智能調度系統(tǒng)在浩吉鐵路上的應用

張純　孔化蓉

摘 要：從浩吉鐵路信息化建設目標入手，以智能大腦為基礎，進行了包括功能架構、系統(tǒng)架構、技術架構和網絡架構的全程綜合調度的研究，全面系統(tǒng)地指導了浩吉鐵路智能綜合調度系統(tǒng)的建設進程，搭建起了智能重載鐵路信息化與現(xiàn)場業(yè)務之間的橋梁。通過實際應用，提高了運輸、生產和運營的效率，增強了浩吉鐵路的核心競爭力。

關鍵詞：智能調度;浩吉鐵路;運輸調度

中圖分類號：U29-39文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）07-0129-04

Abstract： Based on the intelligent brain， this paper studied the whole process integrated dispatching including functional architecture， system architecture， technical architecture and network architecture， comprehensively and systematically guided the construction process of the intelligent integrated dispatching system of Haolebaoji-Ji'an Railway， and built the bridge between the intelligent heavy haul railway informatization and field business. Through practical application， the efficiency of transportation， production and operation is improved， and the core competitiveness of Haolebaoji-Ji'an Railway is enhanced.

Keywords： intelligent dispatching;Haolebaoji-Ji'an Railway;transportation scheduling

運輸調度是鐵路日常運輸組織的指揮中樞，擔負著組織客貨運輸、保障運輸安全、提高運輸效率、保證運輸質量的重要責任。多年來，在傳統(tǒng)的信息采集、傳輸方式下，鐵路調度系統(tǒng)的廣大干部職工總結出了一套以人的計算決策為核心的、行之有效的調度指揮方法，并形成了完善的規(guī)章制度體系。

隨著信息技術的蓬勃發(fā)展，在云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、移動互聯(lián)、北斗衛(wèi)星導航等信息技術的快速發(fā)展和日臻成熟的條件下，鐵路經過二十多年的信息化建設，目前已經積累了豐富的信息資產，具備了釋放數(shù)據(jù)紅利的條件。

1 浩吉鐵路實施智能調度的必要性

浩勒報吉至吉安鐵路（以下簡稱“浩吉鐵路”）連接蒙陜甘寧能源“金三角”地區(qū)與鄂湘贛等華中地區(qū)，是“北煤南運”新的國家戰(zhàn)略運輸通道。浩吉鐵路作為新建鐵路線路和貫穿南北的煤運大通道，是銜接多條煤炭集疏運線路、點網結合、鐵水聯(lián)運的大能力、高效煤炭運輸系統(tǒng)，是國家綜合交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分，其運力的規(guī)劃和支配將直接影響對南方地區(qū)煤炭的供應效率[1]。

調度指揮是運輸組織的核心。隨著國鐵集團的站段級改革，浩吉鐵路也采用了綜合段進行管理，要想實現(xiàn)減員增效、資源共享的目的，非常有必要建設智能調度系統(tǒng)。浩吉鐵路以智能大腦為基礎，設計了全程綜合調度策略，研發(fā)了智能綜合調度系統(tǒng)，探索“一人多崗”的鐵路運輸生產新模式，為企業(yè)提質增效提供了有力保障。

2 智能綜合調度系統(tǒng)建設目標

智能綜合調度系統(tǒng)建設的終極目標是以浩吉鐵路運輸日常調度指揮工作為核心;以貨物運輸需求為核心驅動;以物流計劃為依據(jù);以物流服務、物流資源、調度命令、車流推算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計為主要內容。該目標的主要特點如下。第一，更加安全可靠。通過鐵路固定設施、移動裝備、運輸過程等的狀態(tài)感知，實現(xiàn)設備故障、行車事故的預測、預警，突出超前防范，綜合計劃，整體提升鐵路運行安全保障能力。第二，更加經濟高效。通過鐵路運輸組織的智能優(yōu)化，提高運輸效率;通過鐵路經營管理精細化，提高經營效益。第三，更加方便快捷。通過鐵路貨運的網絡化，為貨主提供物流全流程的貨物跟蹤及查詢服務，實現(xiàn)運輸信息透明化。第四，更加節(jié)能環(huán)保。優(yōu)化列車運行控制方式，實現(xiàn)智能分析和節(jié)能控制，降低鐵路能源消耗。第五，優(yōu)化效益質量。采用綜合調度技術，通過共享總公司主數(shù)據(jù)中心IT基礎設施資源，實現(xiàn)浩吉鐵路提高運輸質量、開發(fā)數(shù)據(jù)價值、優(yōu)化收益的目的。

智能浩吉的目標和特征如圖1所示。

3 架構的搭建與功能的實現(xiàn)

基于智能大腦的全程綜合調度的優(yōu)勢在于，系統(tǒng)以智能大腦作為統(tǒng)一的基礎平臺，可充分利用智能大腦提供的數(shù)據(jù)基礎、大數(shù)據(jù)分析、智能計算等服務，同時可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、模型共享和可視化共享。

3.1 功能架構搭建

功能架構設計以智能大腦為中心，以全程綜合調度為方向展開。智能大腦由大數(shù)據(jù)資源湖、大數(shù)據(jù)分析技術、智能計算技術、行業(yè)專用模型、大數(shù)據(jù)可視化等部分組成。全程綜合調度包括綜合計劃編制、全程調度、基礎設施運維支撐等典型應用。鐵路通過運行圖把線網上的運輸生產活動聯(lián)系成為一個統(tǒng)一的整體，運行圖編制質量的好壞直接影響鐵路線網的運輸能力。同時，通過綜合高效地利用浩吉鐵路所有內外部資源，可實現(xiàn)浩吉鐵路移動裝備、固定基礎設施及內外部環(huán)境信息的全面感知、泛在互聯(lián)、融合處理、科學決策和主動學習，實現(xiàn)全生命周期一體化管理的新一代貨運鐵路示范?；谥悄艽竽X的全程綜合調度功能架構如圖2所示。

3.2 主要功能實現(xiàn)

3.2.1 全程調度。構建全程綜合調度，可通過大數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)客戶訂單，按照區(qū)域別、用戶別、品類別完成門到門的全運輸指揮;還可以結合氣象、環(huán)境、基礎設施等監(jiān)測數(shù)據(jù)進行安全調度指揮，實現(xiàn)一票核收、分段計費的“電子運單一票制”。通過對車站現(xiàn)場業(yè)務進行原子化剝離、統(tǒng)一用戶、統(tǒng)一入口，車站作業(yè)不再局限于崗位、工種，可以按需靈活配置，避免現(xiàn)場信息重復采集，實現(xiàn)部分車站無人化。通過實時采集列車運行狀態(tài)信息、列車編組信息、現(xiàn)車信息、貨運信息、施工信息、機車信息和乘務信息，融合構建綜合運行圖，并利用北斗及GIS技術實時定位、實時監(jiān)控，實現(xiàn)貨物全程追蹤。全程綜合調度技術如圖3所示。

通過數(shù)據(jù)的融合共享，調度員通過智能調度系統(tǒng)實時掌握車站生產作業(yè)現(xiàn)場狀況、機車車輛的分布和運用狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并提出車流、運行線、機車、車輛計劃同步編制的思路，使運力資源綜合規(guī)劃、運輸計劃整體優(yōu)化成為可能。

全程調度的目的是建立貫通供應鏈全過程的一體化調度指揮機制。全程調度的核心是將集疏運端、供應鏈上下游、相關專用線納入統(tǒng)一調度指揮體系，形成全過程協(xié)同的調度指揮能力，主要包括以下幾方面的調度。

第一，集疏運調度。通過良好銜接國鐵、地鐵、水運、汽車等集疏運端的信息接口，實現(xiàn)信息共享、計劃協(xié)同，形成一致的運輸計劃，保證集疏運端按計劃有序交接車流，為建立良好的運輸秩序創(chuàng)造條件。

第二，物流調度。通過與供應鏈上下游的產煤、用煤、儲煤企業(yè)建立良好的數(shù)據(jù)交換機制，及時掌握上下游企業(yè)生產動態(tài)和異常預警，根據(jù)異常及時調整計劃，保證裝卸作業(yè)按計劃有序地進行，提高運力資源使用效率。

第三，區(qū)域調度集中。將與浩吉鐵路同步建設的專用線、站納入浩吉調度指揮體系，按區(qū)域集中管理，統(tǒng)一各項計劃，保證運輸秩序和作業(yè)效率。

3.2.2 智能大腦。智能浩吉大腦平臺由五層組成，分別為大數(shù)據(jù)資源湖、大數(shù)據(jù)分析技術、智能計算技術、行業(yè)專用模型和大數(shù)據(jù)可視化，各層具體功能如下。

第一，大數(shù)據(jù)資源湖。大數(shù)據(jù)資源湖是智能浩吉智慧產生的源泉，一切智慧及決策皆來源于數(shù)據(jù)。通過對采集到的鐵路內外部的相關數(shù)據(jù)進行智能分析和處理，可識別出隱含的有意義的信息，從而深刻認識事物狀態(tài)及發(fā)展趨勢，為決策判斷提供科學的依據(jù)。大數(shù)據(jù)資源湖基于浩吉鐵路信息化，全面整合營銷服務、運輸生產、綜合安全、經營管理等數(shù)據(jù)，同時還包括綜合視頻、圖形圖像、語音數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等非結構化數(shù)據(jù)。

第二，大數(shù)據(jù)分析技術。大數(shù)據(jù)分析技術集成了大數(shù)據(jù)模型算法，為智能浩吉的智能決策提供了大數(shù)據(jù)計算能力，主要集成的大數(shù)據(jù)模型算法有數(shù)值預測模型、分類預測模型、推薦算法、聚類算法、文本挖掘算法等。

第三，智能計算技術。智能計算技術為浩吉鐵路各應用的智能決策提供了智能計算能力，主要集成的智能計算技術包括深度學習、文本分析、圖形圖像分析、知識圖譜等。

第四，行業(yè)專用模型。行業(yè)專用模型提供了各專業(yè)定制化的計算方法，包括客貨客戶畫像、工務設備畫像、機務設備畫像、車務設備畫像和供電設備畫像等。

第五，大數(shù)據(jù)可視化。數(shù)據(jù)可視化，指在是借助于圖形化手段展示大數(shù)據(jù)分析結果，使數(shù)據(jù)清晰有效地表達，使人們快速高效地理解并使用，它集成了數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析、呈現(xiàn)等多環(huán)節(jié)。展示手段可采用開源的JS圖形庫輔助開發(fā)，如D3和Echarts等;可視化圖形包括散點圖、氣泡圖、瀑布圖、樹圖、3D區(qū)域圖等。

智能大腦平臺的功能架構如圖4所示。

3.2.3 基礎設施維護?；A設施維護基于智能大腦平臺，按“集中化、智能化、自動化、可視化”四大設計原則，通過設備故障預測與健康管理模塊（PHM）、過程控制與行為管理建設“4+2”應用功能模塊，實現(xiàn)智能運維可視化、設備全壽命履歷、移動檢測數(shù)據(jù)、固定監(jiān)測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)、智能數(shù)據(jù)分析、聯(lián)合生產調度、設備PHM、工務電務供電專業(yè)間接口動態(tài)監(jiān)控、應用系統(tǒng)管理等功能模塊;同時，實現(xiàn)專業(yè)化的智能數(shù)據(jù)分析與處理，建立統(tǒng)一的設備病害問題庫，對生產維修過程進行全面管理，實現(xiàn)智能系統(tǒng)的故障預測。

3.3 網絡架構搭建

3.3.1 網絡架構設計方法。在進行局域網、數(shù)據(jù)中心建設時，采取層次化或扁平化的設計模式，局域網一般采用“核心交換機+接入層”的層次化設計模式。浩吉鐵路公司數(shù)據(jù)中心采用扁平化設計方案，局域網采用層次化設計方案。

數(shù)據(jù)中心生產網與管理網進行物理隔離，通過部署網閘，作為兩個網絡唯一的連接點，保障信息訪問的安全控制。

3.3.2 網絡架構設計。數(shù)據(jù)中心采用外部服務網和內部服務網的物理隔離訪問方式，各區(qū)域通過部署防火墻建立有效隔離的網絡安全訪問機制，有效提升內部生產網的信息安全程度。網絡總體架構設計如圖5所示。

4 應用效果

智能綜合調度系統(tǒng)結合浩吉鐵路運輸調度業(yè)務實際，以生產為核心，以運輸為主線，采用先進的計算機技術，統(tǒng)一的技術規(guī)范，為浩吉公司、西安鐵路局調度、武漢鐵路局調度、沿線各站用戶提供了風格一致，操作一致的業(yè)務功能。

智能綜合調度系統(tǒng)利用行業(yè)智能決策技術，為優(yōu)化計劃、提高運輸效率開拓了廣泛的空間。同時，由于自動編制計劃是基于運力資源的精確分配實現(xiàn)的，西安鐵路局和武漢鐵路局調度所可以與車站調度共同編制列車工作計劃，同時與計劃調、機調、區(qū)域調（車站調度）等工種協(xié)同工作。隨著生產過程的進行，該系統(tǒng)能及時調整計劃，達到調度所與車站間現(xiàn)車同步、列車運行線同步、列車編組同步，客觀上也提高了計劃的可行性，保證了計劃兌現(xiàn)率，實現(xiàn)站調一體化。

此外，基于智能大腦平臺，通過對信號系統(tǒng)、移動設備監(jiān)控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)以及運力資源安全保障系統(tǒng)的信息采集，可以完成行車及移動設備的狀態(tài)監(jiān)視，并根據(jù)統(tǒng)計和評估指標的需求生成報表、報告，滿足行車調度聯(lián)動及應急協(xié)調指揮的全面管理功能。

5 結語

基于先進的智能大腦平臺，以浩吉鐵路為載體，通過開展全程綜合調度策略研究工作，進一步完善了重載鐵路調度信息化管理與建設。通過技術架構、應用架構、系統(tǒng)架構和網絡架構的逐層分析和落地，智能綜合調度系統(tǒng)的研發(fā)和在浩吉鐵路上的應用，構建了貫通供應鏈全過程的統(tǒng)一計劃，實現(xiàn)了按計劃提供穩(wěn)定的車流來源、接續(xù)和基礎保障，保證了計劃的可行性，使浩吉鐵路運輸生產能夠高效有序地進行，提升了鐵路系統(tǒng)的可靠性，保證了運營的穩(wěn)定和安全，提高了運營效率，達到了充分利用浩吉鐵路運力、降本增效的目的。

未來重載鐵路技術將以大數(shù)據(jù)為基礎，在智能化、互聯(lián)網、云應用、自動化等領域進一步融通發(fā)展，逐步推進智能重載鐵路的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]趙捷，于海瀾.企業(yè)信息化總體架構：企業(yè)信息戰(zhàn)略規(guī)劃治理和信息系統(tǒng)總體架構設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.