鐵路貨物裝載加固管理信息系統

周文升，雷定猷，張英貴

(中南大學交通運輸工程學院，長沙410075)

鐵路作為國民經濟的大動脈，承擔著大量貨物的運輸任務。鐵路貨物裝載加固管理信息系統涉及到計算機網絡技術、信息安全、數據庫、知識工程以及人工智能等相關技術，隨著我國鐵路信息化建設的快速發展，建立科學、安全的管理控制系統，保證貨物在鐵路運輸過程中的安全和提高鐵路運輸的效率就顯得尤為重要。

1 系統總體設計

鐵路貨物裝載加固是鐵路運輸組織工作的重要組成部分，在貨物的整個運輸過程中，裝載是前提，加固是保證。為保證貨物和行車安全，增加鐵路貨物運輸市場競爭力，亟需對貨物裝載加固安全影響因素、運輸作業環節、貨物裝載加固材料的申報、裝載加固方案的申報審批、自動生成、安全論證及管理信息系統等方面進行全面系統的研究。系統主要模塊如圖1。

1.1 網上申報審批子系統

圖1 系統主要功能模塊圖

鐵路貨物運輸流程管理實現申報、審批計算機化管理。實現裝載加固方案的申報審批管理功能。主要包括：（1）申報。對新申報或未審批的方案，錄入或修改相關內容，包括：發到站、車務段、鐵路局、托運人，比照方案號、擬用貨車和裝車貨物的輪廓尺寸數據等。（2）審批。各審批單位的審批人員根據各自的權限對申報的方案進行審批。（3）申報方案相關圖文的上傳與下載。提供方案申報時，貨物輪廓的側視照片、端視照片及方案批準后，貨物裝車后的側視照片、端視照片、貨物裝載加固后的尺寸描述圖、貨物裝車錄像、申報方案的電子文檔及其它相關圖形的上傳、下載功能。（4）申報審批方案查詢。各申報單位對本單位申報的方案可以查詢。

1.2 裝載加固子系統

貨運管理人員裝載貨物一般是遵循相關的鐵路規章制度和憑借多年積累的經驗來制定裝載方案。但鑒于貨物裝載時需要綜合考慮貨物形狀、車輛數量限制、貨物擺放間隔等多種因素，單純靠上述的方法存在工作量大、自動化程度低、可靠性差和不適應市場發展等缺點。因此為了實現貨物運輸管理的自動化，系統采用專家系統技術解決貨物配裝問題，主要有貨物運輸車輛類型、貨物在車底板的擺放位置、各貨物隔離要求等。

1.3 比照方案自動生成決策支持子系統

貨物裝載加固決策是一個半結構問題，少數可以通過建立數學模型進行決策，但絕大多數是裝載加固專家以人為的方式進行決策的。為了提高貨物裝載加固的效率，這里采用知識模型來求解，即：根據給定貨物的特征和裝載加固要求，通過機器學習和實例推理，從數據庫中的既有定型方案中選取合適裝載加固方案，如與定型方案和暫行方案中貨物規格（包括單件重量、重心位置、外形尺寸、支重面長度和寬度等）相近，裝載加固方法相同并且使用相同車輛裝載的貨物，然后比照該定型方案或暫行方案，對裝載加固方案實現自動生成。

1.4 力值計算子系統

在列車運行或調車作業過程中，裝載車輛上的貨物在各種外力的作用下，可能發生滾動、移動或傾覆。為了確保運輸的安全，需要對貨物的受力情況進行分析計算，必要時應采取加固措施。在力值驗證子系統如圖2，審批人員只需導入貨物裝載方案號，系統就會自動完成：（1）作用于貨物上的各種力的數值。（2）檢查貨物的穩定性。（3）根據加固方法計算出加固后的各力值。（4）自動生成word格式的力值計算報告。

圖2 力值計算界面

1.5 其它子系統

文電發布子系統主要是實現對裝載加固方案的發布、其它相關文電文件的發布功能。基礎數據子系統主要是各種基礎數據表的增、刪、改功能，包括：各種類型車輛數據表、方案力值數據表、裝載加固定知識表、站段等基礎字典。系統管理子系統主要是實現對裝載加固系統的相關管理功能，包括：用戶管理、系統參數維護、系統的備份恢復及操作日志等。

2 系統網絡架構設計

鐵路貨物裝載加固管理信息系統由鐵路局、車務段（中心站）及車站3個層次構成如圖3。

圖3 系統網絡架構

（1）鐵路局。鐵路局中心設有貨物管理服務器、管理終端、審批終端、LDAP服務器及認證中心等。鐵路局貨運處通過鐵路局中心管理實現對鐵路局內貨物運輸生產的統一規劃；局內資源的集中調度；對車務段（中心站）申報的貨物裝載加固方案進行審批；鐵路局內貨物運輸分析與統計；貨運事故責任調查與跟蹤等。

（2）車務段（中心站）。車務段（中心站）貨運科設有審批端口、管理終端、主要負責對本段或中心站、以及管轄車站所申報的方案進行審批，若審批不了則上報至鐵路局貨運處進行審批；同時還負責對段內日常的運輸資源進行統一規劃與調配。

（3）車站。車站設有申報終端，負責受理托運人的貨物運輸請求，向上級部門上報貨物運輸方案，待上級審批后全面組織貨物運輸工作。

3 關鍵技術

3.1 貨物平衡裝載

根據鐵路現場的實際，假設前提條件：

（1）貨物的形狀為長方體、球體和圓柱體；

（2）將貨物重心放置車底板的橫向中心線上，僅考慮貨物的縱向偏移量；

（3）貨物的排列為一維排列。

算法步驟如下：

（1）根據各貨物的長pj（球體為其直徑）和各貨物間的間隔dij計算出組合后貨物總長度L總和縱向允許最大偏移量α。從平車數據表中選取車長大于L總－600的所有車型，并按照車長升序置于數組car[i] 中。其中i={1,2,…,n}，i=1表示滿足上述條件的第1輛車，以此類推。初始化令i=1。

（2）根據《鐵路貨物運輸規程》和《鐵路貨物裝載加固規則》等要求，從car[i] 中選出第i輛車，并計算在此車裝載的條件下，貨物在各種排列順序下的縱向最小偏移量α計，左端突出車長l左突和右端突出車長l右突。

（3）若i>n，則搜索完畢，則暫無可行方案；若i≤n，α計≤α，l左突≤300，l右突≤300，則輸出裝載方案，算法結束；否則，則令i=i+1，返回（2）。

3.2 比照方案自動生成

首先對輸入的數據進行檢索，從知識庫中選取特征最匹配的實例；然后根據規章要求去判別實例是否應該修改，如果不需要修改，則該實例就是本次輸入的方案，算法結束；否則利用規則推理和調整有關參數來修正方案，并添加到知識庫中。具體算法步驟如下：

（1）初始化。輸入貨物的基本數據（本文選取貨物的重量、長度、支重面長、中心高、重心高、寬度6個參數）。

（2）全匹配。對知識庫建立索引，若知識庫中存在與待解問題相同的實例，則轉（5）；否則轉（3）。

（3）相似匹配。若實例庫中不存在與待解問題相似的實例，則暫無可行方案，算法結束；否則，提取出與待解實例N相似的實例集R，R={r1,r2,…，rm}，其中m為實例集的元素個數，轉（4）。

（4）計算各相似實例的優度。遞歸調用算法計算每個實例的優度Kj。按實例的相似度進行降序排列，其結果為K1≥K2≥…≥Km。

（5）求解與調整。根據裝載模型與規則求解待解實例N的各項特征參數，直至所得的各項特征參數值符合《鐵路貨物運輸規則》和《鐵路貨物裝載加固規則》要求，則輸出方案，算法結束；若均不符合，則暫無可行方案。

3.3 自動生成Word技術

裝載加固方案批復電報包括貨物發到站信息、貨物基本數據、裝載方案、裝運辦法、審批意見、力值驗證等諸多信息，一份信息完整、清晰且簡潔的電報能給決策者提供良好的決策支持。

Word電報實現的關鍵技術如下，主要代碼如圖4。

圖4 自動生成Word主要代碼

（1）將需要寫到Word的數據封裝到Avalue-Falzjs和PowerValueFalzjs類里面。

（2）將預定生成的擴展名為doc的模板電報（這里只有電報的框架，需要填入的信息用關鍵字替代）轉化成擴展名為xml的文檔。

（3）把xml嵌入到JSP頁面中，將xml中的關鍵字用AvalueFalzjs和PowerValueFalzjs類的變量進行替代。

（4）在JavaScript中用window.open()命令生成對應的word文檔。

4 結束語

鐵路貨物裝載加固申報審批采用該系統后，從托運、申報、審批直至交付，都在計算機系統的監控和管理之下。高效的貨物運輸業務辦理流程、合理的裝載加固方案決策不僅為貨物的安全、可靠運輸提供了保障，而且增強了運輸過程的透明度，降低了運營成本，提高了鐵路部門的工作效率和信息化水平。