编组站天窗方案优化方法、装置、设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及编组站天窗方案协调优化领域，具体而言，涉及一种编组站天窗方案优化方法、装置、设备及可读存储介质。

背景技术

天窗是为施工和维修作业预留的时间，以进行铁路设备养护维修作业，确保行车安全和人身安全，是妥善处理运输组织与施工维修之间矛盾的基本对策。编组站接发列车方向多、数量大，机车换挂和调车作业频繁，直接影响施工作业和车站通过能力，从而极大地制约铁路通过能力和行车安全。因此，合理的编组站天窗方案，可以有效缓解运输和施工维修两者的矛盾，提高铁路运营组织管理水平。当前编组站天窗方案优化研究中，以固定作业时长安排天窗，一方面可能导致部分作业不能完成，点外作业增加安全隐患；另一方面未能考虑当日车流情况，造成维修施工和运输之间矛盾加剧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种编组站天窗方案优化方法、装置、设备及可读存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种编组站天窗方案优化方法，包括：

将预设的编组站维修时长划分为多个天窗，获取每个天窗中需完成的全部作业内容和对应的时间阈值；

利用每个天窗完成全部作业内容所需的作业时长和对应的时间阈值计算得到待调整天窗，所述待调整天窗为不能在时间阈值内完成全部作业内容的天窗；

构建天窗方案多目标优化模型，利用所述天窗方案多目标优化模型对待调整天窗进行作业内容规划，得到待调整天窗中不能完成的待调整作业；

对所述待调整作业的作业时段进行调整优化后得到天窗方案，所述天窗方案使每个天窗的作业时间不超过对应的时间阈值。

第二方面，本申请还提供了一种编组站天窗方案优化装置，包括：获取模块：用于将预设的编组站维修时长划分为多个天窗，获取每个天窗中需完成的全部作业内容和对应的时间阈值；

计算模块：用于利用每个天窗完成全部作业内容所需的作业时长和对应的时间阈值计算得到待调整天窗，所述待调整天窗为不能在时间阈值内完成全部作业内容的天窗；

模型构建模块：用于构建天窗方案多目标优化模型，利用所述天窗方案多目标优化模型对待调整天窗进行作业内容规划，得到待调整天窗中不能完成的待调整作业；

优化模块：用于对所述待调整作业的作业时段进行调整优化后得到天窗方案，所述天窗方案使每个天窗的作业时间不超过对应的时间阈值。

第三方面，本申请还提供了一种编组站天窗方案优化设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述编组站天窗方案优化方法的步骤。

第四方面，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于编组站天窗方案优化方法的步骤。

本发明的有益效果为：

本发明通过划分各工种天窗基本单元，管理部门能精准把控每日作业区域与作业内容，结合当日运输任务，调整天窗方案。在满足各部门维修需要的同时，协调运输方案与维修施工。通过建立作业时长超过阈值下天窗方案优化模型，利用Gurob i计算得到在阈值时无法完成的作业，再统筹协调周期天窗方案，得到优化后天窗作业安排，保障天窗兑现率的同时，有效缓解编组站运输任务与维修方案之间的冲突。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的编组站天窗方案优化方法流程示意图；

图2为本发明实施例中所述的编组站天窗方案优化装置结构示意图；

图3为本发明实施例中所述的编组站天窗方案优化设备结构示意图。

图中标记：

01、获取模块；011、第一获取单元；012、第二获取单元；013、第三获取单元；02、计算模块；03、模型构建模块；031、第一构建单元；032、第二构建单元；0321、第一构造单元；0322、权重计算单元；0323、第二函数构造单元；033、第三构建单元；034、第四构建单元；04、优化模块；041、第一调整单元；042、第一计算单元；043、第二调整单元；044、第二计算单元；

800、编组站天窗方案优化设备；801、处理器；802、存储器；803、多媒体组件；804、I/O接口；805、通信组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

本实施例提供了一种编组站天窗方案优化方法。

参见图1，图中示出了本方法包括：

S1.将预设的编组站维修时长划分为多个天窗，获取每个天窗中需完成的全部作业内容和对应的时间阈值；

本实施例中，所述预设的所述编组站维修时长为一周内所需的维修时长，将其划分至每天，即得到7个天窗。

具体的，所述步骤S1包括：

S11.获取不同维修工种的作业特性，根据所述作业特性划分出多种天窗基本单元；

具体的，需要维修的工种有若干个，本实施例仅对工务、电务和触电网进行详述。

其中，工务维修主要针对线路进行日常养护和轨道变形整治，确保线路具有良好的运营状态。工务维修范围大、每次维修内容不尽相同，需要制定周期性的天窗方案，确保工务每次作业内容精准、维修内容全覆盖且不重复无意义作业。工务天窗基本单元可根据作业所需时间划分，如以10mi n工务维修时长为标准将正线划分为多个区段，每个区段的作业时间均在10mi n左右波动，划分出的各个区段即为工务维修正线的天窗基本单元。

电务维修主要针对信号、通信等设施设备，分为日常维护、中修和大修。日常维修主要对信号、通信等设施设备进行检查和维修，通过日常检修排查安全隐患，需要在日常电务维修中精准把握各个设施设备的状态，对预计或已达到安全阈值以下的设施设备及时检修。电务部门维修设备多存在联锁关系，如信号设备中存在联锁关系，可将互相影响的设备划分为一个电务天窗基本单元，保障施工的连续性和涉及范围的一致性。需要说明的是，以设备间的联锁关系划分电务天窗基本单元，每个天窗基本单元内容不尽相同，作业所需时间也可能存在差异。

电气化铁路区段需要对触电网供电设备进行检修，确保整个列车运营体系安全。触电网的检修需要将整片区域的供电关闭，此时无法为列车提供电力，且触电网维修时禁止列车及无关人员进入。由于触电网维修作业的特殊性，触电网维修对整个编组站日常作业影响大，因此需要合理安排触电网维修的作业频次，确保触电网安全的前提下尽可能少地影响编组站正常作业。维修触电网时，通常对供电臂有需求；且通常触电网涉及区域较大，因此结合维修部门对供电臂的需求以及触电网特性，划分供电部门天窗基本单元。

S12.获取每个天窗在预设时段内需要维修的一种或多种天窗基本单元和每种天窗基本单元的作业时长，得到每个天窗需要完成的全部作业内容；本实施例中，所述预设时段为1天，即获取每日需要维修的作业，综合所述作业所涉及的天窗基本单元，得到每个天窗需要完成的作业内容。

S13.获取每个天窗当天的车流情况，分析所述车流情况得到编组站可容忍的天窗作业时长，将所述编组站可容忍的天窗作业时长作为天窗对应的时间阈值。

基于以上实施例，本方法还包括：

S2.利用每个天窗完成全部作业内容所需的作业时长和对应的时间阈值计算得到待调整天窗，所述待调整天窗为不能在时间阈值内完成全部作业内容的天窗；具体的：

S21.计算每个天窗完成对应的作业内容所需要的作业时长；

S32.将所述作业时长与对应窗口的时间阈值进行比较，得到不能在时间阈值内完成作业的待调整窗口，本实施例中，所述不能完成作业的窗口为天窗1(星期一)；

基于以上实施例，本方法还包括以下步骤：

S3.构建天窗方案多目标优化模型，利用所述天窗方案多目标优化模型对待调整天窗进行作业内容规划，得到待调整天窗中不能完成的待调整作业；

具体的，所述步骤S3包括：

S31.依次构建完成作业效用比最高目标函数、天窗作业兑现率最高目标函数和天窗作业时长最短目标函数，其中：

1)完成作业效用比最高目标函数为：

式中，f

2)天窗作业兑现率最高目标函数为：

式中，f

3)天窗作业时长最短目标函数为：

式中，f

S232.将所述作业效用比最高目标函数、天窗作业兑现率最高目标函数和天窗所需时长最短目标函数转化为总目标函数；

具体的，所述步骤S32包括：

S321.采用基于决策者偏好的方法构造评价函数U(x)，评价函数越优代表决策者越满意。

S322.根据作业效用比最高目标函数、天窗作业兑现率最高目标函数和天窗所需时长最短目标函数的重要程度确定完成作业效用比最高目标函数的权重、天窗作业兑现率最高目标函数的权重和天窗所需时长最短目标函数的权重；具体的，

由于模型中的目标函数均为[0,1]的实数，f

S323.将所述完成作业效用比最高目标函数的权重、天窗作业兑现率最高函数的权重和天窗所需时长最短目标函数的权重代入评价函数中，得到总目标函数。

由于f

maxU＝2×f

S33.依次构建天窗内部作业顺序约束模型、各作业所需时间约束模型、作业完成次数约束模型、作业开始时间约束模型和作业重叠约束模型；具体的，

1)天窗内部作业顺序约束模型为：

若一个天窗中的多个作业为先后顺序，即a作业完成后b才能作业，则根据预设顺序对多个所述作业时间进行约束；

式中，

若一个天窗中的多个作业为并行顺序，即c作业进行时d作业必须同时进行，则将多个作业时间约束在相同时段内；

式中，

若一个天窗中的多个作业为错时顺序，即f作业进行时g作业不能进行，则将多个作业时间约束在不同时段内：

式中，x

2)各作业所需时间约束模型为：

式中，t

3)天窗内的所有作业不重复进行，因此每个作业都至多完成一次，因此作业完成次数约束模型为：

式中，x

4)天窗内的各作业开始时间均不得早于天窗开始时间，结束不得晚于天窗结束时间，因此作业开始时间约束模型为：

/>

式中，t

5)由于存在不能与其他作业共同进行的作业，如触电网维修不能与工务、电务作业一同进行。需要单独进行的作业构成集合Q，对集合Q中的作业进行约束，保障其作业时其他作业不同时进行，因此作业重叠约束模型为：

式中，v表示需要单独进行的作业，Q表示单独进行作业的集合，

S34.由总目标函数、天窗内部作业顺序约束模型、各作业所需时间约束模型、作业完成次数约束模型、作业开始时间约束模型、作业重叠约束模型组成天窗方案多目标优化模型。

S35.将待调整天窗的作业内容和对应的时间阈值代入所述天窗方案多目标优化模型中，利用Gurob i软件求解出待调整天窗在满足约束条件且目标函数最优的情况下的天窗方案，即：在时间阈值下，哪些作业能所述待调整天窗中完成，哪些作业不能所述待调整天窗中完成，将不能在所述待调整天窗中完成的作业作为待调整作业，后续对其进行调整。

基于以上实施例，本方法还包括：

S4.对所述待调整作业的作业时段进行调整优化后得到天窗方案，所述天窗方案使每个天窗的作业时间不超过对应的时间阈值，包括：

S41.判断待调整作业是否可调整作业时段：

若是，则将所述待调整作业分配至备选天窗，所述备选天窗为能在时间阈值内完成作业内容的天窗；并计算所述备选天窗接收所述待调整作业后的作业时长，若所述作业时长不超过备选天窗的时间阈值，则得到优化后的天窗方案；

本实施例中，所述备选天窗在接收待调整作业后，由于作业增多，需要重新计算其工作时长，判断是否超过其对应的时间阈值，若超过，则将所述待调整作业重新分配至其他备选天窗，并重复判断接收待调整作业的备选天窗的作业时长是否超过时间阈值。

若否，选取待调整天窗中可调整作业时段的备选作业，其中，所述备选作业分配至备选天窗后，所述待调整天窗的作业时长不超过对应的时间阈值，需要说明的是，所述备选作业当日不进行对编组站影响不大的作业；

S42.计算所述备选天窗接收所述备选作业后的作业时长，若所述作业时长不超过对应的时间阈值，则得到优化后的天窗方案。

需要说明的是，若存在待调整作业分配到任意备选天窗使任意备选天窗的作业时长超过时间阈值，则令所述待调整作业为关键作业，则计算每个备选天窗接收所述关键作业后的作业时长，将所述作业时长与对应的阈值进行比较，得到作业时长超过阈值最短的备选天窗，并将所述关键作业分配至所述备选天窗。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供了一种编组站天窗方案优化装置，所述装置包括：

获取模块01：用于将预设的编组站维修时长划分为多个天窗，获取每个天窗中需完成的全部作业内容和对应的时间阈值；

计算模块02：用于利用每个天窗完成全部作业内容所需的作业时长和对应的时间阈值计算得到待调整天窗，所述待调整天窗为不能在时间阈值内完成全部作业内容的天窗；

模型构建模块03：用于构建天窗方案多目标优化模型，利用所述天窗方案多目标优化模型对待调整天窗进行作业内容规划，得到待调整天窗中不能完成的待调整作业；

优化模块04：用于对所述待调整作业的作业时段进行调整优化后得到天窗方案，所述天窗方案使每个天窗的作业时间不超过对应的时间阈值。

基于以上实施例,所述获取模块01包括：

第一获取单元011：用于获取不同维修工种的作业特性，根据所述作业特性划分出多种天窗基本单元；

第二获取单元012：用于获取每个天窗在预设时段内需要维修的一种或多种天窗基本单元和每种天窗基本单元的作业时长，得到每个天窗需要完成的全部作业内容；

第三获取单元013：用于获取每个天窗当天的车流情况，分析所述车流情况得到编组站可容忍的天窗作业时长，将所述编组站可容忍的天窗作业时长作为天窗对应的时间阈值。

基于以上实施例,所述模型构建模块03包括：

第一构建单元031：用于依次构建完成作业效用比最高目标函数、天窗作业兑现率最高目标函数和天窗作业时长最短目标函数；

第二构建单元032：用于将所述作业效用比最高目标函数、天窗作业兑现率最高目标函数和天窗所需时长最短目标函数转化为总目标函数；

第三构建单元033：用于依次构建天窗内部作业顺序约束模型、各作业所需时间约束模型、作业完成次数约束模型、作业开始时间约束模型和作业重叠约束模型；

第四构建单元034：用于由总目标函数、天窗内部作业顺序约束模型、各作业所需时间约束模型、作业完成次数约束模型、作业开始时间约束模型和作业重叠约束模型组成天窗方案多目标优化模型。

基于以上实施例,所述第二构建单元032包括：

第一构造单元0321：用于采用多目标最优决策法构造评价函数；

权重计算单元0322：用于根据作业效用比最高目标函数、天窗作业兑现率最高目标函数和天窗所需时长最短目标函数的重要程度确定完成作业效用比最高目标函数的权重、天窗作业兑现率最高目标函数的权重和天窗所需时长最短目标函数的权重；

第二函数构造单元0323：用于将所述完成作业效用比最高目标函数的权重、天窗作业兑现率最高目标函数的权重和天窗所需时长最短目标函数的权重代入评价函数中，得到总目标函数。

基于以上实施例,所述第三构建单元033包括：

若一个天窗中的多个作业为先后顺序，则根据预设顺序对多个所述作业时间进行约束；

若一个天窗中的多个作业为并行顺序，则将多个作业时间约束在相同时段内；

若一个天窗中的多个作业为错时顺序，则将多个作业时间约束在不同时段内。

基于以上实施例,所述优化模块04包括：

第一调整单元041：用于若所述待调整作业可调整作业时段，将所述待调整作业分配至备选天窗，所述备选天窗为能在时间阈值内完成全部作业内容的天窗；

第一计算单元042：用于计算所述备选天窗接收所述待调整作业后的作业时长；若所述作业时长不超过备选天窗的时间阈值，则得到优化后的天窗方案；

第二调整单元043：用于若所述待调整作业不能调整作业时段，则选取待调整天窗中可调整作业时段的备选作业，其中，所述备选作业分配至备选天窗后，所述待调整天窗的作业时长不超过对应的时间阈值；

第二计算单元044：用于计算所述备选天窗接收所述备选作业后的作业时长；若所述作业时长不超过备选天窗的时间阈值，则得到优化后的天窗方案。

需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

实施例3：

相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种编组站天窗方案优化设备，下文描述的一种编组站天窗方案优化设备与上文描述的一种编组站天窗方案优化方法可相互对应参照。

图3是根据示例性实施例示出的一种编组站天窗方案优化设备800的框图。如图3所示，该编组站天窗方案优化设备800可以包括：处理器801，存储器802。该编组站天窗方案优化设备800还可以包括多媒体组件803，I/O接口804，以及通信组件805中的一者或多者。

其中，处理器801用于控制该编组站天窗方案优化设备800的整体操作，以完成上述的编组站天窗方案优化方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该编组站天窗方案优化设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该编组站天窗方案优化设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Stat i c RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(E l ectr i ca l l yErasab le Programmab l e Read-On l y Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasabl e Programmab l e Read-On l y Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmabl e Read-On l y Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-On l y Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该编组站天窗方案优化设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-F i，蓝牙，近场通信(Near F i e ldCommun i cat i on，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-F i模块，蓝牙模块，NFC模块。

在一示例性实施例中，编组站天窗方案优化设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(App l i cat i on Spec i f i c I ntegrated C i rcu it，简称AS I C)、数字信号处理器(D i g i ta l S i gna l Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(D i gita l S i gna l Process i ng Dev i ce，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmab l eLog i c Dev i ce，简称PLD)、现场可编程门阵列(F i e l d Programmab l e GateArray，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的编组站天窗方案优化方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的编组站天窗方案优化方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由编组站天窗方案优化设备800的处理器801执行以完成上述的编组站天窗方案优化方法。

实施例4：

相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种编组站天窗方案优化方法可相互对应参照。

一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的编组站天窗方案优化方法的步骤。

该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-On l y Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。