城市軌道交通智慧乘務綜合服務系統*

萬勇兵

(上海申通地鐵集團有限公司技術中心,201103,上海)

截至2022年12月數據統計,國內共有55個城市開通軌道交通運營線路308條,運營線路總長度為10 287.45 km,累計配屬列車10 425列,全年共完成客運量193.02億人次[1]。按每列車配備5名司機估算,全國每天有5.2萬名司機承擔著近5 300萬人次乘客的運輸任務。列車司機為關鍵崗位之一,在城市軌道交通運營過程中發揮著重要作用。通過調研發現,目前城市軌道交通運營企業大多采用人工方式對司乘進行管理,如在Excel表格中做排班計劃、手持對講機進行聯絡與定位、人工填寫報表統計工作量等。如何科學、系統、智能地安排司乘人員的出乘作業,是當前乘務管理信息化亟待重點解決的問題[2]。

當前,城市軌道交通乘務管理主要包括乘務排班、司機值乘、應急處置、計件薪酬統計、培訓管理等環節。基于貪心算法、優先隊列,并結合機器學習,設計和開發了適用于城市軌道交通運營管理的信息化系統和設備,是覆蓋司機出乘排班、派班、人員管理、績效核算等乘務管理主要環節的綜合性服務平臺——智慧乘務綜合服務系統(以下簡稱“智乘系統”)。該系統主要圍繞乘務管理的“計劃、生產、績效”三大核心業務需求,構建包含智能排班、自動派班、司機定位、績效計算等功能的乘務信息化平臺,優化生產效率、改進服務質量、提升管理效能[3]。

1 智乘系統總體需求

1.1 系統架構

智乘系統主要由手持終端設備、面向用戶功能端、后臺數據庫和動態展示端4部分組成,如圖1所示。手持終端可為司機及相關人員提供移動信息服務、人員位置跟蹤等功能。面向用戶功能端可為用戶提供排班、派班、數據查詢、績效計算等功能。動態展示端可提供獨立運行的實時動態管理界面,包括列車及人員實時位置動態顯示。

圖1 智乘系統構架圖

1.2 系統功能需求

針對城市軌道交通乘務管理在計劃、生產、績效等主要環節的信息化要求,智乘系統主要包括智能排班、自動工單、任務派發、司機定位、報單中心和績效統計等6個核心子模塊[4],如圖2所示。

圖2 智乘系統功能模塊

智能排班模塊主要是以列車運行圖為輸入,通過智能算法實現自動化司機出乘排班功能;自動派班模塊(自動工單、任務派發)支持通過以運營商短信或網絡即時消息等方式向司機推送值乘任務;司機定位模塊實現司機在司機室、車廂內(漫游)、站臺及其他車站區域的實時位置信息的收集與處理;人員績效模塊(報單中心、績效統計)可自定義配置,實現司機工作量統計和績效計算,并支持有人駕駛及無人駕駛兩種績效算法模型[5]。

2 智乘系統接口要求

2.1 內部接口

1) 派班接口。根據接收到的派班任務編號或派班日期執行派班操作,執行結果返回處理成功或處理失敗及原因,由手持端或面向用戶功能端調用。

2) 司機定位接口。用于接收位置信息,校驗位置信息是否正確,判斷列車位置與進站情況,執行結果返回處理成功或處理失敗及原因,由手持端調用。

3) 動態展示接口。根據線路號,查詢數據庫并返回該線路下屬的列車位置信息與司機信息,由展示端調用。

4) 績效查詢接口。根據組合查詢條件(如時間、人員、班組、線路等),返回對應的績效統計記錄以及對應的詳細記錄,由面向用戶功能端調用。

2.2 外部接口

1) 排班工具接口。接收并處理來自外部不同排班工具生成的數據,由智能排班系統調用。

由于發電機受到諸多因素的影響，可能在其運行過程中出現諸多故障或者不正常的運行狀態。為確保發電機在水輪發電機組運行的穩定性與高效性，就必須對其配置進行保護：

2) ATS(列車自動監控)系統接口。用于接收來自ATS的實時數據,包括列車車次號、列車實時位置等信息。

3) 列車智能運維系統接口。用于接收列車智能運維系統實時數據,包括列車車載信息、列車基本運行數據、列車關鍵系統的狀態信息等。

3 智乘系統設計

3.1 智能排班子系統

智能排班子系統按照排班目標和約束條件,利用機器學習算法,計算排班的最優解,實現排班輸入管理、任務生成及輪轉計算、方案可視化及輸出、排班結果統計等,其功能模塊如圖3所示。

圖3 智能排班子系統功能模塊

1) 排班輸入管理模塊。支持對所排班線路的線路信息、人員信息、列車運行計劃進行管理配置。

2) 排班目標和約束條件配置模塊。支持對各類約束條件進行組合與參數配置,對不同組合及其結果分方案進行保存,主要包括計算目標配置、時長類約束配置、乘務駐點配置、輪乘方案配置、輪轉模式配置、人員后備及復用配置等。

3) 排班任務生成及輪轉計算模塊。支持根據導入的運行圖和配置的約束條件自動生成符合要求的排班結果,單套運行方案(即一套運行圖)的任務生成用時不超過3 h。

5) 排班結果統計模塊。根據排班方案結果輸出各類統計指標,主要包括人員工時統計、關鍵指標統計、駕駛里程統計等。

3.2 自動工單算法

通過自動工單子系統,實現列車運行計劃管理、乘務作業段劃分、乘務作業段分配、排班模板統計等功能。自動工單算法流程如圖4所示。按照實際線路排班流程和規則設計快速生成自動工單算法,這樣即便每次更換運行圖,也可實現從列車運行計劃到排班模板的自動化編制。

圖4 自動工單算法流程圖

1) 導入運行計劃。支持Excel、XML等格式的車站時刻表,其中包含當前車站名稱、車次、始發站名稱、終點站名稱、到發時刻、停站時間、停站股道/站臺、運行方向等屬性。

2) 劃分乘務片段。用戶輸入輪乘點、輪乘時刻、出勤點等參數后,系統以輪乘點、存車點為分界對列車運行軌跡進行分割,得到乘務片段。每條乘務片段的開始時間和開始地點為該列車上一條乘務片段的結束時間和結束地點。

3) 生成乘務作業段。輸入乘務作業段最長時長和最短時長后,通過貪心算法將乘務片段合成為乘務作業段,從而使得每條乘務作業段可能包含多條乘務片段。

4) 生成匿名乘務作業包。輸入各班組的換班時刻和人數后,使用優先隊列將乘務作業段分配到匿名乘務作業包中,1個匿名乘務作業包對應1位司機全天的所有任務,但不指定該匿名乘務作業包所對應的具體司機。

3.3 線路數據庫配置

線路數據主要由線路基礎數據、線路輔助數據、設備信息、運行圖信息組成,如圖5所示。線路基礎數據包括線路信息、站場信息、站臺信息、線段描述等;線路輔助數據包括站邊關系、標準路徑、里程配置等;設備信息包括站臺信標、車輛信標;運行圖信息包括運行圖索引、運行圖詳情等。線路數據設計如表1所示。

表1 線路數據設計表

圖5 線路數據分類

4 智乘系統功能及應用

4.1 手持端

手持端為用戶提供兩種登錄方式:一是點擊智乘系統App啟動圖標,打開“登錄界面”,用戶可使用工號+密碼等傳統方式登錄系統;二是掃描司機工作證左下角二維碼實現快速登錄系統。用戶成功登錄后,點擊“開始值乘”實現一鍵上崗,此時默認為啟動“駕駛”工況,若為備車司機,則手動切換為“車內待命”。當處于值乘狀態時,手持端將持續掃描車內及車站的定位設備,并在首頁顯示當前位置。

4.2 面向用戶端

面向用戶端主要提供系統參數配置、線路數據配置、排班、派班等操作。如在線路數據配置中主要展示列車的起始站和終點站信息、當前站信息、下一站信息,以及列車到站、離站和停站時間等信息。

通過操作自動工單子系統,可自動生成排班模板。選擇運行圖,導入S班(特殊班,負責值乘特定列車)任務,然后分配班組,再分配格子,生成S班路牌。

一旦排班表確定后,派班子系統將根據預設的定時任務自動派發任務消息給指定司機。當司機結束當日所有值乘任務后,績效統計模塊會在后臺實時生成所有駕駛里程數據,并自動生成報表。

4.3 動態展示端

智乘系統中定位子系統可以實現動態展示、歷史定位、里程管理、里程統計、車廂巡視等功能。通過動態展示界面可實時查看司機與列車的實時位置與狀態。司機在值乘任務過程中,手持端會把掃描到的定位設備位置上報至智乘系統后臺,實現對定位數據的收集,通過歷史定位頁面可查詢歷史定位數據。通過里程管理頁面可查詢司機的每次值乘任務數據記錄,并可進行記錄的修改、新增、刪除等操作,實現對司機的駕駛里程進行管理的功能。通過車廂巡視頁面可查詢用戶在指定時間內的車廂巡視路徑數據,并可對該數據進行搜索、新增、修改、刪除等基本操作。

4.4 系統應用

智乘系統已在上海軌道交通10號線示范應用。通過對近9個月的數據進行統計分析(見表2)發現:可實現0.5人·d內快速生成排班及派班計劃,司機排班、派班效率提升近30倍。一方面解決了當前人工排班耗時長、難度高、應急服務場景下多職能隊伍人員即時調度等難題;另一方面可節省5%的工作人員。實現了多維度績效計算及評估,相比現有手工報單錄入,工作效率提升10倍以上。每年可節約紙質報單約5.2萬張。

表2 智乘系統應用數據統計分析

在CoMET(國際地鐵聯盟)定義的乘務管理關鍵績效指標方面,司機生產率提升了15.6%(數值 越大,指標表現越好),人車比下降了16.7%(數值越小,指標表現越好)[6]。由此可見,應用智乘系統后,上海軌道交通10號線的各項指標均已達到“省人、省時、精準、智能”的目標,具有較好的應用和參考價值,下一步將在上海軌道交通路網內推廣應用。

5 結語

城市軌道交通智慧乘務綜合服務系統是根據生產現場需求,基于貪心算法、優先隊列、機器學習等人工智能技術,設計并開發的適用于城市軌道交通運營管理的信息化系統和設備,彌補了乘務管理中的薄弱環節。工程應用表明:該系統提高了司機生產率、降低了人車比,有利于實現乘務管理提質增效;實現了乘務管理業務由傳統人工方式向數字化和智能化方向轉型。智乘系統將在上海軌道交通運營管理中發揮重要作用。