基于機(jī)車運(yùn)行軌跡的機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

方勝盛

（浙江金溫鐵道開發(fā)有限公司，溫州 325000）

機(jī)車是鐵路運(yùn)輸?shù)膭恿Y源，機(jī)車的合理高效運(yùn)用是完成鐵路運(yùn)輸任務(wù)的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段機(jī)車運(yùn)用一般采用飽和式、粗放型的管理，但隨著鐵路運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，為滿足日益增長的鐵路運(yùn)輸需求，在機(jī)車保有數(shù)量固定的情況下，鐵路公司對合理高效運(yùn)用機(jī)車的需求愈發(fā)迫切[1]。

機(jī)車合理高效運(yùn)用的基礎(chǔ)是對機(jī)車全生命周期內(nèi)機(jī)車運(yùn)行軌跡的全面信息化。然而在實際運(yùn)用過程中，既有機(jī)車運(yùn)用系統(tǒng)生成的機(jī)車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高[2]，主要原因是機(jī)車活動信息采集不全，導(dǎo)致機(jī)車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)缺失、機(jī)車運(yùn)用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較低，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)紊亂，無法很好地應(yīng)用在機(jī)車周轉(zhuǎn)圖生成、機(jī)車實時狀態(tài)監(jiān)控、機(jī)車運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計等機(jī)車管理功能中。

本文研究一種機(jī)車運(yùn)行軌跡自動生成方法，基于此，設(shè)計機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)，實現(xiàn)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、機(jī)車運(yùn)用統(tǒng)計、機(jī)車狀態(tài)、機(jī)車分布、機(jī)車推算等前臺應(yīng)用功能，從而實現(xiàn)機(jī)車信息的精準(zhǔn)展示及對機(jī)車的高效運(yùn)用管理。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1.1 物理層

作為機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)的實體支撐，包括服務(wù)器設(shè)備、存儲系統(tǒng)設(shè)備、安全設(shè)備等物理實體，以及基礎(chǔ)的配套軟件等，是業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件環(huán)境基礎(chǔ)。

1.1.2 數(shù)據(jù)層

該層是數(shù)據(jù)共享理念實現(xiàn)的關(guān)鍵，實現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)的存儲，負(fù)責(zé)對機(jī)車運(yùn)用所有數(shù)據(jù)的管理及共享，存儲業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)，為上層應(yīng)用系統(tǒng)生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；包含機(jī)車出入庫、列車到達(dá)、列車出發(fā)、機(jī)車換掛、機(jī)車檢修、司機(jī)出退乘、機(jī)車整備、機(jī)車運(yùn)用狀態(tài)等生產(chǎn)關(guān)聯(lián)信息。

1.1.3 服務(wù)層

采用面向服務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（SOA，Service-Oriented Architecture），構(gòu)建業(yè)務(wù)服務(wù)平臺。該平臺將所有應(yīng)用模塊及系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能開發(fā)為服務(wù)，并提供中間件等協(xié)作工具，可實現(xiàn)界面集成，并為后期多系統(tǒng)集成、多端顯示提供基礎(chǔ)。同時，整個系統(tǒng)前后臺使用C/S 架構(gòu)搭建，提供可靠的定制化的前后臺交互體驗。

1.1.4 應(yīng)用層

基于數(shù)據(jù)層及服務(wù)層，構(gòu)建機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)。包括機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、機(jī)車出入庫管理、機(jī)車整備管理、機(jī)車檢修管理、機(jī)車換掛管理及機(jī)車運(yùn)行軌跡等應(yīng)用模塊。

1.1.5 表示層

該層為機(jī)車調(diào)度員、機(jī)務(wù)段派班室生產(chǎn)人員、調(diào)度所值班主任等人員提供友好的人機(jī)交互界面。

1.2 邏輯架構(gòu)

基于多源數(shù)據(jù)，獲取機(jī)車全運(yùn)行周期軌跡數(shù)據(jù)，為編制合理高效的機(jī)車工作計劃提供數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)質(zhì)高效地完成運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)。機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

該系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，由后臺機(jī)車服務(wù)統(tǒng)一管理不同前臺應(yīng)用提交的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對不同終端的權(quán)限管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合。通過相應(yīng)的業(yè)務(wù)接口采集多個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的機(jī)車運(yùn)用數(shù)據(jù)，包括通過機(jī)務(wù)運(yùn)用安全管理（簡稱：運(yùn)安）系統(tǒng)獲取機(jī)車出入庫數(shù)據(jù)、通過列車調(diào)度指揮系統(tǒng)及調(diào)度集中系統(tǒng)獲取機(jī)車摘掛信息、通過機(jī)車檢修系統(tǒng)獲取機(jī)車檢修信息等；后臺機(jī)車服務(wù)通過對外部接口數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性、合規(guī)性、沖突性檢查，完成數(shù)據(jù)清洗和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，從而獲取全面、可靠的機(jī)車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)[3]；基于機(jī)車運(yùn)行軌跡，實現(xiàn)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、機(jī)車運(yùn)用統(tǒng)計、機(jī)車狀態(tài)、機(jī)車分布、機(jī)車推算等前臺應(yīng)用功能。

2 系統(tǒng)功能

根據(jù)現(xiàn)場實際需求，設(shè)計機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)各功能模塊，如圖3 所示。

圖3 機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1 機(jī)車周轉(zhuǎn)圖管理

基于機(jī)車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機(jī)車實際周轉(zhuǎn)圖的自動生成。當(dāng)機(jī)車運(yùn)行軌跡模塊采集到機(jī)車甩掛信息時，會推送給機(jī)車實際周轉(zhuǎn)圖模塊，機(jī)車實際周轉(zhuǎn)圖模塊據(jù)此信息自動生成機(jī)車甩掛線，完成機(jī)車實際周轉(zhuǎn)圖的自動繪制；當(dāng)機(jī)車甩掛信息出現(xiàn)變更或刪除時，也會自動推送給機(jī)車實際周轉(zhuǎn)圖模塊，實現(xiàn)機(jī)車甩掛線的同步更新。當(dāng)人為干預(yù)機(jī)車實際周轉(zhuǎn)圖時，系統(tǒng)會將人工操作信息推送給機(jī)車運(yùn)行軌跡模塊，按最高等級數(shù)據(jù)生成機(jī)車運(yùn)行軌跡并入庫管理[4]。

在編制機(jī)車計劃周轉(zhuǎn)圖時，機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)通過機(jī)車動態(tài)推算功能實現(xiàn)機(jī)車過表推算，可依據(jù)機(jī)車過表推算數(shù)據(jù)輔助人工生成機(jī)車計劃周轉(zhuǎn)圖。

2.2 機(jī)車實時分布

機(jī)車調(diào)度員可通過機(jī)車分布功能實時掌握機(jī)車當(dāng)前在管內(nèi)的機(jī)車位置及其輔助信息。機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)實時從機(jī)車運(yùn)行軌跡模塊中獲取當(dāng)前時刻全部的機(jī)車位置及擔(dān)當(dāng)任務(wù)等信息，從而實現(xiàn)了機(jī)車實時分布的動態(tài)顯示。在機(jī)車分布圖中顯示了管內(nèi)機(jī)車分布的位置，包括機(jī)務(wù)段、整備場、折返段、車站、在途等，若位置在機(jī)務(wù)段、整備場或折返段內(nèi)，可具體顯示機(jī)車的運(yùn)用狀態(tài)；若位置在車站，可顯示具體車站名稱及運(yùn)用狀態(tài)；在途機(jī)車會顯示機(jī)車擔(dān)當(dāng)車次、擔(dān)當(dāng)調(diào)車標(biāo)記及運(yùn)用狀態(tài)等[5]。

2.3 機(jī)車動態(tài)推算

機(jī)車調(diào)度員在機(jī)車計劃周轉(zhuǎn)圖上安排機(jī)車交路計劃時，需要掌握所有機(jī)車在十八點時的位置和狀態(tài)[6]。基于機(jī)車實際運(yùn)行軌跡和當(dāng)前機(jī)車計劃交路數(shù)據(jù)，能較為準(zhǔn)確地推算出全部機(jī)車在幾個小時后的位置和狀態(tài)，為機(jī)車調(diào)度員編制機(jī)車日班計劃提供有效的數(shù)據(jù)支持。

2.4 機(jī)車運(yùn)行軌跡查詢

可查看所有機(jī)車的完整運(yùn)行軌跡，機(jī)車調(diào)度員在安排機(jī)車交路、機(jī)車轉(zhuǎn)入運(yùn)用、機(jī)車轉(zhuǎn)非運(yùn)用時，需要掌握機(jī)車在特定時間的狀態(tài)[7]，通過該查詢功能，可獲取機(jī)車運(yùn)用過程中每一時間節(jié)點的狀態(tài)、位置、擔(dān)當(dāng)列車等信息，為問題分析、排查提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.5 機(jī)車超勞預(yù)警

從機(jī)務(wù)生產(chǎn)系統(tǒng)自動獲取或通過人工設(shè)置機(jī)務(wù)班組出乘信息，針對客車、貨車，依據(jù)乘務(wù)出勤時間推算乘務(wù)預(yù)計超勞時間，提醒生產(chǎn)管理人員進(jìn)行合理安排班組換班[8]，并在機(jī)車周轉(zhuǎn)圖上對接近超勞的在途機(jī)務(wù)班組進(jìn)行預(yù)警。

2.6 機(jī)車運(yùn)用統(tǒng)計

自動生成機(jī)車動態(tài)表（機(jī)統(tǒng)一），自動統(tǒng)計機(jī)車運(yùn)用指標(biāo)。通過自動讀取或人工設(shè)置機(jī)車在機(jī)務(wù)段/折返段（所）的整備、檢修、備用、交付的狀況，以及機(jī)車的出入庫時間，識別機(jī)車在周轉(zhuǎn)圖下的運(yùn)用狀態(tài)；依據(jù)機(jī)車工作種別、機(jī)車狀態(tài)轉(zhuǎn)變時分確定的規(guī)則，自動生成機(jī)車動態(tài)表，并自動統(tǒng)計客貨車對數(shù)、客貨車需用系數(shù)、機(jī)車檢修率等機(jī)車運(yùn)用指標(biāo)[9]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集

機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)需要與其他應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行實時高效的數(shù)據(jù)交換和信息共享，要準(zhǔn)確、及時地掌握機(jī)車的運(yùn)用狀況，必須掌握列車調(diào)度系統(tǒng)的列車實時運(yùn)行信息、計劃系統(tǒng)的列車開行計劃、施工調(diào)度系統(tǒng)的線路施工信息，以及機(jī)務(wù)段機(jī)務(wù)運(yùn)安系統(tǒng)中的機(jī)車狀態(tài)信息。本系統(tǒng)采用多信息采集匯總的方式，對能改變機(jī)車位置、狀態(tài)的信息進(jìn)行開放式采集，確保機(jī)車運(yùn)行軌跡信息的實時性和全面性，為編制合理高效的機(jī)車運(yùn)用計劃、計算機(jī)車運(yùn)用指標(biāo)提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)接口，采取被動接收或主動輪詢等多種方式，剔除重復(fù)數(shù)據(jù)后將有效數(shù)據(jù)存入主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)治理

對采集的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查、處理，準(zhǔn)確生成機(jī)車運(yùn)行軌跡的是本系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵，本文設(shè)計的機(jī)車運(yùn)行軌跡查詢模塊實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的有效性檢查，確保了機(jī)車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)的正確性，同時，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)信息匹配補(bǔ)充，包括機(jī)車類型代碼、機(jī)車號、地點代碼、作業(yè)類型代碼等，并根據(jù)實際業(yè)務(wù)將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。對原始數(shù)據(jù)的有效性檢查主要包括以下方面。

（1）完整性檢查：包括機(jī)車檢修數(shù)據(jù)中的機(jī)車號、檢修類別、檢修開始時間、檢修地點等信息；機(jī)車出入庫數(shù)據(jù)中的機(jī)車號、出入庫地點、出入庫時間、出入庫車次等信息；機(jī)車運(yùn)用數(shù)據(jù)中的機(jī)車號、機(jī)車甩掛類型、機(jī)車作業(yè)地點，機(jī)車作業(yè)時間、列車車次等信息。

（2）合規(guī)性檢查：包括機(jī)車檢修數(shù)據(jù)中對應(yīng)不同的機(jī)車檢修類型，檢修地點不得違反相關(guān)部門機(jī)車檢修的規(guī)定，機(jī)車計劃甩掛車數(shù)據(jù)應(yīng)滿足規(guī)定的最小交路時間等。

（3）沖突性檢查：包括對于任一部機(jī)車的機(jī)車檢修數(shù)據(jù)、機(jī)車出入庫數(shù)據(jù)、機(jī)車運(yùn)用數(shù)據(jù)的檢查，這3 種數(shù)據(jù)之間不應(yīng)該存在時間維度上的沖突。

4 系統(tǒng)應(yīng)用與優(yōu)化

4.1 應(yīng)用效果

機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)目前已在金溫鐵道開發(fā)有限公司正式運(yùn)行，主要用于調(diào)度中心機(jī)車調(diào)度、機(jī)務(wù)段運(yùn)轉(zhuǎn)中心等相關(guān)崗位，其主界面如圖4 所示。

圖4 機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)主界面

（1）機(jī)車周轉(zhuǎn)圖自動生成

通過與列車調(diào)度指揮系統(tǒng)、調(diào)度集中系統(tǒng)及機(jī)務(wù)系統(tǒng)的結(jié)合，實現(xiàn)了機(jī)車實際周轉(zhuǎn)圖的自動勾畫，有效減輕調(diào)度員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。

（2）機(jī)車信息上下級聯(lián)動

通過機(jī)車檢修獲取機(jī)車檢修信息，實現(xiàn)該信息的實時上下級聯(lián)動，讓調(diào)度員可以實時掌握機(jī)車檢修的情況；同時，機(jī)輛部通過機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)可以查看在途機(jī)車交路安排情況，也可以掌握列車運(yùn)行計劃。

（3）豐富了機(jī)車信息查詢手段

通過對出入庫信息及檢修信息的自動采集、匯總、計算，自動生成機(jī)車運(yùn)用統(tǒng)計信息，調(diào)度員在一個界面下就可以查看每臺機(jī)車的運(yùn)用統(tǒng)計結(jié)果；將機(jī)車實時分布情況以圖表的方式展現(xiàn)出來，讓調(diào)度員對機(jī)車當(dāng)前分布情況一目了然，便于機(jī)車后續(xù)工作的安排。

4.2 優(yōu)化方向

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況，本系統(tǒng)還可以在以下2 個方面進(jìn)行功能提升。

（1）擴(kuò)展信息源，豐富機(jī)車運(yùn)行軌跡

在機(jī)車檢修信息中，本系統(tǒng)能獲取到機(jī)車實際檢修和計劃檢修信息，但是，對機(jī)車狀態(tài)信息的掌握還僅限于運(yùn)用狀態(tài)。后續(xù)通過擴(kuò)展與機(jī)車檢修系統(tǒng)的接口，在機(jī)車運(yùn)行軌跡中增加機(jī)車故障提報的信息節(jié)點[9]，可使工作人員在機(jī)車運(yùn)行軌跡表中完整查看機(jī)車故障提報的時間節(jié)點和提報內(nèi)容，以及故障對應(yīng)的機(jī)車檢修類型、開始結(jié)束時間、地點等。

（2）擴(kuò)展機(jī)車運(yùn)行軌跡的應(yīng)用

可通過對大量的機(jī)車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合日班計劃中列車計劃信息、機(jī)車檢修、整備計劃信息，輔助完成機(jī)車日班計劃交路圖的自動鋪畫[10]。

5 結(jié)束語

本文依據(jù)列車開行計劃、列車實時運(yùn)行信息、機(jī)車實時狀態(tài)信息，設(shè)計機(jī)車調(diào)度管理系統(tǒng)，輔助機(jī)車調(diào)度員完成機(jī)車運(yùn)用計劃的編制，并對機(jī)車運(yùn)用指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計；同時，該系統(tǒng)打通機(jī)務(wù)相關(guān)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的壁壘，實現(xiàn)信息互通，在此基礎(chǔ)上，通過自動生成精確的機(jī)車全生命周期運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)，為機(jī)車運(yùn)用提供更清晰的優(yōu)化參考，顯著改善現(xiàn)有機(jī)車調(diào)度、統(tǒng)計等工作效率低下、數(shù)據(jù)傳遞不暢等情況，為機(jī)車調(diào)度工作提供了有力的技術(shù)支撐。