面向铁路机车的单耗智能分析模型与辅助决策系统研究

许振国 陈庆利 雷希禄

中国铁路济南局集团有限公司 山东青岛 266000

摘要：内燃机车的燃油单耗直接体现铁路运输企业的运用效能与成本管控能力｡目前多数机务段的燃油管理仍然依靠纸质台账记录，单耗异常无法及时察觉，燃油管理系统、机车统计系统、运安系统等数据相互独立，对于异常消耗原因的追溯缺乏有效办法｡通过整合燃油配送、机车统计、机车质量、乘务员操作、机车打温油耗等数据，建立分场景单耗计算和动态适配，运用多方面离群检测与归因分析，实现异常精确溯源及闭环处理｡实际应用显示，该系统能够降低燃油的单位消耗，提高精细化管理的水准｡

关键词：内燃机车；燃油单耗；异常检测；辅助决策；节能降耗

1引言

铁路运输企业的市场化改革持续推进，机务段所面临的经营成本压力逐年递增，再加上环保排放标准逐渐收紧，控制内燃机车的燃油消耗已成为降低成本、提高效益的主要切入点｡燃油单耗一般用单位运输工作任务所消耗的燃油量来体现（常用单位是公斤/万吨公里），该指标直接反映机车运用效率的优劣｡影响单耗的因素并非仅取决于机车自身的技术情形，运输组织方式、乘务员的操作方法、机车故障部件、打温作业是否合规、站机协作是否顺利，同样会导致单耗出现较大幅度的波动｡

在上述背景下，本文试图把数字化方法运用到燃油管理中，建立针对内燃机车的单耗智能分析模型与辅助决策体系，将燃油从发放至使用的各个环节数据关联起来，为组织运输生产中的节能挖潜提供量化参考｡

2系统总体设计

系统总体方案划分为三层，底层实现多源数据的汇聚整合，中间层承担单耗计算和智能分析，顶层为业务科室提供决策支撑，遵循从数据收集到异常预警再到问题闭环处理的技术路径｡

数据整合层负责接入燃油管理系统的燃油发放情况记录、机车统计的单耗数据、机班和机车的任务轨迹、打温作业相关记录、检修质量的台账等，根据机车编号和时间线索进行清洗与对齐，建立完整的单车燃油消耗数据链条｡分析模型层所部署的单耗计算、异常检测以及归因分析这三种模型｡单耗技算针对调车机车和货物列车任务机车这两种类型分别开展；异常排查通过与同型号机车历史数据分布进行对比，挑选出单耗较高的机车；原因分析整合列车操纵、机车状况、打温记录、运输安排等多方面特性，自动判定异常原因并给出可信度排名｡决策应用层以异常报表为载体，将分级预警与处置建议推送至指挥中心、技术科、运统科及检修车间，同时跟踪反馈与处理结果，持续积累案例数据，丰富异常分析处理能力。

3单耗智能分析模型构建

3.1单耗指标体系

把内燃机车划分为调车机车与货物列车机车，运用差异化指标：调车单耗=燃油消耗量/工作时间，货物列车机车单耗=燃油消耗量/万吨总重公里｡系统循环核算每台机车月度单独消耗，并形成同车型、同任务类别以往的中位数和出色四分位数值作为标准，为异常判别提供参考｡

3.2异常检测模型

运用相对偏离程度和统计阈值相结合的办法｡计算机车当月单耗相较于同车型群组中位数的偏离率，采用箱线图法，若单耗数值大于上四分位数加上1.5倍四分位距，就标记为疑似异常｡为防止误报，进一步于上油周期的粒度开展验证，提取相邻两到三个上油间隔的作业轨迹以及油耗，算出移动加权单耗，确认异常状况是否持续｡针对调车机车额外监控的打温时段油耗速率，当超过该机型单位时间温升用油的1.3倍，并且没有作业记录备注的情况下，直接推送打温异常预警｡

3.3多维度归因分析模型

在确认出现异常之后，系统会从机车质量、乘务员操作、打温作业、运输组织这四个方面自动进行归因｡质量方面关联检修档案与临时维修信息，排查喷油器雾化不佳、管路泄漏等问题；若近期未进行检修但油耗急剧升高，提醒开展上线检测｡操控方面分析LKJ运行曲线与机车轨迹，对照模块化操纵示意图辨别手柄位欠佳、频繁制动、贴线运行比例低等非节能操作，以机班作为单元进行统计且定位到具体人员｡控温方面根据水温及环境温度自动给出起机间隔与时长建议，超时便预警，有力抑制不合理消耗｡从组织方面来看，核算单机走行比率、有火停留的时长、等待编组的时间等，判断是否是由于车流接续不顺畅或者站机协调不够而造成非必要的油耗｡归因引擎将业务规则与LightGBM分类模型相融合，输出异常原因的贡献度和置信度，然后存入知识库并持续开展优化工作｡

4辅助决策系统实现

当单台机车被认定为单耗异常时，系统会自动生成预警消息，注明异常类别与建议办法｡分析人员根据信息内容进行分类传递：质量类预警传至检修车间并附上检查清单；操纵类预警传至车队，明确责任机班，要求开展标准化强化；打温类预警传至整备车间，催促规范作业｡相关部门处理之后，系统持续监测下一个周期的单耗情况，由分析人员对处置效果进行评估并实现闭环｡

5应用验证与效果分析

此系统已在某机务段完成布置并投入实际运用，包括DF8B、DF4C、DF11、HXN3B等主要内燃机型｡系统投入使用后，自动挑选出单耗较高的机车，经过汇总分析DF8B型机车由于打温手柄位置过高且超时，使得月单耗高出22%，通过系统预警、干预校正后恢复到正常水平，全年该项作业节省燃油8.6吨；货物列车机车因为操纵方面的差异，万吨公里单耗差值达到13%，经过专项培训后，该区段的整体单耗降低5.2%｡ 全程常态化推行调车机非作业时停机、长交路贯通等办法，综合单耗相较于系统应用之前降低6.8%，由于操纵不规范所引发的异常机班追踪率达到100%｡

6结语

内燃机车燃油管理在较长时间里面临着精细化水平欠佳、异常分析难以符合现场需求等实际难题｡本文针对这些难点，提出一种把单耗分析和辅助决策融合起来的技术策略｡实现内燃机车燃油单耗的即时监测、异常追溯与辅助决策闭环，确实提高节能管理水准｡从实际应用成效来看，该套系统能够较为高效地找出运输组织流程里的节能潜力，帮助机务段降低燃油单耗，还提高日常运用管理的精细程度｡

参考文献

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