智能綜合調(diào)度高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)研究與實踐

劉 巖，苗 茁，孔慶瑋

（1.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 運輸調(diào)度指揮中心，北京 100844；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

智能鐵路是我國現(xiàn)階段交通運輸領(lǐng)域的重點建設(shè)任務(wù)，智能運營是智能鐵路的重要組成部分，而智能調(diào)度是智能運營的關(guān)鍵保障與基礎(chǔ)。中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡稱：國鐵集團(tuán)）印發(fā)的《“十四五”鐵路網(wǎng)絡(luò)安全和信息化規(guī)劃》中提出要強(qiáng)化推進(jìn)高速鐵路（簡稱：高鐵）智能綜合調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)[1]，并先期建立高鐵調(diào)度計劃（簡稱：高鐵計劃），實現(xiàn)高鐵計劃協(xié)同編制和集中管理等功能。

眾多研究人員在鐵路調(diào)度指揮智能化方面取得了較為顯著的研究成果。瑞士聯(lián)邦鐵路所應(yīng)用的自適應(yīng)列車運行調(diào)整系統(tǒng)利用列車運行的實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對列車開行計劃的精細(xì)化輔助決策，并進(jìn)行沖突檢驗，確保列車無運行沖突，該系統(tǒng)為瑞士提高鐵路網(wǎng)利用效率和運輸服務(wù)質(zhì)量做出了重要貢獻(xiàn)[2]；日本新干線的COSMOS系統(tǒng)包含運輸計劃、列車運行管理、車輛管理、站內(nèi)作業(yè)管理和乘務(wù)員調(diào)配等多種業(yè)務(wù)[3]，自動編制各自的基本計劃、調(diào)整計劃、臨時計劃，并及時向運行管理系統(tǒng)、維護(hù)作業(yè)系統(tǒng)、站內(nèi)進(jìn)路控制系統(tǒng)，以及車站、運轉(zhuǎn)所等單位傳遞計劃，實現(xiàn)一級指揮、上下聯(lián)動，運行計劃準(zhǔn)確編制[4]；王瑩等人[5]對高鐵列車運行圖與動車組運用一體化優(yōu)化進(jìn)行了研究，考慮動車組運用計劃并對列車運行圖做出優(yōu)化調(diào)整；曾子凌[6]對高鐵動車組運用計劃與乘務(wù)計劃一體化優(yōu)化調(diào)整進(jìn)行了研究，解決了列車運行計劃中各車次因缺乏動車組擔(dān)當(dāng)和乘務(wù)組值乘而被迫停運的問題。

我國高鐵計劃主要包括列車運行計劃、動車組運用計劃、客運乘務(wù)計劃和車站作業(yè)計劃等[7]，各調(diào)度崗位使用鐵路運輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS，Transport Dispatching Management System）進(jìn)行計劃編制。TDMS建設(shè)時間較早，在功能提升、數(shù)據(jù)共享和運營維護(hù)升級等方面均存在一定局限，難以支撐新時代高鐵成網(wǎng)模式下的調(diào)度指揮需求。主要存在的問題包括：（1）列車開行計劃數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，TDMS以鐵路局集團(tuán)公司為單位，獨立建設(shè)，缺乏數(shù)據(jù)交互，國鐵集團(tuán)采用各鐵路局集團(tuán)公司上報數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高；（2）高鐵計劃編制協(xié)同性不高。調(diào)度計劃的編制需要運力資源和運輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效集成作為輔助決策支撐[8]，涉及客運、機(jī)輛、運輸調(diào)度等多個部門，但上下級數(shù)據(jù)并未完全貫通，計劃編制協(xié)同性不高，落實情況無法跟蹤；（3）功能擴(kuò)展能力不足，TDMS無法充分支撐調(diào)度指揮對運輸生產(chǎn)的指導(dǎo)作用，難以充分利用信息化技術(shù)進(jìn)行新功能的優(yōu)化。

隨著我國高鐵路網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，調(diào)度指揮的智能化和精細(xì)化需求不斷提高。高鐵計劃是調(diào)度指揮的核心，為滿足客運全程服務(wù)需求，支撐“一日一圖”精準(zhǔn)實施，本文結(jié)合我國鐵路運輸組織現(xiàn)狀，構(gòu)建高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)，為智能綜合調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐。

1 高鐵計劃編制業(yè)務(wù)流程

高鐵計劃編制是指利用高效集成的數(shù)據(jù)資源，將分散在各個專業(yè)的計劃進(jìn)行協(xié)同編制，從而形成整體性的綜合計劃。主要解決國鐵集團(tuán)調(diào)度中心、運輸部、客運部、機(jī)輛部，鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所、運輸部、客運部、機(jī)務(wù)部、車輛部，以及各運輸生產(chǎn)站段間的縱向數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和橫向數(shù)據(jù)共享，各部門各單位相互配合，共同完成高鐵計劃編制任務(wù)，實現(xiàn)面向高鐵運輸生產(chǎn)全過程的、完整統(tǒng)一的調(diào)度管理。

高鐵計劃編制主要包含計劃準(zhǔn)備、計劃調(diào)整、計劃編制、計劃發(fā)布、計劃執(zhí)行與反饋等5個階段，其業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 高鐵計劃編制業(yè)務(wù)流程

1.1 計劃準(zhǔn)備階段

通過列車運行圖編制系統(tǒng)獲取基本時刻信息，通過旅客列車運行圖管理系統(tǒng)中的編組交路管理獲取基本編組交路等數(shù)據(jù)，結(jié)合開行文件電報、新舊交替方案等，滾動生成圖定列車開行方案。由各個鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所對各自管轄范圍內(nèi)的運行線路、運行時刻、動車組車底交路和車型定員進(jìn)行核對，形成全國高鐵路網(wǎng)“一列車一條線”。

1.2 計劃調(diào)整階段

客運部門依據(jù)客流預(yù)測和售票候補情況，對圖定列車開行計劃提出停運、加開、調(diào)整編組和備用轉(zhuǎn)開行等調(diào)整；車輛部門依據(jù)動車組檢修情況，對車底運用計劃提出車底變更或編組變更方案；運輸部門依據(jù)運輸需要提出時刻和徑路調(diào)整方案。調(diào)度所進(jìn)行核對確認(rèn)后，通過調(diào)度命令發(fā)布至相關(guān)部門與崗位。

1.3 計劃編制階段

高鐵計劃調(diào)度員依據(jù)圖定列車開行方案與日常調(diào)整，每日編制次日列車開行計劃，動車調(diào)度員確定次日動車組車底運用計劃、熱備車及重點事項，結(jié)合客運、機(jī)務(wù)、車輛等部門落實的次日列車乘務(wù)擔(dān)當(dāng)信息，形成包含動車組車底交路和三乘計劃信息在內(nèi)的次日高鐵計劃。

1.4 計劃發(fā)布階段

調(diào)度所將調(diào)整后的次日高鐵計劃以高鐵日計劃調(diào)度命令的形式發(fā)布給各相關(guān)站段，由相關(guān)站段轉(zhuǎn)發(fā)至動車所及車間。將計劃發(fā)送至調(diào)度集中（CTC，Centralized Traffic Control）系統(tǒng)，交由列車調(diào)度組織運輸生產(chǎn)，同時，發(fā)布給中國鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)（簡稱：客票系統(tǒng)）、站段旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺等信息系統(tǒng)。

1.5 計劃執(zhí)行與反饋階段

調(diào)度所和站段等有關(guān)崗位執(zhí)行次日高鐵計劃，對列車實際運行情況進(jìn)行盯控，并對調(diào)度命令執(zhí)行情況等進(jìn)行檢查與統(tǒng)計分析。遇到應(yīng)急情況，由調(diào)度所進(jìn)行應(yīng)急調(diào)整命令的編制與發(fā)布，交由相關(guān)站段執(zhí)行。

2 架構(gòu)設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)

依據(jù)高鐵計劃編制業(yè)務(wù)流程，高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)采用“平臺+業(yè)務(wù)應(yīng)用”的設(shè)計理念，其總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)

在高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建了運輸綜合計劃協(xié)同管理平臺，該平臺包括統(tǒng)一資源描述、信息動態(tài)采集、業(yè)務(wù)流程卡控和綜合監(jiān)控等4項服務(wù)，為高鐵計劃編制應(yīng)用的各項功能提供數(shù)據(jù)共享、流程定制、安全校驗等服務(wù)，形成調(diào)度業(yè)務(wù)全過程的閉環(huán)管理、計劃協(xié)同和專業(yè)聯(lián)動。

高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)與客運站段旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺、動車組管理系統(tǒng)、客票系統(tǒng)、旅客列車運行圖管理系統(tǒng)、列車運行圖編制系統(tǒng)、鐵路機(jī)務(wù)應(yīng)用安全管理系統(tǒng)等通過既有的大數(shù)據(jù)與人工智能平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)互換和消息傳遞，實現(xiàn)國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、站段及車間的四級調(diào)度流程協(xié)作、信息透明和閉環(huán)管理，與運輸、客運、機(jī)輛等相關(guān)部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)專業(yè)貫通和一體化辦公。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)依托鐵路綜合信息網(wǎng)進(jìn)行構(gòu)建，核心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等部署在國鐵集團(tuán)內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)，并在鐵路局集團(tuán)公司部署用于應(yīng)急緩存的前置接口服務(wù)器。鐵路局集團(tuán)公司和站段、車間通過鐵路局集團(tuán)公司綜合信息廣域網(wǎng)訪問高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.3 數(shù)據(jù)架構(gòu)

高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、內(nèi)部生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和外部系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)3類，其數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)作為運輸綜合計劃協(xié)同管理平臺中統(tǒng)一資源描述的一部分，主要包括時刻表、基本開行計劃、動車組車型、車組號、客運站、客運線路和站段組織機(jī)構(gòu)等；（2）內(nèi)部生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括調(diào)度命令、調(diào)度計劃、應(yīng)急處置方案和重點揭示等；（3）外部系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)主要包括旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺、動車組管理系統(tǒng)、智能CTC等系統(tǒng)的接入數(shù)據(jù)，通過接口方式獲取數(shù)據(jù)。

高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理，全方位支撐鐵路運輸生產(chǎn)與調(diào)度管理需要。

3 功能模塊設(shè)計

依托新技術(shù)、新理念、新架構(gòu)，構(gòu)建數(shù)據(jù)集中、應(yīng)用集中的高鐵計劃編制應(yīng)用，滿足國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、站段及車間的四級用戶應(yīng)用需求。高鐵計劃編制應(yīng)用包括8個功能模塊，實現(xiàn)高鐵計劃數(shù)據(jù)匯集、集中編制、動態(tài)展示和智能卡控。其功能架構(gòu)如圖5所示。

圖5 高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)功能架構(gòu)

3.1 高鐵調(diào)度方案管理模塊

該模塊接入列車運行時刻數(shù)據(jù)和動車編組交路數(shù)據(jù)，完成基本運行圖管理、基本運行圖編輯調(diào)整、分號圖管理、交路編組管理、新舊交替管理等功能。實現(xiàn)列車基本運行圖、分號圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理維護(hù)和集中共享，車型、定員、編組的集中統(tǒng)一管理，實現(xiàn)高鐵全流程調(diào)度數(shù)據(jù)統(tǒng)一描述、數(shù)字化存儲，與相關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和流程聯(lián)動，為高鐵計劃編制與調(diào)度命令流轉(zhuǎn)等提供基礎(chǔ)支撐。

3.2 高鐵計劃編制模塊

該模塊完成高鐵開行方案管理、綜合計劃滾動編制、次日綜合計劃編制和綜合計劃動態(tài)調(diào)整等功能。模塊基于高鐵路網(wǎng)能力和動車組資源，結(jié)合客流需求，實現(xiàn)高鐵列車開行方案和開行計劃的集中管理與編制、集中動態(tài)調(diào)整，并與相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動管理，確保運輸決策高效、調(diào)度指揮精準(zhǔn)。

3.3 高鐵調(diào)度命令管理模塊

該模塊圍繞高鐵調(diào)度、動車調(diào)度、客運調(diào)度的調(diào)度命令管理業(yè)務(wù)，基于統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)調(diào)度命令數(shù)字化編制和全流程貫通。利用調(diào)度命令格式化模板配置、審批發(fā)布流程數(shù)字化配置、管轄范圍與受令處所維護(hù)配置，實現(xiàn)調(diào)度命令的格式化申請和編制、智能化審批、安全卡控和自動化發(fā)布。

3.4 動車組運用管理模塊

該模塊完成車底運用計劃管理、車底變更管理和動車組運用查詢等功能。提供車底調(diào)整安全卡控、沖突監(jiān)測和提醒。根據(jù)定員變化情況，完成相關(guān)信息的共享和跨局信息交換。

3.5 動車組運行管理模塊

該模塊提供動車組運行狀態(tài)跟蹤、車站調(diào)度管理和乘務(wù)管理等功能。通過采集動車組運行信息，實現(xiàn)以多種方式展示動車組運行狀態(tài)，為鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所與客運站段提供列車運行計劃相關(guān)的各種信息檢索功能。

3.6 調(diào)度安全檢查模塊

該模塊提供列車開行校驗、動車組運用校驗、編組交路校驗、日計劃校驗和調(diào)度命令檢查等功能。在綜合計劃編制與調(diào)度命令發(fā)布等環(huán)節(jié)，進(jìn)行安全檢查檢驗、智能化影響評估，幫助調(diào)度管理人員進(jìn)行輔助決策和風(fēng)險識別，進(jìn)一步提升調(diào)度智能決策能力。通過與相關(guān)運輸生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，創(chuàng)建各項安全預(yù)警和安全卡控模型，實現(xiàn)時間、空間、資源等多個維度的沖突卡控，以及智能化沖突檢測和提醒。

3.7 統(tǒng)計分析模塊

該模塊完成動車組開行統(tǒng)計、調(diào)度命令分析統(tǒng)計、調(diào)度數(shù)據(jù)共享、綜合查詢和動態(tài)指標(biāo)評價功能。為各級調(diào)度部門提供動車開行相關(guān)的各類統(tǒng)計和分析功能。

3.8 相關(guān)系統(tǒng)升級改造模塊

該模塊完成TDMS升級改造和備份管理等功能。對既有的TDMS進(jìn)行施工維修計劃數(shù)據(jù)接入、列車計劃數(shù)據(jù)接入、列車開行日計劃校驗等功能改造。同時，建立鐵路局集團(tuán)公司級異地應(yīng)用備份和數(shù)據(jù)備份，實現(xiàn)應(yīng)急情況下的一鍵數(shù)據(jù)切換。

4 應(yīng)用成效

高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)已在18個鐵路局集團(tuán)公司及其管轄范圍內(nèi)的客運、機(jī)務(wù)、動車站段上線試用，在深化高鐵計劃一體化編制和調(diào)度命令全面數(shù)字化管理的同時，還為客票系統(tǒng)和客運站段生產(chǎn)管控與旅客服務(wù)平臺等系統(tǒng)/平臺提供安全可靠的高鐵綜合計劃數(shù)據(jù)信息服務(wù)。

4.1 優(yōu)化調(diào)度業(yè)務(wù)流程

改進(jìn)傳統(tǒng)高鐵計劃編制模式，使用統(tǒng)一的高鐵開行管理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高鐵列車開行計劃動態(tài)調(diào)整的全流程貫通，形成鐵路局集團(tuán)公司與國鐵集團(tuán)間的聯(lián)動管理，充分驗證高鐵成網(wǎng)模式下，國鐵集團(tuán)組織集中編制和調(diào)整、局站一體化編制、各業(yè)務(wù)部門協(xié)同編制高鐵綜合計劃的管理模式。在鐵路局集團(tuán)公司客運、機(jī)務(wù)、車輛和運輸?shù)炔块T間實現(xiàn)高鐵業(yè)務(wù)的在線協(xié)作，跨鐵路局集團(tuán)公司的客運、機(jī)務(wù)、車輛等部門間實現(xiàn)乘務(wù)信息共享、車底運用信息協(xié)同安排，有效降低調(diào)度人員溝通成本和工作強(qiáng)度。

4.2 增強(qiáng)精細(xì)化管理能力

以高鐵路網(wǎng)數(shù)字化建模為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高鐵路網(wǎng)全交路管理、全程運行線管理和全程車底交路管理，實現(xiàn)國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、站段及車間的四級聯(lián)動，閉環(huán)管理。面向客運生產(chǎn)全過程，完成開行方案、開行計劃和調(diào)度命令的一體化聯(lián)動，實現(xiàn)高鐵計劃編制智能化沖突檢測和安全卡控，提高開行計劃編制質(zhì)量與效率。

4.3 提升信息共享程度

打通動車組管理、客運管理、司機(jī)管理等相關(guān)信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互渠道，以及動車所車底運檢管理和調(diào)度車底分配環(huán)節(jié)，實現(xiàn)車底資源充分共享和運檢一體化卡控。與動車組管理系統(tǒng)進(jìn)行功能集成和流程互控，實現(xiàn)各鐵路局集團(tuán)公司間開行計劃、車底運用計劃和乘務(wù)計劃的信息共享。在突發(fā)事件應(yīng)急處置中，實現(xiàn)高鐵開行計劃動態(tài)調(diào)整的及時下達(dá)，動車組晚點信息的實時傳遞，加開圖外列車、變更列車運行徑路、中途折返列車等應(yīng)急處置調(diào)整方案的自動上圖，從而有效提升高鐵應(yīng)急處置效率。

4.4 降低運維成本

采用國鐵集團(tuán)武清主數(shù)據(jù)中心的國鐵集團(tuán)內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)集中部署應(yīng)用，支撐各鐵路局集團(tuán)公司的高鐵調(diào)度應(yīng)用業(yè)務(wù)，在運輸綜合計劃協(xié)同管理平臺支撐下，進(jìn)行高鐵計劃的集中編制，實現(xiàn)跨鐵路局集團(tuán)公司高鐵計劃的集中管理。改變既有高鐵計劃過于分散、數(shù)據(jù)交互機(jī)制不完善的局面，實現(xiàn)調(diào)度應(yīng)用的自主可控，有效降低運營維護(hù)成本。

5 結(jié)束語

通過高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)，能夠高效利用集成數(shù)據(jù)資源，優(yōu)化調(diào)度業(yè)務(wù)流程，提高調(diào)度精細(xì)化管理能力，提升信息共享程度，降低運營維護(hù)成本。高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)可為高鐵運輸組織提供高效、安全、便利的平臺支持，是打造安全可靠、協(xié)同高效的高鐵智能綜合調(diào)度系統(tǒng)的重要實踐。高鐵計劃編制應(yīng)用系統(tǒng)的實施推廣，有利于發(fā)展智能高鐵運輸經(jīng)營組織模式，提升高鐵運輸調(diào)度指揮水平和旅客服務(wù)品質(zhì)，提高高鐵整體效益。