基于CTC3.0系統的本務機車摘掛功能優化方案研究與實現

陳 宣，李華榮，馮振國

CTC3.0 系統調車進路以作業單中的調車鉤計劃為依據，生成調車進路序列指令集，實現進路指令觸發和安全邏輯檢查卡控等功能［1］。本務機車摘掛作業常見于繁忙的樞紐車站，以機車運用計劃為依據，包括機車出入庫安排和機車摘掛安排等，沒有相應的調車作業單和鉤計劃，無法獲取具體的本務機車走行路徑信息。因此，長期以來，CTC3.0系統無法有效地將本務機車摘掛作業納入系統“計劃-進路”作業管理體系。車站行車人員仍需以傳統的人工點擊進路按鈕方式，為本務機車摘掛作業辦理調車進路，存在錯辦的可能性，也無法實現CTC3.0 系統的列調沖突檢查、安全卡控等功能［2-3］。

對于本務機車摘掛作業，馮振國等［4］提出一種實現方案，通過人工指定機車出入庫線和經由線，結合列車計劃中的到發股道信息，將摘掛作業轉換為調車作業單，生成相應的鉤計劃，實現調車進路的管理和控制；何敏剛等［5］進一步研究了本務機車調車安全檢查方法；陳梵等［6］提出了調車進路辦理的改進方法。但上述方案在實際應用中存在人工干預多、操作繁瑣等問題，尤其在繁忙的樞紐車站反而會降低工作效率，實用性不強。因此，為滿足車站實際應用需求，急需進一步研究本務機車摘掛作業規律，優化CTC3.0系統本務機車摘掛功能。

1 優化思路

1）摘掛作業安排自動化。引入本務機車固定徑路和本務機車走行規則，由CTC3.0系統自動生成摘掛調車作業單和鉤計劃，解決車站值班員摘掛計劃安排工作量大的問題。

2）調車進路動態推算調整。在辦理本務機車調車進路時，系統根據車站信號設備實時狀態，采用動態推算調整算法，自動推算合理進路，降低信號員人工修改調車進路計劃的工作量。

3）作業閉環管理自動完成。通過跟蹤本務機車位置，識別調車進路狀態，自動完成摘掛作業流程的閉環管理。

2 摘掛作業安排自動化

本務機車摘掛調車作業單和鉤計劃的生成，依賴于列車摘掛作業中的關鍵參數，這些參數由六元組＜TN，DIR，TP，SL，DL，PL＞進行抽象定義，六元組參數定義見表1［7］。其中，TN、DIR、SL可通過列車計劃自動獲取，其余參數由人工獲取。本文以某機務段和車站為例，主要分析參數TP、DL、PL，自動推算選擇方法。某車站站型示意見圖1，該站含4股道（Ⅰ、Ⅱ道為車站正線）和2 條出入庫線（機務段1、2），車站南北側分界點位于車站股道中點。

圖1 某車站站型示意

表1 列車摘掛作業參數

2.1 本務機車固定徑路

在客運樞紐車站的調研中發現，本務機車摘掛作業有較強的規律性，主要體現在兩方面：①每天有摘掛作業的列車基本固定且相同；②對于給定列車，其入庫/出庫線基本固定。因此，可預設本務機車固定徑路參數，見表2。

表2 本務機車固定徑路參數

將本務機車固定徑路定義為一個三元組集合｛＜TN，TP，DL＞｝。集合元素的索引是＜TN+TP＞，即對指定車次和作業類型（摘頭/掛頭），可唯一確定一條出入庫線。因此，可結合列車計劃，按以下規則自動推算TP、DL。

1）摘頭規則：對于列車終到和到開計劃，TP為摘頭，以＜TN+TP＞搜索本務機車固定徑路，確定唯一的DL。

2）掛頭規則：對于列車始發和到開計劃，TP為掛頭，以＜TN+TP＞搜索本務機車固定徑路，確定唯一的DL。

如果以上述＜TN+TP＞的索引在本務機車固定徑路中找不到相應記錄，則說明該列車無需摘掛作業，系統不需要生成摘掛調車作業單。作業單中列車股道與列車計劃的到發股道一致，出入庫線從本務機車固定徑路中獲取，車站值班員無需人工為每一趟列車安排摘掛作業。

2.2 本務機車走行規則

本務機車出入庫的調車進路辦理分3 種情況：①列車股道和出入庫線直接連通，此時可通過一組調車進路直接完成作業，如機車從4 道進入機務段2，可通過進路X4—D36完成；②列車股道和出入庫線通過牽出線間接連通，此時可由一組牽出加一組推入進路完成作業，如機車從4 道北側入機務段1，需使用牽出線D9G，通過牽出進路S4—D9加推入進路D9—D11 完成；③列車股道和出入庫線不連通，此時需經由另一條調車股道（經由線）完成作業，如機車從3道南側入機務段1，需經由4道完成作業。

前2種情況無需經由線，PL定義為空值；第3種情況下經由線可通過本務機車走行規則自動推算。本務機車走行規則需根據站型規劃編制，見表3。將本務機車走行規則定義為一個五元組的集合：｛＜｛SL｝，DIR，TP，DL，｛PL｝＞｝；依據給定的輸入索引＜SL+DIR+TP+DL＞，唯一確定可用的經由線PL集合，即與作業股道（根據作業方向確定的車頭位置）和出入庫線直接或間接連通的所有調車股道的集合；再結合相關條件選取一條最優的經由線。

表3 本務機車走行規則示例

最優經由線選取條件包括：

1）經由線優先級。走行規則中的可用經由線集按優先級排序，優先選擇排序在前的。經由線優先級一般按就近、避讓正線原則［8］排序。例如，規則“上行入庫2”中，正線Ⅰ/Ⅱ道排序在3/4道之后。

2）優先級動態調整。在走行規則定義的靜態優先級基礎上，根據經由線使用的次數賦予不同的權重，根據權重調整優先級。

3）避讓本車接發股道。出入庫穿行的經由線通常應為空線（無車占用），因此應避免使用本車占用的接發股道。

4）根據站場占用情況實時調整。在辦理進路時，如果系統檢測到原選取的經由線有車占用，則需按優先級次序選取空閑且優先級最高的經由線。

2.3 本務機車摘掛調車作業單自動生成

如圖2 所示，結合列車計劃、本務機車固定徑路、本務機車走行規則、經由線選取算法，CTC3.0 系統可自動生成摘掛調車作業單，并根據作業單自動推算牽出線和調車進路［9］。以K4053次4 道下行發車的掛頭作業為例生成的本務機車摘掛調車作業單示意見表4。

圖2 本務機車摘掛調車作業單自動生成示意

表4 本務機車摘掛調車作業單示意

Step 1從列車計劃中提取參數：TN、SL、DIR。

Step 2由列車計劃到發類型確定摘掛作業類型TP，并根據＜TN+TP＞搜索本務機車固定徑路，獲取出入庫線DL。

Step 3以＜SL+DIR+TP+DL＞為索引，選取本務機車走行規則，確定經由線集｛PL｝。

Step 4根據最優經由線選取條件，確定經由線PL。

Step 5根據TN、DIR、TP、SL、DL、PL6 項參數，生成摘掛調車作業單，并計算牽出線和調車進路。

該自動生成過程中基本不需要車站值班員人工參與。值班員僅需監控經由線的使用，在系統自動選取不合適時進行人工調整。同時，如果列車接發股道變更，CTC3.0 系統也可依據上述步驟自動重新生成摘掛調車作業單，無需人工干預，可大幅降低值班員的工作量。

3 調車進路動態推算調整

CTC3.0 系統調車進路排列的優先級低于列車進路排列。在繁忙樞紐車站實際辦理本務機車摘掛調車進路時，計劃層面自動選取的經由線、牽出線和調車進路，往往由于其它列車占用或列調沖突無法使用，需信號員人工干預。

調車進路動態推算調整算法是一種輔助決策方法，核心思想是由CTC3.0系統根據信號設備實時狀態和列車計劃，輔助信號員辦理進路。在輔助決策中，系統考慮的因素有：①經由線或牽出線處于空閑狀態；②待辦理進路滿足聯鎖信號邏輯條件；③待辦理進路與列車計劃無沖突。調車進路動態推算調整算法流程見圖3，具體步驟如下。

圖3 調車進路動態推算調整算法流程

Step 1判斷目標線路是否處于空閑狀態，若是，轉入Step 4。

Step 2依據待辦理進路類型推算備用線路集：對于牽出進路，備用線路集是所有與進路起始和目標股道均直接連通的牽出線集合；對于推入進路，備用線路集是走行規則定義的可用經由線集合。

Step 3在備用線路集中選擇一條空閑的線路作為目標線路。

Step 4根據站型和進路表推算可用進路集。

Step 5在可用進路集中選擇可用進路，并確定進路是否滿足聯鎖信號邏輯條件，且與列車計劃無沖突。

Step 6預覽顯示可用進路，推算調整完成。

采用調車進路動態推算調整算法，CTC3.0 系統可過濾實時無法辦理或不合理的牽出線和調車進路，篩選出當前可辦理的最優進路。可進一步減輕信號員工作量，減少人工誤操作的可能性。

4 作業閉環管理自動完成

本務機車摘掛是一項列調融合的車站作業［10］，其自動閉環管理步驟為：①在列車計劃中安排摘掛作業，列車到達后啟動摘頭作業，列車準備出發前啟動掛頭作業；②安排本務機車走行計劃；③辦理本務機車摘掛調車進路，本務機車按進路走行；④本務機車到達指定位置后，設置摘掛作業完成；⑤更新列車計劃中作業狀態，完成接車或發車作業。

在上述過程中，CTC3.0 系統通過自動判定列車作業狀態、本務機車號跟蹤、調車進路狀態識別等功能，實現摘掛作業全自動閉環管理。部分作業狀態識別邏輯如下。

1）摘掛作業啟動判定。列車到達股道停穩后自動報點啟動摘頭作業，待掛本務機車位于出庫線時啟動掛頭作業。

2）調車進路狀態識別。通過站場信號設備的占用鎖閉狀態自動跟蹤識別調車進路狀態。

3）摘掛調車作業單鉤狀態識別。依據調車進路狀態自動轉換，如當牽出進路開始辦理時，單鉤狀態轉換為“辦理中”；推入進路出清后，單鉤狀態轉換為“完成”。

4）列車摘掛作業完成狀態。對于摘頭作業，相應摘掛調車作業單第一鉤完成后，本務機車已摘下并駛出股道，判定摘頭作業完成；對于掛頭作業，相應摘掛調車作業單最后一鉤完成后，本務機車已到達目標股道并完成掛頭，判定掛頭作業完成。

5 應用效果

目前，該方案已應用于多個客運樞紐車站，應用效果良好。經現場應用統計，使用CTC3.0系統的本務機車摘掛作業平均操作時長見表5。列車摘掛作業安排、調車進路辦理、摘掛作業閉環管理等關鍵業務流程的操作時長，相比于優化前的方案均成倍減少，車站行車人員的工作強度顯著減輕，錯辦進路等人為失誤風險也大大降低。

表5 本務機車摘掛作業平均操作時長

6 結論

本文優化方案將列調融合的本務機車摘掛作業完整納入CTC3.0 系統，充分發揮CTC3.0 系統在運輸調度指揮領域計劃控制一體化的作用，實用性較強，提升了CTC3.0系統智能化管控水平。

下一步研究方向：對于部分貨運樞紐車站規律性不強的本務機車摘掛作業，本務機車固定徑路的設定比較困難，需繼續探索更為適用的技術實現方案。