機車周轉圖編制優(yōu)化和系統(tǒng)設計探析

1、 機車周轉圖編制優(yōu)化和系統(tǒng)設計探析 劉永華摘 要：鐵路運輸在我國交通運輸中占據著相當重要的地位，做好鐵路機車的管理工作，是保障鐵路運輸穩(wěn)定發(fā)展的基礎和前提。結合機車周轉圖的編制問題和相應的系統(tǒng)設計進行了分析，以期為鐵路機車的調度工作提供一定的參考。Key：機車周轉圖；編制優(yōu)化；系統(tǒng)設計；運行周期：U292.6 ：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2015.04.092機車周轉圖依據的是機車交路、機車運轉制、乘務制度、乘務方式和機車最短折返時間標準等機車工作計劃，是鐵路運輸計劃的重要組成部分，也是組織機車運輸的基礎。對于機車周轉圖的編制，應該充分考慮各方面的因素，以確保機車運用效率

2、的最大化、提高機車周轉速度，是需要鐵路機務部門重點研究的問題。1 機車周轉圖編制優(yōu)化機車周轉圖的編制優(yōu)化是指結合實際情況，以最少的機車資源實現列車運行圖上所有列車的動力配置，也可以理解為機車全周轉時間最短或機車臺數最少。在機車周轉圖的編制過程中，存在許多的影響因素，比如機車交路、乘務制度和機車在自外段的技術作業(yè)時間等。根據運輸計劃編制階段的差異，機車周轉圖可分為基本機車周轉圖、分號機車周轉圖和實際機車周轉圖等。一般情況下，在對機車周轉圖進行編制的過程中，需要遵循以下4個原則：適應鐵路運輸的實際需要，保證列車運行圖和運輸方案的有效實施；加快機車周轉，縮短非生產時間，確保機車利用的經濟性和合理性；

3、合理安排乘務員的工作時間；合理安排機車自外段整備時間和地勤人員的作業(yè)時間。在目前的機車周轉圖編制中有許多方法，通常是將機車周轉圖模型轉換為其他模型問題，比如TSP模型、二分圖、時空網絡模型和最大流模型等，但這些模型通常都是針對成對機車周轉圖進行編制的。因此，在不成對機車周轉圖的情況下，需要設置單機開行方案或機車附掛方案，而不同的方案會直接影響整個區(qū)段的機車周轉，進而導致編制問題的復雜化。因此，本文提出了機車周轉圖編織優(yōu)化的數學模型：定義Sk（k=1，2，K）為機務折返段車站，K為總數；Li（i=1，2，M）為列車數量，M為總數；列車Li在運行區(qū)段的始發(fā)時刻、終到時刻和運行時間分別為 、 和ti

4、；牽引機車臺數和附掛機車臺數分別為ni和fi；Tk為k站機車最短折返作業(yè)時間；aik為列車Li在Sk站是否停車并換掛機車，如果值為1，則停車并換掛，如果值為0，則不停；dik為列車Li在Sk站是否出發(fā)并換掛機車，如果值為1，則停車并換掛，如果值為0，則不停；xik為機車接續(xù)變量。其中，ji與機車臺數相等。如果同一臺機車先牽引列車Li，后牽引列車Lj，則xik=1，否則xik=0.機車在折返站Sk的折返時間為：以列車全周轉時間t值最小為目標函數，可建立相應的優(yōu)化模型：約束條件為以下3點：列車在區(qū)段出發(fā)車站和到達車站的接續(xù)機車總數不能超過機車總臺數；機車接續(xù)必須滿足機車在折返站的折返時間標準；機車

5、只能在同一車站接續(xù)。2 機車周轉圖編制系統(tǒng)設計2.1 需求分析從上述機車周轉圖編制的優(yōu)化可知，機車周轉圖的編制工作是一項非常復雜的系統(tǒng)性工作，涉及多方面的因素和大量計算，十分煩瑣，對編制人員的專業(yè)技術要求較高。因此，編圖人員需要運用性能完善的輔助支持系統(tǒng)，幫助其實現機車周轉圖的快速、準確編制，從而縮短機車周轉圖編制周期。2.2 系統(tǒng)功能該系統(tǒng)的主要功能包括：根據實際需求編制多個機車周轉方案，供編圖人員選比；將機車周轉方案的數據信息轉換并繪制為機車周轉圖；支持手動修改功能，可實現對細節(jié)的修改和完善；具有機車交路勾畫范圍選擇的功能，可根據相關指令，完成數據的篩選和轉換。2.3 子系統(tǒng)設計2.3.1

6、 數據庫系統(tǒng)數據庫系統(tǒng)包括數據庫和管理系統(tǒng)。其中，數據庫模塊又包含了機務數據庫和列車運行圖數據庫，從機車全周轉時間最短的角度考慮，要想確保機車周轉圖的有效性，就應在機務數據庫中設置機務段信息表和機車牽引段信息表，并結合沿線車站的編號，與列車運行圖數據庫相互結合，實現數據共享；管理系統(tǒng)主要對數據庫進行維護和管理，以利于對數據的查詢、分析，考慮到鐵路現場調度具有的靈活性和多變性，管理系統(tǒng)應為用戶提供簡單、方便的數據操作功能，并結合實際情況自行開發(fā)設計。2.3.2 模型庫和方法庫系統(tǒng)該系統(tǒng)涉及多個數學模型，對于機車周轉方案的求解過程，即是利用多種方法對數學模型進行求解的過程。在模型庫和方法庫系統(tǒng)中，

7、主要包括自動勾畫機車交路模型、手工修改機車交路模型和提示信息模型。此外，該系統(tǒng)可為操作人員提供模型和方法的管理、應用和修改功能，并通過人機對話保障有效實現上述功能。2.3.3 對話系統(tǒng)對話系統(tǒng)可使操作人員快速、直觀地了解系統(tǒng)工作的進展情況，使系統(tǒng)接受操作人員的指令。對話系統(tǒng)包括3個組成部分：輸入和輸出部分。操作人員輸入相應數據，系統(tǒng)對數據進行分析、處理，輸出相應的機車交路和列車運行圖，并繪制機車周轉圖；狀態(tài)顯示部分。采用對話框或狀態(tài)欄的形式，直觀顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，方便操作人員管理；人機對話部分。多采用對話框的方式實現，一方面，系統(tǒng)可接受操作人員的指令，并對數據進行處理；另一方面，操作人員可對比系統(tǒng)提供的方案，實現合理取舍。3 結束語綜上所述，機車周轉圖的編制是鐵路機務部門工作的重要組成部分，對鐵路運輸的有效進行起著不容忽視的作用，需要引起相關部門的充分重視，并從算法和系統(tǒng)兩個方面，對機車周轉圖的智能化編制進行深入研究。Reference1張杰.機車周轉圖編制優(yōu)化及系統(tǒng)設計M.成都：西南交通大學，2013.2