高鐵調度與運行管理系統分析與設計

戴銘紳

摘要：隨著我國高鐵交通網絡基礎設施快速普及，高速鐵路客車在我國大范圍內展開應用，高鐵調度與運行管理系統在高鐵管理中起到非常關鍵性的作用，高鐵調度管理工作，它是由調度管理、信號傳輸、數據統計分析、數據綜合管理等于一體的智能化高鐵調度管理系統。系統通過建立高速鐵路列車模擬運行圖的數字控制模型，最后能夠實現自動生成高速鐵路列車的調度與運行圖，并通過高速鐵路專網實現了數據的通信與采集工作，對整個系統通過對調度管理的具體分析、詳細設計、系統編程實現及運行測試等工作。高鐵調度與運行管理系統具有操作簡便、調度準確、系統運行穩定等優點。經過系統運行測試分析表明，高鐵調度與運行管理系統具有實用價值和現實意義。

關鍵詞：高鐵；調度；運行管理；數據統計分析

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）02-0003-03

隨著中國經濟增長，通過高速鐵路運載人和物資的方式成為主流，由此帶來的是運行高鐵列車量的倍增、高鐵網絡逐漸復雜以及高鐵調度需要及時性，均對高鐵調度與運行管理提出了新的需求。因此。既要保證系統能夠高效實施調度，又能夠滿足高鐵調度的實時性。本文的研究是信息技術應用到高鐵調度系統，通過程序編排、修改高鐵運行的時間表，并集中管理其他設備，提高高鐵調度效率。

高鐵調度與運行管理系統是中國鐵路公司的高鐵信息化解決方案，通過整合了鐵路系統的全部應用系統，提高了高鐵調度與運行效率，系統采用了服務器熱備技術、數據冗余技術等，系統運行具有非常高的安全性。本文介紹了高鐵調度與運行管理系統的設計與實現，對高鐵調度與運行管理系統的技術結構、主要功能模塊以及系統開發過程中涉及的關鍵性問題，系統的實現能夠有效地完成高鐵調度管理工作，提高高鐵在運行過程中的管理問題。

高鐵的調度包括對人、車以及信號之間的管理，這些要素都是在高鐵調度系統的指揮下有序地完成各項調度。高鐵的調度管理已經有許多輔助應用系統，但是，這些輔助應用系統之間缺乏數據調用與訪問交互關系，仍需在關鍵節點上實施人工調度，這樣對高速鐵路客車的運行管理是極其不便的，高鐵部門迫切開發一種安全可靠的調度與運行管理系統。

長期以來，我國鐵路運輸一直采用人工運輸調度方式， 調度效率相對較低。

1 系統總體需求分析

本文模擬了高鐵列車實時調度與運行的全過程，其主要研究內容包括：運行時刻表的編排、設備信號的傳遞、快速處理事故的能力和動態的數據顯示等。高鐵調度與運行管理系統運用集中高鐵調度的概念，通過采集整個鐵路專網絡中高鐵運行狀態、下一個達到車站、線路是否通暢等狀態數據，對數據采集后再進行集中處理，調度所有的信號資源，從而實現更合理的高鐵調度程序。

1.1 系統功能結構需求分析

高鐵調度與運行管理系統主要由 6 個功能模塊組成：

高鐵地理信息管理模塊、自動生成運行圖管理模塊、高鐵自動調度管理模塊、運行狀態監控管理模塊和網絡傳輸管理模塊。

1.2 系統的子功能需求分析

1.2.1 地理信息子功能模塊

本文設計與實現的高鐵調度與運行管理系統，由高鐵站點數據庫與高鐵線路數據庫共同組成，其實時數據是為了生成高鐵運行路線的功能與實時數據顯示功能。地理信息子系統具有豐富的電子地圖管理功能和數據庫檢索功能，為高鐵調度與運行管理系統的建立提供了巨大的幫助。

1.2.2 自動生成運行圖子功能模塊

本子系統采用自動編制高鐵的運行時間表，各個子系統之間通過接口 1 調用或者訪問數據，從高鐵調度與運行管理系統中獲得高鐵的實時線路數據和高鐵當前所在的地理信息數據，經運行圖生成算法處理， 自動生成高鐵運行的全部數據，再通過接口 2 將參數傳遞給高鐵自動調度子系統。自動生成高鐵運行圖功能的關鍵是運行圖算法的生成，該系統的核心。

1.2.3 高鐵自動調度子功能模塊

高鐵運行的調度中心設計主要分為：自動調度和人工調度。人工調度方式為了解決自動調度過程中存在的缺陷，輔助自動調度的目的，由系統發出高鐵調度命令，并控制高鐵運行與管理。高鐵運行與調度主要處理高鐵的調度沖突與運行管理，因此，高鐵始發調度管理、運行狀態管理、高鐵調度、運行沖突與沖突消解等模塊。高鐵始發調度是由時刻表中的開始時間出發，則向調度中心發送某某高鐵已發出的狀態消息，調度中心負責人接收信號并等待處理調度信息數據。

運行沖突與沖突消解在分析高鐵發出時間、站點數據和線路圖等之后，再判斷沖突消解的方法，若有沖突出現則根據沖突方式進行沖突消解算法的構造過程，再向相應高鐵、車站發出高鐵調度指令，調度中心通過指令傳遞數據。

1.2.4 運行狀態監控子功能模塊

把3 臺主機串聯組成一個小型的網絡，分別構成系統運行的監控機、高鐵調度的調度機和數據傳輸的交換控制機。數據傳輸的交換控制機主要完成對數據交換，保持外圍設備與調度中心的數據一致。

1.2.5 網絡傳輸管理子功能模塊

本文的系統采用TCP/IP 網絡數據傳輸協議，這是一種面向可靠連接的傳輸協議，能夠保證高鐵調度與運行過程中的數據安全性。

1.2.6 高鐵動態運行日常管理

采集、處理和上報高鐵運行日記統計，其中包括：到站時間、鐵路重大事故、系統的調度故障、重大自然災害、高鐵行車的時間表等情況。

1.2.7 高鐵調度值班日記管理

由高鐵值班人編寫的工作總結、數據統計分析、高鐵運行記事本等。

1.2.8 系統維護功能模塊

包括數據庫管理和系統初始化等子模塊。利用系統維護模塊，利用系統初始化辦法對系統的參數重新設置，并賦予新的操作權限；允許隨時備份數據，一旦硬盤發送故障時，可以從某個節點進行恢復數據。endprint

1.2.9 系統幫助模塊

幫助使用者使用系統的功能，介紹軟件安裝步驟、系統的主要功能、實際操作說明及其其他幫助功能。

1.3 系統非功能需求分析

1） 界面需求：風格一致，界面統一；2） 異步擴展需求：遠程擴展系統功能；3） 多任務、多用戶同時訪問需求；4） 性能需求：長期穩定運行無故障。

2 系統設計

根據高鐵調度與運行管理系統總體結構和業務需求，采取IT 技術和SOA技術架構，設計高鐵調度與運行管理系統，系統采用面向服務的技術體系，在統一調度業務模型和技術架構上，構建統一、有機高鐵調度系統。

高鐵調度與運行管理系統由調度系統、電力遠動系統和終端系統組成。高鐵調度與運行管理系統通過數據共享和數據交換與共享。高鐵調度與運行管理系統適用于鐵路總公司調度指揮中心和各個節點。

2.1 總體設計

高鐵調度與運行管理系統的總體設計包括：邏輯結構設計、調度數據分布設計和系統技術架構設計。

2.1.1 邏輯結構設計

根據高鐵調度與運行管理系統的需求分析和總體設計要求，根據高度節點數、系統承載的壓力設計。

2.1.2 系統技術架構設計

本文主要采用一種基于B/S的合計模式和SQL數據庫相結合的高鐵調度與運行管理系統。該系統采用分層設計原則進行架構設計，主要包括：

1） 視圖層：對應于MVC設計模式中的視圖層（View） ；

2） 控制層：基于MVC設計模式的控制層（Controller） 框架；

3） 業務邏輯層：采用邏輯建模和設計的方法。

4） 數據訪問層：數據存取控制、數據存儲原則等。

2.2 系統的數據庫設計

根據高鐵調度與運行管理系統的需求所述，高鐵調度與運行管理系統數據表的概念結構設計，本文利用Oracle 數據庫作為數據存儲工具，為企業提供管理后臺及PLSQL等開發工具，便于對數據庫進行設計、開發和管理工作。使用可視化的數據庫的開發工具。高鐵調度與運行系統的數據庫中有運行時間表、調度數據表、統計分析數據表、用戶數據表、地理信息數據表等。

下面介紹與本文系統相關的數據庫表結構設計。

1） 機房數據表，字段包括：表的序號、機房編號、管理人、所在位置、其他。

2） 設備數據表，字段包括：表的序號、設備名稱、購進日期、規格型號、編號、保管人、上次檢修日期和其他。

3） 維修巡檢數據表，字段包括：表的序號、記錄人、記錄時間、內容、注意事項、和其他。

2.3 建設系統的關鍵技術

鐵路總公司、分局、調度中心三級之間通過高鐵專網進行數據傳輸，采用通信服務器的調度遠程數據。各級調度中心的客戶端通過本文的高鐵調度與運行管理系統數據傳輸隊列中傳輸，調度中心作為接收調度數據再進行處理與轉發，在傳輸過程中會造成數據丟失的現象，不能滿足數據傳輸一致性的問題。

3 系統實現與測試

3.1 應用程序環境配置

3.1.1 高鐵調度與運行管理系統的硬件開發環境

1） 中央處理器：I7雙核配置；2） 內存空間（單位：GB）：8；3） 硬盤存儲空間：520GB；4） 顯卡空間大?。?15MB。

3.1.2 高鐵調度與運行管理系統的軟件開發環境

系統采用.NET 框架的C# 語言進行開發的軟件系統。NET 框架具有非常重要的組件：公共語言運行庫和系統類庫兩種。公共語言運行庫是本文使用框架的基礎。在這里，可以將公共運行庫視為可執行代碼，框架能夠提供內存管理和進程處理服務，因此，代碼是公共運行庫的基本。.NET框架的另一個則類庫。

3.2 測試

3.2.1 系統測試目的

高鐵調度與運行管理系統完成自身的功能性測試和接口集成測試，另外，為了完善整個系統而做出的測試，還需要引進其他的測試工具，第三方測試方法配合系統測試。高鐵調度與運行管理系統的主要測試目標：

1） 系統的測試目標：完成功能性測試之后在完成高鐵調度與運行管理系統的接口集成測試，無嚴重運行錯誤即可通過系統測試。

2） 系統的性能測試：要求高鐵調度與運行管理系統性能測試要達到測試目標，并能夠快速響應高鐵調度請求。

3.2.2 測試方案

高鐵調度與運行管理系統的主要測試方案：高鐵調度與運行管理系統為了保證其完整的為鐵路總公司提供調度服務，為了保證應用程序能夠穩定運行。本文涉及的測試內容：1） 調度與運行系統的參數初始化設置；2） 高鐵運行時間表的設置；3） 高鐵運行監控狀態設置；4） 高鐵信息采集加工功能正常；5） 統計分析數據準確無誤；6） 數據結果顯示正常。

4 本文結論

本文實現對高鐵的運行與調度管理系統的設計與實現工作，因此，并對高鐵調度信息采集的各個功能模塊進行單元測試。最后，該文的總結工作主要包括：

通過高鐵調度與運行管理系統是一個高鐵調度與運行的信息化解決方案，在以高鐵調度為中心的技術架構下，高鐵調度與運行管理系統整合了對高速列車的實時跟蹤、高鐵信息臺、車輛號識別、遠程設備管理、數據顯示、高鐵專網等系統。雖然完成，高鐵調度與運行管理系統中的基本功能，但是有時間緊任務重，本文仍然存在的不足之處：需求分析存在遺漏之處，急于系統設計與實現工作，勢必后期的設計與實現工作，為了促進了，高鐵調度與運行管理系統的進一步完善和改進，提升了高鐵調度與運行系統的穩定性，使高鐵系統的運輸，服務效率更高，緩解了我國鐵路運力不足的難題，國內各大城市之間的聯系更加緊密，人們的出行更加方便。

參考文獻：

[1] 夏德春.德國鐵路調度指揮系統[J].中國鐵道科學，2016，26（4）：142-144.

[2] 馬建軍，周磊山，胡思繼.計算機編制網狀線路列車運行圖系統研究[J].鐵道學報，2015（2）：23-25.

[3] 劉剛，朱濤，金福才.德國鐵路BZ2000調度指揮信息系統淺析與思考，鐵路信息技術與電子商務，2015（2）：28-34.

[4] 張春霽.天津財經大學計算機機房管理系統的分析設計與實現[D].成都：電子科技大學，2016.

[5] 張曉輝，王培康.大型信息系統用戶權限管理[J].計算機應用， 2016（11）：35-36.

[6] 李冠賢.計算機實驗室機房管理系統的設計與實現[J].現代計算機專業版，2015（2）：56-57.endprint