城市軌道交通車輛基地運(yùn)營管理系統(tǒng)的研究

胡 鵬，肖寶弟

（蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州730070)

1 城市軌道交通車輛基地運(yùn)營現(xiàn)狀分析

城市軌道交通車輛基地由車輛段和停車場組成,車輛基地是城市軌道交通車輛檢修、停放和整備中心,其與正線車站相比,段內(nèi)線路、道岔密集,生產(chǎn)作業(yè)強(qiáng)度較高,涉及專業(yè)較多,且作業(yè)內(nèi)容主要集中在非運(yùn)營時(shí)段內(nèi),合理、科學(xué)地運(yùn)用人力、物力,高效發(fā)揮車輛段作業(yè),確保車輛段工作的有序開展,是全線作業(yè)組織的關(guān)鍵內(nèi)容[1-3]。國外城市軌道交通對車輛基地的運(yùn)營組織研究起步較早,日本新干線COSMOS系統(tǒng)將運(yùn)營管理、行車控制、檢修調(diào)度功能集于一身[4-5]。目前,我國新建的城市軌道交通線路一般采用基于通信的列車控制系統(tǒng),行車效率大大提高[6],隨之建成的車輛基地配套的運(yùn)營管理系統(tǒng)也較為完善,城市軌道交通正朝著信息化,綜合一體化的方向迅速發(fā)展[7-8]。但是,受車輛基地受正線系統(tǒng)制式的限制和歷史發(fā)展的影響,對于我國早期開通運(yùn)營的城市軌道交通線路,車輛基地部門眾多,調(diào)度管理相對較為落后,其運(yùn)營模式已經(jīng)難以滿足運(yùn)營需求[9-10],主要存在以下問題。

（1）調(diào)度信息不同步。城市軌道交通車輛基地車場調(diào)度、檢修調(diào)度、乘務(wù)派班等調(diào)度之間采用人工記錄和人工交換的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和更新。車輛位置、車號、股道停送電狀態(tài)信息人工確認(rèn),占線板表示磁條人工調(diào)整,收發(fā)車狀態(tài)更新緩慢,經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)時(shí)信息滯后的現(xiàn)象,調(diào)度之間對彼此信息的掌握不同步。例如,車場人員錄入車號和列車位置信息錯(cuò)誤耽誤車場調(diào)度人員執(zhí)行列車日運(yùn)營計(jì)劃,信號值班員因股道停送電信息掌握不及時(shí)導(dǎo)致司機(jī)駕駛列車駛?cè)霟o電區(qū),列檢信息掌握不及時(shí)導(dǎo)致非運(yùn)用列車出段,耽誤正線運(yùn)營。

（2）信息管理不集中。城市軌道交通控制中心(OCC)同車輛基地之間依靠車站自動列車監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)進(jìn)行協(xié)調(diào), 車輛基地的ATS分機(jī)功能單一,無法滿足。城市軌道交通車輛基地運(yùn)營過程中的各種需求,如車輛信息管理、乘務(wù)派班管理等。同時(shí),大部分ATS分機(jī)對段內(nèi)的情況僅限于掌握列車出入庫和車輛基地站場顯示,而對車輛基地內(nèi)部其他作業(yè)情況了解較為松散,如列車出庫計(jì)劃由行調(diào)編制后,通過紙質(zhì)單來告知各部門,缺乏可靠的信息管理。在城市軌道交通車輛基地內(nèi),一般要設(shè)置金屬占線板記錄和表示車號信息和車輛位置,而通過設(shè)置磁板的方式展現(xiàn)列車車號信息、列車位置信息、股道停送電信息等信息,一旦磁板滑落容易影響生產(chǎn)計(jì)劃。

（3）運(yùn)營管理不智能。城市軌道交通車輛基地內(nèi)生產(chǎn)計(jì)劃均為手動編制,例如通過填寫運(yùn)轉(zhuǎn)日志記錄運(yùn)營生產(chǎn)計(jì)劃和乘務(wù)排班信息,通過編寫發(fā)車計(jì)劃單安排車輛日運(yùn)營計(jì)劃等。同時(shí),車輛基地各部門間多以紙質(zhì)作業(yè)單和Excel表格對生產(chǎn)運(yùn)營信息進(jìn)行記錄,調(diào)度人員工作量大,出錯(cuò)率高,對歷史信息的追溯和分析統(tǒng)計(jì)顯得尤為困難。以雙周檢計(jì)劃為例,該表在Excel表格中通過不同的顏色顯示代表計(jì)劃的開始截止時(shí)間和定修計(jì)劃類型,并且注明檢修班組信息,雖然顯示較為直觀,但卻難以對全年車輛運(yùn)營狀態(tài)和人員作業(yè)情況進(jìn)行分析。由于各計(jì)劃由人工進(jìn)行記錄,使各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表無法自動生成,如車輛動態(tài)表、雙日檢作業(yè)記錄表和檢修臺賬等。

（4）流程管理不高效。受多方面因素的影響,城市軌道交通車輛基地內(nèi)調(diào)度流程繁復(fù),缺乏高效性。完成一次生產(chǎn)任務(wù)需要多部門直接反復(fù)進(jìn)行協(xié)作與確認(rèn)。以車輛基地流程為例,一是檢調(diào)根據(jù)列車運(yùn)行公里數(shù)、檢修碼表等信息安排車輛檢修、將運(yùn)用車輛信息以紙質(zhì)單的形式傳遞給場調(diào)人員。二是場調(diào)人員根據(jù)正線列車運(yùn)行圖要求和可運(yùn)用車輛信息編制列車日運(yùn)營計(jì)劃,同時(shí)將計(jì)劃作業(yè)單傳遞給地鐵運(yùn)營中心和車場乘務(wù)派班室,乘務(wù)派班室根據(jù)日運(yùn)營計(jì)劃編制乘務(wù)計(jì)劃,安排乘務(wù)人員工作。三是乘務(wù)人員依據(jù)計(jì)劃進(jìn)行出乘流程。四是根據(jù)場段調(diào)度辦理的進(jìn)路進(jìn)行作業(yè),場段調(diào)度員需要根據(jù)電力調(diào)度員提供的接觸網(wǎng)停送電狀態(tài)確保電客車正常運(yùn)轉(zhuǎn)[11]。

2 城市軌道交通車輛基地運(yùn)營管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于在城市軌道交通車輛基地日常生產(chǎn)運(yùn)營中出現(xiàn)的問題,亟需加快建設(shè)城市軌道交通運(yùn)營管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車輛基地內(nèi)調(diào)度關(guān)鍵信息實(shí)時(shí)共享,為基地內(nèi)各部門調(diào)度提供實(shí)時(shí)可靠的保障；控制中心與車輛基地關(guān)鍵信息共享,為控制中心(OCC)提供決策依據(jù)；實(shí)現(xiàn)車輛基地生產(chǎn)計(jì)劃自動編制,歷史信息可追溯,降低錯(cuò)誤率；精簡調(diào)度流程,精簡人員,降低生產(chǎn)作業(yè)人員勞動強(qiáng)度,減少運(yùn)營管理的成本。

2.1 系統(tǒng)功能需求分析

城市軌道交通運(yùn)營管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能。

（1）信息采集與共享功能。為各調(diào)度人員提供實(shí)時(shí)可靠的信息,采集和共享的信息包括列車位置信息、車輛基地內(nèi)接觸網(wǎng)停送電信息、列車運(yùn)用狀態(tài)信息、段內(nèi)生產(chǎn)施工信息。列車位置信息主要包括列車當(dāng)前股道占用信息和車號信息,給檢維調(diào)度和乘務(wù)人員提供可靠的數(shù)據(jù),降低崗位人員進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)時(shí)的錯(cuò)誤率。車輛基地內(nèi)接觸網(wǎng)停送電信息是直接通過系統(tǒng)對股道停送電狀態(tài)進(jìn)行采集,為行車調(diào)度提供股道狀態(tài)信息,一方面避免列車進(jìn)入無電區(qū),另一方面精簡原有的人工判斷流程,以提高運(yùn)營調(diào)度效率。列車運(yùn)用狀態(tài)信息是給各調(diào)度提供可運(yùn)用車輛的狀態(tài)信息,代替原有通過人工交換車輛狀態(tài)的方式,保證數(shù)據(jù)的可靠和可追溯。生產(chǎn)施工信息則為各調(diào)度提供當(dāng)前時(shí)間內(nèi)段內(nèi)的施工安排,讓調(diào)度人員掌握生產(chǎn)作業(yè)狀態(tài)。

（2）調(diào)度計(jì)劃編制與管理功能。輔助各調(diào)度人員編制車輛基地內(nèi)各種生產(chǎn)計(jì)劃,主要包括日運(yùn)營計(jì)劃、收車計(jì)劃、檢修計(jì)劃、乘務(wù)排班計(jì)劃等。在基于信息采集的基礎(chǔ)上,對各部門調(diào)度信息進(jìn)行綜合處理,從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)的閉環(huán)管理,提高生產(chǎn)運(yùn)營效率,進(jìn)一步提高城市軌道交通運(yùn)營管理水平。日運(yùn)營計(jì)劃是根據(jù)正線運(yùn)營需求,ATS提供的列車運(yùn)行時(shí)刻表,列車可運(yùn)用信息,車輛次日檢修需求自動編制,場調(diào)人員對生產(chǎn)的計(jì)劃進(jìn)行部分調(diào)整即可。收車計(jì)劃根據(jù)列車次日運(yùn)行和檢修需求、股道停送電情況、當(dāng)日運(yùn)營計(jì)劃和實(shí)際運(yùn)營情況進(jìn)行編制。乘務(wù)排班計(jì)劃則是通過日運(yùn)營計(jì)劃進(jìn)行編制。另外,實(shí)現(xiàn)司機(jī)報(bào)活、駐站報(bào)活和列檢報(bào)活的閉環(huán)處理,從故障的上報(bào)到安排檢修班組對故障進(jìn)行處理進(jìn)行持續(xù)的記錄跟蹤。

（3）綜合調(diào)度與指揮功能。對車輛基地內(nèi)調(diào)度命令和施工計(jì)劃流程進(jìn)行綜合管理,在系統(tǒng)中進(jìn)行申請和批復(fù)流程,實(shí)現(xiàn)調(diào)度流程規(guī)范化。同時(shí),統(tǒng)一監(jiān)控管理基地內(nèi)防災(zāi)報(bào)警,對災(zāi)害狀態(tài)下的協(xié)調(diào)工作進(jìn)行總體協(xié)調(diào)指揮。此外,通過手機(jī)APP可以對乘務(wù)和檢維人員進(jìn)行調(diào)度信息發(fā)布,提高人員調(diào)度管理效率。

（4）綜合顯示功能。對車輛基地內(nèi)運(yùn)營生產(chǎn)情況進(jìn)行綜合顯示。一方面,將車輛基地內(nèi)列車位置、車號信息和股道停送電信息給予統(tǒng)一的實(shí)時(shí)顯示,同時(shí)可以對鐵鞋、特種車輛等信息進(jìn)行設(shè)置。另一方面,對調(diào)度所需的關(guān)鍵調(diào)度信息給予顯示,支持根據(jù)部門職責(zé)崗位不同設(shè)置不同權(quán)限,對重點(diǎn)信息進(jìn)行語音提示。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

城市軌道交通車輛基地運(yùn)營管理系統(tǒng)涉及多部門之間的配合,為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營信息的高效共享,消除各調(diào)度間的信息孤島,提高生產(chǎn)運(yùn)營效率,根據(jù)系統(tǒng)功能和業(yè)務(wù)部門職責(zé)進(jìn)行劃分,可以將系統(tǒng)分為信息接口與采集模塊、車輛基地調(diào)度管理模塊、控制中心管理模塊和綜合顯示模塊,為控制中心行車調(diào)度、基地內(nèi)場段調(diào)度、檢維調(diào)度等部門提供信息。城市軌道交通車輛基地運(yùn)營管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 城市軌道交通車輛基地運(yùn)營管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of operation management system for metro depot

（1）信息接口與采集模塊。信息的采集方式根據(jù)車輛基地現(xiàn)有的系統(tǒng)不同可以分為2種,一種是通過與現(xiàn)有的部分系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接口,將數(shù)據(jù)進(jìn)行集成,其包括ATS系統(tǒng)傳輸來的列車收發(fā)車時(shí)刻表信息、時(shí)鐘信息,信號系統(tǒng)傳輸來的列車位置信息和車號信息、進(jìn)路控制信息,電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)傳輸來的股道停送電信息等。另一種則是當(dāng)接口實(shí)施較為困難時(shí),需要設(shè)置相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行采集。信息接口與采集模塊用于構(gòu)建一個(gè)集成的信息共享平臺,將運(yùn)營管理過程中所需要的信息進(jìn)行采集和整合。其具體包括：在軌旁設(shè)置車號識別和定位設(shè)備采集列車位置信息,同PSCADA系統(tǒng)接口采集股道停送電狀態(tài),電流接地信息等。通過操作電子隔離開關(guān)控制股道停送電狀態(tài)與信號系統(tǒng)接口采集聯(lián)鎖站場數(shù)據(jù),一方面為各調(diào)度提供實(shí)時(shí)狀態(tài)的顯示優(yōu)化調(diào)度流程,另一方面在電子占線板中顯示列車位置,股道狀態(tài)甚至鐵鞋狀態(tài)等信息。此外根據(jù)車輛基地現(xiàn)有系統(tǒng)的不同,也可以接入車輛運(yùn)用管理、車輛檢修管理等信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息的集成。

（2）車輛基地調(diào)度管理模塊。根據(jù)基地內(nèi)部門將分為檢維調(diào)度子模塊、場段調(diào)度子模塊、乘務(wù)派班子模塊和綜合調(diào)度子模塊。檢維調(diào)度子模塊給車輛檢修管理提供支持,根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器中記錄的車輛檢修規(guī)程和列車時(shí)刻表對計(jì)劃進(jìn)行管理,并且可以自動編制計(jì)劃,同時(shí)對車輛故障修形成閉環(huán)管理,從故障的上報(bào),檢修班組的分配到故障結(jié)果的錄入都進(jìn)行記錄,同時(shí)按照要求進(jìn)行分析,生成運(yùn)營報(bào)表。場段調(diào)度子模塊給列車日運(yùn)營、收車計(jì)劃和調(diào)車計(jì)劃的編制提供支持,自動生成計(jì)劃,對列車實(shí)時(shí)狀態(tài)信息、運(yùn)用車輛狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)顯示,用戶可以隨時(shí)對計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整和下發(fā)。乘務(wù)派班模塊取代原有通過編寫運(yùn)轉(zhuǎn)日志的方式安排司機(jī)乘務(wù)人員,替代為通過系統(tǒng)進(jìn)行分配,這樣可以為調(diào)度和管理人員提供統(tǒng)計(jì)分析支持。綜合調(diào)度模塊將火災(zāi)監(jiān)控(FAS),環(huán)境監(jiān)控(BAS)和電力系統(tǒng)等接入,對電力、消防、安防等生產(chǎn)運(yùn)營進(jìn)行綜合管理。

（3）控制中心管理模塊。該模塊功能面向控制中心管理人員,通過對車輛基地內(nèi)各調(diào)度編制的計(jì)劃、車輛基地站場情況、消防安防等信息進(jìn)行傳輸,使控制中心對車輛基地內(nèi)生產(chǎn)運(yùn)營進(jìn)行實(shí)時(shí)地掌握,為控制中心對車輛基地的綜合調(diào)度指揮提供良好的支持。

（4）綜合顯示模塊。該模塊功能面向于車輛基地各調(diào)度部門,取代原有的金屬占線板,以圖形化的方式顯示車輛基地內(nèi)站場的信息,主要包括車輛的位置、車號、車輛的種類,股道停送電信息,鐵鞋狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、信號機(jī)狀態(tài)等信息,同時(shí)支持對行車狀態(tài)的語音提醒和報(bào)警等功能。

（5）其他功能模塊。根據(jù)不同車輛基地的需求,還可以添加其他功能模塊,如場段調(diào)度的自動進(jìn)路功能,實(shí)現(xiàn)對車輛基地的調(diào)度集中；接入手機(jī)APP軟件,為乘務(wù)人員提供實(shí)時(shí)的派班計(jì)劃,為檢維人員提供故障詳細(xì)情況,為調(diào)度人員提供生產(chǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài),全面提高運(yùn)營管理效率。

3 結(jié)束語

隨著城市軌道交通的日益發(fā)展,城市軌道交通運(yùn)營線路對車輛基地運(yùn)轉(zhuǎn)效率的需求不斷提高,而受到各種因素的影響,車輛基地的運(yùn)營管理一直未能與相應(yīng)的硬件資源相匹配。因此,建立城市軌道交通車輛基地運(yùn)營管理系統(tǒng),應(yīng)以運(yùn)營調(diào)度管理為核心,依托現(xiàn)代信息化技術(shù),有效地適應(yīng)各線路不同車輛基地的需求,實(shí)現(xiàn)對列車的智能檢維,同時(shí)對部分崗位進(jìn)行合并,支持一崗多人,減少運(yùn)營維護(hù)的成本,通過無紙化辦公,大大增強(qiáng)運(yùn)營效率,實(shí)現(xiàn)各部門間信息的高效聯(lián)動,不斷提高車輛基地的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。