城市軌道交通無場段條件下線上停檢線的收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)

祁 勇 盧 鋼 王駿祺 莊 磊

(1.紹興市軌道交通集團有限公司運營分公司,312001,紹興; 2.成都匯轍科技有限公司,610031,成都∥第一作者,工程師)

0 引言

目前,受場地等條件制約,部分城市軌道交通線路在準備開通初期試運行時未能配置停車場、車輛段與綜合基地(以下簡稱“場段”),而在運營正線中某個地下站點的兩側(cè)設(shè)置地下線上停檢線,用于停車與檢修。這給列車收發(fā)及車輛檢修管理提出了巨大的挑戰(zhàn)。在編制收發(fā)車及調(diào)車計劃時,既需要考慮到大量關(guān)聯(lián)信息,又要滿足車輛檢修計劃需求、日常維護計劃需求、行車運行圖需求、停檢線施工作業(yè)計劃需求及調(diào)車司機資源等多維度條件。此外,由于線上停檢線同運營正線聯(lián)系緊密,且距離較近,若列車停放位置同發(fā)車位置、檢修位置或施工位置不能匹配,則可執(zhí)行調(diào)車任務的空間與時間窗口將會被嚴格限制,收發(fā)車管理的容錯量將會大大減小。

為了提高無場段運營模式下收發(fā)車管理工作的準確性與及時性,保障行車安全與效率,亟須建設(shè)1套數(shù)字化、智能化的收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)。這樣既能保證調(diào)度人員對收發(fā)車排布計劃的驗證與發(fā)布,又能提高人工計算與匹配的效率與準確性。

1 收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)

收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)可獲取相關(guān)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù),并根據(jù)先進算法進行實時運算,高效規(guī)劃線路軌道資源,最終及時地輸出實時線上停檢線收發(fā)車排布計劃供相關(guān)調(diào)度人員進行驗證與下發(fā)操作,從而最終滿足無場段條件下的行車運營要求。

值得注意的是,由收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)計算出的實時收發(fā)車排布計劃需要采用直觀的圖形展示方式,以便相關(guān)調(diào)度人員可以一目了然地進行驗證與下發(fā)工作,避免出現(xiàn)木桶短板效應,導致整套系統(tǒng)的效率卡在驗證或者下發(fā)環(huán)節(jié)。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)分為綜合應用層、數(shù)據(jù)存儲與邏輯計算層、數(shù)據(jù)采集層。綜合應用層實現(xiàn)用戶對業(yè)務的操作與交互,還可為接入其他業(yè)務子系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)支撐;數(shù)據(jù)存儲與邏輯計算層負責完成對所有數(shù)據(jù)的存儲、監(jiān)控與邏輯計算,提供給綜合應用層進行業(yè)務操作;數(shù)據(jù)采集層,通過城市軌道交通云大數(shù)據(jù)平臺獲取各相關(guān)業(yè)務子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù),為數(shù)據(jù)邏輯分析提供充足的必要數(shù)據(jù)資源。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.2 功能模塊

收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)在城市軌道交通的運營期(既有線及新線均可)進行部署實施,針對停車場調(diào)度、檢修調(diào)度、行車調(diào)度及乘務調(diào)度等工作崗位的日常性或計劃性工作進行流程上與功能上的適配。在整個運營管理系統(tǒng)中,基于具體的生產(chǎn)組織環(huán)節(jié),每日直接面對一線的計劃制定與業(yè)務執(zhí)行人員。根據(jù)具體的業(yè)務需要,收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)的基本功能模塊如下:

1) 完成與行車ATS信號系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)對接,在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)車輛聯(lián)鎖進路的展示與管理。

2) 完成與車輛檢修管理系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)對接,在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)車輛檢修計劃的展示與管理,為收發(fā)車計劃自動排布提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時對需要執(zhí)行檢修計劃的列車進行標記與記錄。

3) 完成與線路施工調(diào)度系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)對接,在收發(fā)車計劃自動排布系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)施工調(diào)度計劃的展示與管理,同時標記所涉及到施工調(diào)度計劃的車輛與占用軌道。

4) 自動編制收發(fā)車計劃排布策略,提供圖形化展示方式供調(diào)度人員審核與下發(fā)。

5) 自動編制調(diào)車計劃,及時反映出其他業(yè)務子系統(tǒng)中的臨時性變化。

6) 車輛管理,實現(xiàn)對線路上所有車輛狀態(tài)的監(jiān)管與統(tǒng)計展示。

如有需要,還可以在基本功能模塊的基礎(chǔ)上進行拓展性開發(fā)。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)的主要工作流程如圖2所示。

圖2 收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)的主要工作流程

1.3 圖形化界面

為確保操作的實時性與準確性,操作人員需要快速完成驗證與確認工作,并下發(fā)執(zhí)行計劃。對此,收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)通過直觀明了的圖形化界面來呈現(xiàn)各核心業(yè)務的內(nèi)容與操作邏輯,節(jié)省了人工確認的耗時。主要的操作界面包括虛擬場段矢量圖界面、車輛配置界面、收發(fā)車計劃界面、時刻表數(shù)據(jù)界面、車輛檢修計劃數(shù)據(jù)界面等。

1) 虛擬場段矢量圖界面。根據(jù)線路實際需求,將虛擬場段的線路圖矢量化,能標記所有可利用的停車與檢修軌道資源,以匹配最大列車數(shù)量,自動劃分運營車輛、檢修車輛、工程車輛及熱備車輛,并同時考慮列車折返與可能的調(diào)車操作需占用的軌道資源。通過“hover”指令,可顯示車輛的基本信息(包括車底號、車次、收發(fā)車時間、停車位置軌道號、車輛狀態(tài)等),便于操作人員快速確認車輛信息。虛擬場段矢量圖界面如圖3所示。

圖3 虛擬場段矢量圖界面截圖

2) 車輛配置界面截圖如圖4所示。車輛配置是行車計劃排布規(guī)則的輸入源之一。通過車輛配置界面,可實現(xiàn)對線路全部車輛的統(tǒng)一配置與管理。

圖4 車輛配置界面截圖

3) 收發(fā)車計劃界面截圖如圖5所示。操作人員通過收發(fā)車計劃界面操作指令,進而發(fā)布已經(jīng)通過審核的排布計劃,并交付ATS(列車自動監(jiān)控)系統(tǒng)予以執(zhí)行。

圖5 收發(fā)車計劃界面截圖

4) 時刻表數(shù)據(jù)界面截圖如圖6所示。通過該界面,操作人員可獲取所有需要執(zhí)行的時刻表數(shù)據(jù),從而獲取每日所需的發(fā)車時間、收車時間及車次等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)為行車計劃排布規(guī)則的輸入源之一,可在系統(tǒng)中查看或管理。

圖6 時刻表數(shù)據(jù)界面截圖

5) 車輛檢修計劃數(shù)據(jù)界面截圖如圖7所示。操作人員通過該界面查看從第三方檢修業(yè)務子系統(tǒng)中獲取的車輛檢修計劃數(shù)據(jù)。這也是作為行車計劃排布規(guī)則的輸入源之一。車輛檢修計劃編輯與驗證等操作是在第三方檢修業(yè)務子系統(tǒng)中完成的。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)僅展示車輛檢修計劃的相關(guān)數(shù)據(jù),以便讓操作人員快速確認車輛檢修計劃的合理性與合規(guī)性,避免出現(xiàn)無法進行行車計劃排布規(guī)則運算的可能。

圖7 車輛檢修計劃數(shù)據(jù)界面截圖

1.4 系統(tǒng)部署與可靠性保障

收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)與城市軌道交通的核心業(yè)務的關(guān)聯(lián)非常緊密,故其對時間的敏感性非常高,容錯率很低。由于參與計算的其他業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)較多,對網(wǎng)絡條件的要求也很高。因此,收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)不宜部署在公有云上,而應該部署在線路自建的城市軌道交通私有云上,以保證網(wǎng)絡帶寬與服務資源。

此外,為了保證收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)的可靠性,其規(guī)則的配置既要同時體現(xiàn)科學的嚴謹性與邏輯的靈活性,還要對大量的模擬數(shù)據(jù)進行驗證以保證最終輸出行車排布計劃的可用性與安全性。需要說明的是,收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)所需的模擬數(shù)據(jù)是指符合項目實際情況的模擬行車數(shù)據(jù),包含所有可能出現(xiàn)的極端運行情況,而并不需要用每日的真實運營數(shù)據(jù)來進行模擬規(guī)劃。這既因為獲取真實數(shù)據(jù)所需時間很長,不利于收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)盡快投入使用,也因為每日的真實運營數(shù)據(jù)無法涵蓋所有極端運行情況。因此,需要在真實數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立模擬數(shù)據(jù)庫,使收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)通過算法學習,方能達到設(shè)計的可靠性要求。

2 排布規(guī)則與相關(guān)算法邏輯

2.1 停車位屬性定義

定義線上停檢線可停放列車的軌道位置(即停車位)為N,對于第i個停車位(i≥0且為整數(shù))包括其所有的屬性為:

1) 該停車位是否需要優(yōu)先發(fā)車。若停車位需要優(yōu)先發(fā)車,則用P標記。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)會優(yōu)先占用該停車位,然后再占用低優(yōu)先級的停車位,停車位的優(yōu)先級可以相同,也可以不同,需根據(jù)線路特點進行配置。若停車位不需要優(yōu)先發(fā)車,則不需要進行標記。

2) 是否具備檢修功能。如具備,則用R標記。

3) 若該停車位發(fā)車只能向上行方向發(fā)車則標記為U,若只能向下行方向發(fā)車則標記為D,若可雙向發(fā)車則不進行標記。

4) 該停車位是否位于列車折返所需軌道。若是則標記為T。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)若需要占用此位置,則需要給出強提醒。

2.2 條件數(shù)據(jù)

為計算準確的排布信息,收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)需要從其他業(yè)務系統(tǒng)中獲取相關(guān)關(guān)鍵信息,作為規(guī)則計算的條件數(shù)據(jù)。這些信息如下:

1) 從施工調(diào)度系統(tǒng)中獲取當日的所有施工計劃。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)從中篩選出被占用的軌道信息(以O(shè)進行標記)及軌道被占用時間段。

2) 車輛檢修管理系統(tǒng)需要給出當日的計劃詳情。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)需要匹配相應的列車與可檢修停車位,以及所需的計劃檢修具體時間段。

收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)還須根據(jù)運行圖時刻表來計算每日需收發(fā)車數(shù)量與每列車的收發(fā)時間。計算范圍包括電客車、軋道車與熱備車。

2.3 排布規(guī)則的定義

排布規(guī)則引擎負責對所有規(guī)則的優(yōu)先級進行劃分。相同優(yōu)先級的規(guī)則存在執(zhí)行順序及與或非邏輯判斷。不同類型線路的優(yōu)先級與執(zhí)行順序可能會根據(jù)列車的出車方向等現(xiàn)場情況變化。

以標準的一字線路類型為例,假設(shè)線路一頭是站后折返,另一頭是站前折返,則排布規(guī)則如下:

1) 可停車的停車位數(shù)≥上線列車數(shù)+檢修車數(shù)+熱備車數(shù)+工程車數(shù)。如小于則需要檢查是否可以占用折返線軌道。

2) 可檢修的停車位數(shù)≥檢修車數(shù)量。

3) 待檢修列車在匹配檢修停車位時,需保證次日發(fā)車順序不受影響。如無法確定匹配,則須在完成檢修任務后安排調(diào)車任務。

4) 若檢修列車無法當夜完成檢修(檢修時長≥6 h),則應標記相應列車為特殊檢修列車,安排檢修位時應該選擇優(yōu)先級最低的可檢修停車位。

5) 在站前折返時,最后一列列車清客后將停靠尾端車站站臺,承接次日軋道任務。此時收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)需要從運行圖時刻表獲得信息,以保證不會安排需要檢修列車運行最后一班車次。

6) 停車位優(yōu)先級是收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)進行發(fā)車操作的順序指標。優(yōu)先級越高,該停車位列車越先發(fā)車。

7) 收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)根據(jù)FIFO(先進先出)原則進行收發(fā)車排布,以避免出現(xiàn)“跑偏車”的情況,進而導致一段時間以后列車運行里程數(shù)與運行時間的不平衡。

8) 高峰時段轉(zhuǎn)非高峰時段的收車按照非高峰時段轉(zhuǎn)高峰時段的發(fā)車要求進行排布。此期間若需要安排檢修作業(yè),則按照普通早晚高峰時段收發(fā)車邏輯執(zhí)行即可。此時,列車數(shù)量將大大少于可用停放位置數(shù),故排布的邏輯計算更加簡單。

9) 根據(jù)列車運行里程的數(shù)量變化動態(tài)調(diào)整列車排布計劃,從而保證列車使用的平衡性。

2.4 ATS系統(tǒng)對接

收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)的排布計劃應對接ATS系統(tǒng)的運行圖時刻表,按照時刻表信息自動匹配發(fā)車車底號與車次號,提供出庫位置信息,供ATS系統(tǒng)計算聯(lián)鎖進路,執(zhí)行跑圖任務。

列車回庫時,同樣需要通過ATS系統(tǒng)運行圖時刻表信息來匹配回庫車輛的車底號。收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)根據(jù)車底號與車輛所需的維護內(nèi)容完成對入庫位置的自動排布,而后將軌道位置信息提供給ATS系統(tǒng),使其排列出入庫的聯(lián)鎖進路并予以執(zhí)行。

3 應用案例

3.1 項目簡介

某地鐵線路已試用收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng),本文對其試用用經(jīng)驗進行總結(jié)。

該線路全線規(guī)劃21座車站。目前,一期工程需開通初期試運營,但僅完工其中9座地下車站,且尚未建設(shè)場段。對此,在設(shè)計階段安排在試運營線路的線上停檢線進行車輛的維護與停放,形成了無場段條件下的行車運營管理模式。

該線路一期工程全長10.55 km。列車采用4節(jié)編組B型列車,最高運行速度為100 km/h。線路一端采用站后雙折返,另一端采用站前交叉渡線折返并設(shè)置線上停車線與檢修線(4車位)。在試運營期,高峰時段上線6列運營列車,1列熱備車,1列檢修列車,1列工程車,共計9列列車。

線路兩端均需預留折返軌道空間及設(shè)備,站間折返端需預留越站條件,并實現(xiàn)每日1～2列車的列檢工作。在此情況下,可用于車輛停放和檢修的軌道位置僅有8個,冗余列車需要在運營完成后停放在始發(fā)站站臺。若需進行夜間維護工作,則需安排其他列車進行置換。

在數(shù)據(jù)模擬試驗與聯(lián)調(diào)測試中,收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)已實現(xiàn)相關(guān)功能。這給線路的行車運營管理提供了強有力的技術(shù)支持。

3.2 經(jīng)驗與挑戰(zhàn)

在收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)的通用化規(guī)則引擎計算與計算邏輯調(diào)整中,遭遇了較大困難:由于每條線路的具體建設(shè)與站點分布情況不盡相同,在規(guī)則引擎的規(guī)劃上無法實現(xiàn)通用算法邏輯;該項目無需支撐針對所有情況下可能出現(xiàn)的線路類型進行的普適性規(guī)則計算,故而轉(zhuǎn)向定制化的規(guī)則計算。

在試運營中,收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)自動完成了檢修調(diào)度和場站調(diào)度的大部分計劃性工作,大大減少了相關(guān)的工作量,且其收發(fā)車計劃還能最大程度上避免非必要調(diào)車的產(chǎn)生。由此建議,將檢修調(diào)度和場站調(diào)度的工作崗位合并。當前,有些成熟的線路已經(jīng)開始采用這種崗位設(shè)置方式。

此外,采用線上停檢線的線路沒有傳統(tǒng)的場段,收發(fā)車均在線上完成,故行車調(diào)度和場站調(diào)度的工作界限模糊,且工作量不大,可以將完全可將行車調(diào)度和場站調(diào)度業(yè)合并,甚至可以再深入一步,將行車調(diào)度、檢修調(diào)度和場站調(diào)度的崗位合并。這樣既能減少多崗位人員之間的信息交流成本,也能減少調(diào)度人員總數(shù),不論是從經(jīng)營成本還是從管理效率上來看,都是積極的。

4 結(jié)語

根據(jù)《中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會報告》的指導綱要,企業(yè)應該堅持信息化改革的路線,加快信息化的步伐,讓信息化的工具成為輔助生產(chǎn)的得力助手。

在收發(fā)車計劃自動化排布系統(tǒng)的實施過程中,遇到最大的困難是數(shù)據(jù)對接工作,存在數(shù)據(jù)獲取不全等實際問題。經(jīng)分析,當前的城市軌道交通信息化管理系統(tǒng)往往由多個子系統(tǒng)單獨上線拼湊而成,缺少整體的統(tǒng)一規(guī)劃,由此導致了雖然單個子系統(tǒng)功能沒有問題,但多系統(tǒng)聯(lián)動卻無法實現(xiàn)的窘境。由此可見,應建立統(tǒng)一的城市軌道交通數(shù)據(jù)云平臺,對信息化管理系統(tǒng)進行完整設(shè)計,讓現(xiàn)在飛速發(fā)展的信息化互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市軌道交通行業(yè)發(fā)揮更大的作用。屆時列車收發(fā)計劃自動化排布系統(tǒng)能及時獲取更多的相關(guān)信息,就能在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上給予更智能、更豐富的決策輔助支持。

本文采用了自動化智能化的技術(shù)手段實現(xiàn)了在無場段條件下利用線上停檢線進行列車自動化收發(fā)車計劃排布管理,對傳統(tǒng)的行調(diào)、場調(diào)、檢調(diào)等城市軌道交通行業(yè)的工作模式提出了更優(yōu)的解決方案。但該解決方案在行業(yè)內(nèi)尚處在探索研究階段,所以本文提出的數(shù)據(jù)與工作流程可能與當前既有的管理模式存在一定的偏差,交付成果僅供行業(yè)內(nèi)參考使用。