城市軌道交通乘務派班管理系統設計與實現

劉中舉，朱孟雯

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 611756）

城市軌道交通乘務派班管理系統設計與實現

劉中舉，朱孟雯

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 611756）

為了實現城市軌道交通乘務派班的信息化管理和大量派班數據的實時共享，提高城市軌道交通運營管理的工作效率，通過對乘務派班管理的現場調研，研發了基于C/S結構的乘務派班管理系統。介紹了系統的結構、業務流程、功能以及主要功能模塊的實現方法和關鍵技術。

系統；管理；乘務計劃；交路

隨著我國城市軌道交通的快速發展，越來越多的城市開始了城市軌道交通的建設，城市軌道交通將成為人們出行重要的交通工具，因此，城市軌道交通的運營管理也將變得越來越重要。在軌道交通的運營管理中，乘務派班管理是一個重要的部分，派班管理的合理與否直接影響運營效率、列車運營安全性等，乘務派班管理主要包括乘務計劃編制與下發、出退勤管理、請銷假管理、信息統計等。目前，在我國城市軌道交通中，乘務派班管理的實現主要依靠人工進行，工作量大，耗時并且耗力。因此，如何科學、合理地安排乘務人員、編制司機的乘務計劃、管理乘務人員的出乘情況等是乘務派班管理中需要重點解決的問題。

1 系統結構設計

乘務派班管理系統采用C/S（客戶端/服務端）模式進行設計開發，如圖1所示。該模式能夠滿足數據的實時共享，以及系統功能擴展的需要。系統不直接通過服務端與數據庫系統進行數據交換，而是在服務端增加一層應用服務器，客戶端通過指令發送到應用服務器，應用服務器通過分析指令與數據庫服務器進行數據交換，再將數據返回給服務端。

圖1 系統結構

2 乘務派班管理系統業務流程

乘務派班管理系統的主要業務流程如圖2所示。

3 系統功能模塊設計

根據作業需求，乘務派班管理系統功能模塊主要可分為：用戶權限管理模塊，乘務計劃編制模塊，銘牌管理模塊，司機管理模塊，工具管理模塊，查閱統計模塊等。

（1）用戶管理模塊：為了保障系統的安全性，只有相關人員才有權使用系統，所以需要進行用戶信息管理，包括用戶的系統登錄賬號和登錄密碼等信息管理。

圖2 系統總體業務流程圖

（2）乘務計劃編制模塊：根據列車運行圖、地鐵作業相關約束自動生成乘務任務，再根據司機的狀態和輪班規則為每個司機安排乘務任務，最后將編制好的乘務計劃通過一定的方式下發給司機。

（3）銘牌管理模塊：通過銘牌了解司機的個人信息，同時，動態地掌握司機的工作狀態，比如司機出退勤等狀態，通過司機銘牌的摘掛實現司機的請銷假管理等。

（4）司機管理模塊：對于司機的個人信息進行管理，包括司機編號、職位、司機姓名、出生年月、司機的聯系方式以及司機所屬的機隊等。

（5）工具管理模塊：工具管理包括派班管理中涉及的工具基本信息管理，比如工具的型號、所屬的列車等信息。同時，司機出勤時需要借用工具，比如電臺、車鑰匙等，退勤時需要歸還工具，借用、歸還工具都需要進行登記管理。

（6）查詢統計管理：司機退勤后需要對于司機乘務相關的信息進行統計，包括司機駕駛時間、純駕駛里程和安全駕駛里程等，同時也可以對歷史乘務數據進行查詢，實現數據的透明和共享。

4 系統實現

系統基于C#編程語言，采用SQL數據庫開發實現。

4.1 乘務計劃編制

乘務計劃編制是派班管理系統中最重要的一個功能，是乘務派班管理一系列相互管理工作的起點，也是城市軌道交通運輸生產的核心和關鍵。其主要包括兩個部分：乘務交路計劃和乘務輪班計劃。

4.1.1 乘務交路計劃

乘務交路計劃是根據運行圖和相關約束生成的乘務交路集合，每個乘務交路的具體信息包括交路中各任務段的起始、到達站的站名和時間等，一個交路就是一個乘務任務即一個司機一天的駕駛任務，根據乘務交路集合中乘務交路的數量就可以確定擔任乘務任務所需要的司機數量。

要得到交路計劃，首先需要根據運行圖和確定好的的司機可換乘地點將列車運行任務劃分為司機需擔任的駕駛任務段，記任務段集合，n為任務段數量； no為任務段編號； r為任務段i所屬的車次號；為任務段i的開始時間；為任務段i的結束時間；為任務段i的到站站名，為任務段i的出發站站名，同時記乘務交路集合為S。

4.1.1.1 交路計劃計算的約束條件

根據相關作業規則，系統主要考慮以下幾種約束條件：

（1）時間約束，時間約束主要包括司機在各班次（早班、白班、夜班）的出勤、退勤時間段，司機的就餐時間段，就餐最小時間，司機連續駕駛的最大時間，司機一天最大工作時間，司機換乘過程中最小休息時間，其中任務段的結束時間和開始時間之差為司機在該任務段的駕駛時間，工作時間指司機退勤與出勤時間之差。

（2）地點約束，為了避免使司機在不同的地點換乘，增加了地點約束，即司機前一個值乘任務段的結束地點是下一個值乘任務段開始的地點。

（3）任務覆蓋約束，即每個任務段只屬于一個乘務交路即只能被一個司機執行。

4.1.1.2 乘務交路計劃的計算機實現

系統采用基于約束規則的啟發式搜索方法來求解交路集合，基于約束規則的啟發式搜索算法是指在狀態空間中按照相關約束條件進行搜索，直至搜索到滿足條件的結果為止，乘務交路計劃編制搜索的狀態空間就是任務段集合，具體實現步驟如下所示：

Step1：根據列車運行圖和換乘站信息，將列車運營計劃劃分為任務段，組成任務段集合V，并記錄集合中任務段數量n。

Stept2：以運行計劃中各車次的所有任務段中開始時間最早的任務段為交路的起始任務段，開始搜索可以與該任務段接續的下一個任務段，滿足以下所有條件則可以接續，否則不可以接續，如果可以接續，則將任務段從任務段集合中刪除，待選任務段數量為：n-1。

（1）前一個任務段的到達地點與后一個將與之接續任務段的開始地點相同。

（2）前一個任務段的結束時間與后一個將與之接續任務段的開始時間之差最小并且應該滿足司機的最小換乘休息時間，如果兩個接續的任務段所屬的車次相同且滿足約束（4），則兩個任務段接續時不安排司機休息。

（3）如果前一個任務段的結束時間在司機就餐時間段內，則可以安排就餐，并且就餐時間需要滿足司機的最小就餐時間。

（4）前一個任務段與下一個將要接續的任務段所屬的車次一樣時，屬于同一車次的所有連續任務段的總駕駛時間不大于司機的最大連續駕駛時間。

Step3：一直搜索滿足條件的任務段，并將滿足條件的任務段相接，直到不滿足下列條件后停止搜索，得到一個乘務交路，放入交路集合S中。

（1）已經連接的所有任務段的總工作時間不大于司機最大工作時間。

（2）將要接續的任務段的結束時間不大于最晚退勤時間。

Step4：從剩余任務段中起始時間最早的任務段開始，再依次進行接續判斷，執行Step2和Sep3，直到所有的任務段被組合完，即n-n=0，就得到最終的乘務交路集合S。

Step5：根據各交路的最早出發時間和規定的各班次出勤時間段約束，將交路劃分到各班次的交路集合中，最終完成乘務交路計劃。

以成都地鐵某線路運行圖數據為算例，線路設置一個車輛段和兩個換乘站，相關約束參數設置為：早班出勤時間段5:00～7:30，退勤時間段 10:00～11:30；白班出勤時間段9:00～12:00，退勤時間段15:00～19:00；夜班出勤時間段 16:30～18:00，退勤時間段 22:30～1:00；午餐時間段11:00～14:00，晚餐時間段16:30～19:30，最小就餐時間20 min；最小換乘休息時間5 min；最大連續駕駛時間1 h；每天最大工作時間6 h，運用上述計算方法得到最終的交路計劃如表1所示，表中，（餐）代表為司機安排就餐；交路具體內容欄中，一行代表一個乘務任務段，一個交路編號所對應的內容就是一個司機需要擔任乘務任務。

表1 交路計劃表

4.1.2 乘務輪班計劃

乘務交路計劃得到了乘務交路的集合，就需要安排司機擔當具體的乘務交路。乘務輪班就是基于交路計劃結果，為司機提供具有可操作性的乘務輪班方案，將乘務任務安排給具體的司機。根據各班次交路數量安排司機組成一個機隊，每個機隊固定擔任某一班次的任務，而每天需要進行機隊間的任務輪班。乘務輪班主要包括輪班模式的確定和輪班計劃的生成，常用的輪班模式主要包括三班二運轉、四班二運轉、四班三運轉和五班三運轉，本系統采用的輪班模式為四班三運轉，即早班、白班、晚班、休息，就需要安排4個機隊，例如某機隊今天為早班任務，明天就擔任白班任務，以此類推循環執行。而輪班計劃則采用單一循環的方式生成，即司機循環執行某班次中乘務任務，例如，在輪班模式下，某司機所在機隊今天執行白班任務，該司機今天執行白班中編號為1的交路任務，下次輪班到該機隊再執行白班任務時，該司機就執行白班中編號為2的交路任務，以此類推循環執行。

通過對交路計算和輪班的生成便得到了乘務計劃，系統根據得到的乘務計劃自動匹配司機執行乘務任務，從而生成各司機的乘務計劃，圖3為生成的某早班司機的乘務計劃相關內容。

圖3 計算機生成的乘務計劃

4.1.3 乘務計劃下發

乘務計劃下發是將編制好的乘務計劃，下發給對應的司機。傳統的乘務計劃下發完全依靠人工將全部乘務計劃以郵件等方式下發給司機，司機需要在眾多乘務計劃中尋找自己的出乘計劃。系統設計了微信通信接口，將每個司機的乘務計劃通過微信下發給對應的司機，而與該司機不相關的計劃則不向其下發，同時系統會記錄司乘接收任務的確認回執信息。

4.2 銘牌管理

系統為每位司機制作一個銘牌，銘牌主要用于查看司機的基本信息以及了解司機動態的工作狀態。當司機需要請銷假時，則將司機銘牌從司機運用計劃列表中摘除或掛上，同時可以通過銘牌查看司機的乘務任務。圖4所示為司機銘牌的示意圖，當司機出勤、退勤后相應的銘牌會給與狀態顯示。

4.3 工具管理

工具管理是采用數據庫進行工具的基本信息管理，為了管理方便，為每個工具制作并貼上條形碼條，并且在數據庫的相應工具后面記錄其條形碼以作為工具區分的信息。當司機出勤和退勤時只需要用條形碼掃描槍掃描工具上的條形碼，系統會根據條形碼自動在數據庫中查找工具信息，在系統中自動完成工具借用、退還相關信息的登記，從而解決傳統的人工紙制登記作業效率低的問題。

4.4 其他功能的實現

用戶管理和司機管理都采用數據庫進行，數據庫中設計了相關信息記錄數據表，系統設計了數據管理接口來完成用戶、司機基本信息的錄入和刪除。

查詢統計模塊主要是根據司機的出乘情況，以司機乘務任務的任務段信息為基礎，系統自動計算司機的駕駛時間等信息，同時生成相關日志記錄在數據庫中，并完成相關信息的統計，生成統計報表。同時供用戶查詢相關信息，如司機的駕駛時間等數據以及工具的借用情況等信息，實現信息的共享。

5 結束語

乘務派班管理系統是根據現場實際調研后研發的一個基于計算機的高效、簡便的管理系統，現場作業測試表明，該系統能夠較好地滿足乘務派班管理作業。系統采用計算機進行乘務派班工作的管理，避免傳統人工管理作業方式所存在的工作效率低下、人員勞動強度大等缺點。系統將在城市軌道交通乘務運輸管理中發揮重要作用。

[1]張增勇.城市軌道交通乘務計劃編制方法研究[D].北京：北京交通大學，2014.

[2]邢建華，蔡曉蕾，王輝麟，等.機務自動派班系統的設計與實現[J].鐵路計算機應用，2006，15（4）：31-33.

[3]金文龍，程 凱，王青松.鐵路客運乘務派班系統的設計與實現[J].鐵路計算機應用，2011，20（2）：25-27.

[4]劉德禮.地鐵計算機乘務派班系統的設計與應用[J].現代城市軌道交通，2009（2）：58-60.

責任編輯 楊琍明

圖5 單片機程序流程圖

含以下基本步驟：

（1）創建并初始化子窗口部件；

（2）把子窗口部件放到布局中；

（3）設置Tab鍵順序；

（4）建立信號—槽之間的連接；

（5）實現對話框中的自定義槽。

上位機與單片機之間的數據交換采用RS232串口通信，因此串口通信程序是該上位機程序開發的基礎。在AT89S52單片機端，選用串口工作方式1，即10 bit異步工作方式，其中，8 bit數據位，1 bit起始位，1 bit停止位。

4 結束語

安全電源控制板的核心是LC選頻電路，在應用有安全電源控制板的聯鎖系統中，提供高精度且穩定可調的頻率信號在研發階段對驗證安全電源控制板卡的選頻功能具有重要意義。通過對功能需求的分析，設計了基于單片機、信號發生芯片的頻率發生器和基于Qt的上位機程序。頻率發生器設計緊湊，輕便小巧，使用筆記本電腦即可進行調試與測試工作。在聯鎖產品研發的初期，發生器產生的頻率信號對驗證安全電源控制板內部電路所決定的選頻特性起到了很好的輔助測試作用，對控制板上其他各項功能參數（如響應延時、輸出電壓變化等）的測試也提供了對應輸入頻率信號的支持，為之后安全電源控制板的定型設計提供了數據參考，滿足工程應用的要求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部.TB/T 3027-2002 計算機聯鎖技術條件 [S].北京：中國鐵道出版社，2002.

[2]呂永昌，林瑜均.計算機聯鎖[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[3]戴 佳，戴衛恒，劉博文.51單片機C語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業出版社，2008.

[4]（加）布蘭切特（Blanchette,J.）（英）薩默菲爾德（Summerfeld,M.）.C++ GUI Qt 4編程[M].閆峰欣，等，譯.北京：電子工業出版社，2008.

責任編輯 徐侃春

Crew Dispatching Management System for Urban Transit

LIU Zhongju,ZHU Mengwen
( School of Information Science &Technology,Southwest Jiaotong University,Chengdu 611756,China)

To implement information based management and share a large number of real-time data of crew dispatching in Urban Transit,improve the effciency of operation management for Urban Transit,the C/S structure based Crew Dispatching Management System was developed.This article introduced the function,structure and operation procedure of the System,the function,as well as the implementation method and technique of its main function modular.

system;management;crew schedule;route

U231.92∶TP39

A

1005-8451（2016）05-0057-05

2015-11-27

四川省科技支撐計劃項目（2015GZ0234）。

劉中舉，在讀碩士研究生；朱孟雯，在讀碩士研究生。