邢群雁 徐萬安 王 琳

中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 100081 北京

隨著鐵路運(yùn)量的加大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，駝峰自動化控制系統(tǒng)得到了廣泛地應(yīng)用，編組場的作業(yè)效率得到了較大的提高。但駝峰自動化控制系統(tǒng)一旦投入運(yùn)營，控制參數(shù)調(diào)整主要依賴于既有的經(jīng)驗(yàn)，沒有嚴(yán)格的理論分析和公式推導(dǎo)。出口速度的控制是溜放自動化系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)節(jié)，它的控制精度與控制時(shí)機(jī)是否合宜直接關(guān)系到拉間隔與連掛的效果，建立一套基于自動化駝峰控制系統(tǒng)的車輛溜放速度與阻力關(guān)系分析系統(tǒng)是十分必要的。

在溜放過程中影響車輛溜放速度的因素很多，用一個(gè)機(jī)器部分或者全部取代人工操作決策的過程，其難度是不言而喻的。在構(gòu)建實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，可以采用2種方案:一種是為不同的功能模塊建立不同的知識庫和規(guī)則庫;另一種是所有功能模塊都采用同一知識庫和規(guī)則庫，依據(jù)不同的觸發(fā)對象選取不同規(guī)則和知識處理。前者的優(yōu)點(diǎn)是便于設(shè)計(jì)、維護(hù)和知識庫的更新，各功能模塊間的耦合最低，但不同模塊間需進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)通信，對數(shù)據(jù)間的同步更新和訪問機(jī)制控制要求較高;后者的優(yōu)缺點(diǎn)與前者相反，考慮到編組站駝峰場的實(shí)際情況，采用前一種方法構(gòu)建。利用自動化駝峰控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫記錄溜放作業(yè)過程中速度和阻力的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括車輛溜放過程出口速度、入口速度、車重和車型等信息，用速度和阻力關(guān)系分析軟件分析數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)記錄，生成阻力和速度關(guān)系曲線。專家系統(tǒng)根據(jù)阻力與速度關(guān)系曲線和專家知識庫，推導(dǎo)出阻力和速度關(guān)系的規(guī)律和公式，計(jì)算控制系統(tǒng)的調(diào)整參數(shù)，并為駝峰自動化控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整提供理論支持，從而進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和駝峰的解編能力。

1 實(shí)現(xiàn)原理

采用基于專家系統(tǒng)的輔助決策系統(tǒng)，建立車輛溜放過程控制中速度與阻力關(guān)系的算法，其基本原理是建立基于權(quán)重因子的模糊控制知識庫、基于專家經(jīng)驗(yàn)判別準(zhǔn)則的規(guī)則庫，以及基于事件現(xiàn)象發(fā)生概率的自學(xué)習(xí)知識庫，采用專家系統(tǒng)的構(gòu)建方法和推理原則實(shí)現(xiàn)車輛溜放過程中速度與阻力關(guān)系的確定。

在編組站駝峰場中，車輛溜放過程中運(yùn)行阻力主要由基本阻力、曲線阻力、道岔阻力、空氣阻力和調(diào)速工具產(chǎn)生的阻力等5種成份組成。

根據(jù)四個(gè)部位設(shè)有4個(gè)論域，設(shè)在nx部位車輛溜放過程中阻力與速度的關(guān)系抽象表示為

nx=fx(ω，ν)

式中，x∈(1，2，3，4)，ω為相應(yīng)部位的阻力，ν為相應(yīng)部位的速度。

充分挖掘關(guān)系數(shù)據(jù)庫中有特征關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，s是樣本數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，對于m維空間Rm中的一組向量Ai(i=1，2，…，s)，計(jì)算每一個(gè)向量的隸屬度，與初始聚類中心反復(fù)迭代，再根據(jù)實(shí)際概率分布情況做決策，訓(xùn)練人工智能機(jī)器。以數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一組向量Ai(i=1，2，…，s)為輸入量，建立二維帶權(quán)重因子的模糊控制規(guī)則的量化描述:

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

駝峰自動化控制系統(tǒng)鉤車溜放速度與阻力關(guān)系分析系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)和專家分析子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1 分析系統(tǒng)硬件框圖

1．局域網(wǎng)。內(nèi)部交換局域網(wǎng)用一臺以太網(wǎng)交換機(jī)作為其核心主干數(shù)據(jù)通信設(shè)備，所有的系統(tǒng)設(shè)備通過它來完成各子系統(tǒng)之間的底層數(shù)據(jù)通信，通信協(xié)議采用TCP/IP。

2．?dāng)?shù)據(jù)庫服務(wù)器。運(yùn)行My SQL數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲接口和公共數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)，為系統(tǒng)各個(gè)部分的數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3．?dāng)?shù)據(jù)分析工作站。通過對記錄在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的作業(yè)數(shù)據(jù)的分析，歸納編組場作業(yè)記錄中的速度阻力關(guān)系，生成分析報(bào)告和圖形曲線，進(jìn)行顯示和打印輸出。

4．專家分析工作站。通過數(shù)據(jù)分析工作站生成的報(bào)告和曲線，結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)分析，進(jìn)行公式推導(dǎo)，結(jié)合駝峰控制系統(tǒng)提出參數(shù)調(diào)整建議，生成相關(guān)報(bào)表。

5．信息采集終端。專家分析工作站與駝峰自動化控制系統(tǒng)通過數(shù)字接口進(jìn)行通信，采集作業(yè)信息并且通過遠(yuǎn)程訪問將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)服務(wù)器。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件包括商用軟件和使用C或C++語言編寫的集成了不同功能的操作軟件。通過以下3個(gè)方面描述駝峰自動化控制系統(tǒng)鉤車溜放速度與阻力關(guān)系分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1．系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)層次圖及相關(guān)的描述。

2．硬件結(jié)構(gòu)及組成硬件設(shè)備和外部接口的描述。

3．軟件組成和描述，以及軟件在物理硬件設(shè)備中的分布情況描述。

圖2給出了一個(gè)圖形化的駝峰自動化控制系統(tǒng)鉤車溜放速度與阻力關(guān)系分析系統(tǒng)軟件環(huán)境模型，此模型適應(yīng)于所有為本系統(tǒng)所開發(fā)的軟件，使用此模型能夠?yàn)橄到y(tǒng)所有的應(yīng)用提供一個(gè)兼容的、可移植的編程接口。

圖2 分析系統(tǒng)軟件環(huán)境模型

駝峰自動化控制系統(tǒng)鉤車溜放速度與阻力關(guān)系分析系統(tǒng)軟件是由商用軟件和所開發(fā)的應(yīng)用軟件組成的。

圖2列出了系統(tǒng)各主要硬件上所要運(yùn)行的軟件任務(wù)，并給出這些軟件任務(wù)的描述以及其關(guān)系。系統(tǒng)軟件具有分布式處理結(jié)構(gòu)，各子系統(tǒng)運(yùn)行在不同的處理器上完成開發(fā)的操作和任務(wù)，My SQL數(shù)據(jù)庫提供網(wǎng)絡(luò)間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲和訪問。這里所描述的軟件運(yùn)行是根據(jù)系統(tǒng)的需要分配在特定的處理器中進(jìn)行的，而不必同時(shí)運(yùn)行或運(yùn)行在同一個(gè)處理器中，特定的軟件將根據(jù)其功能特性分配給特定的工作站處理器。

3 軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)不斷地采集并存儲駝峰自動化控制系統(tǒng)的編組場作業(yè)記錄;數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)通過對大量作業(yè)數(shù)據(jù)的分析，生成鉤車溜放速度與阻力關(guān)系曲線;專家分析子系統(tǒng)在數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立溜放模型并推導(dǎo)出鉤車溜放速度與阻力關(guān)系的統(tǒng)計(jì)公式，最終提出駝峰自動化控制系統(tǒng)的調(diào)整參數(shù)。速度與阻力關(guān)系分析系統(tǒng)見圖3。軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)流描述見圖4所示。各子系統(tǒng)描述如表1、表2、表3所示。

4 結(jié)束語

車輛溜放速度與阻力關(guān)系分析系統(tǒng)是在綜合考慮了當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)和人工智能等先進(jìn)學(xué)科的成熟、可靠的技術(shù)措施，以及目前國內(nèi)各種駝峰自動控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并在實(shí)際系統(tǒng)模式的基礎(chǔ)上開發(fā)的專門用于駝峰自動控制系統(tǒng)的分析系統(tǒng)。隨著分析系統(tǒng)大量使用，必將使駝峰自動控制系統(tǒng)的可靠性、安全性和功能等方面日趨完善，大大降低電務(wù)人員的勞動強(qiáng)度，推動駝峰現(xiàn)代化的發(fā)展。

表1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

表2 數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)

表3 專家分析子系統(tǒng)

［1］湯百華.編組站駝峰在鐵路運(yùn)輸中的地位和作用［C］．//中國鐵道學(xué)會．駝峰自動化論文集．北京:中國鐵道出版社，1993.

［2］傅京孫．人工智能及其應(yīng)用［M］．北京:清華大學(xué)出版社，1995.

［3］曹文軍.知識庫系統(tǒng)原理及其應(yīng)用面［M］．上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，1995.