多车协同进路实时优化控制策略

钟妙双， 唐世华， 唐少律

（广东韶钢松山股份有限公司营销管理部， 广东 韶关 512122）

目前，绝大部分冶金企业内部都拥有自己的铁路路网，其中90%的进路控制是借助传统联锁系统实现的。传统联锁系统是一种静态的控制方法，它应用于冶金企业运输中，影响了企业的生产效率和运输效率，同时也未能满足当前冶金企业运输的需求。所以，针对冶金企业内部铁路的特征，进行研究与创新，提出进路优化控制策略，既能提高冶金企业铁路运输的效率，也能促使冶金企业得到可持续的发展。简单地讲，提出优化铁路进路控制策略具有一定的必要性，同时具有深远的价值。因此，笔者结合多年的工作实践经验，从多列车运输物资之间的相互影响为出发点进行考虑与探究，实现了多车进路的协同实时优化，提出了冶金企业内部铁路运输进路控制优化策略。

1 随时间实时变化的模块化铁路网拓扑结构

随时间实时变化又被称之为“时变”，而关于“时变铁路路网拓扑结构”的研究，就是为了更好地满足冶金企业内部铁路实际的变化，更好地克服传统进路控制方法应用中出现的“必须重构”缺点，同时也为了实现实时动态优化的列车进路。笼统地讲，冶金企业内部铁路随时间实时变化的模块化路网拓扑结构结合图1 发现，列车排列优化进路时，列车面对的铁路路网不可避免会受到其他列车的影响，也就说列车面对的铁路路网随着其他列车的不断行走而发生实时变化，并且不同的优化时刻，同一列车的可用铁路路网拓扑结构也不会相同。也就是，铁路路网拓扑结构对于某一具体列车来讲，具有随时间变化而变化的特征，即“时变铁路路网拓扑结构”。

图1 冶金企业某局部的平面图及其拓扑结构

2 提出进路控制评价函数

任何优化策略的提出都必须拥有一个评价体系，而对于进路控制优化策略也不例外，需要一个进路控制评价体系。该体系的主要职责：定量地描述铁路网中车辆排列的进路时效。进路控制优化策略的目标：优化列车运输作业的时间，提高列车运输的效率，能够实现物资运输的时效性的优化，最大限度地降低各种物资之间的相互影响。笔者结合多年的工作实践经验，从列车运输作业时间、运输时效性这两个评价方面，阐述了“进路控制评价函数”T（t），记作：

式中，t代表时间；N为进路所包含的基本区段数目；v为物资运输的速度；ωmax为基本轨道权值的最大值；K为同一时间周期间隔内需要运输的物资总数；σi为优先级为λi的物资需要运输的概率；doflag为当前运输物资进路中的基本区段是否位于多个运输物资的进路路径内；Tλii为运输优先级为λi的运输物资的最晚到达时刻相对于地面安全控制接收到该物资运输任务时刻的时间增量。

2.1 运输作业时间评价函数

列车进路路径排列时，面对的铁路路网拓扑结构的显著特征就是动态时变，因此要想实现列车进路进路经的实时优化，就必须要正式列车进路路劲面临的全新要求——动态时变。结合实践经验，列车进路路径具有了动态时变特征，那么列车的运输作业时间并非一成不变，而是赋予了时变性。所以，对于t时刻的进路路径，运输作业时间的评价函数Tc（t）为：

由评价函数Tc（t）可知，t时刻的运输作业时间评价Tc（t）主要有Tp、Ts以及To组成。这里需要注意的就是，Tp一般式由车辆管控确定的，且是在排列运输计划时就确定的，也就是说其对于地面安全控制来讲，可以视为一个常量，也可以直接忽略不计；而对于Ts来讲，其是进路控制优化策略在列车排列进路时，策略的计算时间远小于列车实际运输作业的时间，所以在运用函数Tc（t）进行计算时，也可以忽略不计。除此之外，相比较而言远远小，所以Td也可以忽略不计。也就是说，关于t时刻的进路路径，运输作业时间评价函数Tc（t）可以记作：

式中：V为物资运输的速度；Vmax为该物质运输所允许的最大速度；Wmax为基本轨道权值的最大值。

2.2 运输实时性评价函数

结合多年的工作实践经验来讲，运输时效性也具有动态时变的特征，归根究底就是因为列车进路路径具有动态时变的特征。所以，对于t时刻的进路路径，运输实时性的评价函数Tw（t）为：

式中，λi为同一时间周期间隔内的每种需要运输物资的运输优先级；Δt为时间周期间隔时长；σi为优先级为λi的物资需要运输的概率；Th为当前运输列车在位置xj时使其他运输物资产生的等待时间；K为同一时间周期间隔内需要运输的物资总数；doflag为当前运输物资进路中的基本区段是否位于多个运输物资的进路路径内，是一个二值量，其值为时表示基本区段位于多个运输物资的进路路径内。通过函数Tw（t）可以知道，某一列车造成其他与其在同一时间周期间隔内且批次最优作业路径存在交集的运输物资的运输等待就越长。

3 多车协同进路实时优化控制策略

1）将数组全部清空，并在时间间隔Δt内，搜素铁路路网中正在运输的物资，并依次将它们运输优先级记录清晰。

2）时间间隔Δt内，其他“新”运输物资的优先级也要记录清晰。

3）搜索可运行区域，并对时间间隔Δt内的所有运输物资进行进路预搜索，如若进路路径存在交集，则直接转达4）；反之，如若进路路径不存在交集，则给予行车凭证。

4）进路路径中出现交集的每一个运输物资，都要严格结合进路控制评价函数计算函数值，然后通过比较，确定应该进行5）。

5）对于满足条件，都要求取差值，记录差值的最大值，基于此通过比较，确定接下来应当如何。

结合多车协同进路实时优化控制策略可以了解到，其进队列车安全局域之外的进路进行了多车实时协同优化，所以能够保障控制策略的安全性。

4 结语

冶金企业内部铁路承担的运输任务确实越来越重，而通过改建或者扩建铁路路网，必定会需要大量的资金投入。结合多年工作实践经验，通过查阅文献与试验，深入探究了冶金企业内部铁路多车进路的实时控制优化问题，并遵循实事求是、大胆设疑，小心求证的原则，提出了进路控制优化策略，而将提出策略应用于冶金企业铁路运输中，确实确实能够改善当前冶金企业内部铁路存在的一些问题，并提高了运输的安全性。