基于多Agent的鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)靈活管理平臺

摘要:闡述建設(shè)鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)管理平臺的特點(diǎn)及重要性，通過引入多Agent 技術(shù)， 建立基于多Agent 的鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)管理平臺框架，并分析了系統(tǒng)中各Agent 的作用和意義。該系統(tǒng)具有一定的智能性、易重構(gòu)性以及較強(qiáng)的交互能力，能夠滿足鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)靈活管理的需求。

關(guān)鍵詞:多Agent 鐵路;車站;調(diào)度系統(tǒng)

中圖分類號:U292.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1673-291X(2010)17-0170-03

引言

Agent 技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用源于20 世紀(jì)70年代美國麻省理工學(xué)院研究人員開展的一系列關(guān)于分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligence， DAI)的研究。一般認(rèn)為，Agent 是處于一個環(huán)境之中并作為這個環(huán)境的一部分，能夠感知這個環(huán)境并采取相應(yīng)的行為，可建立自己的行動規(guī)范并能影響環(huán)境變化的軟件智能體。它具有自主性、交互性、反應(yīng)性和主動性的特征。其具體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

一、鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)管理平臺與Multi-Agent 技術(shù)的結(jié)合

鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)管理平臺是一個動態(tài)系統(tǒng)，它可以分解成若干相互聯(lián)系的子系統(tǒng)，針對調(diào)車過程的站場、機(jī)車、調(diào)機(jī)、車次、車輛、調(diào)度、駝峰、接入以及出發(fā)都有相應(yīng)的實(shí)體程序的存在，這些程序都具有獨(dú)立思考、認(rèn)知其他程序的當(dāng)前狀態(tài)并接受其他程序的請求或者命令而改變自己行為機(jī)制的能力，能完成自己本職任務(wù)，并使之達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)。因此，可以看出這些實(shí)體程序都符合Agent 的定義要求。

鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)管理平臺是一個多目標(biāo)多任務(wù)的復(fù)雜函數(shù)系統(tǒng)，不但對調(diào)車的準(zhǔn)確性和時(shí)效性等要求特別高，而且還要求調(diào)車的次序和靈活性的最優(yōu)化，因此，謀求最佳效果，必然加大管理難度，局部最優(yōu)和全局最優(yōu)之間的矛盾也一直存在于鐵路車站調(diào)度管理中。而多Agent 系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)控制機(jī)制正好解決了這類問題，這些協(xié)調(diào)控制機(jī)制可以用相應(yīng)的Agent 來實(shí)現(xiàn)。

二、基于多Agent 的鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)靈活管理平臺

根據(jù)鐵路車站調(diào)度管理的特點(diǎn)以及多Agent技術(shù)的相關(guān)原理，建立了基于多Agent 的鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)管理平臺的結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)模型由多個Agent組成，它們各自的角色和功能如下。

1.接入Agent

編組站的到達(dá)計(jì)劃是由上一級調(diào)度部門指定的。所以編組站完成接入作業(yè)重要依據(jù)就是接收列車到達(dá)計(jì)劃。接入Agent根據(jù)確報(bào)和到達(dá)計(jì)劃，判斷出到達(dá)車輛類型——無調(diào)中轉(zhuǎn)或者有調(diào)中轉(zhuǎn)。對于無調(diào)中轉(zhuǎn)車不產(chǎn)生車輛Agent，經(jīng)過查詢站場Agent和接入線路的使用情況后，通過調(diào)度Agent和出發(fā)Agent協(xié)調(diào)機(jī)制創(chuàng)建車次Agent并且制定出無調(diào)中轉(zhuǎn)車作業(yè)計(jì)劃;對于其他類型車接入Agent會創(chuàng)建車次Agent，并且交給調(diào)度Agent處理。和接入Agent有關(guān)聯(lián)的有:出發(fā)Agent、調(diào)度Agent、日志Agent、預(yù)確報(bào)Agent、班計(jì)劃Agent等。

2.出發(fā)Agent

出發(fā)計(jì)劃類似到達(dá)計(jì)劃也是由上一級調(diào)度部門制定的。出發(fā)Agent負(fù)責(zé)監(jiān)測出發(fā)線的使用狀況，結(jié)合出發(fā)計(jì)劃、確報(bào)，通過和接入Agent、調(diào)度Agent的協(xié)調(diào)機(jī)制制定出詳細(xì)發(fā)車計(jì)劃。出發(fā)Agent負(fù)責(zé)發(fā)車工作，并且負(fù)責(zé)結(jié)束車次Agent和車輛Agent的運(yùn)行。和出發(fā)Agent關(guān)聯(lián)的有調(diào)度Agent、接入Agent、車次Agent、車輛Agent、預(yù)確報(bào)、班計(jì)劃。

3.調(diào)度Agent

鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)管理平臺將調(diào)度這項(xiàng)特別的工作交給一個Agent組處理，稱之為調(diào)度 Agent組。調(diào)度Agent組是一種混合型的Agent，即具有反應(yīng)感知性，還具有意識性。調(diào)度Agent組具有自動編制作業(yè)計(jì)劃，自動分派調(diào)車任務(wù)等工作。調(diào)度Agent組制定完畢階段計(jì)劃后，由車站調(diào)度工作人員確認(rèn)后會在Agent平臺上發(fā)布;當(dāng)有異常狀況(和計(jì)劃不相符合的情況或者作業(yè)失敗)出現(xiàn)時(shí)，調(diào)度Agent組會通過接入Agent、出發(fā)Agent協(xié)調(diào)機(jī)制馬上自動調(diào)整計(jì)劃，并且經(jīng)過車站調(diào)度工作人員確認(rèn)后會在Agent平臺上發(fā)布。調(diào)度Agent組所需要掌握的信息最多，幾乎和所有的Agent都有關(guān)聯(lián)。

4.站場Agent

站場Agent將每個站場看作一個站場Agent;同時(shí)專用線或者其他類型的特殊線路也可以被視為站場Agent。所有的站場Agent是全場 Agent(Yard Agent)的子類。Yard Agent是一個抽象的Agent，它定義了站場的共性和接口。站場Agent擁有的股道數(shù)、股道長度、每個股道可以容納多少輛車等。站場Agent維護(hù)著站場狀態(tài):股道車數(shù)詳單、值班人員、正常/檢修、車輛Agent出入時(shí)序表。當(dāng)調(diào)度Agent組建立了新的調(diào)度計(jì)劃的時(shí)候，站場Agent會自動取得和自己相關(guān)的任務(wù)，然后按照任務(wù)來制定出自己場的作業(yè)計(jì)劃。

5.機(jī)車Agent

本務(wù)機(jī)車的調(diào)度行車與整個編組站生產(chǎn)關(guān)系密切，因此，平臺將每個機(jī)車看作一個Agent，稱之為機(jī)車Agent。

每個機(jī)車有幾種狀態(tài):工作、休息、檢修等。

機(jī)車Agent會自動跟蹤機(jī)車狀況，記錄相關(guān)信息:機(jī)車號、當(dāng)前位置、當(dāng)前狀態(tài)、駕駛員、當(dāng)前影響因素權(quán)重等。

當(dāng)列車計(jì)劃調(diào)整時(shí)，本務(wù)機(jī)車Agent會自動取得相關(guān)的任務(wù)，作業(yè)計(jì)劃也會隨之發(fā)生變化。

6.調(diào)機(jī)Agent

調(diào)機(jī)是編組站的作業(yè)重要資源，合理高效的使用調(diào)機(jī)是編組站高效作業(yè)的重要保證。所以在管理平臺中也創(chuàng)建了調(diào)機(jī)Agent負(fù)責(zé)管理跟蹤調(diào)機(jī)的相關(guān)活動。

調(diào)機(jī)Agent會自動跟蹤調(diào)機(jī)狀況，記錄相關(guān)信息:調(diào)機(jī)號、當(dāng)前位置、當(dāng)前狀態(tài)、司機(jī)、當(dāng)前影響因素權(quán)重等。和調(diào)機(jī)Agent相關(guān)聯(lián)的有車輛Agent和日志Agent，以及供實(shí)時(shí)查詢的站場Agent和駝峰Agent。

當(dāng)列車計(jì)劃調(diào)整時(shí)，調(diào)機(jī)的相關(guān)計(jì)劃也會隨之發(fā)生變化:平臺應(yīng)該隨著變化而即時(shí)更新為新的計(jì)劃，以確保車站生產(chǎn)有條不紊的進(jìn)行。

7.車次Agent

平臺將每個到達(dá)的車次視作一個Agent，稱之為車次Agent。車次 Agent擁有兩個子類:到達(dá)車次Agent和出發(fā)車次Agent。每個到達(dá)的車次Agent有生命周期:創(chuàng)建，活動，死亡;活動時(shí)期有幾種狀態(tài):未到達(dá)，已到達(dá)。每個出發(fā)的車次有自己的活動周期:創(chuàng)建、運(yùn)行、結(jié)束。活動過程有幾種狀態(tài):未出發(fā)，已出發(fā)。到達(dá)車次Agent擁有到達(dá)車次、到達(dá)時(shí)間、解體時(shí)間、載重、車輛數(shù)、車輛號列表、車長、機(jī)車號等。出發(fā)車次Agent擁有出發(fā)車次、出發(fā)時(shí)間、載重、車輛數(shù)、車輛號列表、車長和機(jī)車號等。

8.車輛Agent

在管理平臺中必須經(jīng)過車輛Agent，調(diào)車機(jī)才能獲得系統(tǒng)遙控指揮權(quán)，包括自動啟動、停車、前進(jìn)、后退、與駝峰主體信號機(jī)連鎖，以某一速度進(jìn)行預(yù)推和推峰作業(yè)。

貨車管理信息系統(tǒng)中心的駝峰解體計(jì)劃傳入并儲存在過程控制系統(tǒng)的主機(jī)，當(dāng)駝峰解體車列時(shí)，其溜放進(jìn)路便按照解體計(jì)劃自動排列。

車輛Agent通過在駝峰作業(yè)區(qū)的有關(guān)地點(diǎn)安裝了先進(jìn)的雷達(dá)、踏板、光檔氣象等測速、測重、測長、測阻設(shè)備，溜放作業(yè)中的各種狀態(tài)不斷地反饋到PCS主機(jī)，經(jīng)過計(jì)算比較，系統(tǒng)能夠通過減速器對鉤車溜放進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，減到減速頂?shù)娜肟谒俣葮?biāo)準(zhǔn)，使車輛最終在減速頂?shù)淖饔孟聦?shí)現(xiàn)安全連接。

9.駝峰 Agent

駝峰是關(guān)鍵資源所以有必要重點(diǎn)掌握其運(yùn)行情況，平臺創(chuàng)建了駝峰 Agent。駝峰Agent擁有駝峰名稱、駝峰位置、值班人員、狀態(tài)(正常/檢修)、工作方式等信息。駝峰Agent負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)管理維護(hù)駝峰當(dāng)前的狀態(tài)。駝峰Agent會自動從調(diào)度Agent發(fā)布的階段計(jì)劃中讀取有關(guān)自己的作業(yè)任務(wù)，自動維護(hù)駝峰工作時(shí)序表。駝峰工作時(shí)序表記錄了過去、當(dāng)前以及準(zhǔn)備做的工作。

在完成了一個工作單元后，駝峰Agent會對比歷史作業(yè)庫，自學(xué)習(xí)同類型作業(yè)，修改作業(yè)影響權(quán)重。

10.日志Agent

日志Agent的功能是記錄了操作者對整個中間件所作的各種動作。同時(shí)，日志Agent提供了不同級別的調(diào)試模式，方便二次開發(fā)和平臺試驗(yàn)。

三、總結(jié)

本文運(yùn)用人工智能領(lǐng)域的Agent 技術(shù)，并結(jié)合鐵路車站調(diào)度管理與多 Agent 系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了基于多Agent 的鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)靈活管理平臺的框架模型。該系統(tǒng)模型具有一定的智能性、易重構(gòu)性以及較強(qiáng)的交互能力，能夠滿足鐵路車站調(diào)度系統(tǒng)靈活管理的需求，并為今后進(jìn)一步開發(fā)鐵路各級調(diào)車管理平臺提供了依據(jù)，具有一定的理論意義。

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The flexible management platform of the railway station dispatching system based on the multi Agent

RU Da-zhou

(Technology section，Jiamusi train operation depot，Jiamusi 154002，China)

Abstract: On building management system management of the railway station platform features and importance， by introducing more agent for many technology and build a railway station agent system management framework analyses ; platform and in the role and agent. the system of the intelligence， to review and strong interaction ability to meet the railway station， the system more flexible administration of the demand.

Key words: multi Agent railway; railway station; dispatching system