面向鐵路運輸生產(chǎn)全過程的列車工作計劃協(xié)同編制方案研究

孔慶瑋，馮小芳，韓 宇，牛金文

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；2.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；3.東方瑞創(chuàng)達電子科技有限公司，北京 100089）

列車工作計劃是鐵路調(diào)度一日內(nèi)的運輸工作計劃，包含貨運、普速旅客列車的到發(fā)運行計劃、分界站列車交接計劃等，其編制過程涉及中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）、鐵路局集團公司、站段3 級機構(gòu)中多位調(diào)度人員相互協(xié)作與配合，是一個典型的協(xié)同業(yè)務過程。列車工作計劃是鐵路運輸調(diào)度計劃編制的首要任務，是鐵路運輸生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到鐵路生產(chǎn)效率和服務品質(zhì)，提升列車工作計劃的編制質(zhì)量是提升運輸生產(chǎn)效率最為直接和有效的手段之一[1]。

以往的列車工作計劃采用手工編制方式，各工種調(diào)度人員在編制計劃時，通過電話、電報進行溝通，合作完成計劃編制。隨著鐵路信息化水平的提升，運輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS 5.0）為計劃調(diào)度員編制列車工作計劃提供了信息化手段。但受到傳統(tǒng)上手工分散編制列車工作計劃的工作模式的影響，各工種調(diào)度人員缺乏協(xié)同作業(yè)意識，影響了列車工作計劃編制效率和質(zhì)量[2]。另一方面，囿于相關(guān)信息系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)壁壘，調(diào)度員不能及時、全面地掌握動態(tài)信息，所編制的列車工作計劃與其它計劃存在不少沖突，造成計劃兌現(xiàn)率不高[3]。在調(diào)度計劃協(xié)同編制的研究領(lǐng)域，近年來，國內(nèi)有研究人員在局站協(xié)同方面進行了一些探索，但主要針對高速鐵路調(diào)度計劃協(xié)同編制[4]。對于以貨運、普速客運為主的列車工作計劃協(xié)同編制方案，尚未從面向鐵路運輸生產(chǎn)全過程的角度開展系統(tǒng)性研究。

為此，面向鐵路運輸生產(chǎn)全過程，研究列車工作計劃編制的業(yè)務流程與約束條件，梳理出其編制過程中涉及的數(shù)據(jù)交互，使列車工作計劃與客運、貨運、機車等工作計劃形成相互緊密銜接的有機整體；在此基礎(chǔ)上，提出構(gòu)建列車工作計劃協(xié)同管理平臺的技術(shù)方案，通過有效解決數(shù)據(jù)壁壘問題，確保計劃調(diào)度員在編制列車工作計劃的過程中，能夠及時、準確地交換和共享相關(guān)數(shù)據(jù)，并使列車工作計劃與其它相關(guān)計劃建立嚴格的安全約束關(guān)系，支持各層級計劃調(diào)度員高效、快捷、協(xié)同地完成高質(zhì)量列車工作計劃編制工作。

1 業(yè)務流程分析

分析列車工作計劃在運輸生產(chǎn)全過程中的地位和作用，依據(jù)列車工作計劃編制的業(yè)務流程，完成數(shù)據(jù)流分析，并據(jù)此提出列車工作計劃協(xié)同編制的技術(shù)方案。

1.1 鐵路運輸生產(chǎn)全過程概述

鐵路運輸生產(chǎn)過程包括客貨運輸需求、基本計劃、調(diào)度指揮、站段作業(yè)等多個環(huán)節(jié)。從外部用戶的角度，涉及旅客到達進站、乘車、到出站離開的全過程，以及貨物裝車、運輸、卸車的全過程。從企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)組織的角度，涉及國鐵集團、鐵路局集團公司、站段3 個層級；國鐵集團負責全路運輸生產(chǎn)的組織、協(xié)調(diào)和決策，鐵路局集團公司負責各路局管內(nèi)運輸生產(chǎn)組織，站段負責具體生產(chǎn)任務的執(zhí)行及反饋。

旅客和貨主帶來客運與貨運需求，客、貨運需求驅(qū)動國鐵集團基本計劃的制定。在基本計劃的基礎(chǔ)上，各級機構(gòu)圍繞運輸計劃的編制、調(diào)整、執(zhí)行展開調(diào)度指揮工作。鐵路運輸計劃以日、班為周期進行編制和執(zhí)行，現(xiàn)行《鐵路運輸調(diào)度規(guī)則》[5]規(guī)定：國鐵集團負責編制每日（班）的分界口列車交接計劃和貨運工作計劃；鐵路局集團公司負責編制每日（班）的客貨運工作計劃、列車工作計劃、機車工作計劃等；站段在鐵路局下達的日（班）計劃的指導下，完成站段作業(yè)計劃編制，按計劃組織生產(chǎn)和安排作業(yè)，并將計劃執(zhí)行情況反饋給上級機構(gòu)。鐵路運輸生產(chǎn)全過程如圖1 所示。

圖1 鐵路運輸生產(chǎn)全過程示意

1.2 列車工作計劃編制業(yè)務流程

列車工作計劃包括列車到、發(fā)及運行計劃、分界站列車交接計劃、管內(nèi)工作車輸送計劃、普速旅客列車臨時加開、停運計劃等內(nèi)容。列車工作計劃通過對次日客、貨運輸任務的合理安排，確保鐵路日?？汀⒇涍\輸工作高效、有序開展[6]。

總體上，列車工作計劃的編制業(yè)務流程劃分為信息采集、計劃編制、計劃下達3 個階段。

1.2.1 信息采集階段

計劃調(diào)度員從各相關(guān)系統(tǒng)，以及電報、文件中收集編制列車工作計劃所需的數(shù)據(jù)，主要包括：基本運行圖數(shù)據(jù)、基本編組計劃、國鐵集團下發(fā)的輪廓計劃、調(diào)度命令、調(diào)度電報、鄰局分界口交接計劃、車站裝卸作業(yè)情況、編組站集結(jié)情況、機車周轉(zhuǎn)信息等。

1.2.2 計劃編制階段

在列車工作計劃編制階段，計劃調(diào)度員與機車調(diào)度、施工調(diào)度、客運調(diào)度、貨運調(diào)度溝通，確保列車工作計劃與施工維修計劃、機車交路計劃、車站作業(yè)計劃、客貨運計劃密切銜接，相互不沖突。具體過程如下：

（1）讀取次日（班）即將到達分界站的列車確報信息，掌握分界站的車流到達情況；

（2）根據(jù)分界站的列車接入信息，編制本局的列車到達計劃，包括列車車次、到站、到達時分、列車編組等；

（3）結(jié)合列車到達計劃與車站裝車計劃、排空計劃、站存車信息、出發(fā)車流等內(nèi)容，編制列車出發(fā)計劃；編制過程中，同機車調(diào)度員確認機車周轉(zhuǎn)方案，同施工調(diào)度確認施工重點事項，形成列車出發(fā)計劃草案；

（4）依據(jù)裝卸車實績、機車運用實績信息等，優(yōu)化調(diào)整列車工作計劃。

1.2.3 計劃下達階段

列車工作計劃編制完成后，需要核對并下達次日（班）的列車工作計劃，主要內(nèi)容包括列車到發(fā)站、編組詳情、運行時分等。鐵路局集團公司通過運輸計劃管理系統(tǒng)（TDMS 5.0），將次日（班）工作計劃傳遞至列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）/調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC），并通過TDCS/CTC 下達給相關(guān)站段；站段接收次日（班）工作計劃，按計劃執(zhí)行生產(chǎn)任務，并及時進行反饋。

列車工作計劃編制業(yè)務流程，如圖2 所示。

圖2 列車工作計劃編制業(yè)務流程

2 技術(shù)方案

2.1 列車工作計劃編制相關(guān)信息流

列車工作計劃編制是一個復雜的協(xié)同過程[7]，需要滿足編組計劃、排空計劃、裝卸計劃等約束條件；同時，列車工作計劃所包含的貨物列車出發(fā)/到達計劃、旅客列車加開/停運計劃之間也要求相互銜接、相互約束。在編制列車工作計劃時，應保證各層級之間實時交互數(shù)據(jù)，并及時反饋。

依據(jù)1.2 節(jié)的列車工作計劃編制的業(yè)務流程，梳理出列車工作計劃編制過程中的信息流，如圖3所示。

圖3 列車工作計劃編制相關(guān)信息流示意

2.2 列車工作計劃協(xié)同管理平臺構(gòu)建

為了實時處理列車工作計劃相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，解決目前運輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS 5.0）與客票、貨票、現(xiàn)車、施工維修等系統(tǒng)間信息交互不暢的問題，提出構(gòu)建計劃協(xié)同管理平臺（簡稱：平臺）。該平臺應具備動態(tài)信息采集、實時信息交互、信息沖突檢測、信息流程卡控4 項主要功能，為列車工作計劃編制提供及時、完備的數(shù)據(jù)支持，輔助計劃調(diào)度員做出合理決策，如圖4 所示。

圖4 平臺功能架構(gòu)

（1）動態(tài)信息采集：平臺基于自然語言處理（NLP）和知識圖譜技術(shù)，建立統(tǒng)一的運輸調(diào)度資源描述，整合計劃編制、作業(yè)執(zhí)行、計劃評價等貫穿運輸生產(chǎn)全過程的各業(yè)務域內(nèi)的交互數(shù)據(jù)元和數(shù)據(jù)集，借助自然語言處理技術(shù)，自動發(fā)現(xiàn)各專業(yè)域數(shù)據(jù)元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)合知識圖譜技術(shù)構(gòu)建起統(tǒng)一的、跨專業(yè)運輸調(diào)度知識庫，以支持橫向跨業(yè)務工種、縱向跨業(yè)務部門的數(shù)據(jù)融合與共享。

（2）實時信息交互：平臺使用可視化的數(shù)據(jù)處理服務和數(shù)據(jù)發(fā)布服務，實現(xiàn)跨業(yè)務領(lǐng)域的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的簡單快捷共享，包括列車、機車、車輛運行狀態(tài)信息、車站作業(yè)進度信息、施工維修信息、固定設(shè)施狀態(tài)信息、環(huán)境信息等多源信息的實時共享，支持各業(yè)務領(lǐng)域綜合協(xié)同、局段站一體化協(xié)同的機制。

（3）信息沖突檢測：平臺利用機器學習技術(shù)，建立沖突檢測常用模型，自動發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生沖突的場景，及時生成和推送提醒消息，協(xié)助計劃調(diào)度員變更列車工作計劃；當任意約束條件發(fā)生變更時，平臺能夠及時獲取變化后的信息，并同步更新列車工作計劃；當列車工作計劃編制完畢后，平臺將列車工作計劃傳遞給各相關(guān)崗位，并接收各崗位的反饋信息，實現(xiàn)列車工作計劃編制的閉環(huán)管理。

（4）信息流程卡控：平臺結(jié)合規(guī)則引擎技術(shù)，自動判定客貨運方案、調(diào)度計劃、車站作業(yè)、施工維修等業(yè)務流程的銜接順序，按照規(guī)則自動執(zhí)行；自動識別不合規(guī)則的信息，進行信息過濾，對過濾結(jié)果按照規(guī)則合集自動決策；實時監(jiān)控正在執(zhí)行的業(yè)務流程，對已經(jīng)執(zhí)行的業(yè)務流程，進行執(zhí)行效果評價反饋。

2.3 列車工作計劃協(xié)同編制方案

列車工作計劃協(xié)同編制涉及大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及運輸生產(chǎn)業(yè)務數(shù)據(jù)，計劃協(xié)同管理平臺可為列車工作計劃一體化協(xié)同編制提供全面、實時、準確、高效的數(shù)據(jù)支持，在該平臺的輔助下，計劃調(diào)度員可以便捷、高效地完成列車工作計劃編制工作。

鑒于客運列車工作計劃與貨運列車工作計劃的具體編制流程差別較大，以下分別進行描述。

2.3.1 客運列車工作計劃

客運列車工作計劃在日常運輸生產(chǎn)中較為固定，基本遵循“按圖行車”模式。在運輸計劃協(xié)同管理平臺的支持下，其協(xié)同編制方案如圖5 所示。

圖5 客運列車工作計劃編制方案

（1）從計劃協(xié)同管理平臺獲取基本圖、分號圖與基本交路數(shù)據(jù)，生成圖定的客運列車開行方案。

（2）結(jié)合國鐵集團、鐵路局集團公司下發(fā)的調(diào)度命令、電報文件等，對臨時加開、停運客車進行安排。

（3）圖定客車開行方案和臨時客車開行方案相結(jié)合，生成次日（班）客運列車工作計劃初始方案。

（4）結(jié)合客運甩掛需求、回送需求產(chǎn)生的甩掛、回送計劃，客運站上報的車站作業(yè)計劃，以及施工維修天窗時間和機車周轉(zhuǎn)車輛資源的約束，生成次日（班）客運列車工作計劃。

（5）將編制好的客運列車工作計劃交由路局值班主任審核，審核通過后進行計劃下達。

（6）將客運列車工作計劃通過平臺傳遞至各級站段與相關(guān)系統(tǒng)，收集站段反饋信息，以進行下一階段客運列車工作計劃的編制。

2.3.2 貨運列車工作計劃

貨運列車工作計劃和客運“按圖行車”的模式不同，采用“按需行車”的模式。貨運列車基本圖規(guī)定了列車的車次、途徑站、運行時刻等，計劃調(diào)度員根據(jù)貨物運輸需求，對基本圖上鋪畫的列車運行線進行選線、抽線等操作，以確定貨運列車工作計劃。在運輸計劃協(xié)同管理平臺支撐下，其協(xié)同編制方案如圖6 所示。

圖6 貨運列車工作計劃編制方案

（1）獲取基本圖、分號圖和基本編組計劃等基礎(chǔ)技術(shù)資料，依據(jù)國鐵集團下發(fā)的貨運輪廓計劃、分界口交接計劃、電報、調(diào)度命令等，進行貨運列車開行初始方案編制。

（2）結(jié)合由路局貨運調(diào)度員審批通過的次日裝車需求與配空需求，依據(jù)貨運列車開行初始方案進行車流推算，并預測明日空重車去向。

（3）結(jié)合車站上報的現(xiàn)在車信息、裝卸報點信息、在途車正晚點信息等，確認貨運列車開行初始方案中確定的列車車次、始發(fā)時刻、終到時刻。

（4）在滿足施工維修天窗時間與機車周轉(zhuǎn)車輛資源的約束下，進一步對貨運列車開行初始方案進行調(diào)整，完成貨運列車開行計劃的編制。

（5）將貨運列車開行計劃下達至相關(guān)站段與相關(guān)系統(tǒng)，接收站段反饋信息，以進行下一階段貨運列車開行計劃的編制。

3 結(jié)束語

列車工作計劃協(xié)同編制是當前鐵路運輸調(diào)度信息化的重點研究方向[8]。本文結(jié)合鐵路運輸生產(chǎn)全過程，對列車工作計劃編制的業(yè)務流程及相關(guān)信息流進行系統(tǒng)性分析，梳理出各層級計劃調(diào)度員及其它調(diào)度員相互配合完成計劃編制的業(yè)務流程及信息交互，突破了現(xiàn)有信息系統(tǒng)應用方案中各崗位調(diào)度員獨立編制計劃的局限性；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建起可支持多崗位平行作業(yè)、多數(shù)據(jù)源融合的列車工作計劃協(xié)同管理平臺，可支持各崗位間實時完成信息交互，及時反饋和響應，自動檢測操作合規(guī)性與各計劃間沖突，同步執(zhí)行調(diào)整。在列車工作計劃協(xié)同管理平臺輔助下，各層級調(diào)度員可以顯著提升列車工作計劃編制的效率與質(zhì)量，減少手工編制列車工作計劃時可能出現(xiàn)的差錯，提升列車工作計劃編制的一體化、精益化水平，對促進運輸調(diào)度指揮的綜合化、智能化發(fā)展具有積極意義。

本文提出的列車工作計劃協(xié)同編制方案僅是一個概念框架，為完成平臺的詳細設(shè)計和開發(fā)，后續(xù)需要對各類典型場景下的數(shù)據(jù)融合、輔助決策方法進一步深入研究；針對復雜多樣的客貨列車調(diào)度業(yè)務，需要結(jié)合不同運輸需求、車站作業(yè)、資源約束條件開展大量試驗，不斷驗證和優(yōu)化協(xié)同業(yè)務流程、信息交互機制和沖突消解策略。另外，利用知識圖譜技術(shù)完善運輸調(diào)度知識庫，結(jié)合機器學習等技術(shù)手段，研究實現(xiàn)列車工作計劃自動生成、沖突智能消解的算法，增強列車工作計劃協(xié)同管理平臺的自動化功能，提高全場景下列車工作計劃編制效率。