動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)與功能設(shè)計

保魯昆，劉文韜，朱 君

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所，北京 100081；2. 烏魯木齊鐵路局 烏魯木齊西站，新疆 烏魯木齊 830023）

截至2012年底，我國建成并且投入運營的客運專線里程達9356km，居世界第一位[1]。隨著客運專線網(wǎng)絡(luò)的逐漸形成，我國中高速動車組列車的開行范圍和開行距離均呈現(xiàn)大幅度提高，特別是長距離跨局開行的動車組的增多，尤其在發(fā)生動車組運用調(diào)整時，動車組配屬段(所)只能通過傳真或電話方式才能了解到動車組的狀態(tài)及其后續(xù)運用計劃。同時，由于目前各鐵路局動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)軟件功能不完善、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，不同鐵路局系統(tǒng)間存在數(shù)據(jù)交換障礙。因此，需要加強調(diào)度員和動車段(所)動車組運用管理。

1 動車組調(diào)度指揮現(xiàn)狀

通過對各鐵路局調(diào)度所動車運用管理系統(tǒng)調(diào)研，以及和相關(guān)調(diào)度員開展座談，目前動車組運用調(diào)度管理系統(tǒng)存在以下不足[2]。

（1）動車組運用計劃編制自動化程度較低。調(diào)度所在編制動車組運用日班計劃時，調(diào)度員首先通過傳真或網(wǎng)絡(luò)途徑，接收該鐵路局管轄范圍內(nèi)動車段(所)編制、擔(dān)當(dāng)?shù)膭榆嚱M運用計劃信息；然后調(diào)度員再從中國鐵路總公司信息交換網(wǎng)站獲取跨鐵路局動車組運用計劃信息，最后經(jīng)人工匯總形成該鐵路局動車組運用日班計劃再下發(fā)給基層站段。由于各鐵路局上傳的跨鐵路局動車組運用日班計劃信息格式不統(tǒng)一，需要調(diào)度員經(jīng)過拷貝、粘貼并修改后才能使用，這樣很容易出現(xiàn)錯誤。由于編制過程調(diào)度員人工作業(yè)較多，動車組運用計劃數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一格式標準，導(dǎo)致整個編制過程自動化程度不高，特別是當(dāng)跨鐵路局動車組運用計劃出現(xiàn)調(diào)整時，由于更新不及時更容易產(chǎn)生錯誤，從而影響調(diào)度指揮工作。

（2）無周轉(zhuǎn)圖形式顯示動車組運用計劃和記錄運用實績。目前動車組運用日班計劃多數(shù)以表格文字形式描述，表格文字形式不能形象直觀地表達動車組運用的周轉(zhuǎn)車站、周轉(zhuǎn)接續(xù)時間及出入段地點，調(diào)度員無法直觀地查看各動車組周轉(zhuǎn)接續(xù)關(guān)系。另外，當(dāng)動車組完成其擔(dān)當(dāng)?shù)牧熊嚭鬅o法以周轉(zhuǎn)圖的形式自動記錄其運用實績，動車組運用周轉(zhuǎn)實績需要調(diào)度員手工繪制。

（3）調(diào)度員對動車組運用狀態(tài)和運用環(huán)境信息掌握不全。動車組運用狀態(tài)和環(huán)境信息包括動車組所處位置的線路曲線、坡度、橋梁和隧道，風(fēng)、雨、雪、地震和異物侵限等防災(zāi)設(shè)備的報警狀態(tài)，以及動車組整備狀態(tài)、檢修進度、在線速度等，調(diào)度臺缺少相應(yīng)的終端進行復(fù)式顯示。以上這些信息分別由不同的工種提供和維護，動車調(diào)度員需要通過電話或傳真方式了解并且核實信息，不利于調(diào)度員對動車組的運用管理。

（4）動車組運用調(diào)整不夠靈活。當(dāng)動車組因故障或列車運行紊亂等情況無法正常執(zhí)行動車組日班計劃時，需要動車調(diào)度員、動車段(所)和列車調(diào)度員協(xié)同完成對動車組運用日班計劃的調(diào)整。目前的調(diào)整方法是采用備用動車組替代方式，由于備用動車組數(shù)量有限，在發(fā)生大面積晚點或故障動車組增多時就會出現(xiàn)無備用動車組可用的局面，影響列車運行計劃的正常執(zhí)行。

2 動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)設(shè)計

匯總調(diào)度員在動車組調(diào)度指揮實際工作中的各種業(yè)務(wù)需求，采用目前主流的面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(Service-Oriented Architecture，SOA)設(shè)計思想，設(shè)計并開發(fā)了動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)。動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)功能

動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)由以下功能組成。

（1）應(yīng)用功能：是指面向調(diào)度員的業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括計劃編制、綜合信息查詢、計劃調(diào)整、綜合監(jiān)視、打印和指標統(tǒng)計。

（2）統(tǒng)一登錄與分屏管理功能：允許不同的調(diào)度員在統(tǒng)一登錄界面登錄不同的調(diào)度臺，提供調(diào)度臺終端分屏管理的功能。

（3）系統(tǒng)管理與日志記錄功能：該模塊對用戶身份及安全登錄認證進行管理，并且能夠?qū)τ脩舻牟僮鬟M行記錄。

（4）數(shù)據(jù)交換功能：動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)通過信息共享平臺獲取需要的計劃和動態(tài)數(shù)據(jù)，也通過該共享平臺將動車組運用的相關(guān)數(shù)據(jù)提供給其他系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)適應(yīng)性

圖1 動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖

由于各調(diào)度工種的工作內(nèi)容和調(diào)度臺間的管轄范圍需要經(jīng)常調(diào)整，系統(tǒng)在設(shè)計時充分考慮了其適應(yīng)性，可以將不同的功能模塊配置給不同的調(diào)度工種，也可以隨時調(diào)整不同調(diào)度臺間的管轄范圍。另外，系統(tǒng)采用 SOA 架構(gòu)降低了各功能模塊之間的耦合度，當(dāng)用戶需求發(fā)生變化時系統(tǒng)開發(fā)人員能夠及時響應(yīng)用戶的需求，降低用戶等待時間。

2.3 系統(tǒng)擴展性

（1）橫向擴展：系統(tǒng)在橫向上允許管理人員配置多個動車組運用管理調(diào)度臺，并且其管轄范圍可以任意調(diào)整。

（2）縱向擴展：系統(tǒng)在縱向上能夠與基層站段和中國鐵路總公司的動車組運用管理系統(tǒng)充分銜接，實現(xiàn)計劃的接收、編制和下達，還可以與相鄰鐵路局實現(xiàn)動車組運用計劃的交換。

3 動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 系統(tǒng)模塊劃分

根據(jù)調(diào)度員日常工作需要，將動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)分為日班計劃編制、綜合信息查詢、綜合監(jiān)視、人工調(diào)整動車組運用計劃、打印和指標統(tǒng)計、系統(tǒng)日志6個功能模塊。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

3.2.1 動車組運用日班計劃編制模塊

動車組運用日班計劃編制模塊分為調(diào)度所和動車段(所)2個部分。動車段(所)首先根據(jù)列車運行日班計劃編制該鐵路局擔(dān)當(dāng)?shù)膭榆嚱M運用計劃，編制完成后發(fā)送到調(diào)度所；調(diào)度所接收到該鐵路局擔(dān)當(dāng)動車組運用計劃后，進行沖突檢查、修改和確認操作，然后調(diào)度所再主動從中國鐵路總公司 FTP 網(wǎng)站獲取跨鐵路局動車組運用計劃。由于各鐵路局提供的數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，系統(tǒng)提供了可以直接讀取并且自動篩選出該鐵路局需要的動車組運用計劃的功能，開發(fā)出友好界面供調(diào)度員手工輸入使用，并對輸入內(nèi)容能夠自動校核。

當(dāng)調(diào)度所編制完成動車組運用計劃后，系統(tǒng)能夠?qū)λ杏媱澾M行接續(xù)車站是否一致、接續(xù)時間是否符合車站作業(yè)標準、動車組運用時間和里程是否滿足修程修制的檢查[3]。對編制完成的動車組運用計劃，系統(tǒng)可以全部生成 Excel 報表，也可以只生成跨鐵路局列車的動車組運用計劃；根據(jù)編制完成的動車組運用計劃，系統(tǒng)還可以自動生成調(diào)度命令，供調(diào)度員下達至基層站段使用。

動車組運用日班計劃編制模塊最突出的特點是對動車組運用計劃的數(shù)據(jù)格式進行統(tǒng)一標準化，實現(xiàn)了動車段(所)與調(diào)度所之間計劃數(shù)據(jù)信息的無縫銜接，提供了便利的編輯修改和沖突檢查功能；同時，導(dǎo)出的數(shù)據(jù)能夠被其他系統(tǒng)或鐵路局直接使用。

3.2.2 綜合信息查詢模塊

綜合信息查詢模塊通過信息共享平臺從動車段(所)、客運段、機務(wù)段、調(diào)度監(jiān)督、安全防災(zāi)、CTC 等子系統(tǒng)接收相關(guān)數(shù)據(jù)，以表格或周轉(zhuǎn)圖的方式顯示，供調(diào)度員使用。在表格界面中，調(diào)度員可以查看動車組運用相關(guān)計劃、動車組當(dāng)前狀態(tài)、動車組履歷等。在周轉(zhuǎn)圖界面中，調(diào)度員可以查看列車運行調(diào)整計劃和動車組運用計劃。調(diào)度員可以在周轉(zhuǎn)圖界面中通過輸入車次查詢擔(dān)當(dāng)該車次的動車組編號、司機姓名、機械師信息，也可以通過輸入動車組編號查詢該動車組擔(dān)當(dāng)?shù)乃辛熊嚰俺鋈攵诬囌尽Ｍㄟ^表格和周轉(zhuǎn)圖界面，調(diào)度員可以全面了解動車組運用相關(guān)計劃和動車組當(dāng)前位置與狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3.2.3 綜合監(jiān)視模塊

綜合監(jiān)視模塊能夠從動車組運用周轉(zhuǎn)圖、接觸網(wǎng)供電狀態(tài)、行車監(jiān)視、維修與防災(zāi)、地理信息系統(tǒng)5個維度全面監(jiān)視動車組的運用環(huán)境和狀態(tài)。

動車組運用周轉(zhuǎn)圖監(jiān)視子模塊以航空線的形式顯示動車組的接續(xù)關(guān)系，構(gòu)成了動車組從出段到入段的完整運用過程，調(diào)度員從該圖中可以直觀看到動車組當(dāng)前的在線位置、動車組擔(dān)當(dāng)內(nèi)容及相關(guān)作業(yè)。

接觸網(wǎng)供電狀態(tài)監(jiān)視子模塊以圖形形式再現(xiàn)了線路區(qū)段內(nèi)供電臂是否帶電和開關(guān)狀態(tài)。行車監(jiān)視子模塊復(fù)視了區(qū)間和車站各種信號設(shè)備的占用狀態(tài)，并且顯示列車的早晚點信息。維修與防災(zāi)監(jiān)視子模塊可以在線路平縱斷面圖相應(yīng)的公里標處顯示風(fēng)、雨、雪、地震、異物的防災(zāi)報警，施工和維修信息。通過把以上3種信息上、中、下疊加顯示，采用公里標大致對齊的方式，調(diào)度員可以清晰地了解到動車組運行時所處的天空、地面環(huán)境及其自身狀態(tài)。

地理信息系統(tǒng)監(jiān)視子模塊包含線路位置與走向，線路附近的醫(yī)院、公安、維修基地、動車基地等信息，在地圖上附加列車運行位置、列車車次、早晚點時分和列車運行速度等信息。此外，在地理信息系統(tǒng)監(jiān)視子模塊還可以對重點列車設(shè)置監(jiān)視，系統(tǒng)界面將隨著重點列車的位置變化而變化。

通過將以上5個監(jiān)視子系統(tǒng)在多屏幕上合理配置，實現(xiàn)了動車組運行環(huán)境的三維立體綜合監(jiān)視，為應(yīng)急調(diào)度指揮提供了充足的信息。動車組運用綜合監(jiān)視界面如圖2所示。

3.2.4 人工調(diào)整動車組運用計劃

當(dāng)發(fā)生列車運行調(diào)整時，動車組運用計劃調(diào)整子模塊能夠自動接收列車運行調(diào)整計劃，并且以表格和周轉(zhuǎn)圖的形式顯示列車運行調(diào)整計劃和動車組運用計劃，動車組運用計劃顯示和調(diào)整界面如圖3所示。在接收到列車運行調(diào)整計劃后，系統(tǒng)自動校驗動車組運用計劃，如果存在動車組運用沖突，系統(tǒng)會通過聲音提示調(diào)度員，并且在圖形界面中以突出顏色顯示，調(diào)度員可以在上部的圖形界面中進行人工調(diào)整動車組運用計劃，也可以通過下部的表格界面調(diào)整動車組運用計劃，其中表格和圖形任一方調(diào)整，其他一方數(shù)據(jù)將隨之發(fā)生變化。

動車運用周轉(zhuǎn)圖界面中調(diào)整的方式主要包括以下方式。

（1）更換動車組：可以在列車的始發(fā)或終到站更換動車組，也可以在列車運行的中間站或區(qū)間更換動車組，更換動車組后該交路后續(xù)車次的擔(dān)當(dāng)動車組也隨即發(fā)生變化。

圖2 動車組運用綜合監(jiān)視界面

圖3 動車組運用計劃顯示和調(diào)整界面

（2）變更動車組出入段計劃：在周轉(zhuǎn)圖界面中通過添加、刪除出入段圖標實現(xiàn)動車組出入段計劃的變更。

（3）變更接續(xù)關(guān)系：系統(tǒng)提供了添加、刪除和交換接續(xù)關(guān)系以實現(xiàn)變更動車組運用計劃的功能，便于實現(xiàn)動車組運用計劃的靈活調(diào)整。

（4）變更動車組在站作業(yè)類型：可以在系統(tǒng)的圖形界面中變更動車組的在站作業(yè)類型，包括排污、上水等。

調(diào)整完成后，系統(tǒng)提供沖突自動檢測功能，如果存在沖突則繼續(xù)提示調(diào)度員進行調(diào)整，直至沒有沖突或調(diào)度員忽略該報警為止。同時，針對調(diào)整內(nèi)容系統(tǒng)將自動生成動車組調(diào)整的調(diào)度命令，經(jīng)過調(diào)度員檢查修改后即可以下達，節(jié)省了調(diào)度員人工輸入的時間[4-5]。

3.2.5 打印和指標統(tǒng)計

針對動車組運用周轉(zhuǎn)圖記錄的動車組運用實

績，系統(tǒng)提供了打印功能，在打印時可以設(shè)置紙張大小、方向和標題大小與位置。按照不同的統(tǒng)計維度，系統(tǒng)提供了對動車組運用各項指標進行統(tǒng)計的功能。統(tǒng)計維度主要包括動車段(所)、動車組型號、不同時間段；統(tǒng)計指標主要包括平均運用里程，最大、最小運用里程，平均運用時間，最長、最短運用時間，平均擔(dān)當(dāng)列車數(shù)，最多、最少擔(dān)當(dāng)列車數(shù)。統(tǒng)計指標能夠根據(jù)用戶需求生成 Excel 報表，用戶也可以選擇生成不同格式形狀的直觀圖形報表。

3.2.6 系統(tǒng)日志

系統(tǒng)日志模塊記錄了調(diào)度員使用過程中的主要操作內(nèi)容和操作步驟，以及一些錯誤信息。利用日志系統(tǒng)所記錄的信息可以為系統(tǒng)排錯，優(yōu)化系統(tǒng)的性能；或者根據(jù)這些信息調(diào)整系統(tǒng)的操作行為。根據(jù)日志信息可以還原出調(diào)度員對動車組運用計劃調(diào)整的時間、調(diào)整的方案、調(diào)整的內(nèi)容，在出現(xiàn)責(zé)任事故時為責(zé)任認定提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

有效的動車組運用管理，不僅可以提高運輸效率，還可以最大程度地節(jié)約運輸成本。動車組運用調(diào)度指揮系統(tǒng)不僅可以滿足調(diào)度員對動車組運用管理日常工作的基本需求，還豐富了調(diào)度員對動車組運用環(huán)境信息的掌握，為動車組的優(yōu)化運用創(chuàng)造了良好條件。目前該系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)完成，正處于上線使用前的調(diào)試優(yōu)化階段，上線后將根據(jù)用戶需求繼續(xù)優(yōu)化和完善系統(tǒng)功能。

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[1]中國經(jīng)濟網(wǎng).?全國鐵路工作會議召開[EB/OL].?(2013-01-17)[2013-09-08].?http://www.chnrailway.?com/news/20130117/0117431831.?html.

[2]張 峰，胡紀青.?動車組調(diào)度指揮的現(xiàn)狀及對策研究[J].?鐵道運輸與經(jīng)濟，2010，32(4)：41-44.

[3]聶 磊.?高速鐵路列車運行調(diào)整優(yōu)化理論與方法[D].?北京：北京交通大學(xué)，1999.

[4]趙 鵬.?高速鐵路動車組和乘務(wù)員運用的研究[D].?北京：北京交通大學(xué)，1998.

[5]王 瑩.?動車組運用計劃和乘務(wù)計劃的優(yōu)化方法研究[D].?北京：北京交通大學(xué)，2009.