編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋 宇

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 國家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100081)

1 概述

編組站運(yùn)輸組織的核心是調(diào)度指揮。我國從20世紀(jì)80年代開始編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究，經(jīng)過20多年的不斷自主創(chuàng)新，逐步建立起以調(diào)度計(jì)劃為基礎(chǔ)，以信息化管理和自動(dòng)化控制為手段的調(diào)度指揮體系[1]，分別于2006年和2008年建成成都北編組站綜合集成自動(dòng)化系統(tǒng)(以下簡稱“CIPS系統(tǒng)”)和新豐鎮(zhèn)編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)(以下簡稱“SAM系統(tǒng)”)。CIPS系統(tǒng)和SAM系統(tǒng)將列車到達(dá)、解體、編組、出發(fā)、調(diào)度指揮和計(jì)劃管理等全部活動(dòng)過程作為一個(gè)不可分割的有機(jī)整體，形成智能閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了行車、調(diào)車指揮與執(zhí)行自動(dòng)化[2]，減少了調(diào)度人數(shù)，提高了調(diào)度效率。

CIPS系統(tǒng)和SAM系統(tǒng)在調(diào)度功能上，仍然以人工分配運(yùn)輸資源和人工編制調(diào)度計(jì)劃為主，調(diào)度自動(dòng)化的程度不高，存在的主要問題有：①局站不能協(xié)同推流。鐵路局集團(tuán)公司計(jì)劃調(diào)度員在鐵路局集團(tuán)公司運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)上推流，車站調(diào)度員在編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)上推流，2套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)沒有形成聯(lián)動(dòng)，推流結(jié)果始終存在差異，雙方需要不斷通過電話來確認(rèn)后續(xù)計(jì)劃。②本務(wù)機(jī)車調(diào)度手段較為落后。本務(wù)機(jī)車信息的采集和跟蹤沒有實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)化，鐵路局集團(tuán)公司機(jī)車調(diào)度員只掌握在途本務(wù)機(jī)車信息，車站調(diào)

度員只掌握在站本務(wù)機(jī)車信息，機(jī)務(wù)段調(diào)度員只掌握在段本務(wù)機(jī)信息，三方之間的本務(wù)機(jī)調(diào)度協(xié)調(diào)工作仍然依靠電話和紙筆。③編制計(jì)劃工作量大。班計(jì)劃和階段計(jì)劃完全依賴人工編制，調(diào)車作業(yè)計(jì)劃僅有解體計(jì)劃能夠自動(dòng)編制[3]。班計(jì)劃和階段計(jì)劃的編制質(zhì)量下降，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

近年來，中國鐵路總公司大力推行機(jī)車長交路運(yùn)轉(zhuǎn)制，對各鐵路局集團(tuán)公司主要編組站進(jìn)行了布局調(diào)整和擴(kuò)能改造，實(shí)施改編集中化[4]；各鐵路局集團(tuán)公司也進(jìn)一步強(qiáng)化了對編組站的集中領(lǐng)導(dǎo)，積極推行車站和機(jī)務(wù)段調(diào)度指揮一體化[5-6]，實(shí)行精細(xì)化調(diào)度[7]。通過研發(fā)局站機(jī)一體化的編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，解決好編組站實(shí)體資源與信息資源的鏈接關(guān)系[8-9]，把調(diào)度員從繁重的計(jì)劃編制和作業(yè)盯控中解放出來，對于提高編組站運(yùn)輸組織的質(zhì)量具有重要意義。

2 編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用工業(yè)級交換機(jī)組建調(diào)度中心網(wǎng)，應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用集群技術(shù)，接口服務(wù)器采用雙機(jī)熱備，調(diào)度核心業(yè)務(wù)全部運(yùn)行在虛擬化環(huán)境中。數(shù)據(jù)訪問采用高速緩存技術(shù)和負(fù)載均衡技術(shù)，與其他系統(tǒng)通過專門的接口服務(wù)器進(jìn)行安全隔離。編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）設(shè)置鐵路局集團(tuán)公司接口服務(wù)器、車站接口服務(wù)器和機(jī)務(wù)段接口服務(wù)器。將鐵路局集團(tuán)公司、車站和機(jī)務(wù)段的調(diào)度信息整合到一個(gè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，共享三方的運(yùn)輸調(diào)度數(shù)據(jù)，打通既有系統(tǒng)之間的信息壁壘，提高調(diào)度信息的準(zhǔn)確性、完整性和實(shí)時(shí)性。

圖1 編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Hardware structure of transportation dispatching automation system for marshalling station

（2）設(shè)置應(yīng)用服務(wù)器集群和數(shù)據(jù)庫集群。統(tǒng)一管理列車、機(jī)車、車輛信息，統(tǒng)一分配到發(fā)線、分類線、專用線、整備線、調(diào)機(jī)和乘務(wù)員資源，統(tǒng)一編制班計(jì)劃、階段計(jì)劃和調(diào)車作業(yè)計(jì)劃，并對計(jì)劃內(nèi)容、計(jì)劃時(shí)序進(jìn)行關(guān)聯(lián)、卡控和寫實(shí)。

（3）設(shè)置值班站長終端、總調(diào)度員終端、車站調(diào)度員終端和駐站機(jī)車調(diào)度員終端。把車站和機(jī)務(wù)段的調(diào)度員終端整合到一起，按照站機(jī)一體化的調(diào)度指揮模式，提供統(tǒng)一的運(yùn)輸資源管理界面和計(jì)劃圖表操作界面。

（4）設(shè)置分析查詢終端。采用瀏覽器客戶端，可以部署在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)網(wǎng)通達(dá)的任何地點(diǎn)，為管理人員提供調(diào)度員終端的復(fù)示界面和編組站運(yùn)輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析界面，提供實(shí)時(shí)查詢、歷史查詢和報(bào)表打印功能。

（5）設(shè)置系統(tǒng)監(jiān)控終端和數(shù)據(jù)維護(hù)終端。系統(tǒng)監(jiān)控終端用于監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、管理系統(tǒng)運(yùn)行日志、提供設(shè)備故障預(yù)警；數(shù)據(jù)維護(hù)終端按照部門職責(zé)設(shè)置用戶修改權(quán)限，用于管理維護(hù)列車運(yùn)行圖、機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、貨物列車編組計(jì)劃、站場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、機(jī)車車輛基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等信息。

（6）設(shè)置車號識別設(shè)備。安裝在進(jìn)站口、推峰線、牽出線、車站與外單位的分界線、機(jī)務(wù)段的出入口，與到達(dá)列車預(yù)確報(bào)、實(shí)際機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、列車到發(fā)階段計(jì)劃、調(diào)車作業(yè)計(jì)劃一起，共同構(gòu)成編組站機(jī)車車輛情報(bào)收集、身份識別和跟蹤定位體系。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)軟件按照“分層次、模塊化”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為公共服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和人機(jī)交互層3層，編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)軟件層次如圖2所示。

（1）公共服務(wù)層。該層由保證系統(tǒng)運(yùn)行所必需的通用程序組成，提供遠(yuǎn)程調(diào)用服務(wù)、權(quán)限服務(wù)、工作流服務(wù)、時(shí)鐘同步服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、文件服務(wù)、日志服務(wù)和通信服務(wù)，每種服務(wù)的狀態(tài)均可進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)程異常時(shí)由看門狗程序自動(dòng)重啟。

（2）應(yīng)用服務(wù)層。該層由實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)邏輯的程序組成，其中的情報(bào)、機(jī)車車輛、技術(shù)作業(yè)、線路4個(gè)模塊是系統(tǒng)的輸入，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊和策略模塊是系統(tǒng)的控制器，計(jì)劃模塊是系統(tǒng)的輸出結(jié)果，執(zhí)行寫實(shí)模塊是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，共同構(gòu)成系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

（3）人機(jī)交互層。該層由提供操作界面和監(jiān)控界面的終端程序組成，除提供與調(diào)度業(yè)務(wù)高度相關(guān)的班計(jì)劃表、車流推定表、列車階段計(jì)劃表、車站技術(shù)作業(yè)表、毛玻璃、機(jī)車交路圖、乘務(wù)員派班表、到發(fā)線占線板、整備場電子地圖界面外，還提供各種運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)報(bào)表、作業(yè)分析圖表、系統(tǒng)監(jiān)控和后臺(tái)數(shù)據(jù)可視化維護(hù)界面。

2.3 系統(tǒng)功能

編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)編組站運(yùn)輸資源的高效、集中、統(tǒng)一配置為目標(biāo)，將鐵路局集團(tuán)公司、車站和機(jī)務(wù)段在編組站的調(diào)度指揮聯(lián)動(dòng)起來，通過自動(dòng)編制調(diào)度計(jì)劃、自動(dòng)管理資源狀態(tài)、自動(dòng)卡控作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)編組站任務(wù)識別自動(dòng)化、資源配置自動(dòng)化和方案調(diào)整自動(dòng)化，主要功能如下。

圖2 編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)軟件層次Fig.2 Software hierarchy of transportation dispatching automation system for marshalling station

（1）鐵路局集團(tuán)公司、車站和機(jī)務(wù)段統(tǒng)一推算車流。在結(jié)存方面，從實(shí)際結(jié)存數(shù)中剔除各階段不能用于出發(fā)的車流、本務(wù)機(jī)和乘務(wù)員，分別計(jì)算上行系統(tǒng)和下行系統(tǒng)的有效結(jié)存，根據(jù)有效結(jié)存來推算上行系統(tǒng)和下行系統(tǒng)的出發(fā)計(jì)劃線。在列車到達(dá)計(jì)劃線方面，以列車運(yùn)行階段計(jì)劃、列車預(yù)確報(bào)、實(shí)際機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、乘務(wù)員待班計(jì)劃為依據(jù)。在列車出發(fā)計(jì)劃線方面，以鐵路局集團(tuán)公司日(班)列車工作計(jì)劃、基本列車運(yùn)行圖、貨物列車編組計(jì)劃為依據(jù)。每次推算后的推定結(jié)存、到達(dá)計(jì)劃線和出發(fā)計(jì)劃線都同步反饋給鐵路局集團(tuán)公司、車站和機(jī)務(wù)段，保證三方數(shù)據(jù)始終一致。

（2）自動(dòng)編制車站和機(jī)務(wù)段的調(diào)度計(jì)劃。在班計(jì)劃編制方面，以鐵路局集團(tuán)公司下達(dá)的日(班)列車工作計(jì)劃和機(jī)車工作計(jì)劃作為基本模板，接入機(jī)務(wù)段的機(jī)車定期檢修計(jì)劃和乘務(wù)員待班計(jì)劃，自動(dòng)補(bǔ)全出發(fā)列車的車流來源、機(jī)車型號，自動(dòng)計(jì)算各時(shí)段的車流結(jié)存，自動(dòng)計(jì)算中停時(shí)指標(biāo)；自動(dòng)生成天窗修計(jì)劃、配空計(jì)劃、貨場取送計(jì)劃、小運(yùn)轉(zhuǎn)開行計(jì)劃、調(diào)機(jī)整備計(jì)劃的推薦方案。在階段計(jì)劃編制方面，根據(jù)車流推算的結(jié)果自動(dòng)生成列車到發(fā)階段計(jì)劃。出發(fā)列車配流計(jì)劃、到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃和調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃，自動(dòng)生成機(jī)車交路計(jì)劃和乘務(wù)員叫班計(jì)劃。在調(diào)車作業(yè)計(jì)劃編制方面，按照到發(fā)階段計(jì)劃確定的作業(yè)時(shí)間、作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)線路、編組要求、機(jī)車交路，選取具體的列車、本務(wù)機(jī)、調(diào)機(jī)和車輛，規(guī)劃作業(yè)路徑，自動(dòng)生成調(diào)機(jī)作業(yè)計(jì)劃和本務(wù)機(jī)車作業(yè)計(jì)劃。

（3）驅(qū)動(dòng)和卡控編組站的作業(yè)過程。將階段計(jì)劃同時(shí)下達(dá)給車站和機(jī)務(wù)段各作業(yè)崗點(diǎn)，依次生成調(diào)車作業(yè)計(jì)劃，驅(qū)動(dòng)編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)辦理進(jìn)路，驅(qū)動(dòng)車站技術(shù)作業(yè)交互系統(tǒng)下達(dá)作業(yè)通知，驅(qū)動(dòng)機(jī)務(wù)運(yùn)用安全管理系統(tǒng)進(jìn)行乘務(wù)員叫班。將編組站的運(yùn)輸安全信息全部納入調(diào)度計(jì)劃的卡控范圍，包括施工和天窗修封鎖的線路不納入階段計(jì)劃，接觸網(wǎng)停電區(qū)域不安排本務(wù)機(jī)車作業(yè)計(jì)劃，超限列車必須分配超限股道，機(jī)車交路必須匹配列車編組內(nèi)容，列車出發(fā)運(yùn)行方向必須與實(shí)際編組內(nèi)容中的車流方向相符，車流、本務(wù)機(jī)車和乘務(wù)員必須滿足規(guī)定的接續(xù)時(shí)長。

2.4 系統(tǒng)流程

編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用人機(jī)協(xié)同、閉環(huán)驅(qū)動(dòng)的方式，把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力與人的應(yīng)變能力進(jìn)行結(jié)合。編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)流程如圖3所示。

（1）獲取外部情報(bào)。獲取鐵路局集團(tuán)公司班計(jì)劃、階段計(jì)劃、調(diào)度命令，獲取實(shí)際列車運(yùn)行圖、實(shí)際機(jī)車周轉(zhuǎn)圖，獲取施工計(jì)劃和天窗修計(jì)劃，獲取到達(dá)列車預(yù)確報(bào)等。

（2）篩選有效資源。根據(jù)獲取的情報(bào)信息，對站內(nèi)線路、機(jī)車、車輛、運(yùn)行線資源進(jìn)行有效性篩選，將施工停用的線路和運(yùn)行線，檢修、備用和非運(yùn)用的機(jī)車車輛從可用的有效資源中剔除；同步實(shí)際資源狀態(tài)，消除前序計(jì)劃的執(zhí)行偏差。

（3）制定調(diào)度策略。調(diào)度員根據(jù)上級調(diào)度命令和已完成計(jì)劃的評價(jià)結(jié)果，制定不同時(shí)段、不同區(qū)域、不同方向的運(yùn)輸資源調(diào)度策略，人工修改任務(wù)的優(yōu)先級和計(jì)算參數(shù)。

（4）生成調(diào)度計(jì)劃。根據(jù)可用的有效資源數(shù)量和調(diào)度策略的要求，推定可行的后續(xù)運(yùn)輸生產(chǎn)任務(wù)，并計(jì)算作業(yè)時(shí)間、作業(yè)順序、分配運(yùn)輸資源，生成調(diào)度計(jì)劃方案。

（5）防控作業(yè)過程。調(diào)度計(jì)劃方案經(jīng)調(diào)度員審核下達(dá)后成為正式的調(diào)度計(jì)劃，編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)務(wù)段運(yùn)用安全管理系統(tǒng)、機(jī)務(wù)整備管理系統(tǒng)嚴(yán)格按照計(jì)劃的內(nèi)容進(jìn)行作業(yè)自動(dòng)通知和設(shè)備自動(dòng)控制，對作業(yè)時(shí)序和作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行安全卡控。

圖3 編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)流程Fig.3 System control process of transportation dispatching automation system for marshalling station

（6）跟蹤作業(yè)進(jìn)度。編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、機(jī)務(wù)段運(yùn)用安全管理系統(tǒng)、機(jī)務(wù)段整備管理系統(tǒng)分別按照計(jì)劃對作業(yè)過程進(jìn)行跟蹤報(bào)點(diǎn)，上報(bào)作業(yè)實(shí)績。

（7）測量執(zhí)行偏差。測量實(shí)際作業(yè)內(nèi)容與計(jì)劃內(nèi)容的偏差，反饋偏差結(jié)果。當(dāng)偏差大于設(shè)定的閾值時(shí)，調(diào)整后續(xù)計(jì)劃的資源分配。

（8）評價(jià)運(yùn)營效果。統(tǒng)計(jì)運(yùn)輸生產(chǎn)指標(biāo)，將計(jì)劃指標(biāo)與實(shí)際指標(biāo)進(jìn)行對比和分析，為指定后續(xù)計(jì)劃的編制策略提供依據(jù)。

3 結(jié)束語

編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通過打通既有系統(tǒng)之間的信息壁壘，建立“推流—計(jì)劃—控制—評價(jià)”的閉環(huán)工作體系，強(qiáng)化了班計(jì)劃和階段計(jì)劃在調(diào)度指揮過程中的權(quán)威指導(dǎo)作用，提高了調(diào)度計(jì)劃的完整性、目的性和有效性；通過對計(jì)劃內(nèi)容進(jìn)行安全卡控，提高調(diào)車作業(yè)計(jì)劃編制的自動(dòng)化率，減輕了調(diào)度員的安全壓力和勞動(dòng)強(qiáng)度。目前，編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在襄陽北編組站試運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)受住了實(shí)踐檢驗(yàn)，取得了良好的應(yīng)用效果。隨著編組站運(yùn)輸調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)投入運(yùn)用并不斷穩(wěn)定，后續(xù)將逐步開展作業(yè)自動(dòng)評價(jià)機(jī)制和策略自動(dòng)生成機(jī)制的設(shè)計(jì)與研究工作，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能化水平。