基于工作流的城市軌道交通指揮中心輔助決策系統(tǒng)

■ 陳莉莉 李 冰 胡 波

基于工作流的城市軌道交通指揮中心輔助決策系統(tǒng)

■ 陳莉莉 李 冰 胡 波

結(jié)合城市軌道交通當前的發(fā)展形式和實際需求，論述在軌道交通指揮中心實現(xiàn)輔助決策系統(tǒng)的必要性。采用工作流思想設(shè)計的輔助決策處理流程，可以靈活實現(xiàn)各種輔助決策的邏輯，并協(xié)助調(diào)度員進行自動控制。分析軌道交通指揮中心輔助決策系統(tǒng)的特點與結(jié)構(gòu)，提出基于工作流的輔助決策系統(tǒng)詳細設(shè)計方案。

軌道交通指揮中心；輔助決策系統(tǒng)；工作流

0 引言

我國城市軌道交通已由單一線路階段進入網(wǎng)絡(luò)化運營的新階段，地鐵運營也演變成一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所涉及的專業(yè)多，維護的設(shè)備量大，處理的數(shù)據(jù)非常多，自動化程度高。研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)化運營應(yīng)急處理和決策需要的城市軌道交通指揮中心輔助決策支持系統(tǒng)，具有重要意義，有助于提高城市軌道交通系統(tǒng)乃至整個城市客運組織體系的安全性與可靠水平，為運營管理部門應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急事件接警、應(yīng)急處置方案生成、應(yīng)急處置過程監(jiān)控及應(yīng)急處置效果評價等提供輔助工具和技術(shù)支撐。

基于工作流的軌道交通指揮中心輔助決策系統(tǒng)（Decision Support System，DSS）是軌道交通指揮中心監(jiān)控軟件的重要組成部分。它針對軌道交通指揮中心半結(jié)構(gòu)化的決策問題，協(xié)助與指導(dǎo)調(diào)度員處置日常或緊急情況，是支持調(diào)度員進行決策活動的智能人機系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠為調(diào)度決策者提供所需的數(shù)據(jù)、信息和背景資料，幫助建立并維護決策模型，明確決策目標和進行問題的識別，提供各種備選方案，通過人機交互功能進行各種方案的分析、比較和判斷，為正確而且迅速的決策提供必要的支持，并可以進行自動或者半自動控制。針對地鐵運營中的空間封閉、人流量大、疏散困難等特點，對各種可能出現(xiàn)的各種緊急情況預(yù)先制定詳盡的處理流程。輔助決策系統(tǒng)整合了指揮中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，在處理日?；蚓o急情況過程中顯示相應(yīng)決策的處理流程，保證調(diào)度員能夠參照已制定好的相關(guān)規(guī)程進行操作，使調(diào)度員的工作能夠更容易、更有效率地進行。

1 軟件結(jié)構(gòu)

DSS系統(tǒng)基于BPMN2．0工作流的設(shè)計思想，支持BPMN標準。采用C/S架構(gòu)，工作站端的前臺應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)界面編輯、運行展示、歷史數(shù)據(jù)查詢功能，服務(wù)器端的后臺程序?qū)崿F(xiàn)邏輯計算、判斷、控制功能。DSS系統(tǒng)采用BPMN流程圖表現(xiàn)形式，管理員可以在界面上通過模塊的選擇與連線靈活地“畫出”決策的處理流程圖。該流程圖支持多路分支以及模塊間的組合，可以同時運行在多個調(diào)度員工作站上。不同的調(diào)度員工作站執(zhí)行不同的分支，系統(tǒng)內(nèi)部自動協(xié)調(diào)多個調(diào)度之間的并行操作。

DSS系統(tǒng)編輯調(diào)試工具啟動時，自動加載功能模塊以供用戶靈活編輯故障診斷圖模型，并集成拓撲檢查、模型存儲、數(shù)據(jù)管理、運算結(jié)果顯示等功能，是一個功能強大的圖形化操作平臺。后臺服務(wù)程序運行時，可動態(tài)加載數(shù)據(jù)庫中的決策流程，采用觸發(fā)方式對輸入點進行邏輯運算，并在界面上實時顯示執(zhí)行情況。應(yīng)用編輯運行工具與后臺程序之間通過消息總線進行同步和交互。DSS系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 DSS系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2 軟件功能

DSS系統(tǒng)軟件是用于軌道交通指揮中心進行輔助決策，并可以進行聯(lián)動、順控等的工具軟件，由編輯調(diào)試工具和后臺運行程序兩部分構(gòu)成。DSS系統(tǒng)參考BPMN標準，支持以工作流形式的流程圖定義方式，并按軌道交通指揮中心的要求對BPMN標準進行擴充。輔助決策系統(tǒng)的系統(tǒng)功能主要包括決策流程編輯、數(shù)據(jù)處理，故障觸發(fā)和運行監(jiān)督、應(yīng)急處理等。

DSS系統(tǒng)提供圖形化DSS應(yīng)用工具進行編輯。DSS應(yīng)用工具分為編輯模式和運行模式、歷史查詢模式。系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集功能。DSS系統(tǒng)根據(jù)決策流程，從各子系統(tǒng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，對過程狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集，同時監(jiān)視各集成系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，能夠直觀、快速顯示系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)。

（2）流程執(zhí)行，故障分析和判斷。定時計算，滿足條件時觸發(fā)相應(yīng)流程；為軌道交通指揮中心的自動監(jiān)控提供決策參考；實現(xiàn)信息資源共享，使軌道交通各設(shè)備之間能夠彼此協(xié)調(diào)、密切配合；負責軌道交通運營的正常進行，匯集各設(shè)備的正常狀態(tài)，提供各設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，完成協(xié)調(diào)管理，防止意外事故發(fā)生，達到輔助決策的效果。

（3）處理緊急、突發(fā)事件。軌道交通運營過程中，任何點上有緊急事件和突發(fā)事件的發(fā)生，都會對這種有序的運營造成破壞，處理不當會導(dǎo)致人民生命財產(chǎn)損失。事先制定好各種復(fù)雜的緊急、突發(fā)事件預(yù)案，有事件發(fā)生時，要求有一個能夠閉環(huán)控制，協(xié)助應(yīng)急處理的機構(gòu)，使秩序盡快地恢復(fù)，保證運營流暢，防止嚴重的事故發(fā)生。

（4）歷史查詢。查詢數(shù)據(jù)庫中輔助決策流程的歷史執(zhí)行情況，并顯示到歷史查詢界面。

（5）安全和權(quán)限管理。提供全線一致并唯一有效的權(quán)限控制。通過用戶編碼、密碼識別并分配操作權(quán)限來實現(xiàn)系統(tǒng)安全管理。所有用戶都必須經(jīng)過登錄過程才能訪問DSS系統(tǒng)。

3 實現(xiàn)方案

DSS系統(tǒng)后臺服務(wù)程序可以處理指揮系統(tǒng)多個關(guān)鍵性功能的應(yīng)用邏輯，由觸發(fā)方式執(zhí)行，后臺程序定期掃描并計算是否有流程觸發(fā)。

按照BPMN標準，DSS系統(tǒng)共有4種類型的模塊，分別為Event（事件）、Gateway（網(wǎng)關(guān)）、Process（流程）、Task（任務(wù)）。指揮系統(tǒng)啟動時，啟動后臺進程，讀取商用庫中DSS信息表，后臺程序讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，生成DSS控制流的樹結(jié)構(gòu)，并初始化消息總線，加載實時庫的各個流程信息，接收前臺應(yīng)用工具的重構(gòu)消息，運行已經(jīng)觸發(fā)的控制流，并按照控制流的邏輯流程逐一執(zhí)行流程中的各模塊。

DSS系統(tǒng)的后臺維護一個狀態(tài)機，通過狀態(tài)機來實現(xiàn)BPMN工作流的邏輯，確定當前動作模塊執(zhí)行完畢后的下一個跳轉(zhuǎn)狀態(tài)。DSS系統(tǒng)后臺程序框架見圖2。

圖2 DSS系統(tǒng)后臺程序框架

（1）初始化，載入DSS樹，并生成模塊關(guān)系表。

（2）維護觸發(fā)事件的映射表，并判斷是否觸發(fā)相應(yīng)的DSS流程樹。

（3）后臺的基本框架，維持一個活動模塊隊列，用一個狀態(tài)機控制轉(zhuǎn)向，空閑時定時掃描活動模塊隊列，根據(jù)當前模塊狀態(tài)，轉(zhuǎn)到下一節(jié)點。如果掃到活動模塊隊列里模塊初始狀態(tài)是等待，則運行該模塊的Run()函數(shù)，模塊狀態(tài)會被設(shè)為運行中。如果模塊屬性需要起新線程，起新線程運行該模塊，模塊運行結(jié)束時，狀態(tài)會被設(shè)置為通過或者失敗。如果掃到模塊狀態(tài)設(shè)置為通過或者失敗狀態(tài)，從狀態(tài)機獲取當前模塊的下級模塊向量放入隊列，并從活動隊列隊列移除當前模塊。

（4）在有各種事件發(fā)生時，觸發(fā)后臺計算，設(shè)置當前模塊狀態(tài)，將下一個模塊推入并運行。

4 結(jié)論

縱觀國內(nèi)外城市軌道交通的發(fā)展歷史，突發(fā)事件的應(yīng)急處理始終是運營管理的重點。保證軌道交通自動化過程的安全運行，需要輔助決策系統(tǒng)的支持。從軌道交通的控制層面考慮，各過程之間需要協(xié)調(diào)運行、有效銜接。實現(xiàn)信息資源共享，使軌道交通TCC運營管理過程中各設(shè)備之間能夠彼此協(xié)調(diào)、密切配合；保證軌道交通正常進行，完成協(xié)調(diào)管理，防止意外事故的發(fā)生，事先制定好各種復(fù)雜的緊急、突發(fā)事件的預(yù)案。有事件發(fā)生時，要求有一個能夠閉環(huán)控制，正確執(zhí)行預(yù)案的機構(gòu)，輔助決策，使秩序盡快地恢復(fù)，保證軌道交通運行流暢，防止嚴重的事故發(fā)生。隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，輔助決策系統(tǒng)在軌道交通指揮中心系統(tǒng)中將會得到更多的應(yīng)用。從實際使用看，輔助決策模型以及開發(fā)的軟件運行良好，提高了城市軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平，有效減少了人工干預(yù)。

[1] 許濤，李亮，徐漫江．城市軌道交通綜合監(jiān)控決策支持系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．都市快軌交通，2013(3)：21-24．

[2] 潘吉莉，李全飛．城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的輔助決策支持系統(tǒng)[J]．城市軌道交通研究，2010(12)：61-64．

[3] 許巧祥，江平．國產(chǎn)化軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]．現(xiàn)代城市軌道交通，2006(5)：8-10．

[4] 徐瑞華，滕靖． 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急指揮輔助決策支持系統(tǒng)的相關(guān)問題研究[J]． 城市公用事業(yè)，2010(3)：1-4．

[5] Bin F．Decision Support System(DSS)-Form，Development and Future[C]．Education Technology and Computer Science，2009：1 002-1 006．

陳莉莉：國電南瑞科技股份有限公司，工程師，江蘇 南京，210000

李 冰：國電南瑞科技股份有限公司，工程師，江蘇 南京，210000

胡 波：國電南瑞科技股份有限公司，高級工程師，江蘇南京，210000

責任編輯 王小紅

U239.5；U292.4

A

1672-061X（2015）04-0101-03