城市軌道交通智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

趙俊華，張 銘，宣秀彬

（1.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

城市軌道交通施工維修業(yè)務(wù)要求在不影響日常生產(chǎn)運(yùn)營基礎(chǔ)上進(jìn)行施工，由于軌道施工作業(yè)較多，作業(yè)間沖突情況復(fù)雜[1-3]，完全依靠人工組織和判斷容易出現(xiàn)錯(cuò)漏，影響施工安全。目前，在城市軌道交通施工調(diào)度管理工作中，沒有線上的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息化辦公，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顆粒度不夠細(xì)，頻度不夠高；數(shù)據(jù)多為信息孤島，難以及時(shí)、透明地了解施工進(jìn)展及過程；缺乏基于大數(shù)據(jù)、智能化的數(shù)據(jù)分析評(píng)估應(yīng)用。在此背景下，追求智能、簡單、高效的運(yùn)營管理成為基本趨勢(shì)，以先進(jìn)的信息技術(shù)、智能技術(shù)為輔助進(jìn)行施工管理是提高管理效率、降低錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)的必然選擇[4-8]。通過建立信息化智能施工調(diào)度管理平臺(tái)，由傳統(tǒng)的靠人工、靠經(jīng)驗(yàn)施工調(diào)度方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭肯到y(tǒng)、靠數(shù)據(jù)的信息化、智能化方式，能夠?qū)崿F(xiàn)施工計(jì)劃工作電子化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，有效減輕施工監(jiān)控人員的工作量和工作強(qiáng)度,減少安全隱患，規(guī)范施工調(diào)度管理流程，加強(qiáng)施工作業(yè)的監(jiān)管力度，確保施工組織的安全、高效和有序進(jìn)行。

本文基于城市軌道交通運(yùn)營施工管理現(xiàn)狀進(jìn)行需求分析，提出了智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)解決方案，通過資源沖突智能檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)施工沖突的自動(dòng)化判定，采用工作流技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)的流程化管理。

1 智能施工調(diào)度管理系統(tǒng)需求

城市軌道交通運(yùn)營施工管理是在城市軌道交通運(yùn)營施工任務(wù)中協(xié)調(diào)各專業(yè)對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行維修保養(yǎng)的施工作業(yè)管理，以達(dá)到控制整個(gè)施工范圍與進(jìn)度的目的。

施工管理信息化目的是為了作業(yè)的電子化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)通過業(yè)務(wù)流程把施工調(diào)度管理過程中的全部作業(yè)統(tǒng)一管理起來，同時(shí)通過流程把相關(guān)的安全控制規(guī)則建立起來，確保施工組織更加安全、高效、有序、規(guī)范地進(jìn)行。

在施工調(diào)度管理作業(yè)中，按照施工計(jì)劃的全生命周期可將其劃分為施工計(jì)劃管理、施工執(zhí)行管理、施工統(tǒng)計(jì)分析3個(gè)階段。

1.1 施工計(jì)劃管理

施工計(jì)劃管理是進(jìn)行施工計(jì)劃編制、審批、修訂、發(fā)布的階段，主要實(shí)現(xiàn)上報(bào)施工計(jì)劃、審批流程、施工行車通告及作業(yè)令管理等功能。為保證施工作業(yè)安全，在施工作業(yè)前需先做好施工作業(yè)計(jì)劃，對(duì)施工中的資源沖突進(jìn)行智能計(jì)算后排除。施工計(jì)劃包括了月計(jì)劃、周計(jì)劃、臨時(shí)搶修計(jì)劃等，所有計(jì)劃經(jīng)批準(zhǔn)后，都反映在《施工行車通告》中，形成的作業(yè)令將成為施工請(qǐng)點(diǎn)的依據(jù)。

在施工計(jì)劃管理階段作業(yè)流程需滿足：（1）施工計(jì)劃批準(zhǔn)后，即生成施工作業(yè)令；（2）已生成施工作業(yè)令的施工計(jì)劃，才能進(jìn)行施工執(zhí)行管理階段作業(yè)；（3）施工作業(yè)涉及接觸網(wǎng)作業(yè)及高壓供電設(shè)備檢修作業(yè)時(shí)，進(jìn)行供電工作票管理流程；（4）對(duì)施工過程中需要?jiǎng)踊鹆畹?，需完成?dòng)火令的審批流程。下面以施工計(jì)劃和動(dòng)火令管理業(yè)務(wù)為例，分別對(duì)其流程進(jìn)行具體說明。

1.1.1 施工計(jì)劃管理業(yè)務(wù)流程

在施工計(jì)劃管理業(yè)務(wù)流程中，涉及施工計(jì)劃間沖突檢測(cè)、資源占用檢測(cè)等沖突檢測(cè)，系統(tǒng)通過建立各沖突檢測(cè)模型，制定沖突檢測(cè)規(guī)則庫，在計(jì)劃編制時(shí)，調(diào)用沖突模型，從而達(dá)到檢測(cè)目的。施工計(jì)劃管理的業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

1.1.2 動(dòng)火令管理業(yè)務(wù)流程

在施工計(jì)劃編制過程中，施工作業(yè)需用到動(dòng)火的，按動(dòng)火令管理流程辦理相關(guān)手續(xù)，辦理流程如圖2所示。

圖2 動(dòng)火令管理流程

1.2 施工執(zhí)行管理

施工單位根據(jù)制定好的施工計(jì)劃，獲得簽發(fā)《施工作業(yè)令》后，施工人員可以到站點(diǎn)或車廠開始進(jìn)行請(qǐng)點(diǎn)作業(yè)。

在施工執(zhí)行管理業(yè)務(wù)流程中，包含主站請(qǐng)銷點(diǎn)、多層輔站請(qǐng)銷點(diǎn)嵌套、停送電、掛拆地線等操作。其中，是否需要輔站配合、停送電和拆掛地線，需依據(jù)作業(yè)類型進(jìn)行判決。

在施工執(zhí)行管理階段作業(yè)流程需滿足：（1）為保證施工作業(yè)安全，涉及接觸網(wǎng)工作的作業(yè)需完成停電工作，由施工人員填寫停電申請(qǐng)單交由相關(guān)部門審批，審批通過后開始停電；（2）對(duì)不符合停電要求的申請(qǐng)單進(jìn)行駁回，修改后可再次申請(qǐng)；（3）接觸網(wǎng)停電后，為保證作業(yè)區(qū)域的安全，還要進(jìn)行掛地線申請(qǐng)及審批操作；（4）掛地審批通過后，才能進(jìn)入施工作業(yè)；（5）施工完成后，需確認(rèn)線路是否出清、設(shè)備是否恢復(fù)正常，對(duì)符合條件的作業(yè)才可進(jìn)行拆除掛接地線；（6）完成拆除地線的作業(yè)可申請(qǐng)送電，通過系統(tǒng)進(jìn)行送電申請(qǐng)、審批等操作；（7）作業(yè)完畢后，施工人員還需要進(jìn)行銷點(diǎn)，通過填寫銷點(diǎn)單，經(jīng)相關(guān)人員審批，批準(zhǔn)后整個(gè)施工作業(yè)流程完成。下面以請(qǐng)銷點(diǎn)和調(diào)度令管理業(yè)務(wù)為例，分別對(duì)其流程進(jìn)行具體說明。

1.2.1 請(qǐng)銷點(diǎn)管理業(yè)務(wù)流程

主輔站請(qǐng)點(diǎn)遵循“請(qǐng)點(diǎn)時(shí)，只有主站單批準(zhǔn)后，輔站單才能批準(zhǔn)。銷點(diǎn)時(shí)，只有所有輔站單銷點(diǎn)批準(zhǔn)后，主站單才能批準(zhǔn)銷點(diǎn)”的基本原則，主站請(qǐng)點(diǎn)未批準(zhǔn)，輔站不能請(qǐng)點(diǎn)，輔站施工結(jié)束后，施工責(zé)任人確認(rèn)線路出清后向輔站銷點(diǎn)。主站施工作業(yè)結(jié)束后，施工負(fù)責(zé)人確認(rèn)線路出清后到車站銷點(diǎn)。

1.2.2 調(diào)度令管理業(yè)務(wù)流程

為保證運(yùn)輸秩序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)處理區(qū)間內(nèi)的突發(fā)情況，確保調(diào)度發(fā)布的信息準(zhǔn)確有效地傳達(dá)給各信息接收者，通過信息化手段實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令的編制、發(fā)布、接收監(jiān)控等功能。調(diào)度命令必須審批通過，才允許發(fā)布。發(fā)布后，所有受令端接收調(diào)度命令后，調(diào)度命令完成。調(diào)度命令主要涉及電力調(diào)度、環(huán)設(shè)調(diào)度、行車調(diào)度、值班調(diào)度長等命令，如環(huán)設(shè)調(diào)度命令發(fā)布流程，如圖3所示。

圖3 環(huán)設(shè)調(diào)度命令發(fā)布流程

1.3 施工統(tǒng)計(jì)分析

施工統(tǒng)計(jì)分析是指在施工結(jié)束后，通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析功能，例如施工作業(yè)令、行車通告、計(jì)劃的兌現(xiàn)率、計(jì)劃的執(zhí)行率等重要報(bào)表和數(shù)據(jù)的查詢；利用數(shù)據(jù)挖掘及展現(xiàn)技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、歸并，形成各種主題的多維數(shù)據(jù)，按主題、成體系地加以呈現(xiàn)，幫助用戶從不同角度觀察、分析數(shù)據(jù)，聚焦趨勢(shì)規(guī)律，為宏觀管理和決策支持提供深層次的數(shù)據(jù)參考。

2 算法及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 施工資源沖突智能檢測(cè)

在施工作業(yè)中涉及所需要的時(shí)間、作業(yè)區(qū)間、用電區(qū)域等寶貴資源，施工調(diào)度管理系統(tǒng)中施工計(jì)劃編制、請(qǐng)銷點(diǎn)、停送電和拆掛地線模塊均涉及到資源沖突檢測(cè)。沖突的作業(yè)是不可實(shí)施的，必須對(duì)有沖突的施工作業(yè)進(jìn)行調(diào)整。

資源沖突檢測(cè)是將本次施工計(jì)劃屬性與別的施工計(jì)劃屬性、作業(yè)區(qū)域時(shí)刻表請(qǐng)點(diǎn)單屬性、拆掛地線單屬性、停送電單屬性、供電區(qū)域?qū)崟r(shí)狀態(tài)、地線實(shí)時(shí)狀態(tài)等進(jìn)行比較，如果兩個(gè)施工作業(yè)中的屬性值與沖突規(guī)則庫匹配，則存在沖突。對(duì)不符合條件的計(jì)劃彈出錯(cuò)誤提示框，并提示出錯(cuò)原因，需要通過反復(fù)進(jìn)行計(jì)劃修正和沖突檢測(cè)工作，直到?jīng)_突消除為止。

為檢測(cè)資源間的沖突，采取以下措施：（1）對(duì)施工計(jì)劃作業(yè)屬性增加優(yōu)先級(jí)，如對(duì)于搶修作業(yè)具有最高的優(yōu)先級(jí)，原則上優(yōu)先安排這類型作業(yè)；（2）對(duì)施工作業(yè)數(shù)據(jù)添加唯一性屬性，自動(dòng)判斷對(duì)其他施工作業(yè)的影響程度，如對(duì)某一區(qū)段進(jìn)行封鎖線路的施工，則在封鎖區(qū)域內(nèi)不能進(jìn)行別的施工作業(yè)；（3）依據(jù)施工作業(yè)的起止時(shí)間、作業(yè)區(qū)域、防護(hù)區(qū)域等進(jìn)行比較，同時(shí)出現(xiàn)時(shí)構(gòu)成沖突。

資源沖突智能檢測(cè)基本算法結(jié)構(gòu)如圖4所示，其具體算法如下。

圖4 沖突檢測(cè)基本算法框架

（1）創(chuàng)建沖突檢測(cè)引擎實(shí)例

（2）初始化數(shù)據(jù)

獲取沖突檢測(cè)流程中配置的沖突檢測(cè)規(guī)則庫，將規(guī)定好的優(yōu)先級(jí)參數(shù)設(shè)置到實(shí)例中，初始化規(guī)則數(shù)據(jù)；同時(shí)可以設(shè)置其他相關(guān)的控制參數(shù)，如沖突最大數(shù)閾值；初始化資源數(shù)據(jù)。

（3）調(diào)用引擎實(shí)例

依據(jù)優(yōu)先級(jí)依次調(diào)用沖突檢測(cè)規(guī)則庫中規(guī)則的validate方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)檢測(cè)出的各種沖突進(jìn)行分類，計(jì)算出沖突的資源。

（4）輸出沖突檢測(cè)結(jié)果

（5）優(yōu)化并重復(fù)檢測(cè)

對(duì)優(yōu)化后的施工作業(yè)再次進(jìn)行沖突檢測(cè)，為避免新的沖突，重復(fù)進(jìn)行（1）～（4），直至沖突消除。

系統(tǒng)自定義沖突檢測(cè)規(guī)則，通過規(guī)則引擎配置相關(guān)檢查點(diǎn)，合理分配有限資源，避免人為判斷引發(fā)的資源沖突問題，同時(shí)減輕人員管理的負(fù)擔(dān)，提高施工計(jì)劃的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。

2.2 工作流Activiti技術(shù)

在施工執(zhí)行管理業(yè)務(wù)流程中，原則上每一項(xiàng)施工作業(yè)設(shè)置唯一請(qǐng)點(diǎn)站，當(dāng)某一項(xiàng)施工需輔站配合方可進(jìn)行時(shí)，涉及輔站請(qǐng)銷點(diǎn)；對(duì)于多個(gè)輔站情形，所有的輔站請(qǐng)點(diǎn)完成后方可進(jìn)入停送電管理，而所有的輔站銷點(diǎn)完成后主站才可銷點(diǎn)。涉及停送電、拆掛地線業(yè)務(wù)時(shí)，需完成停送電管理、拆掛地線管理業(yè)務(wù)流程。即利用Activiti多個(gè)并發(fā)子流程[9]，其示意圖如圖5所示。

圖5 并發(fā)子流程示意圖

3 系統(tǒng)架構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

施工調(diào)度管理系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境主要由系統(tǒng)服務(wù)器和設(shè)置于各部門中心的客戶端組成，通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)將其連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互、系統(tǒng)的硬件及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ汀Ｆ渲袘?yīng)用服務(wù)器采用B/S架構(gòu)開發(fā)部署，為整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理的核心，完成施工計(jì)劃管理、執(zhí)行管理等各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲(chǔ)系統(tǒng)中的各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)基于JavaWeb技術(shù)，后臺(tái)采用Spring restful方式發(fā)布接口，前端采用JSP 和 Jquery，運(yùn)用Mysql數(shù)據(jù)庫對(duì)施工調(diào)度管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，其示意架構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用分層架構(gòu)體系，客戶端通過瀏覽器形式實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)和表示邏輯的分離；業(yè)務(wù)邏輯層采用Spring框架，通過統(tǒng)一接口平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)外部系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集成與數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)訪問層實(shí)現(xiàn)Java類到數(shù)據(jù)表的映射；數(shù)據(jù)層存儲(chǔ)系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)字典數(shù)據(jù)等信息。

3.2 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)按施工調(diào)度管理階段劃分為施工計(jì)劃管理、施工執(zhí)行管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表3個(gè)模塊，如圖7所示。

圖7 施工調(diào)度管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

施工計(jì)劃管理模塊主要包括計(jì)劃管理、供電工作票管理、作業(yè)令管理、動(dòng)火令管理；施工執(zhí)行管理模塊主要包括請(qǐng)銷點(diǎn)管理、圖版展示、圖版實(shí)時(shí)信息列表、停送電管理、拆掛地線管理、調(diào)度令管理；統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊主要包括運(yùn)營日?qǐng)?bào)和施工KPI。

4 系統(tǒng)應(yīng)用案例

以某城市施工調(diào)度管理系統(tǒng)應(yīng)用為例，該系統(tǒng)運(yùn)行于運(yùn)營系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)，以配合施工作業(yè)順利開展并實(shí)時(shí)查看施工執(zhí)行情況，主要功能包括：施工計(jì)劃的編制、審批；施工執(zhí)行中的請(qǐng)銷點(diǎn)控制、停送電、拆掛地線管理；施工數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析及施工作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示等。

系統(tǒng)通過工單形式有效地把施工與設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)統(tǒng)一，合理分配施工作業(yè)資源，為運(yùn)營部門及生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃編制部門用戶提供便捷服務(wù)。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖版顯示每項(xiàng)作業(yè)施工執(zhí)行的進(jìn)度情況，以圖表形式實(shí)時(shí)監(jiān)控施工作業(yè)請(qǐng)銷點(diǎn)、停送電等一系列作業(yè)的計(jì)劃審批過程和執(zhí)行反饋情況，實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)進(jìn)度的統(tǒng)籌管控。界面以不同顏色顯示不同節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，詳細(xì)展示了作業(yè)區(qū)域、供電分區(qū)以及地線的實(shí)時(shí)占用情況等施工信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控圖版如圖8所示。

圖8 實(shí)時(shí)監(jiān)控圖版

5 結(jié)束語

本文針對(duì)城市軌道交通施工作業(yè)管理中作業(yè)間沖突情況復(fù)雜、資源利用率低、指揮效率低等問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于JavaWeb技術(shù)的施工調(diào)度管理系統(tǒng)，系統(tǒng)將工作流、并發(fā)子流程、沖突檢測(cè)等技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)了施工作業(yè)組織實(shí)施過程中的資源高效利用，滿足企業(yè)運(yùn)營管理信息化需求，提升了軌道交通運(yùn)營管理水平。