetic automation of marshallingyard，SAM）系統(tǒng)，突出“局站、區(qū)域、管控、運(yùn)維”一體化的設(shè)計思想，以信息整合、完善、流暢與共享為核心，將調(diào)度指揮、現(xiàn)車追蹤與管理、駝峰解體作業(yè)等多個系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，*大限度地提高生產(chǎn)和管理效率，實(shí)現(xiàn)管控一體化的先進(jìn)管理模式[5]。無論是CIPS還是SAM系統(tǒng)都將編組站作業(yè)的各個環(huán)節(jié)視作一個不可分割的有機(jī)整體，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。以CIPS和SAM系統(tǒng)為代表的新一代編組站綜合自動化系統(tǒng)是我國鐵路編組站綜合自動化發(fā)展史上一次質(zhì)的飛躍和里程碑，將實(shí)現(xiàn)編組站全面信息化和高度自動化，使我國編組站整體技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。 CIPS和SAM系統(tǒng)是基于不同理念設(shè)計的兩種系統(tǒng)架構(gòu)：CIPS代表的是流程再造的流水線方式，該系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)整體的流程化和規(guī)則化；SAM系統(tǒng)代表的是管控融合的分布式控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）方式，該方式側(cè)重于宏觀的計劃與環(huán)節(jié)間的自適應(yīng)調(diào)整。 1. 基于自動化集成的CIPS 成都北編組站計算機(jī)集成處理系統(tǒng)是車站信息共享平臺，它可以集成與整合車站作業(yè)過程控制系統(tǒng)，其主要目的是實(shí)現(xiàn)編組站的決策、優(yōu)化、管理、調(diào)度、控制一體化，其主要具備以下功能。 1）數(shù)據(jù)平臺共享 編組站真正意義上實(shí)現(xiàn)高度集中，離不開共享的數(shù)據(jù)平臺。成都北編組站作業(yè)過程依靠CIPS得以實(shí)現(xiàn)一樓一屏的集中控制，使得作業(yè)集中辦理得以實(shí)現(xiàn)。與編組站各信號樓分別操作方式截然不同的是CIPS一屏集中顯示車站辦理的列車到發(fā)、調(diào)車解編、機(jī)車走行等作業(yè)，通過CIPS一屏顯示，使得目前編組站內(nèi)各工種、各崗位之間的連接困難得以消除。 2）調(diào)度決策指揮自動化 CIPS真正意義上實(shí)現(xiàn)了計劃圖表指揮生產(chǎn)，其原理是通過作業(yè)過程自動控制和執(zhí)行過程的自動反饋機(jī)制，從而使得系統(tǒng)動態(tài)作業(yè)優(yōu)化調(diào)整得到實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)時監(jiān)控各場作業(yè)進(jìn)度、到發(fā)線占用狀況、牽出線及走行線占用等動態(tài)資源，從而合理分配編組站設(shè)備資源智能決策的作業(yè)計劃變動。 3）作業(yè)過程控制自動化 按照編組站管理系統(tǒng)下的各個分系統(tǒng)實(shí)時下達(dá)執(zhí)行命令，從而自動辦理編組站列車進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路、機(jī)車走行進(jìn)路、溜放進(jìn)路，實(shí)現(xiàn)作業(yè)控制過程的全面自動化。可以通過實(shí)時監(jiān)控，自動跟蹤車輛的動態(tài)狀況和實(shí)時的作業(yè)情況，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)信息流與車流的同步。 4）信息管理自動化 信息管理自動化的三個主要方面如下： （1）調(diào)度管理自動化。 （2）實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計管理自動化。 （3）歷史數(shù)據(jù)存儲。 2. CIPS對編組站流程及資源的管控 CIPS包括綜合管理系統(tǒng)和綜合控制系統(tǒng)兩部分，該系統(tǒng)體現(xiàn)了站調(diào)在綜合自動化編組站中的主導(dǎo)作用，其把站調(diào)作為系統(tǒng)核心，通過網(wǎng)絡(luò)集成編組站調(diào)度指揮，完成對現(xiàn)車實(shí)時追蹤與管理、駝峰解體作業(yè)過程控制等，實(shí)現(xiàn)管控一體化。該系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是，以信息集成為核心，在資源調(diào)度方面將零散的、割裂的調(diào)度資源整合為統(tǒng)一的集成系統(tǒng)，使之處于集中管理、調(diào)度、監(jiān)控的環(huán)境之中。CIPS對編組站作業(yè)流程的再造并不違背編組站運(yùn)輸生產(chǎn)的客觀規(guī)律，也不改變編組站到達(dá)→解體→集結(jié)→編組→出發(fā)的規(guī)定生產(chǎn)流程和基本作業(yè)制度，只是在CIPS提供的自動化、信息化功能平臺上，將原有的相關(guān)生產(chǎn)管理與崗位職能進(jìn)行重新定義和分配，以自動化的設(shè)備替代人工作業(yè)，通過自動化的技術(shù)革命，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的指揮、智能化的決策、自動化的執(zhí)行和現(xiàn)代化的管理。 在已實(shí)施CIPS的編組站，人工工作量急速減少，大量被自動化和信息化的CIPS功能所取代，作業(yè)流程的控制保障機(jī)制也因計算機(jī)互控而強(qiáng)化，原先許多由制度及人工保障的工作轉(zhuǎn)為由機(jī)器保障，從而實(shí)現(xiàn)由人控轉(zhuǎn)化為機(jī)控，即由程序全部或部分承擔(dān)原可能由人為失誤造成的風(fēng)險。CIPS雖然實(shí)現(xiàn)了流程再造，但本身并不要求改變生產(chǎn)流程，傳統(tǒng)的編組站在進(jìn)行綜合自動化改造后，可以通過自動化、智能化、信息化的技術(shù)手段，自動處理連接編組站各環(huán)節(jié)工序，從而取消作業(yè)人員之間的橫向溝通與協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)，減少調(diào)度人員獲取作業(yè)上報和作業(yè)進(jìn)度信息的時間，加大調(diào)機(jī)車載和外勤作業(yè)人員的信息化，充分利用編組站的線路、徑路及機(jī)車資源，實(shí)現(xiàn)編組站的整體調(diào)度優(yōu)化，提高作業(yè)的整體效率，同時為全站的集中調(diào)度指揮優(yōu)化創(chuàng)造條件。 3. SAM系統(tǒng)對編組站作業(yè)及資源的管控 SAM系統(tǒng)包括管理信息系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)兩大部分，以信息集合、完善、流暢與共享為核心，有機(jī)集合調(diào)度指揮、現(xiàn)車追蹤與管理、駝峰解體作業(yè)等多個系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的管理與控制平臺，利用計算機(jī)輔助運(yùn)營決策，對既有作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮集中管理、計劃自動編制與調(diào)整、計劃自動執(zhí)行與集中控制、自動控制作業(yè)過程、車輛實(shí)時跟蹤、現(xiàn)車管理、本務(wù)機(jī)調(diào)度管理、統(tǒng)計分析等功能，*大限度地提高編組站資源的利用效率和生產(chǎn)管理水平。 SAM系統(tǒng)對調(diào)度資源的管理和控制功能分為兩個層面：一是計劃調(diào)度層面，主要是實(shí)現(xiàn)作業(yè)計劃的自動編制和調(diào)整；二是集中控制層面，在這個層面可以得到實(shí)現(xiàn)作業(yè)計劃自動執(zhí)行與作業(yè)實(shí)時的自動反饋。SAM系統(tǒng)一直看重計劃的重要性，系統(tǒng)在計劃的前提下建立了計劃、執(zhí)行、反饋的閉環(huán)生產(chǎn)管理體系，從而保證對編組站生產(chǎn)資源的高效利用，調(diào)度人員通過優(yōu)質(zhì)的編制計劃，以及合理的解編順序和資源分配，從而保證車站作業(yè)可以均衡有序進(jìn)行，而且可以監(jiān)視各資源完成計劃的情況，并根據(jù)反饋信息動態(tài)調(diào)整計劃；集中控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)作業(yè)計劃的自動執(zhí)行功能，系統(tǒng)能夠?qū)崟r得到現(xiàn)場情況，進(jìn)而運(yùn)用智能算法得到*優(yōu)調(diào)度方案，合理運(yùn)用資源自動執(zhí)行作業(yè)。 1.2 研 究 意 義 以駝峰自動化為代表的控制系統(tǒng)和現(xiàn)車管理信息系統(tǒng)在我國大部分編組站得到了應(yīng)用，這兩類系統(tǒng)對編組站的調(diào)度指揮發(fā)揮了積極作用，但影響是局部的，制約了編組站整體功能的發(fā)揮。新一代編組站綜合自動化系統(tǒng)是我國鐵路編組站智能化的發(fā)展趨勢，它們整合并集成了我國編組站各種成熟的過程控制系統(tǒng)，統(tǒng)一信息管理，建立信息共享平臺，有機(jī)地構(gòu)建成管控一
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