编组站综合自动化的发展分析

张雪松 沃华欧

编组站综合自动化的发展分析

张雪松*沃华欧**

通过分析未来运输指挥对编组站的需求,确立了编组站综合自动化的研究方向,展望了未来的技术发展。

编组站综合自动化;数据集成;决策集中

编组站是铁路货运运输组织的核心单元,是保证路网畅通、提高运输效率的关键。如何通过先进的技术手段,提高编组站的作业效率,是铁路科技工作者的重要研究目标之一。本世纪前,编组站的研究主要划分为二大领域,一是以信息管理技术为核心的信息系统研究,其目标是如何高效管理信息,加快信息传递速度,加大传播范围,使运输指挥人员更快捷、更准确、更及时地掌握现场情况,提升运输组织水平,提高编组站效率;另一个是以自动控制技术为核心的控制系统研究,其目标是如何更安全、更高效地执行现场作业,使现场作业更安全、更高效,通过缩减单项作业时间来提高整体效率。

进入21世纪后,铁路运输供需关系的矛盾更加尖锐,编组站的编解任务不断加重,郑州北、新丰镇等路网性编组站的实际办理辆数已远远高于设计能力,传统的技术手段已难以满足日益迫切的市场需求。技术方面,经过几十年的研究、探索,编组站的管理系统、控制系统也逐步成熟,并已呈现出相互融合的趋势,综合管、控的新一代自动化系统呼之欲出。在此形势下,北京全路通号设计院、铁道科学研究院、铁道部信息中心开始了编组站综合自动化系统的设计和研发,并分别推出了“计算机集成过程系统”(Computer Integrated Process System,简称CIPS)和“新一代编组站综合自动化”系统(Synthetic Automation ofMarshalling yard,简称SAM)2个解决方案。

1 编组站综合自动化产品现状

编组站综合自动化是管理信息系统和计算机联锁系统、驼峰自动化系统、峰尾停车器自动控制系统、调机安全监控系统等各种过程控制系统,以及安全监测、闭路电视监控、微机监测等监控系统,通过信息集成与整合,加上智能决策和调度信息综合运用,实现编组站高度自动化的复杂系统。

编组站综合自动化的核心是管理系统和控制系统的集成,是编组站自动化技术的质的飞跃。从管理系统的角度看,由于共享了控制系统反馈的丰富信息,使信息系统对站场车辆、设备的状态掌握更加及时、准确,综合自动化已不再局限于简单的信息管理,而是从资源规划的角度,去辅助决策者统筹安排全站运输资源和生产计划,向智能化的方向发展。从控制系统的角度看,由于共享了管理系统的阶段计划等信息,控制的范围从针对单项作业的简单自动化,扩展为整个流程联控的综合自动化,使自动选择执行时机成为可能,理论上可以不再需要人工干预,自动化的程度大幅提高。

当前的编组站综合自动化产品,包括铁科院、铁道部信息中心联合研发的SAM和通号院研发的CIPS 2个解决方案。

1.1 SAM特点

SAM通过管控结合来集成信息和控制系统,兼顾智能化和自动化2个方向,注重编组站和其他信息系统的信息共享,强调局站融合。其特点可归纳如下。

1.兼顾智能化和自动化2个方向。智能化是传统管理信息系统的发展目标,自动化是传统控制系统的发展目标。SAM的管控结合方式既保留了部中心车站系统2.0的最佳实践,又继承了铁科院在驼峰、峰尾、调机等自动控制领域的丰富经验,因此,能够兼顾智能化、自动化2个方向,既注重通过宏观计划优化资源使用,又注重通过微观计划提高作业效率,从二方面促进编组站作业效率的提升。

2.强调信息共享和局站融合。由于部中心肩负了全路信息化的使命,因此能够从更大的视角来看待编组站系统,能够把编组站工作融入到全局运输指挥的大局来统一考虑,注重车站计划在全局日/班、阶段计划中的位置和作用,提倡局站融合的计划编制方式,并注重车站系统与货票等其他应用的信息共享,从全局角度定位车站信息化的目标。

1.2 CIPS特点

CIPS通过管控一体化来实现综合自动化。所谓管控一体,是以控制系统为核心,通过扩大控制的外延,包容信息系统,形成的一体化系统。CIPS勇于创新,抛弃了传统的车站信息系统设计理念,带来了全新的设计思路;提出了“信息联锁”的概念,把编组站看成了一个大的联动机,编组站的所有活动,都按照预先排定的指令,一环扣一环的执行。因此,CIPS在自动化方面的贡献更加突出。其特点归纳如下。

1.强调计划的具体化和可执行性。CIPS的计划更接近控制系统的指令集,强调对计划细节的掌控和可执行性验证。尤其是调车计划,在编制计划时就预排执行进路,不允许编制当前无法执行的计划。因此,CIPS的计划都是可以转化为控制指令的真实计划,这是系统自动化的重要保证。

2.更加侧重自动化。按照“大联控机”的思路,CIPS理论上可以实现无人编组站,在自动化方面独树一帜,进行了较大创新,尤其在解放现场作业人员的手工劳动方面,取得了显著效果。

综上所述,SAM和CIPS虽各辟蹊径,但异曲同工,都为编组站的综合自动化做出了成功的尝试,取得了长足的进步。但是,从运输组织对编组站自动化的要求来看,目前的编组站综合自动化研究还只是刚刚起步,远未达到成熟的水平,发展空间非常大。在当前铁路建设高速发展的大形势下,编组站自动化如何发展,才能适应未来运输组织的要求,是不可回避的问题。为此,从运输组织对编组站自动化的需求分析入手,阐述对编组站综合自动化发展方向的设想。

2 编组站综合自动化发展需求

随着以客专建设为代表的铁路建设的高速发展,中国将进入高铁时代,既有线的货运能力将得到较大释放,铁路运输的供需关系将趋于平衡。在此情况下,铁路的行车秩序将逐步得到改善,对计划兑现率的要求也将不断提高。另一方面,随着计算技术的不断进步,机器的处理能力、存储能力成倍增长,云计算、虚拟存储等技术为今后的应用软件体系结构提供了全新的模式。这些趋势,将对编组站的计划体系提出全新的要求。具体地说,可以归结为以下几类。

1.业务流程。随着计算技术的不断发展和铁路信息应用的不断成熟,集中、整合的要求越来越强烈,信息系统已经不满足于现在的信息共享方式,建立路局级数据中心,统一管理全局运输数据已成必然趋势。在技术上,云计算、虚拟存储等理念也为组织集中化数据服务提供了可能,软件即服务、信息即服务的时代已经到来,路局级的数据中心甚至并不需要设备的集中,而仅仅是逻辑上的集中。在此环境下,编组站所能获取的信息将得到极大丰富,信息的准确性、及时性也将得到极大提升。例如,在阶段计划、运行实绩、编组内容(确报)、货票等数据成功集成后,编组站的到达车流将非常准确,精确编制阶段作业计划成为可能。因此,未来的编组站自动化研究,首先要探索新的信息环境下,如何进一步再造业务流程,以适应新运输组织模式的需要。

2.计划评价体系。随着生产力布局的不断调整,目前的运输组织模式,已明显向集中化方向发展。数据中心模式下,路局和车站所掌握的信息是完全相同的,形成现有局、站分工模式的基础已不存在,决策必然要向路局端上移,车站将更多地扮演执行者而不是决策者的角色。在此模式下,编组站的计划体系将发生根本性的变化,局站融合是发展的必然趋势。因此,编组站自动化要把握住新布局下车站系统的地位,侧重计划评价体系的研究,从辅助者的角度去配合路局阶段计划智能编制的研究,实现更深层次的局站一体化。

3.智能化。智能化是发达国家铁路信息化研究的最主要内容。随着我国铁路运能的不断提高、信息质量的不断加强,行车秩序的不断改善,智能化必然也成为主要的研究方向。编组站的智能化研究,必须考虑局站一体的前提,更多侧重具体作业计划的安排。

4.控制方面。伴随着物联网技术的不断发展, RFID等技术将广泛应用于铁路运输,将引发编组站控制系统新的技术进步,对现场信息的掌握将更加快捷准确,对自动化的要求也将大幅提高。如何引领编组站进入物联网时代,以及在物联网环境下,如何发展控制系统,进一步加强编组站作业的自动化程度和安全保障,是未来编组站综合自动化研究的另一个重要内容。

3 编组站综合自动化发展展望

综上所述,未来编组站综合自动化的发展方向,可概括为数据集成、决策集中、智能化、自动化4个方面。

数据集成的核心是全局数据中心。全局数据中心可提供集成的列车阶段计划、运行实绩、编组内容,以及货票、机车状态、车辆检修等数据。数据集成就是要研究在新的数据条件下,如何改进编组站综合自动化系统,使之更充分地利用集成信息,简化作业流程,发挥更大效益。研究内容包括:如何调整岗位分工、作业流程,如何实现精确的车流推算,如何提高计划质量,等等。

决策集中是研究局站一体化方式下如何实现车站的阶段作业计划编制,研究方向是更深入地与路局计划系统配合,共同完成计划编制。具体研究内容包括:如何重新确定局、站双方在阶段计划编制过程中的分工;如何建立有效的计划评价体系;需要为编制计划提供哪些数据,如何提供;如何整合货调、机车、车辆信息,编制一体化的车站阶段计划;如何将阶段计划转换为具体的作业计划、作业指令;如何更有效地提供执行反馈信息;如何更有效地进行计划调整,保证计划对具体作业的指导作用。

智能化是研究如何利用计算机的人工智能辅助计划编制,减少人工作业量,提高计划的准确性。智能化研究涉及的内容包括:如何确定解编顺序,保证车站的综合指标更优;如何分配调机、驼峰、股道等运输资源,保证计划的成功完成;如何自动生成解体、编组钩计划;如何动态推算,掌握阶段内任意时刻的车流,为智能编制提供决策依据。智能化研究的几个内容是密切相关,缺一不可的,其核心是解编顺序的确定。这是编组站综合自动化的一个难题,几十年来无数专家为此付出了艰辛的探索和努力,目前仍无获得普遍认可的可行方案。因此,在编组站智能化研究中,应注重理论和实践相结合的思路,既注重算法、理论的研究,也要注重经验的运用,从多方面入手解决问题。

自动化是编组站系统永恒的目标,与智能化密切相关。在概念上,智能化是试图代替人的脑力劳动,更合理地规划资源运用,以提高整体作业效率;自动化是试图代替人的体力劳动,缩短现场作业时间,提高局部作业效率。自动化的研究内容,就是如何将计划转换为可以操作设备的指令集,以控制设备自动工作,完成运输任务。自动化要解决3个问题:如何确定任务的启动时机;如何验证计划的内容是安全的、可行的;如果无法按计划执行,如何调整计划,保证任务的完成。3个问题的关键,是如何更全面、更准确、更及时地掌握现场的设备状态。未来的研究,应考虑如何将物联网技术运用到编组站系统,使设备具有智能感知功能,实现数字化编组站,实现设备状态的精确掌握。

编组站综合自动化是一个非常复杂的系统, SAM和CIPS对这一领域的探索,还只是刚刚起步,今后还有很长的路要走,我们要抓住机遇,认清形势,加紧编组站综合自动化的研究,赶上铁路发展的步伐,建设世界一流的编组站系统。

The authors analyzed the future requirements for marshalling yard in transport command,established the research direction of synthetic automation ofmarshalling yard,and expected the future developmentof relevant technologies.

Synthetic automation ofmarshalling yard;Data integration;Centralized decision making

*铁道部信息技术中心 高级工程师,100844 北京

**中国铁道科学研究院通信信号研究所研究员,100081北京

2011-01-21

(责任编辑:诸 红)