面向鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程的列車工作計(jì)劃協(xié)同編制方案研究

孔慶瑋，馮小芳，韓 宇，牛金文

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；3.東方瑞創(chuàng)達(dá)電子科技有限公司，北京 100089）

列車工作計(jì)劃是鐵路調(diào)度一日內(nèi)的運(yùn)輸工作計(jì)劃，包含貨運(yùn)、普速旅客列車的到發(fā)運(yùn)行計(jì)劃、分界站列車交接計(jì)劃等，其編制過程涉及中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡稱：國鐵集團(tuán)）、鐵路局集團(tuán)公司、站段3 級機(jī)構(gòu)中多位調(diào)度人員相互協(xié)作與配合，是一個(gè)典型的協(xié)同業(yè)務(wù)過程。列車工作計(jì)劃是鐵路運(yùn)輸調(diào)度計(jì)劃編制的首要任務(wù)，是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到鐵路生產(chǎn)效率和服務(wù)品質(zhì)，提升列車工作計(jì)劃的編制質(zhì)量是提升運(yùn)輸生產(chǎn)效率最為直接和有效的手段之一[1]。

以往的列車工作計(jì)劃采用手工編制方式，各工種調(diào)度人員在編制計(jì)劃時(shí)，通過電話、電報(bào)進(jìn)行溝通，合作完成計(jì)劃編制。隨著鐵路信息化水平的提升，運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS 5.0）為計(jì)劃調(diào)度員編制列車工作計(jì)劃提供了信息化手段。但受到傳統(tǒng)上手工分散編制列車工作計(jì)劃的工作模式的影響，各工種調(diào)度人員缺乏協(xié)同作業(yè)意識，影響了列車工作計(jì)劃編制效率和質(zhì)量[2]。另一方面，囿于相關(guān)信息系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)壁壘，調(diào)度員不能及時(shí)、全面地掌握動(dòng)態(tài)信息，所編制的列車工作計(jì)劃與其它計(jì)劃存在不少?zèng)_突，造成計(jì)劃兌現(xiàn)率不高[3]。在調(diào)度計(jì)劃協(xié)同編制的研究領(lǐng)域，近年來，國內(nèi)有研究人員在局站協(xié)同方面進(jìn)行了一些探索，但主要針對高速鐵路調(diào)度計(jì)劃協(xié)同編制[4]。對于以貨運(yùn)、普速客運(yùn)為主的列車工作計(jì)劃協(xié)同編制方案，尚未從面向鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程的角度開展系統(tǒng)性研究。

為此，面向鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程，研究列車工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程與約束條件，梳理出其編制過程中涉及的數(shù)據(jù)交互，使列車工作計(jì)劃與客運(yùn)、貨運(yùn)、機(jī)車等工作計(jì)劃形成相互緊密銜接的有機(jī)整體；在此基礎(chǔ)上，提出構(gòu)建列車工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺的技術(shù)方案，通過有效解決數(shù)據(jù)壁壘問題，確保計(jì)劃調(diào)度員在編制列車工作計(jì)劃的過程中，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地交換和共享相關(guān)數(shù)據(jù)，并使列車工作計(jì)劃與其它相關(guān)計(jì)劃建立嚴(yán)格的安全約束關(guān)系，支持各層級計(jì)劃調(diào)度員高效、快捷、協(xié)同地完成高質(zhì)量列車工作計(jì)劃編制工作。

1 業(yè)務(wù)流程分析

分析列車工作計(jì)劃在運(yùn)輸生產(chǎn)全過程中的地位和作用，依據(jù)列車工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程，完成數(shù)據(jù)流分析，并據(jù)此提出列車工作計(jì)劃協(xié)同編制的技術(shù)方案。

1.1 鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程概述

鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過程包括客貨運(yùn)輸需求、基本計(jì)劃、調(diào)度指揮、站段作業(yè)等多個(gè)環(huán)節(jié)。從外部用戶的角度，涉及旅客到達(dá)進(jìn)站、乘車、到出站離開的全過程，以及貨物裝車、運(yùn)輸、卸車的全過程。從企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)組織的角度，涉及國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、站段3 個(gè)層級；國鐵集團(tuán)負(fù)責(zé)全路運(yùn)輸生產(chǎn)的組織、協(xié)調(diào)和決策，鐵路局集團(tuán)公司負(fù)責(zé)各路局管內(nèi)運(yùn)輸生產(chǎn)組織，站段負(fù)責(zé)具體生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行及反饋。

旅客和貨主帶來客運(yùn)與貨運(yùn)需求，客、貨運(yùn)需求驅(qū)動(dòng)國鐵集團(tuán)基本計(jì)劃的制定。在基本計(jì)劃的基礎(chǔ)上，各級機(jī)構(gòu)圍繞運(yùn)輸計(jì)劃的編制、調(diào)整、執(zhí)行展開調(diào)度指揮工作。鐵路運(yùn)輸計(jì)劃以日、班為周期進(jìn)行編制和執(zhí)行，現(xiàn)行《鐵路運(yùn)輸調(diào)度規(guī)則》[5]規(guī)定：國鐵集團(tuán)負(fù)責(zé)編制每日（班）的分界口列車交接計(jì)劃和貨運(yùn)工作計(jì)劃；鐵路局集團(tuán)公司負(fù)責(zé)編制每日（班）的客貨運(yùn)工作計(jì)劃、列車工作計(jì)劃、機(jī)車工作計(jì)劃等；站段在鐵路局下達(dá)的日（班）計(jì)劃的指導(dǎo)下，完成站段作業(yè)計(jì)劃編制，按計(jì)劃組織生產(chǎn)和安排作業(yè)，并將計(jì)劃執(zhí)行情況反饋給上級機(jī)構(gòu)。鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程如圖1 所示。

圖1 鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程示意

1.2 列車工作計(jì)劃編制業(yè)務(wù)流程

列車工作計(jì)劃包括列車到、發(fā)及運(yùn)行計(jì)劃、分界站列車交接計(jì)劃、管內(nèi)工作車輸送計(jì)劃、普速旅客列車臨時(shí)加開、停運(yùn)計(jì)劃等內(nèi)容。列車工作計(jì)劃通過對次日客、貨運(yùn)輸任務(wù)的合理安排，確保鐵路日常客、貨運(yùn)輸工作高效、有序開展[6]。

總體上，列車工作計(jì)劃的編制業(yè)務(wù)流程劃分為信息采集、計(jì)劃編制、計(jì)劃下達(dá)3 個(gè)階段。

1.2.1 信息采集階段

計(jì)劃調(diào)度員從各相關(guān)系統(tǒng)，以及電報(bào)、文件中收集編制列車工作計(jì)劃所需的數(shù)據(jù)，主要包括：基本運(yùn)行圖數(shù)據(jù)、基本編組計(jì)劃、國鐵集團(tuán)下發(fā)的輪廓計(jì)劃、調(diào)度命令、調(diào)度電報(bào)、鄰局分界口交接計(jì)劃、車站裝卸作業(yè)情況、編組站集結(jié)情況、機(jī)車周轉(zhuǎn)信息等。

1.2.2 計(jì)劃編制階段

在列車工作計(jì)劃編制階段，計(jì)劃調(diào)度員與機(jī)車調(diào)度、施工調(diào)度、客運(yùn)調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度溝通，確保列車工作計(jì)劃與施工維修計(jì)劃、機(jī)車交路計(jì)劃、車站作業(yè)計(jì)劃、客貨運(yùn)計(jì)劃密切銜接，相互不沖突。具體過程如下：

（1）讀取次日（班）即將到達(dá)分界站的列車確報(bào)信息，掌握分界站的車流到達(dá)情況；

（2）根據(jù)分界站的列車接入信息，編制本局的列車到達(dá)計(jì)劃，包括列車車次、到站、到達(dá)時(shí)分、列車編組等；

（3）結(jié)合列車到達(dá)計(jì)劃與車站裝車計(jì)劃、排空計(jì)劃、站存車信息、出發(fā)車流等內(nèi)容，編制列車出發(fā)計(jì)劃；編制過程中，同機(jī)車調(diào)度員確認(rèn)機(jī)車周轉(zhuǎn)方案，同施工調(diào)度確認(rèn)施工重點(diǎn)事項(xiàng)，形成列車出發(fā)計(jì)劃草案；

（4）依據(jù)裝卸車實(shí)績、機(jī)車運(yùn)用實(shí)績信息等，優(yōu)化調(diào)整列車工作計(jì)劃。

1.2.3 計(jì)劃下達(dá)階段

列車工作計(jì)劃編制完成后，需要核對并下達(dá)次日（班）的列車工作計(jì)劃，主要內(nèi)容包括列車到發(fā)站、編組詳情、運(yùn)行時(shí)分等。鐵路局集團(tuán)公司通過運(yùn)輸計(jì)劃管理系統(tǒng)（TDMS 5.0），將次日（班）工作計(jì)劃傳遞至列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）/調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC），并通過TDCS/CTC 下達(dá)給相關(guān)站段；站段接收次日（班）工作計(jì)劃，按計(jì)劃執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，并及時(shí)進(jìn)行反饋。

列車工作計(jì)劃編制業(yè)務(wù)流程，如圖2 所示。

圖2 列車工作計(jì)劃編制業(yè)務(wù)流程

2 技術(shù)方案

2.1 列車工作計(jì)劃編制相關(guān)信息流

列車工作計(jì)劃編制是一個(gè)復(fù)雜的協(xié)同過程[7]，需要滿足編組計(jì)劃、排空計(jì)劃、裝卸計(jì)劃等約束條件；同時(shí)，列車工作計(jì)劃所包含的貨物列車出發(fā)/到達(dá)計(jì)劃、旅客列車加開/停運(yùn)計(jì)劃之間也要求相互銜接、相互約束。在編制列車工作計(jì)劃時(shí)，應(yīng)保證各層級之間實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，并及時(shí)反饋。

依據(jù)1.2 節(jié)的列車工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程，梳理出列車工作計(jì)劃編制過程中的信息流，如圖3所示。

圖3 列車工作計(jì)劃編制相關(guān)信息流示意

2.2 列車工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺構(gòu)建

為了實(shí)時(shí)處理列車工作計(jì)劃相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，解決目前運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS 5.0）與客票、貨票、現(xiàn)車、施工維修等系統(tǒng)間信息交互不暢的問題，提出構(gòu)建計(jì)劃協(xié)同管理平臺（簡稱：平臺）。該平臺應(yīng)具備動(dòng)態(tài)信息采集、實(shí)時(shí)信息交互、信息沖突檢測、信息流程卡控4 項(xiàng)主要功能，為列車工作計(jì)劃編制提供及時(shí)、完備的數(shù)據(jù)支持，輔助計(jì)劃調(diào)度員做出合理決策，如圖4 所示。

圖4 平臺功能架構(gòu)

（1）動(dòng)態(tài)信息采集：平臺基于自然語言處理（NLP）和知識圖譜技術(shù)，建立統(tǒng)一的運(yùn)輸調(diào)度資源描述，整合計(jì)劃編制、作業(yè)執(zhí)行、計(jì)劃評價(jià)等貫穿運(yùn)輸生產(chǎn)全過程的各業(yè)務(wù)域內(nèi)的交互數(shù)據(jù)元和數(shù)據(jù)集，借助自然語言處理技術(shù)，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)各專業(yè)域數(shù)據(jù)元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)合知識圖譜技術(shù)構(gòu)建起統(tǒng)一的、跨專業(yè)運(yùn)輸調(diào)度知識庫，以支持橫向跨業(yè)務(wù)工種、縱向跨業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)融合與共享。

（2）實(shí)時(shí)信息交互：平臺使用可視化的數(shù)據(jù)處理服務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)，實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的簡單快捷共享，包括列車、機(jī)車、車輛運(yùn)行狀態(tài)信息、車站作業(yè)進(jìn)度信息、施工維修信息、固定設(shè)施狀態(tài)信息、環(huán)境信息等多源信息的實(shí)時(shí)共享，支持各業(yè)務(wù)領(lǐng)域綜合協(xié)同、局段站一體化協(xié)同的機(jī)制。

（3）信息沖突檢測：平臺利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，建立沖突檢測常用模型，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生沖突的場景，及時(shí)生成和推送提醒消息，協(xié)助計(jì)劃調(diào)度員變更列車工作計(jì)劃；當(dāng)任意約束條件發(fā)生變更時(shí)，平臺能夠及時(shí)獲取變化后的信息，并同步更新列車工作計(jì)劃；當(dāng)列車工作計(jì)劃編制完畢后，平臺將列車工作計(jì)劃傳遞給各相關(guān)崗位，并接收各崗位的反饋信息，實(shí)現(xiàn)列車工作計(jì)劃編制的閉環(huán)管理。

（4）信息流程卡控：平臺結(jié)合規(guī)則引擎技術(shù)，自動(dòng)判定客貨運(yùn)方案、調(diào)度計(jì)劃、車站作業(yè)、施工維修等業(yè)務(wù)流程的銜接順序，按照規(guī)則自動(dòng)執(zhí)行；自動(dòng)識別不合規(guī)則的信息，進(jìn)行信息過濾，對過濾結(jié)果按照規(guī)則合集自動(dòng)決策；實(shí)時(shí)監(jiān)控正在執(zhí)行的業(yè)務(wù)流程，對已經(jīng)執(zhí)行的業(yè)務(wù)流程，進(jìn)行執(zhí)行效果評價(jià)反饋。

2.3 列車工作計(jì)劃協(xié)同編制方案

列車工作計(jì)劃協(xié)同編制涉及大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及運(yùn)輸生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，計(jì)劃協(xié)同管理平臺可為列車工作計(jì)劃一體化協(xié)同編制提供全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)支持，在該平臺的輔助下，計(jì)劃調(diào)度員可以便捷、高效地完成列車工作計(jì)劃編制工作。

鑒于客運(yùn)列車工作計(jì)劃與貨運(yùn)列車工作計(jì)劃的具體編制流程差別較大，以下分別進(jìn)行描述。

2.3.1 客運(yùn)列車工作計(jì)劃

客運(yùn)列車工作計(jì)劃在日常運(yùn)輸生產(chǎn)中較為固定，基本遵循“按圖行車”模式。在運(yùn)輸計(jì)劃協(xié)同管理平臺的支持下，其協(xié)同編制方案如圖5 所示。

圖5 客運(yùn)列車工作計(jì)劃編制方案

（1）從計(jì)劃協(xié)同管理平臺獲取基本圖、分號圖與基本交路數(shù)據(jù)，生成圖定的客運(yùn)列車開行方案。

（2）結(jié)合國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司下發(fā)的調(diào)度命令、電報(bào)文件等，對臨時(shí)加開、停運(yùn)客車進(jìn)行安排。

（3）圖定客車開行方案和臨時(shí)客車開行方案相結(jié)合，生成次日（班）客運(yùn)列車工作計(jì)劃初始方案。

（4）結(jié)合客運(yùn)甩掛需求、回送需求產(chǎn)生的甩掛、回送計(jì)劃，客運(yùn)站上報(bào)的車站作業(yè)計(jì)劃，以及施工維修天窗時(shí)間和機(jī)車周轉(zhuǎn)車輛資源的約束，生成次日（班）客運(yùn)列車工作計(jì)劃。

（5）將編制好的客運(yùn)列車工作計(jì)劃交由路局值班主任審核，審核通過后進(jìn)行計(jì)劃下達(dá)。

（6）將客運(yùn)列車工作計(jì)劃通過平臺傳遞至各級站段與相關(guān)系統(tǒng)，收集站段反饋信息，以進(jìn)行下一階段客運(yùn)列車工作計(jì)劃的編制。

2.3.2 貨運(yùn)列車工作計(jì)劃

貨運(yùn)列車工作計(jì)劃和客運(yùn)“按圖行車”的模式不同，采用“按需行車”的模式。貨運(yùn)列車基本圖規(guī)定了列車的車次、途徑站、運(yùn)行時(shí)刻等，計(jì)劃調(diào)度員根據(jù)貨物運(yùn)輸需求，對基本圖上鋪畫的列車運(yùn)行線進(jìn)行選線、抽線等操作，以確定貨運(yùn)列車工作計(jì)劃。在運(yùn)輸計(jì)劃協(xié)同管理平臺支撐下，其協(xié)同編制方案如圖6 所示。

圖6 貨運(yùn)列車工作計(jì)劃編制方案

（1）獲取基本圖、分號圖和基本編組計(jì)劃等基礎(chǔ)技術(shù)資料，依據(jù)國鐵集團(tuán)下發(fā)的貨運(yùn)輪廓計(jì)劃、分界口交接計(jì)劃、電報(bào)、調(diào)度命令等，進(jìn)行貨運(yùn)列車開行初始方案編制。

（2）結(jié)合由路局貨運(yùn)調(diào)度員審批通過的次日裝車需求與配空需求，依據(jù)貨運(yùn)列車開行初始方案進(jìn)行車流推算，并預(yù)測明日空重車去向。

（3）結(jié)合車站上報(bào)的現(xiàn)在車信息、裝卸報(bào)點(diǎn)信息、在途車正晚點(diǎn)信息等，確認(rèn)貨運(yùn)列車開行初始方案中確定的列車車次、始發(fā)時(shí)刻、終到時(shí)刻。

（4）在滿足施工維修天窗時(shí)間與機(jī)車周轉(zhuǎn)車輛資源的約束下，進(jìn)一步對貨運(yùn)列車開行初始方案進(jìn)行調(diào)整，完成貨運(yùn)列車開行計(jì)劃的編制。

（5）將貨運(yùn)列車開行計(jì)劃下達(dá)至相關(guān)站段與相關(guān)系統(tǒng)，接收站段反饋信息，以進(jìn)行下一階段貨運(yùn)列車開行計(jì)劃的編制。

3 結(jié)束語

列車工作計(jì)劃協(xié)同編制是當(dāng)前鐵路運(yùn)輸調(diào)度信息化的重點(diǎn)研究方向[8]。本文結(jié)合鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程，對列車工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程及相關(guān)信息流進(jìn)行系統(tǒng)性分析，梳理出各層級計(jì)劃調(diào)度員及其它調(diào)度員相互配合完成計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程及信息交互，突破了現(xiàn)有信息系統(tǒng)應(yīng)用方案中各崗位調(diào)度員獨(dú)立編制計(jì)劃的局限性；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建起可支持多崗位平行作業(yè)、多數(shù)據(jù)源融合的列車工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺，可支持各崗位間實(shí)時(shí)完成信息交互，及時(shí)反饋和響應(yīng)，自動(dòng)檢測操作合規(guī)性與各計(jì)劃間沖突，同步執(zhí)行調(diào)整。在列車工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺輔助下，各層級調(diào)度員可以顯著提升列車工作計(jì)劃編制的效率與質(zhì)量，減少手工編制列車工作計(jì)劃時(shí)可能出現(xiàn)的差錯(cuò)，提升列車工作計(jì)劃編制的一體化、精益化水平，對促進(jìn)運(yùn)輸調(diào)度指揮的綜合化、智能化發(fā)展具有積極意義。

本文提出的列車工作計(jì)劃協(xié)同編制方案僅是一個(gè)概念框架，為完成平臺的詳細(xì)設(shè)計(jì)和開發(fā)，后續(xù)需要對各類典型場景下的數(shù)據(jù)融合、輔助決策方法進(jìn)一步深入研究；針對復(fù)雜多樣的客貨列車調(diào)度業(yè)務(wù)，需要結(jié)合不同運(yùn)輸需求、車站作業(yè)、資源約束條件開展大量試驗(yàn)，不斷驗(yàn)證和優(yōu)化協(xié)同業(yè)務(wù)流程、信息交互機(jī)制和沖突消解策略。另外，利用知識圖譜技術(shù)完善運(yùn)輸調(diào)度知識庫，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，研究實(shí)現(xiàn)列車工作計(jì)劃自動(dòng)生成、沖突智能消解的算法，增強(qiáng)列車工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺的自動(dòng)化功能，提高全場景下列車工作計(jì)劃編制效率。