地鐵車輛段控制中心綜合調(diào)度系統(tǒng)的研究

何曉宇

（中國鐵路通信信號股份有限公司，北京 100070)

1 概述

地鐵出行是現(xiàn)代都市交通的主要方式之一。城市軌道交通是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。地鐵車輛段是地鐵車輛進行列檢和停放的場所，地鐵車輛段控制中心（Depot Control Center，DCC）負責(zé)組織車輛段內(nèi)的行車和檢修作業(yè)，以及司機的派班管理。

伴隨著基于通信的列車控制（CBTC）、列車自動控制（ATC）、列車自動監(jiān)控（ATS）等技術(shù)的不斷進步，地鐵正線已基本實現(xiàn)全自動運行，但與之相比，地鐵車輛段的作業(yè)仍大量依靠人工辦理。作業(yè)效率和安全性都亟待提高。

2 現(xiàn)狀

機車車輛的檢修與保養(yǎng)是地鐵車輛段的核心業(yè)務(wù)。目前，車輛段的檢修調(diào)度和行車指揮作業(yè)主要以人工方式完成，數(shù)據(jù)采集主要依賴電話、口頭、電臺等方式，存在數(shù)據(jù)收集不及時、不準確等問題。作業(yè)計劃主要通過Excel等工具進行人工編制，并通過傳遞紙質(zhì)的作業(yè)單、派工單、通知單等完成，存在計劃編制不優(yōu)化、不全面的問題，以及計劃下達不及時、效率低等問題。對作業(yè)進度和作業(yè)結(jié)果的反饋依靠人工填寫紙質(zhì)的作業(yè)記錄表，且往往要待一批作業(yè)結(jié)束之后統(tǒng)一進行反饋，存在作業(yè)實際結(jié)果反饋不及時的問題，并進一步影響后續(xù)作業(yè)計劃的調(diào)整和執(zhí)行，影響總體檢修作業(yè)效率。

因此需要建立集成度高的“地鐵車輛段控制中心綜合調(diào)度系統(tǒng)”，借助于先進的計算機信息處理技術(shù)及系統(tǒng)架構(gòu)，建立車輛段作業(yè)數(shù)據(jù)的信息化通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、自動處理、自動計算、計劃自動生成、作業(yè)自動辦理，提高地鐵車輛段控制中心的調(diào)度指揮的智能化、自動化水平和作業(yè)效率。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)主要功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)以服務(wù)車輛檢修和運用為核心，參考車輛段既有的作業(yè)崗位設(shè)置和功能劃分，基于統(tǒng)一的軟件平臺和面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)思想、設(shè)計一致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和規(guī)范的應(yīng)用平臺接口，以及人性化的用戶交互界面，完成地鐵車輛段內(nèi)檢修及行車作業(yè)組織及作業(yè)辦理。

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)采用了企業(yè)級應(yīng)用系統(tǒng)常用的C/S 3層架構(gòu)。將系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為服務(wù)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)訪問層。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

圖1 DCC車輛段綜合調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Comprehensive dispatching system structure diagram for DDC car depot

3.2 服務(wù)層

系統(tǒng)服務(wù)層位于綜合調(diào)度系統(tǒng)的最上層，負責(zé)與用戶直接進行交互。主要包括檢調(diào)終端、場調(diào)終端、信號值班員終端和大屏幕綜合站顯。系統(tǒng)服務(wù)層直接面向車輛段作業(yè)人員，向用戶展現(xiàn)系統(tǒng)采集到的信息，收集用戶輸入的數(shù)據(jù)及操作，并反饋后臺應(yīng)用服務(wù)器對信息和數(shù)據(jù)的計算結(jié)果。

檢調(diào)終端主要用于對車輛檢修日計劃進行編制和維護。檢調(diào)可使用該終端接收檢修調(diào)度組長發(fā)布的檢修年生產(chǎn)計劃、月生產(chǎn)計劃和周生產(chǎn)計劃、以及場調(diào)發(fā)布的運營日計劃，并將編制完成的日檢修需求下達至場調(diào)終端，同時基于檢修日計劃生成并打印多種形式的作業(yè)通知單，下達給各檢修班組、駐站檢修人員、保潔和專業(yè)工程師等。

場調(diào)終端的主要功能是編制運營日計劃。具體包括接收檢調(diào)終端編制的日檢修需求、接收行調(diào)發(fā)布的運行圖及調(diào)度命令，依據(jù)上述信息制定段內(nèi)調(diào)車計劃及接發(fā)列車計劃，組織段內(nèi)的行車作業(yè)。場調(diào)終端同時提供電子占線板功能，實時顯示場內(nèi)車列位置。

信號值班員終端的界面主要包括：日計劃的接收和展示、作業(yè)辦理狀態(tài)和執(zhí)行進度展示、站場操作界面3個部分。該終端主要用于值班員或信號員辦理作業(yè)，包括段內(nèi)調(diào)車作業(yè)和進出段列車作業(yè)。作業(yè)辦理的依據(jù)是場調(diào)編制的運營日計劃。作業(yè)的辦理分為自動辦理和人工辦理兩種形式。系統(tǒng)自動辦理需在值班員或信號員的監(jiān)督下進行，系統(tǒng)實時顯示辦理作業(yè)的狀態(tài)和進度，并支持值班員或信號員實時進行人工干預(yù)。人工辦理作業(yè)則由值班員或信號員在站場操作界面點擊始終端完成。信號值班終端同時提供車輛位置信息和車號信息的人工維護功能。

大屏幕綜合站顯可顯示車輛段站場圖，包括接觸網(wǎng)供電狀態(tài)、車輛位置信息及車號信息、車輛作業(yè)時間及作業(yè)狀態(tài)等。

3.3 應(yīng)用層

系統(tǒng)應(yīng)用層是DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)將核心業(yè)務(wù)邏輯劃分為3個模塊：車輛位置追蹤、計劃輔助編制、進路自動辦理。各模塊只需關(guān)注自身需要實現(xiàn)的邏輯，實現(xiàn)模塊間的低耦合和模塊內(nèi)的高聚合，提高系統(tǒng)的擴展性和額可維護性。

車列位置追蹤模塊實現(xiàn)了車輛段內(nèi)的車列位置跟蹤。跟蹤范圍從列車由正線轉(zhuǎn)換軌駛?cè)胲囕v段轉(zhuǎn)換軌時開始，至列車駛離車輛段轉(zhuǎn)換軌再次駛?cè)胝€轉(zhuǎn)換軌結(jié)束，覆蓋車輛段內(nèi)有軌道電路區(qū)域和無軌道電路區(qū)域。該模塊的跟蹤原理基于軌道電路的占用/出清狀態(tài)變化，從車輛段ATS系統(tǒng)和車號識別系統(tǒng)獲取初始化數(shù)據(jù)，并支持用戶對跟蹤結(jié)果進行修正。該模塊將車列位置追蹤結(jié)果反饋至應(yīng)用層，顯示在信號值班員終端的站場操作界面和場調(diào)終端的電子占線板界面。

計劃輔助編制模塊的功能涉及日檢修計劃和日運營計劃的編制。包括輔助生成計劃、輔助檢測計劃沖突、輔助調(diào)整計劃的功能。

作業(yè)自動辦理模塊可將用戶編制的收發(fā)車計劃和段內(nèi)調(diào)車計劃轉(zhuǎn)化為控制命令發(fā)送給控制系統(tǒng)。該模塊的核心功能包括動態(tài)調(diào)整計劃優(yōu)先級、實時檢測作業(yè)沖突、精確控制信號開放時機。該模塊可實時將運算結(jié)果反饋至服務(wù)層，并提供豐富的人機交互接口，以支持實時的人工干預(yù)。

3.4 數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層是DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)的最底層，包括與外部系統(tǒng)的接口服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

外部系統(tǒng)接口服務(wù)器包括與ATS系統(tǒng)、車輛段信號系統(tǒng)、檢修管理系統(tǒng)的接口，同時預(yù)留了與電力監(jiān)控系統(tǒng)、派班管理系統(tǒng)、OA系統(tǒng)的接口。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用穩(wěn)定性強、技術(shù)成熟的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計關(guān)系型表結(jié)構(gòu)，支持數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理；具有完備的安全機制和數(shù)據(jù)庫完整性控制機制來保障數(shù)據(jù)的安全性和完整性，防止數(shù)據(jù)的非法更改、查詢等現(xiàn)象發(fā)生，保證系統(tǒng)的高可靠性；包含擴展性強的數(shù)據(jù)訪問接口，降低與應(yīng)用層的耦合。

4 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計

4.1 計劃編制流程

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)的計劃編制流程如圖 2所示。該流程基于車輛段編制檢修日計劃和運營日計劃的實際作業(yè)設(shè)計，計劃輔助編制模塊貫穿始終，使計劃編制流程信息化、自動化、智能化，有效提高計劃編制水平和作業(yè)效率。

圖2 DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)計劃編制流程Fig.2 DDC comprehensive dispatching system planning process

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)通過外部接口獲得檢修組長編制的車輛檢修年計劃、月計劃、周計劃，以及行調(diào)編制的列車運行圖，將檢修計劃與運行圖進行自動匹配，自動匹配待檢修的車輛車號與待開行的交路車次，初步生成檢修日計劃及運營日計劃。在此基礎(chǔ)上，檢調(diào)對檢修日計劃進行完善，并生成各種形式的作業(yè)單，下達至各檢修班組執(zhí)行。場調(diào)對運營日計劃進行完善，形成收發(fā)車計劃和轉(zhuǎn)線調(diào)車計劃，由信號值班員執(zhí)行。同時計劃輔助編制模塊分析檢修日計劃和運營日計劃，自動生成一部分調(diào)車計劃，由場調(diào)終端對調(diào)車計劃進行確認和修改后，下達至信號值班員執(zhí)行。

計劃執(zhí)行過程中，檢修班組和信號值班員實時反饋作業(yè)執(zhí)行進度和執(zhí)行結(jié)果，計劃輔助編制模塊對上述信息進行采集，實時進行沖突檢測。檢調(diào)終端和場調(diào)終端實時顯示沖突檢測結(jié)果，檢調(diào)及場調(diào)可根據(jù)系統(tǒng)提示的沖突狀態(tài)對檢修日計劃和運營日計劃進行調(diào)整。

4.2 計劃執(zhí)行流程

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)的計劃執(zhí)行流程如圖 3所示。該流程是在人工監(jiān)督和干預(yù)下的自動化執(zhí)行流程，系統(tǒng)依據(jù)場調(diào)終端發(fā)布的收發(fā)車計劃及調(diào)車計劃自動辦理作業(yè)，并實時反饋作業(yè)執(zhí)行結(jié)果。

圖3 DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)計劃執(zhí)行流程Fig.3 DDC comprehensive dispatching system plan execution process

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)的作業(yè)自動辦理模塊依據(jù)場調(diào)終端發(fā)布的作業(yè)計劃，基于預(yù)先設(shè)定的算法和參數(shù)對作業(yè)計劃進行排序，并將計劃轉(zhuǎn)化為控制命令，同時通過與控制系統(tǒng)的接口，實時采集站場的設(shè)備狀態(tài)和聯(lián)鎖條件，在適當(dāng)?shù)臅r機將控制命令下達至控制系統(tǒng)。上述過程在信號值班員的監(jiān)督下執(zhí)行，信號值班員可隨時對執(zhí)行過程進行人工干預(yù)，也可通過在站場操作界面人工點擊始終端直接下達控制命令。

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)作業(yè)執(zhí)行過程中，車列位置追蹤模塊實時追蹤車列位置，將車輛的走行過程與的作業(yè)計劃進行自動匹配，完成作業(yè)計劃報點，場調(diào)終端同步更新作業(yè)計劃執(zhí)行結(jié)果，形成實際作業(yè)報表或日志。車列位置追蹤模塊同時將車列位置發(fā)送至信號值班員終端和場調(diào)終端，可在站場操作界面實時顯示車列位置，并實時更新電子占線板。

5 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)在車輛段配置數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及一部分數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)處理功能；設(shè)置接口服務(wù)器，用于與外部接口廠家實現(xiàn)物理和邏輯接口及協(xié)議轉(zhuǎn)換；設(shè)置應(yīng)用服務(wù)器，用于完成系統(tǒng)邏輯運算；設(shè)置工作站，用于實現(xiàn)人機交互；設(shè)置LED大屏幕，用于車輛段站場信息的綜合展示；組建局域網(wǎng)，建立接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、各個工作站、LED大屏幕的通信傳輸通道。如圖 4所示。

圖4 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.4 System hardware and network diagram

為保證系統(tǒng)的可靠運行，DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)均采用冗余結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的主要設(shè)備均以雙機熱備模式運行。并采用技術(shù)成熟先進、可靠性能高的集成方案，達到延長設(shè)備生命周期，降低設(shè)備整體保有成本的目的。

6 結(jié)束語

DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)的目的在于提高車輛段的作業(yè)效率和運營管理水平。DCC綜合調(diào)度系統(tǒng)可以建立與車輛段其他控制系統(tǒng)及信息平臺之間數(shù)據(jù)共享，真正地實現(xiàn)信息集中、管控一體，是實現(xiàn)車輛段/停車場綜合自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵系統(tǒng)。