第六章 軌道幾何不平順管理輔助決策系統(tǒng)

1第六章軌道幾何不平順輔助決策系統(tǒng)

鐵路工務管理實現(xiàn)著三個轉(zhuǎn)變：從定性和傳統(tǒng)經(jīng)驗向定量化科學管理轉(zhuǎn)變；對軌道狀態(tài)和質(zhì)量的檢測從靜態(tài)向動態(tài)和綜合檢測轉(zhuǎn)變；軌道管理從分散的單獨的系統(tǒng)向覆蓋全路的綜合化、網(wǎng)絡化、智能化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。2023/2/11第一節(jié)輔助決策系統(tǒng)概述

一、輔助決策系統(tǒng)（DSS）

1、定義

輔助決策系統(tǒng)(DecisionSupportSystem，DSS)是20世紀80年代迅速發(fā)展起來的新型計算機學科，是在管理信息系統(tǒng)和運籌學的基礎上發(fā)展起來的。（管理信息系統(tǒng)的重點是對大量數(shù)據(jù)的處理，運籌學主要體現(xiàn)在單模型輔助決策上。）2023/2/122、

DSS的特點（1）DSS的特點是增加了模型庫和模型庫管理系統(tǒng)，它把眾多的數(shù)學模型與數(shù)據(jù)處理

模型進行組織和存儲，并且將模型庫和數(shù)據(jù)庫進行有機結(jié)合。

（2）既具有數(shù)據(jù)處理功能又具有數(shù)值計算功能。2023/2/13

二、計算機輔助決策系統(tǒng)

1、定義

計算機輔助決策系統(tǒng)是一種幫助決策者進行分析問題與輔助決策的工具。2、作用

幫助人們收集與處理信息、構(gòu)思與設計方案、分析與比較方案、降低或消除面臨的風險，最后作出正確的

選擇。

2023/2/143、計算機輔助決策系統(tǒng)的組成（四個部分）（1）問題輸入

問題輸入是決策者以人一機交互的方式向系統(tǒng)提出問題。

（2）問題分析問題分析主要是風險分析與多目標沖突分析。（3）問題求解問題求解是形成備選方案與優(yōu)化選擇。

2023/2/15（4）結(jié)果輸出

結(jié)果輸出是以決策者易于理解的方式(如圖、表等)給出滿意的決策結(jié)果。如果結(jié)果不合適，則決策者可以反饋給系統(tǒng)重新進行交

互，直至獲得滿意的結(jié)果。上述過程是在相關的數(shù)據(jù)、模型和知識支持下進行的，它們存放在

相應的數(shù)據(jù)庫、模型庫與知識庫中。2023/2/16三、鐵路線路養(yǎng)護維修輔助決策系統(tǒng)1、定義

是一種根據(jù)線路軌道實測資料、過去的歷史記錄、專家的養(yǎng)修經(jīng)驗，制定最佳的養(yǎng)護維修作業(yè)計劃，降低養(yǎng)修成本的計算機輔助決策系統(tǒng)工具。2023/2/172、作用（1）確保鐵路線路處于良好的狀態(tài)，保證列車按規(guī)定的最高速度平穩(wěn)、安全、不間斷地運行。（2）制定最佳的養(yǎng)護維修作業(yè)計劃，降低養(yǎng)修成

本，以提高工務部門勞動生產(chǎn)率和工務投入產(chǎn)出經(jīng)濟效益。2023/2/18第二節(jié)

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與水平一、國外研究現(xiàn)狀與水平

(一)日本的研究概況

1．新干線信息管理系統(tǒng)SMIS

日本從20世紀60年代開始應用計算機為鐵路工務管理服務，于1975年運行新干線信息管理系統(tǒng)SMIS。2023/2/19（1）SMIS系統(tǒng)的組成①軌道維修狀態(tài)管理；②軌道材料管理；

③軌道工程計算。

東海道新干線將SMIS改為RINDA，并在此基礎上開發(fā)了東海道新干線軌道管理系統(tǒng)TOSMA。

2023/2/110（2）新干線軌道管理系統(tǒng)TOSMA所包括的內(nèi)容：軌道狀態(tài)與作業(yè)管理；長鋼軌管理；軌道材料管理；養(yǎng)護維修機械管理；軌道工程決算及軌道作業(yè)計劃。

新干線系統(tǒng)可以輸出與既有線類同的軌道變形狀態(tài)圖、表，軌道養(yǎng)護計劃表、無縫線路鋼軌管理圖及反映線路平縱斷面情況的軌道線形管理表等信息。根據(jù)這些圖、表，可以方便、快速地獲得鐵路工務設備、軌道狀態(tài)的各種信息，輔助制定養(yǎng)護維修計劃。2023/2/111

2．JR東海道養(yǎng)護管理系統(tǒng)

系統(tǒng)的組成如下：(1)養(yǎng)護管理系統(tǒng)。包括線路管理系統(tǒng)、檢查系統(tǒng)、養(yǎng)修機械系統(tǒng)、工程合同系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、工號表制作系統(tǒng)、軌道中心間隔系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)。(2)綜合試驗車數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。(3)鋼軌探傷磨耗測量車數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。(4)自動游間測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。(5)道岔軌道不平順測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2023/2/1123．東海道新干線養(yǎng)護管理系統(tǒng)(R1NDA)

該系統(tǒng)于1999年11月全面開始使用。

(1)系統(tǒng)主要輸入數(shù)據(jù)為軌道檢測車數(shù)據(jù)、鋼軌探傷車檢查數(shù)據(jù)、SMIS運量數(shù)據(jù)、各種臺賬基礎數(shù)據(jù)、各種環(huán)境文件、各種材料檢查業(yè)績、軌道作業(yè)業(yè)績和養(yǎng)修機械使用業(yè)績。

(2)數(shù)據(jù)保留時間。軌道作業(yè)實績和檢查實績，保留6年；道床更換作業(yè)業(yè)績．半永久保留；鋼軌更換業(yè)績，保留20年。

2023/2/113(3)系統(tǒng)動能。包括檢測車數(shù)據(jù)處理、運量管理、軌道維修作業(yè)驗收、軌道狀態(tài)管理、軌道環(huán)境文件管理、無縫線路溫度管理、伸縮接頭管理、膠接絕緣接頭管理、道岔器管理、道床管理以及巡回檢查管理、養(yǎng)修機械管理、鋼軌探傷車數(shù)據(jù)處理、鋼軌材料管理、綜合管理圖。

2023/2/114(二)歐美各國的研究概況

(1)加拿大在鐵路養(yǎng)護維修方面開發(fā)了軌道管理系統(tǒng)(TMS系統(tǒng))、軌道咨詢系統(tǒng)、軌道養(yǎng)護維修決策支持系統(tǒng)等。

、

(2)英國的軌道養(yǎng)護、軌道更新計劃決策，費用估算支持系統(tǒng)(MAPPAS)。用統(tǒng)計方法分析軌道破壞現(xiàn)象，基于技術經(jīng)濟分析模型，評價軌道養(yǎng)護維修方案，決定鋼軌更換費用最小的更換周期等

(3)德國的軌道養(yǎng)護、軌道更新計劃決策支持系統(tǒng)(SYSTEMDYNAMICS)?；趧討B(tài)系統(tǒng)理論，進行長期的經(jīng)濟、技術相互作用仿真。2023/2/115

(4)瑞士的軌道養(yǎng)護計劃決策支持系統(tǒng)(GEV)。制定養(yǎng)護緊急程度及養(yǎng)護對策方案，并對其進行技術經(jīng)濟評價。

(5)荷蘭的軌道養(yǎng)護、軌道更新計劃決策支持系統(tǒng)(BINCO)。充分利用軌道狀態(tài)、各種軌道部件損傷的時序變化信息，建立鋼軌疲勞和磨耗惡化模型，對制定養(yǎng)護維修計劃提供支持。

(6)波蘭的全面維修的決策支持系統(tǒng)(DONG)。以軌道和路基的養(yǎng)護、臨時的限速、軸重限制為對象，建立軌道使用壽命理論模型，輸出軌道養(yǎng)護緊急程度以及搗固作業(yè)計劃，對制定養(yǎng)護維修計劃提供決策支持。2023/2/116

(三)歐洲鐵道研究所(ERRI)的研究概況

軌道狀態(tài)由于通過列車數(shù)和荷載條件的不同，其狀態(tài)惡化也不一樣，另外，養(yǎng)護及維修作業(yè)順序和技術經(jīng)濟等緊密相關，在確立養(yǎng)修計劃時，必須有大量技術、經(jīng)濟的信息和豐富的經(jīng)驗。因此，是否養(yǎng)修，什么時候養(yǎng)修，怎樣養(yǎng)修，如何投入最佳的人力物力，這些都是非常復雜的問題。2023/2/117

為實現(xiàn)真正削減成本，利用最優(yōu)化處理這個復雜的問題，在歐盟的財政支持下，ERRI開發(fā)了經(jīng)濟的軌道養(yǎng)護維修系統(tǒng)(ECOTRACK)，其概況如下：

(1)適用于既有線、高速線和重載線路，能一次形成范圍為3000～5000km的鐵路網(wǎng)絡的維修計劃；

(2)可分別統(tǒng)計200m，500m，1000m等長度的各種檢測數(shù)據(jù)；

(3)根據(jù)一定的預算指標，決定養(yǎng)護的優(yōu)先順序；

(4)對軌道的養(yǎng)護及更新作業(yè)，實行最佳資源和計劃的分配；

(5)是基于養(yǎng)護專家的知識和經(jīng)驗而開發(fā)的專家系統(tǒng)；(6)采用WINDOWS操作系統(tǒng)，方便用戶使用。

2023/2/11819國外鐵路主要應用軌道信息系統(tǒng)國家使用者系統(tǒng)名稱系統(tǒng)內(nèi)容特點、操作情況

德國德國國鐵SISTEMIDINAMICS軌道養(yǎng)護、軌道更新計劃決策支持系統(tǒng)。以系統(tǒng)動態(tài)理論為基礎，進行長期的經(jīng)濟、技術相互作用的仿真。

英國英國國鐵MARPAS軌道養(yǎng)護、軌道更新計劃決策、確定費用支持系統(tǒng)。RRNPV鋼軌更換計劃決策支持系統(tǒng)。根據(jù)技術、經(jīng)濟分析模型，決定更換費用最小的更換周期。

美國美國伯靈頓SMS軌道養(yǎng)護維修系統(tǒng)。由軌道不平順管理、鋼軌、軌枕三個系統(tǒng)構(gòu)成．OK、MAY、SHOULD

、MUST四個階段輸出。REPOMAN鋼軌更換計劃．分析一定區(qū)間的軌道損傷發(fā)生率，和限界值的關系以區(qū)間進行排序，客觀反映鋼軌磨耗的情況。

日本JR集團SMIS新干線信息管理系統(tǒng)。1975

年開始使用，功能正在逐步改善。

瑞士瑞士國鐵GEV軌道養(yǎng)護維修計劃決策支持系統(tǒng)。輸出養(yǎng)護方法和養(yǎng)護的工作量．對輸出結(jié)果進行技術、經(jīng)濟的評價。2023/2/11920國外鐵路主要應用軌道信息系統(tǒng)國家名稱使用者系統(tǒng)名稱系統(tǒng)內(nèi)容特點、操作情況荷蘭荷蘭國鐵BINCO養(yǎng)護維修計劃輔助系統(tǒng)。包括由短波長數(shù)據(jù)確定的鋼軌打磨計劃。波蘭波蘭國鐵DONG確定全面補修計劃。KOMPLAN計算機輔助編制作業(yè)計劃．慢行確定、搶修施工、以及軸重限值的確定．測量高低、軌向、水平、軌距不平順值后判定。法國法國國鐵GOP對高低不平順進行技術、經(jīng)濟分析，根據(jù)搗固作業(yè)量最小進行路基和道床的保養(yǎng)。加拿大EPMS軌道養(yǎng)護計劃支持系統(tǒng)。鋼軌損傷、軌枕損傷、軌道不平順發(fā)展進行定量的預測，5年后的狀態(tài)和標準進行比較。鋼軌磨耗預測利用運量、曲線半徑、鋼軌、材質(zhì)等數(shù)據(jù)。軌道高低不平順預測和運量的關系為非線形關系軌道不平順預測理論及輔助決策系統(tǒng)的研究。軌道養(yǎng)護計劃決策支持系統(tǒng)。利用項目管理和資源管理對勞動生產(chǎn)率、設備的有效利用進行管理。TMAS軌道養(yǎng)護計劃決策支持系統(tǒng)，預測20

種的軌道品質(zhì)指標，輸出鋼軌、軌枕、道床的更換周期，輸出軌道搗固、鋼軌打磨周期。匈牙利匈牙利國鐵PATER軌道不平順的評估、作業(yè)程序的制定。歐盟歐洲鐵路研ECOTRACK經(jīng)濟的軌道管理系統(tǒng)。軌道狀態(tài)管理、補修作業(yè)計劃、更換究所作業(yè)計劃的制定。2023/2/12021國內(nèi)主要開發(fā)的信息系統(tǒng)系統(tǒng)名稱使用技術特點GIS能決策支持功能鐵路工務管理信息系統(tǒng)PWMISMapstreamBS模式涵蓋了鐵路工務部門的主要業(yè)務，工務線路綜合圖的自動生成及工務大橋略圖的自動生成有無北京鐵路局工務地理信息查詢系統(tǒng)GeoGraphicsDB2可查詢鐵路地形圖、縱斷面圖、配線圖等有無南昌鐵路局工務管理信息系統(tǒng)GeoGraphicsvieconpublisher可查詢鐵路地形圖、縱斷面圖、配線圖等有