鐵路車流信息管理系統(tǒng)技術方案設計研究

徐 洋

（中國國家鐵路集團有限公司 運輸調(diào)度指揮中心，北京 100844)

運輸調(diào)度管理系統(tǒng)(TDMS)是鐵路運輸調(diào)度的核心生產(chǎn)系統(tǒng)，鐵路調(diào)度部門使用該系統(tǒng)進行現(xiàn)場運輸調(diào)度指揮，其功能覆蓋中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)運輸調(diào)度指揮中心、鐵路局集團公司調(diào)度所和站段3級[1]。但是，目前運輸調(diào)度管理系統(tǒng)架構難以滿足鐵路運輸組織信息化和智能化的要求。其中，車流信息管理是既有運輸調(diào)度管理系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。目前，車流信息管理以人工作業(yè)為主，還未能廣泛地覆蓋車流信息管理的全部環(huán)節(jié)，影響全國鐵路的車流信息管理效率。因此，設計開發(fā)鐵路車流信息管理系統(tǒng)，將其納入運輸調(diào)度管理系統(tǒng)，替代目前的人工車流管理任務，能夠補強既有系統(tǒng)短板，提高車流信息管理工作效率[2-3]，最大程度地發(fā)揮全國鐵路“一盤棋”的優(yōu)勢，為全國鐵路的車流組織工作提供技術支撐，形成高效的運輸組織指揮新體系[4]。

1 鐵路車流信息管理系統(tǒng)總體架構設計

1.1 系統(tǒng)目標

通過構建鐵路車流信息管理系統(tǒng)，近期能夠支撐國鐵集團調(diào)度指揮工作，實現(xiàn)年度經(jīng)營目標；遠期滿足智能調(diào)度指揮需要，在充分利用既有資源的基礎上，通過使用大數(shù)據(jù)、人工智能、網(wǎng)絡優(yōu)化等現(xiàn)代技術，集成各部門的生產(chǎn)信息，一體化編制運輸生產(chǎn)計劃并與作業(yè)協(xié)同聯(lián)動，實現(xiàn)科學、精準的全過程車流預測和調(diào)度指揮決策，提高運輸調(diào)度信息化、智能化水平，為持續(xù)提高運輸效率效益提供有力支撐。系統(tǒng)的具體目標如下。

（1）系統(tǒng)架構升級完善。鐵路車流信息管理系統(tǒng)充分利用已有的基礎網(wǎng)絡、業(yè)務系統(tǒng)和信息資源，采用ESB總線、集群處理與計算資源虛擬分配技術，加強系統(tǒng)功能整合，促進信息互通共享，使有限的資源發(fā)揮最大的效益。通過運用開放統(tǒng)一技術架構，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的松耦合，保證各系統(tǒng)之間的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性，避免“信息孤島”的產(chǎn)生，奠定系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的基礎。利用最新的科學技術手段，解決現(xiàn)有運輸調(diào)度管理系統(tǒng)架構陳舊、技術創(chuàng)新不足的問題，為調(diào)度指揮提供更豐富的輔助決策依據(jù)，減輕業(yè)務人員工作負擔，提高生產(chǎn)效率。

（2）計劃的編制與執(zhí)行有效貫通。一是利用系統(tǒng)快速編制貨物列車運行計劃，在統(tǒng)一架構和平臺下，把計劃、調(diào)整、執(zhí)行的信息完整地提供給與車流調(diào)度相關的崗位，使這些崗位之間的信息互連互通，避免多頭布置計劃、重復采集實績等情況的發(fā)生，提高調(diào)度精細化管理水平。二是以日班計劃自動調(diào)整為基礎，加強計劃調(diào)度臺與車站作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的聯(lián)系，實現(xiàn)滾動交換計劃。計劃調(diào)度臺以車站作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)自動上報的階段車流結存信息為基礎，利用自動調(diào)整功能推算準確到達車流，綜合考慮基本列車運行圖、編組計劃、空車調(diào)配需求、裝卸計劃、通過能力等各種影響因素，按照遠程直達、技術直達、管內(nèi)大組車流等列車編組原則，實現(xiàn)列車最優(yōu)出發(fā)方案和配空方案的滾動計算?？茖W調(diào)配空車，防止空車對流，有效減少空車走行[5]，為編制日計劃、班計劃、階段計劃提供輔助決策依據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)資源融合與共享。一是國鐵集團、鐵路局集團公司、站段建立統(tǒng)一的系統(tǒng)維護程序和基礎數(shù)據(jù)發(fā)布與維護機制。二是以多個集中式調(diào)度指揮系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)為基礎，實現(xiàn)全國鐵路車流信息共享，通過號碼制、列車生命周期管理等手段，準確掌握鐵路局集團公司管內(nèi)移動設備的全作業(yè)流程狀態(tài)及軌跡，提高運輸效率。三是在調(diào)度作業(yè)中，利用信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享機制，將鐵路局集團公司調(diào)度層(TDMS 5.0)、車站計劃層(局站一體化車站調(diào)度系統(tǒng))、執(zhí)行控制層(CIPS或SAM)有機結合為一個整體，形成層次間分工明確、作業(yè)協(xié)同的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)計劃指導生產(chǎn)實際，生產(chǎn)實際反饋調(diào)整后續(xù)計劃的閉環(huán)管理流程。車站調(diào)度系統(tǒng)與CIPS或者SAM系統(tǒng)之間通過MQ的消息傳輸服務，進行車站計劃數(shù)據(jù)的下達與實際數(shù)據(jù)的上報，實現(xiàn)作業(yè)信息的閉環(huán)管理。四是動態(tài)獲取運輸生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，實時掌握車流動態(tài)及其變化趨勢，確保準確、完整地獲取車流動態(tài)信息[6]。動態(tài)跟蹤運輸生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，實時自動獲取運輸生產(chǎn)資源(如固定設備、移動設備、人力資源)的運用狀態(tài)和利用率，以及運輸生產(chǎn)動態(tài)作業(yè)過程(如貨物裝卸進度、列車解編進度、列車運行實績、機車車輛檢修進度、施工維修作業(yè)進度)等信息，掌握貨物裝卸計劃和實時裝卸進度，編組站、區(qū)段站列車解編計劃和實時解編進度，列車運行計劃以及列車實時運行實績。

（4）編組站作業(yè)方式優(yōu)化。提高編組站信息化作業(yè)水平，有利于編組站運輸資源的綜合調(diào)配[7]。以電子化的編組站站調(diào)“運站一”“運站二”大表作為基礎載體，在日班計劃執(zhí)行過程中，優(yōu)化調(diào)機、股道、人力、設備等資源的利用，實現(xiàn)編組站作業(yè)方案自動尋優(yōu)。綜合分析車流到達、股道運用、解體作業(yè)、編組作業(yè)情況，實現(xiàn)出發(fā)計劃車流來源狀態(tài)的預測，智能推算列車預計編成時間。考慮配流方案，結合調(diào)機運用情況、駝峰編尾運用情況、溜放線路聯(lián)鎖關系等因素，自動生成調(diào)機運用計劃[8]。

1.2 總體架構

（1）功能模塊和覆蓋范圍。鐵路車流信息管理系統(tǒng)包括貨物列車計劃智能化編制、貨運工作計劃智能化編制、配(排)空計劃智能編制、作業(yè)計劃自動生成、車流計劃協(xié)同編制、局間互控編制、計劃和實績信息消息觸發(fā)、機車計劃協(xié)同編制、基礎數(shù)據(jù)集中維護等9個功能模塊。系統(tǒng)功能模塊覆蓋鐵路局集團公司、編組站、貨運站、機務段等部門。

（2）系統(tǒng)架構。鐵路車流信息管理系統(tǒng)架構示意圖如圖1所示。鐵路局集團公司調(diào)度所與站段在同一個平臺編制計劃，實現(xiàn)信息透明、閉環(huán)管理。鐵路車流信息管理系統(tǒng)與SAM、CIPS等編組站控制系統(tǒng)通過控制專網(wǎng)連接，基于特定的交換協(xié)議完成數(shù)據(jù)交互。與車站管理系統(tǒng)(SMIS系統(tǒng))、貨運站管理系統(tǒng)、機務運安系統(tǒng)、集裝箱管理系統(tǒng)、貨運電子商務系統(tǒng)、貨票系統(tǒng)等信息系統(tǒng)通過標準接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、信息共享。

（3）系統(tǒng)結構。鐵路車流信息管理系統(tǒng)的結構分為功能展示、核心服務、基礎平臺。第一層是功能展示層，主要根據(jù)重新梳理的業(yè)務流程和用戶需求，依據(jù)風格統(tǒng)一、操作簡便、業(yè)務流暢的原則，為具體業(yè)務用戶設計合適的、模塊化的人機交互界面。第二層是核心算法服務層，圍繞指揮決策智能化為核心，構建全局運行自動調(diào)整服務算法、機車機班推算服務算法、技術作業(yè)推算服務算法、裝卸作業(yè)推算服務算法，可以為不同業(yè)務場景提供服務，為站段作業(yè)智能化編制提供了技術支撐。第三層是基礎平臺，主要為實現(xiàn)核心服務和功能展示功能提供技術保障。

2 鐵路車流信息管理系統(tǒng)技術方案設計

2.1 應用架構

鐵路車流信息管理系統(tǒng)應用架構如圖2所示。應用架構主要包含基礎平臺設計和接口交換方式設計2部分。

（1）基礎平臺。鐵路車流信息管理系統(tǒng)的應用基礎平臺包括基礎數(shù)據(jù)維護平臺、局站協(xié)同編制平臺、局間協(xié)同編制平臺、計劃統(tǒng)一發(fā)布平臺。各鐵路局集團公司、車站、機務段分別以綜合動態(tài)運行圖、技術作業(yè)表、裝卸運行圖、機車周轉(zhuǎn)圖為核心，通過計劃的一體化編制，發(fā)布一元化計劃，實現(xiàn)局站(段)計劃協(xié)同編制。

圖1 鐵路車流信息管理系統(tǒng)架構示意圖Fig.1 Architecture of the train flow information management system

圖2 鐵路車流信息管理系統(tǒng)應用架構Fig.2 Application architecture of the train flow information management system

（2）接口交換方式。通過接口交換方式，完成鐵路局集團公司對站段作業(yè)的一體化指揮。鐵路車流信息管理系統(tǒng)基礎平臺向下與SAM、CIPS、SMIS、貨運站管理系統(tǒng)、集裝箱管理系統(tǒng)、機務運安系統(tǒng)等實現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通和流程貫通，實現(xiàn)鐵路局集團公司內(nèi)站(段)計劃一體化作業(yè)；向上與核心業(yè)務中的作業(yè)計劃智能安排、車流計劃智能調(diào)整、機車機班智能安排、運行計劃智能調(diào)整功能實現(xiàn)過程閉環(huán)、計劃協(xié)同、專業(yè)聯(lián)動。

2.2 數(shù)據(jù)架構

鐵路車流信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構如圖3所示。

（1）主要數(shù)據(jù)流程。系統(tǒng)將功能分布配置為貨物列車計劃智能化編制、貨運工作計劃智能化編制、配(排)空計劃智能編制、作業(yè)計劃自動生成、車流計劃協(xié)同編制、局間互控編制、計劃和實績信息消息觸發(fā)、機車計劃協(xié)同編制、基礎數(shù)據(jù)集中維護等多個子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)基于日(班)計劃平臺，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)信息共享。系統(tǒng)采用“一元化”計劃，計劃變更必須經(jīng)過批準，計劃變更和調(diào)整、實績回饋必須都采用計算機錄入。

（2）數(shù)據(jù)獲取方式。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以從內(nèi)部的基礎數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺中獲取，也可以從外部系統(tǒng)(如SAM，CIPS，SMIS，ATIS系統(tǒng))獲取。其中，系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)可以從站名方向數(shù)據(jù)、編組計劃數(shù)據(jù)、機車交路數(shù)據(jù)、機班交路數(shù)據(jù)、貨倉貨位數(shù)據(jù)、機具勞力數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫中獲取，需要結合實際情況實時維護；內(nèi)部生產(chǎn)數(shù)據(jù)主要包括貨物列車工作計劃數(shù)據(jù)、車站技術作業(yè)計劃數(shù)據(jù)、貨運工作計劃數(shù)據(jù)、調(diào)機使用計劃數(shù)據(jù)、機車運用計劃數(shù)據(jù)、機班運用計劃數(shù)據(jù)、股道使用計劃數(shù)據(jù)、扣修計劃數(shù)據(jù)等。

圖3 鐵路車流信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構Fig.3 Data Application architecture of the train flow information management system

（3）數(shù)據(jù)運用與管理。一是數(shù)據(jù)挖掘與決策支持。集中鐵路局集團公司級車流的相關業(yè)務數(shù)據(jù)，初步建立綜合信息服務平臺。制訂統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換規(guī)則，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的信息共享；提供數(shù)據(jù)整理和分析功能，根據(jù)實際需要生成各種數(shù)據(jù)報表，對階段數(shù)據(jù)進行對比分析，總結規(guī)律，更好地指揮運輸生產(chǎn)工作；可通過對歷史數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，為運輸指揮提供輔助決策依據(jù)。二是數(shù)據(jù)交換與共享機制。通過共享數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)交換平臺，使運輸安全數(shù)據(jù)交換采用統(tǒng)一的標準和格式，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺上，保證各鐵路局集團公司更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和有效利用，各鐵路局遵從相關安全措施，可將本局應用系統(tǒng)直接接入數(shù)據(jù)平臺，保證各子系統(tǒng)間無縫的數(shù)據(jù)交換和擴充，保持數(shù)據(jù)完整性和實時性，為鐵路運輸指揮決策提供數(shù)據(jù)支撐。三是現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫升級改造。在不影響已有業(yè)務系統(tǒng)正常運行、確保數(shù)據(jù)安全的前提下，實現(xiàn)新建數(shù)據(jù)平臺和既有相關業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口打通，數(shù)據(jù)可實時共享，互聯(lián)互通。

3 結束語

鐵路車流信息管理系統(tǒng)可以集成車流的相關業(yè)務數(shù)據(jù)，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換規(guī)則下工作，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的信息共享，提供數(shù)據(jù)整理和分析功能，更好地指揮運輸生產(chǎn)工作，也可以分析歷史數(shù)據(jù)，為運輸指揮提供輔助決策依據(jù)。鐵路車流信息管理系統(tǒng)的建設，推動了鐵路運輸調(diào)度管理的智能化發(fā)展進程，遠期目標有望實現(xiàn)調(diào)度指揮全過程的智能感知、智能決策、智能操控、智能評價。此外，還應打通新建數(shù)據(jù)平臺和既有相關業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享及互聯(lián)互通。