基于CTC3.0系統(tǒng)的本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛功能優(yōu)化方案研究與實(shí)現(xiàn)

陳 宣，李華榮，馮振國(guó)

CTC3.0 系統(tǒng)調(diào)車(chē)進(jìn)路以作業(yè)單中的調(diào)車(chē)鉤計(jì)劃為依據(jù)，生成調(diào)車(chē)進(jìn)路序列指令集，實(shí)現(xiàn)進(jìn)路指令觸發(fā)和安全邏輯檢查卡控等功能［1］。本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)常見(jiàn)于繁忙的樞紐車(chē)站，以機(jī)車(chē)運(yùn)用計(jì)劃為依據(jù)，包括機(jī)車(chē)出入庫(kù)安排和機(jī)車(chē)摘掛安排等，沒(méi)有相應(yīng)的調(diào)車(chē)作業(yè)單和鉤計(jì)劃，無(wú)法獲取具體的本務(wù)機(jī)車(chē)走行路徑信息。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，CTC3.0系統(tǒng)無(wú)法有效地將本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)納入系統(tǒng)“計(jì)劃-進(jìn)路”作業(yè)管理體系。車(chē)站行車(chē)人員仍需以傳統(tǒng)的人工點(diǎn)擊進(jìn)路按鈕方式，為本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)辦理調(diào)車(chē)進(jìn)路，存在錯(cuò)辦的可能性，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)CTC3.0 系統(tǒng)的列調(diào)沖突檢查、安全卡控等功能［2-3］。

對(duì)于本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)，馮振國(guó)等［4］提出一種實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)人工指定機(jī)車(chē)出入庫(kù)線(xiàn)和經(jīng)由線(xiàn)，結(jié)合列車(chē)計(jì)劃中的到發(fā)股道信息，將摘掛作業(yè)轉(zhuǎn)換為調(diào)車(chē)作業(yè)單，生成相應(yīng)的鉤計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)調(diào)車(chē)進(jìn)路的管理和控制；何敏剛等［5］進(jìn)一步研究了本務(wù)機(jī)車(chē)調(diào)車(chē)安全檢查方法；陳梵等［6］提出了調(diào)車(chē)進(jìn)路辦理的改進(jìn)方法。但上述方案在實(shí)際應(yīng)用中存在人工干預(yù)多、操作繁瑣等問(wèn)題，尤其在繁忙的樞紐車(chē)站反而會(huì)降低工作效率，實(shí)用性不強(qiáng)。因此，為滿(mǎn)足車(chē)站實(shí)際應(yīng)用需求，急需進(jìn)一步研究本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)規(guī)律，優(yōu)化CTC3.0系統(tǒng)本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛功能。

1 優(yōu)化思路

1）摘掛作業(yè)安排自動(dòng)化。引入本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路和本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則，由CTC3.0系統(tǒng)自動(dòng)生成摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單和鉤計(jì)劃，解決車(chē)站值班員摘掛計(jì)劃安排工作量大的問(wèn)題。

2）調(diào)車(chē)進(jìn)路動(dòng)態(tài)推算調(diào)整。在辦理本務(wù)機(jī)車(chē)調(diào)車(chē)進(jìn)路時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)車(chē)站信號(hào)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，采用動(dòng)態(tài)推算調(diào)整算法，自動(dòng)推算合理進(jìn)路，降低信號(hào)員人工修改調(diào)車(chē)進(jìn)路計(jì)劃的工作量。

3）作業(yè)閉環(huán)管理自動(dòng)完成。通過(guò)跟蹤本務(wù)機(jī)車(chē)位置，識(shí)別調(diào)車(chē)進(jìn)路狀態(tài)，自動(dòng)完成摘掛作業(yè)流程的閉環(huán)管理。

2 摘掛作業(yè)安排自動(dòng)化

本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單和鉤計(jì)劃的生成，依賴(lài)于列車(chē)摘掛作業(yè)中的關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)由六元組＜TN，DIR，TP，SL，DL，PL＞進(jìn)行抽象定義，六元組參數(shù)定義見(jiàn)表1［7］。其中，TN、DIR、SL可通過(guò)列車(chē)計(jì)劃自動(dòng)獲取，其余參數(shù)由人工獲取。本文以某機(jī)務(wù)段和車(chē)站為例，主要分析參數(shù)TP、DL、PL，自動(dòng)推算選擇方法。某車(chē)站站型示意見(jiàn)圖1，該站含4股道（Ⅰ、Ⅱ道為車(chē)站正線(xiàn)）和2 條出入庫(kù)線(xiàn)（機(jī)務(wù)段1、2），車(chē)站南北側(cè)分界點(diǎn)位于車(chē)站股道中點(diǎn)。

圖1 某車(chē)站站型示意

表1 列車(chē)摘掛作業(yè)參數(shù)

2.1 本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路

在客運(yùn)樞紐車(chē)站的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)有較強(qiáng)的規(guī)律性，主要體現(xiàn)在兩方面：①每天有摘掛作業(yè)的列車(chē)基本固定且相同；②對(duì)于給定列車(chē)，其入庫(kù)/出庫(kù)線(xiàn)基本固定。因此，可預(yù)設(shè)本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路參數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路參數(shù)

將本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路定義為一個(gè)三元組集合｛＜TN，TP，DL＞｝。集合元素的索引是＜TN+TP＞，即對(duì)指定車(chē)次和作業(yè)類(lèi)型（摘頭/掛頭），可唯一確定一條出入庫(kù)線(xiàn)。因此，可結(jié)合列車(chē)計(jì)劃，按以下規(guī)則自動(dòng)推算TP、DL。

1）摘頭規(guī)則：對(duì)于列車(chē)終到和到開(kāi)計(jì)劃，TP為摘頭，以＜TN+TP＞搜索本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路，確定唯一的DL。

2）掛頭規(guī)則：對(duì)于列車(chē)始發(fā)和到開(kāi)計(jì)劃，TP為掛頭，以＜TN+TP＞搜索本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路，確定唯一的DL。

如果以上述＜TN+TP＞的索引在本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路中找不到相應(yīng)記錄，則說(shuō)明該列車(chē)無(wú)需摘掛作業(yè)，系統(tǒng)不需要生成摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單。作業(yè)單中列車(chē)股道與列車(chē)計(jì)劃的到發(fā)股道一致，出入庫(kù)線(xiàn)從本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路中獲取，車(chē)站值班員無(wú)需人工為每一趟列車(chē)安排摘掛作業(yè)。

2.2 本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則

本務(wù)機(jī)車(chē)出入庫(kù)的調(diào)車(chē)進(jìn)路辦理分3 種情況：①列車(chē)股道和出入庫(kù)線(xiàn)直接連通，此時(shí)可通過(guò)一組調(diào)車(chē)進(jìn)路直接完成作業(yè)，如機(jī)車(chē)從4 道進(jìn)入機(jī)務(wù)段2，可通過(guò)進(jìn)路X4—D36完成；②列車(chē)股道和出入庫(kù)線(xiàn)通過(guò)牽出線(xiàn)間接連通，此時(shí)可由一組牽出加一組推入進(jìn)路完成作業(yè)，如機(jī)車(chē)從4 道北側(cè)入機(jī)務(wù)段1，需使用牽出線(xiàn)D9G，通過(guò)牽出進(jìn)路S4—D9加推入進(jìn)路D9—D11 完成；③列車(chē)股道和出入庫(kù)線(xiàn)不連通，此時(shí)需經(jīng)由另一條調(diào)車(chē)股道（經(jīng)由線(xiàn)）完成作業(yè)，如機(jī)車(chē)從3道南側(cè)入機(jī)務(wù)段1，需經(jīng)由4道完成作業(yè)。

前2種情況無(wú)需經(jīng)由線(xiàn)，PL定義為空值；第3種情況下經(jīng)由線(xiàn)可通過(guò)本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則自動(dòng)推算。本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則需根據(jù)站型規(guī)劃編制，見(jiàn)表3。將本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則定義為一個(gè)五元組的集合：｛＜｛SL｝，DIR，TP，DL，｛PL｝＞｝；依據(jù)給定的輸入索引＜SL+DIR+TP+DL＞，唯一確定可用的經(jīng)由線(xiàn)PL集合，即與作業(yè)股道（根據(jù)作業(yè)方向確定的車(chē)頭位置）和出入庫(kù)線(xiàn)直接或間接連通的所有調(diào)車(chē)股道的集合；再結(jié)合相關(guān)條件選取一條最優(yōu)的經(jīng)由線(xiàn)。

表3 本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則示例

最優(yōu)經(jīng)由線(xiàn)選取條件包括：

1）經(jīng)由線(xiàn)優(yōu)先級(jí)。走行規(guī)則中的可用經(jīng)由線(xiàn)集按優(yōu)先級(jí)排序，優(yōu)先選擇排序在前的。經(jīng)由線(xiàn)優(yōu)先級(jí)一般按就近、避讓正線(xiàn)原則［8］排序。例如，規(guī)則“上行入庫(kù)2”中，正線(xiàn)Ⅰ/Ⅱ道排序在3/4道之后。

2）優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。在走行規(guī)則定義的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)由線(xiàn)使用的次數(shù)賦予不同的權(quán)重，根據(jù)權(quán)重調(diào)整優(yōu)先級(jí)。

3）避讓本車(chē)接發(fā)股道。出入庫(kù)穿行的經(jīng)由線(xiàn)通常應(yīng)為空線(xiàn)（無(wú)車(chē)占用），因此應(yīng)避免使用本車(chē)占用的接發(fā)股道。

4）根據(jù)站場(chǎng)占用情況實(shí)時(shí)調(diào)整。在辦理進(jìn)路時(shí)，如果系統(tǒng)檢測(cè)到原選取的經(jīng)由線(xiàn)有車(chē)占用，則需按優(yōu)先級(jí)次序選取空閑且優(yōu)先級(jí)最高的經(jīng)由線(xiàn)。

2.3 本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單自動(dòng)生成

如圖2 所示，結(jié)合列車(chē)計(jì)劃、本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路、本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則、經(jīng)由線(xiàn)選取算法，CTC3.0 系統(tǒng)可自動(dòng)生成摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單，并根據(jù)作業(yè)單自動(dòng)推算牽出線(xiàn)和調(diào)車(chē)進(jìn)路［9］。以K4053次4 道下行發(fā)車(chē)的掛頭作業(yè)為例生成的本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單示意見(jiàn)表4。

圖2 本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單自動(dòng)生成示意

表4 本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單示意

Step 1從列車(chē)計(jì)劃中提取參數(shù)：TN、SL、DIR。

Step 2由列車(chē)計(jì)劃到發(fā)類(lèi)型確定摘掛作業(yè)類(lèi)型TP，并根據(jù)＜TN+TP＞搜索本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路，獲取出入庫(kù)線(xiàn)DL。

Step 3以＜SL+DIR+TP+DL＞為索引，選取本務(wù)機(jī)車(chē)走行規(guī)則，確定經(jīng)由線(xiàn)集｛PL｝。

Step 4根據(jù)最優(yōu)經(jīng)由線(xiàn)選取條件，確定經(jīng)由線(xiàn)PL。

Step 5根據(jù)TN、DIR、TP、SL、DL、PL6 項(xiàng)參數(shù)，生成摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單，并計(jì)算牽出線(xiàn)和調(diào)車(chē)進(jìn)路。

該自動(dòng)生成過(guò)程中基本不需要車(chē)站值班員人工參與。值班員僅需監(jiān)控經(jīng)由線(xiàn)的使用，在系統(tǒng)自動(dòng)選取不合適時(shí)進(jìn)行人工調(diào)整。同時(shí)，如果列車(chē)接發(fā)股道變更，CTC3.0 系統(tǒng)也可依據(jù)上述步驟自動(dòng)重新生成摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單，無(wú)需人工干預(yù)，可大幅降低值班員的工作量。

3 調(diào)車(chē)進(jìn)路動(dòng)態(tài)推算調(diào)整

CTC3.0 系統(tǒng)調(diào)車(chē)進(jìn)路排列的優(yōu)先級(jí)低于列車(chē)進(jìn)路排列。在繁忙樞紐車(chē)站實(shí)際辦理本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛調(diào)車(chē)進(jìn)路時(shí)，計(jì)劃層面自動(dòng)選取的經(jīng)由線(xiàn)、牽出線(xiàn)和調(diào)車(chē)進(jìn)路，往往由于其它列車(chē)占用或列調(diào)沖突無(wú)法使用，需信號(hào)員人工干預(yù)。

調(diào)車(chē)進(jìn)路動(dòng)態(tài)推算調(diào)整算法是一種輔助決策方法，核心思想是由CTC3.0系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)和列車(chē)計(jì)劃，輔助信號(hào)員辦理進(jìn)路。在輔助決策中，系統(tǒng)考慮的因素有：①經(jīng)由線(xiàn)或牽出線(xiàn)處于空閑狀態(tài)；②待辦理進(jìn)路滿(mǎn)足聯(lián)鎖信號(hào)邏輯條件；③待辦理進(jìn)路與列車(chē)計(jì)劃無(wú)沖突。調(diào)車(chē)進(jìn)路動(dòng)態(tài)推算調(diào)整算法流程見(jiàn)圖3，具體步驟如下。

圖3 調(diào)車(chē)進(jìn)路動(dòng)態(tài)推算調(diào)整算法流程

Step 1判斷目標(biāo)線(xiàn)路是否處于空閑狀態(tài)，若是，轉(zhuǎn)入Step 4。

Step 2依據(jù)待辦理進(jìn)路類(lèi)型推算備用線(xiàn)路集：對(duì)于牽出進(jìn)路，備用線(xiàn)路集是所有與進(jìn)路起始和目標(biāo)股道均直接連通的牽出線(xiàn)集合；對(duì)于推入進(jìn)路，備用線(xiàn)路集是走行規(guī)則定義的可用經(jīng)由線(xiàn)集合。

Step 3在備用線(xiàn)路集中選擇一條空閑的線(xiàn)路作為目標(biāo)線(xiàn)路。

Step 4根據(jù)站型和進(jìn)路表推算可用進(jìn)路集。

Step 5在可用進(jìn)路集中選擇可用進(jìn)路，并確定進(jìn)路是否滿(mǎn)足聯(lián)鎖信號(hào)邏輯條件，且與列車(chē)計(jì)劃無(wú)沖突。

Step 6預(yù)覽顯示可用進(jìn)路，推算調(diào)整完成。

采用調(diào)車(chē)進(jìn)路動(dòng)態(tài)推算調(diào)整算法，CTC3.0 系統(tǒng)可過(guò)濾實(shí)時(shí)無(wú)法辦理或不合理的牽出線(xiàn)和調(diào)車(chē)進(jìn)路，篩選出當(dāng)前可辦理的最優(yōu)進(jìn)路。可進(jìn)一步減輕信號(hào)員工作量，減少人工誤操作的可能性。

4 作業(yè)閉環(huán)管理自動(dòng)完成

本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛是一項(xiàng)列調(diào)融合的車(chē)站作業(yè)［10］，其自動(dòng)閉環(huán)管理步驟為：①在列車(chē)計(jì)劃中安排摘掛作業(yè)，列車(chē)到達(dá)后啟動(dòng)摘頭作業(yè)，列車(chē)準(zhǔn)備出發(fā)前啟動(dòng)掛頭作業(yè)；②安排本務(wù)機(jī)車(chē)走行計(jì)劃；③辦理本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛調(diào)車(chē)進(jìn)路，本務(wù)機(jī)車(chē)按進(jìn)路走行；④本務(wù)機(jī)車(chē)到達(dá)指定位置后，設(shè)置摘掛作業(yè)完成；⑤更新列車(chē)計(jì)劃中作業(yè)狀態(tài)，完成接車(chē)或發(fā)車(chē)作業(yè)。

在上述過(guò)程中，CTC3.0 系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)判定列車(chē)作業(yè)狀態(tài)、本務(wù)機(jī)車(chē)號(hào)跟蹤、調(diào)車(chē)進(jìn)路狀態(tài)識(shí)別等功能，實(shí)現(xiàn)摘掛作業(yè)全自動(dòng)閉環(huán)管理。部分作業(yè)狀態(tài)識(shí)別邏輯如下。

1）摘掛作業(yè)啟動(dòng)判定。列車(chē)到達(dá)股道停穩(wěn)后自動(dòng)報(bào)點(diǎn)啟動(dòng)摘頭作業(yè)，待掛本務(wù)機(jī)車(chē)位于出庫(kù)線(xiàn)時(shí)啟動(dòng)掛頭作業(yè)。

2）調(diào)車(chē)進(jìn)路狀態(tài)識(shí)別。通過(guò)站場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的占用鎖閉狀態(tài)自動(dòng)跟蹤識(shí)別調(diào)車(chē)進(jìn)路狀態(tài)。

3）摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單鉤狀態(tài)識(shí)別。依據(jù)調(diào)車(chē)進(jìn)路狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，如當(dāng)牽出進(jìn)路開(kāi)始辦理時(shí)，單鉤狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“辦理中”；推入進(jìn)路出清后，單鉤狀態(tài)轉(zhuǎn)換為“完成”。

4）列車(chē)摘掛作業(yè)完成狀態(tài)。對(duì)于摘頭作業(yè)，相應(yīng)摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單第一鉤完成后，本務(wù)機(jī)車(chē)已摘下并駛出股道，判定摘頭作業(yè)完成；對(duì)于掛頭作業(yè)，相應(yīng)摘掛調(diào)車(chē)作業(yè)單最后一鉤完成后，本務(wù)機(jī)車(chē)已到達(dá)目標(biāo)股道并完成掛頭，判定掛頭作業(yè)完成。

5 應(yīng)用效果

目前，該方案已應(yīng)用于多個(gè)客運(yùn)樞紐車(chē)站，應(yīng)用效果良好。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，使用CTC3.0系統(tǒng)的本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)平均操作時(shí)長(zhǎng)見(jiàn)表5。列車(chē)摘掛作業(yè)安排、調(diào)車(chē)進(jìn)路辦理、摘掛作業(yè)閉環(huán)管理等關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程的操作時(shí)長(zhǎng)，相比于優(yōu)化前的方案均成倍減少，車(chē)站行車(chē)人員的工作強(qiáng)度顯著減輕，錯(cuò)辦進(jìn)路等人為失誤風(fēng)險(xiǎn)也大大降低。

表5 本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)平均操作時(shí)長(zhǎng)

6 結(jié)論

本文優(yōu)化方案將列調(diào)融合的本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)完整納入CTC3.0 系統(tǒng)，充分發(fā)揮CTC3.0 系統(tǒng)在運(yùn)輸調(diào)度指揮領(lǐng)域計(jì)劃控制一體化的作用，實(shí)用性較強(qiáng)，提升了CTC3.0系統(tǒng)智能化管控水平。

下一步研究方向：對(duì)于部分貨運(yùn)樞紐車(chē)站規(guī)律性不強(qiáng)的本務(wù)機(jī)車(chē)摘掛作業(yè)，本務(wù)機(jī)車(chē)固定徑路的設(shè)定比較困難，需繼續(xù)探索更為適用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。