基于多Agent的鐵路車站調度系統靈活管理平臺

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

關鍵詞:多Agent 鐵路;車站;調度系統

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

引言

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

一、鐵路車站調度系統管理平臺與Multi-Agent 技術的結合

鐵路車站調度系統管理平臺是一個動態系統，它可以分解成若干相互聯系的子系統，針對調車過程的站場、機車、調機、車次、車輛、調度、駝峰、接入以及出發都有相應的實體程序的存在，這些程序都具有獨立思考、認知其他程序的當前狀態并接受其他程序的請求或者命令而改變自己行為機制的能力，能完成自己本職任務，并使之達到最優的目標。因此，可以看出這些實體程序都符合Agent 的定義要求。

鐵路車站調度系統管理平臺是一個多目標多任務的復雜函數系統，不但對調車的準確性和時效性等要求特別高，而且還要求調車的次序和靈活性的最優化，因此，謀求最佳效果，必然加大管理難度，局部最優和全局最優之間的矛盾也一直存在于鐵路車站調度管理中。而多Agent 系統中的協調控制機制正好解決了這類問題，這些協調控制機制可以用相應的Agent 來實現。

二、基于多Agent 的鐵路車站調度系統靈活管理平臺

根據鐵路車站調度管理的特點以及多Agent技術的相關原理，建立了基于多Agent 的鐵路車站調度系統管理平臺的結構模型，如圖2所示。該結構模型由多個Agent組成，它們各自的角色和功能如下。

1.接入Agent

編組站的到達計劃是由上一級調度部門指定的。所以編組站完成接入作業重要依據就是接收列車到達計劃。接入Agent根據確報和到達計劃，判斷出到達車輛類型——無調中轉或者有調中轉。對于無調中轉車不產生車輛Agent，經過查詢站場Agent和接入線路的使用情況后，通過調度Agent和出發Agent協調機制創建車次Agent并且制定出無調中轉車作業計劃;對于其他類型車接入Agent會創建車次Agent，并且交給調度Agent處理。和接入Agent有關聯的有:出發Agent、調度Agent、日志Agent、預確報Agent、班計劃Agent等。

2.出發Agent

出發計劃類似到達計劃也是由上一級調度部門制定的。出發Agent負責監測出發線的使用狀況，結合出發計劃、確報，通過和接入Agent、調度Agent的協調機制制定出詳細發車計劃。出發Agent負責發車工作，并且負責結束車次Agent和車輛Agent的運行。和出發Agent關聯的有調度Agent、接入Agent、車次Agent、車輛Agent、預確報、班計劃。

3.調度Agent

鐵路車站調度系統管理平臺將調度這項特別的工作交給一個Agent組處理，稱之為調度 Agent組。調度Agent組是一種混合型的Agent，即具有反應感知性，還具有意識性。調度Agent組具有自動編制作業計劃，自動分派調車任務等工作。調度Agent組制定完畢階段計劃后，由車站調度工作人員確認后會在Agent平臺上發布;當有異常狀況(和計劃不相符合的情況或者作業失敗)出現時，調度Agent組會通過接入Agent、出發Agent協調機制馬上自動調整計劃，并且經過車站調度工作人員確認后會在Agent平臺上發布。調度Agent組所需要掌握的信息最多，幾乎和所有的Agent都有關聯。

4.站場Agent

站場Agent將每個站場看作一個站場Agent;同時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、股道長度、每個股道可以容納多少輛車等。站場Agent維護著站場狀態:股道車數詳單、值班人員、正常/檢修、車輛Agent出入時序表。當調度Agent組建立了新的調度計劃的時候，站場Agent會自動取得和自己相關的任務，然后按照任務來制定出自己場的作業計劃。

5.機車Agent

本務機車的調度行車與整個編組站生產關系密切，因此，平臺將每個機車看作一個Agent，稱之為機車Agent。

每個機車有幾種狀態:工作、休息、檢修等。

機車Agent會自動跟蹤機車狀況，記錄相關信息:機車號、當前位置、當前狀態、駕駛員、當前影響因素權重等。

當列車計劃調整時，本務機車Agent會自動取得相關的任務，作業計劃也會隨之發生變化。

6.調機Agent

調機是編組站的作業重要資源，合理高效的使用調機是編組站高效作業的重要保證。所以在管理平臺中也創建了調機Agent負責管理跟蹤調機的相關活動。

調機Agent會自動跟蹤調機狀況，記錄相關信息:調機號、當前位置、當前狀態、司機、當前影響因素權重等。和調機Agent相關聯的有車輛Agent和日志Agent，以及供實時查詢的站場Agent和駝峰Agent。

當列車計劃調整時，調機的相關計劃也會隨之發生變化:平臺應該隨著變化而即時更新為新的計劃，以確保車站生產有條不紊的進行。

7.車次Agent

平臺將每個到達的車次視作一個Agent，稱之為車次Agent。車次 Agent擁有兩個子類:到達車次Agent和出發車次Agent。每個到達的車次Agent有生命周期:創建，活動，死亡;活動時期有幾種狀態:未到達，已到達。每個出發的車次有自己的活動周期:創建、運行、結束。活動過程有幾種狀態:未出發，已出發。到達車次Agent擁有到達車次、到達時間、解體時間、載重、車輛數、車輛號列表、車長、機車號等。出發車次Agent擁有出發車次、出發時間、載重、車輛數、車輛號列表、車長和機車號等。

8.車輛Agent

在管理平臺中必須經過車輛Agent，調車機才能獲得系統遙控指揮權，包括自動啟動、停車、前進、后退、與駝峰主體信號機連鎖，以某一速度進行預推和推峰作業。

貨車管理信息系統中心的駝峰解體計劃傳入并儲存在過程控制系統的主機，當駝峰解體車列時，其溜放進路便按照解體計劃自動排列。

車輛Agent通過在駝峰作業區的有關地點安裝了先進的雷達、踏板、光檔氣象等測速、測重、測長、測阻設備，溜放作業中的各種狀態不斷地反饋到PCS主機，經過計算比較，系統能夠通過減速器對鉤車溜放進行實時控制，減到減速頂的入口速度標準，使車輛最終在減速頂的作用下實現安全連接。

9.駝峰 Agent

駝峰是關鍵資源所以有必要重點掌握其運行情況，平臺創建了駝峰 Agent。駝峰Agent擁有駝峰名稱、駝峰位置、值班人員、狀態(正常/檢修)、工作方式等信息。駝峰Agent負責實時管理維護駝峰當前的狀態。駝峰Agent會自動從調度Agent發布的階段計劃中讀取有關自己的作業任務，自動維護駝峰工作時序表。駝峰工作時序表記錄了過去、當前以及準備做的工作。

在完成了一個工作單元后，駝峰Agent會對比歷史作業庫，自學習同類型作業，修改作業影響權重。

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，日志Agent提供了不同級別的調試模式，方便二次開發和平臺試驗。

三、總結

本文運用人工智能領域的Agent 技術，并結合鐵路車站調度管理與多 Agent 系統的特點，提出了基于多Agent 的鐵路車站調度系統靈活管理平臺的框架模型。該系統模型具有一定的智能性、易重構性以及較強的交互能力，能夠滿足鐵路車站調度系統靈活管理的需求，并為今后進一步開發鐵路各級調車管理平臺提供了依據，具有一定的理論意義。

參考文獻:

[1] 陸汝鈴.知識科學與計算科學[M].北京:清華大學出版社，2003:101-102.

[2] 楊善林，胡小建.復雜決策任務的建模與求解方法[M]. 北京:科學出版社，2003:1-3.

[3] 黃偉建.多Agent 技術在供應鏈管理中的應用研究[D].天津:天津大學，2004.

[4] 蒲光華.基于Multi- Agent 的鐵路物流中心信息系統模型[J].物流工程與管理，2009，(1).

[5] 菅美英.基于多Agent的列車編組計劃優化系統研究[J].西鐵科技， 2007，(1).

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