矿区铁路智能运输调度系统的设计与实现

摘要：以提高矿区铁路运输安全的整体性能为主要目的，在对影响矿区列车运行相关因素进行论述的基础上，通过对矿区铁路机车的整体调度系统、调度作业子系统进行分析，实现了矿区铁路智能化运输系统的应用，为实现矿区铁路智能运输调度系统的自动化、信息化，同时提高道路运输安全性能起到了一定的促进作用。

关键词：矿区铁路；智能调度；系统设计；调车作业

0、引言

矿区铁路由于其作业连续性较差、作业车辆种类多、运行线路多、路况复杂等原因，其运输调度作业工作一直是矿区铁路运行管理的重点。为了保证矿区铁路运行安全，提高铁路的运输效能，实现矿区经济效益的提高，有必要利用现代计算机技术和通信技术对当前运输调度系统进行改造，以逐步实现矿区铁路的智能化。本文在对影响矿区列车运行相关因素进行论述的同时，分析了矿区铁路机车的整体调度系统、调度作业子系统，实现了矿区铁路智能化运输系统的应用，为实现矿区铁路智能运输调度系统的自动化、信息化，同时提高道路运输安全性能起到了一定的促进作用。

1、影响矿区列车运行的相关因素

1.1列车自身的干扰

由于矿区作业车辆的种类较多，其类型、作业等级、牵引方式、在各个车站的到发时刻等都不同，而这些因素都将给列车的调度运行系统带来一定的影响。即在运行过程中可能存在的到发早点、晚点、在站作业时间等将会给列车调度系统带来影响。

1.2区间干扰

铁路的运行区间主要可以分为单线、复线以及单、双混合区间三种。区间给调度系统带来的干扰主要是双线变单线、逆向道路施工封闭以及故障慢行等因素，都将给铁路的区间通过能力造成干扰。

1.3车站干扰

由于矿区各个区间车辆的作业任务不同，因此各个区间的车站作业业务性质也不同，而且在站线数目、车站类型等方面都存在着一定的差别，这些因素同样会给调度带来一定的影响。

1.4闭塞方式造成的干扰

区间闭塞方式主要包括自动闭塞、半自动闭塞以及人工闭塞三种。当闭塞方式因为设备故障等不可抗力因素而发生变化时，将会给列车的计划运行带来一定的干扰和影响。

1.5 所运货物干扰

大型矿区各个区域的产量、生产变化以及矿产质量等会直接影响其物资进出的总量、多寡，从而对矿区铁路列车的调度产生干扰。

1.6 自然环境干扰

列车的所有运行形成都处于“露天”状态，其整个过程中的雨、雪、风、雾等环境因素都会对列车的调度运行造成影响，这也是调度工作需要考虑的问题。

2、智能调度系统运行难点分析

根据当前计算机技术及通信技术的应用情况来看，通过计算机系统来实现列车调度运行计划的调整主要存在如下几个方面的问题：

2.1 调度目标的建模及问题描述

列车的运行调度问题其本质上是一种特殊的运输调整问题，在处理过程中主要是针对列车与车站、列车与区间、列车与列车之间的关系，规定列车占用区间以及站线之间的合理时机。而对与该目标的处理，不同的数学模型在处理问题的过程中所侧重的方向是不同的。

2.2 列车运行调度方案的评价

列车运行调度方案的可靠性及科学性与其评价存在密切关系。因为评价角度、评价方法存在差异，通常会存在两种以上的评价方式。首先是对列车的性质、影响、经济因素以及铁路运输实际等进行综合考虑，对列车运行调度方案调整内部的评价。其次则是从运行图出发，基于技术、质量等指标，对列车运行调度方案，诸如始发与运行晚点列数、运行速度、正点率等进行评价。其中，前者虽然综合因素较多，且足够全面，但是其中很大一部分不能实现标准量化，而后者虽然容易量化，但是容易出现偏重某个指标的问题。

2.3 信息采集不全面，量化不足

列车调度过程中，需要针对所有来自现场的数据进行综合汇总、分析，诸如技术装备的运行状况、矿区生产状况、技术类指标文件、运行途中气候以及规则制度等。

针对上述相关信息，通过计算机能够对其中的设备、技术文件、规章制度等规律性较强的信息进行描述，但是对于其他的相关信息，例如矿区生产状况、气候条件等则不能完全予以收集，即使能够收集到也很难进行描述。这种信息不完整问题时的计算机智能调度结果不能完全满足实际需要，而只是作为一种调度人员的作业参考而存在。调度员通过工作经验以及相关理论，在方案上进行适当更改，进一步满足实际调度需要。

3、智能调度系统总体设计

本文所设计的该系统主要包括五个相互关联的子系统构成，系统将计算机联锁、调度监督、列车号自动识别、车地联控、平面调车、调度指挥等相关信息综合起来，基于系统内部局域网传输技术进行信息传递，最终形成实时记录命令—回执—执行过程—执行结果—统计上报的全程信息化，使得整个调度系统与现场执行形成一个动态的闭环。与此同时，还通过磁盘阵列、双机热备，并且在数据库周边设置防火墙的方式限制外部IP访问系统，确保了系统的可靠性及数据安全能力。所设计的智能调度系统结构如图1所示。

4、智能调度系统内部子调度流程分析

4.1 调车计划系统作业流程

调车计划主要根据矿区内部车辆的装、卸、洗车计划，同时结合矿区在将来一段时间内所需车辆动态信息而制定的调车作业计划，同时下达到运输管理部门予以执行。调车作业则是根据车辆现场运行动态来制定的，同一个矿区可以同时包括进厂洗车、调车以及装车对位调车、重车卸车对位调车以及车辆编组调车作业等。在编制调车作业计划过程中，需要注意到：

（1） 第一钩是传机车，调车作业计划从第二钩着手编辑；

（2） 调车计划作业单中涉及到的摘车数、挂车数之和为0，否则系统将提示作业编制不合法；

（3） 调车计划的编制过程必须满足方向、摘挂方式的合理性；

（4） 调度计划中股道上的摘车数目不得大于股道容车数，否则系统将提示设置不合法，并提示对应的修改信息。调度人员根据需要和现场车辆信息制定对应的调车计划，并将制定好的调度计划命令下达给执行现场，运输管理部门在接收调车作业计划之后，对应的值班人员确认计划之后将直接发送至调车管理系统，进行机车调车作业。图2是调车作业系统数据流程图。

4.2 接发车处理流程

接车处理流程就是在运输车间车号录入并提交编组后，将自动接入车辆，而接车计划则根据车站传真信息得到，调度人员将联系运输部门做好接车准备；按照调度部门下达的接车计划和车站联系接车事宜进行接车，之后根据车号系统识别进行车号编组以及人工校核，并将之上报调度部门；按照调度部门下达的编组单与车站联系发车。接发车处理数据流程如图3所示。

发车计划则是根据调车作业编制而制定的，在完成对应的调车作业计划之后，若在作业现场调车或者是从厂内向作业现场调车时，必须向运输车间下达对应的编组单，运输部门根据该编组单进行发车。其具体的发车数据流图如图4所示。

4.3 装车站智能定位系统的配置

通过在装车线的合理位置设置地面传感器，然后在机车上设置车载信息读入设备，通过使用机车跟踪信息、列车车速、机车位置、地理位置等相关数据，对机车的停车位置进行实时计算。在机车推动车皮进入装车线后，对应车皮的前车轮将压上传感器，车地联控地面系统将立即记录机车的地理位置。而当机车继续推动车皮时，地面系统将计算得到车辆的后续推动距离，在即将到达装卸位置之后，将通过无线通信发出对应的语音提示，保证装车作业安全。

结语：

矿区铁路车辆调度系统是保证铁路安全运行、提高车辆运行速度、确保车辆运输效率的重要途径。随着矿区产能以及作业效率的不断提升，传统的调度作业方式已经不能满足矿区的生产需要。为了与矿区持续增长的产出相匹配，需要建立并应用智能铁路调车系统。根据具体的应用情况来看，所建立的矿区铁路智能调车系统在保证铁路作业效率，提高作业安全性能以及实现矿区生产效益提高方面具有明显作用。

参考文献

[1] 陈晓菲. 基于远程集中控制系统的专用铁路调车作业优化研究[M]. 北京交通大学， 2010，06.

[2] 黄克军. TDCS系统在矿区专用铁路内的应用[J]. 沿海企业与科技， 2009（02）.

[3] 蒋珉.MATLAB程序设计及应用[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2010.

[4] 张学军，张志春. 构建神东矿区智能化运营系统的探讨[J]. 中国煤炭工业，2008（2）.

[5] 刘大庆，黄鹏杰. TDCS系统在矿区专用铁路上的应用实践[J]. 黑龙江科技信息，2011（33）.

[6] 李开峰.企业铁路运输调车作业计算机仿真研究[D].中南大学，2008.