基于機車運行軌跡的機車調(diào)度管理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

方勝盛

（浙江金溫鐵道開發(fā)有限公司，溫州 325000）

機車是鐵路運輸?shù)膭恿Y源，機車的合理高效運用是完成鐵路運輸任務(wù)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段機車運用一般采用飽和式、粗放型的管理，但隨著鐵路運輸行業(yè)的發(fā)展，為滿足日益增長的鐵路運輸需求，在機車保有數(shù)量固定的情況下，鐵路公司對合理高效運用機車的需求愈發(fā)迫切[1]。

機車合理高效運用的基礎(chǔ)是對機車全生命周期內(nèi)機車運行軌跡的全面信息化。然而在實際運用過程中，既有機車運用系統(tǒng)生成的機車運行軌跡數(shù)據(jù)準確度不高[2]，主要原因是機車活動信息采集不全，導致機車運行軌跡數(shù)據(jù)缺失、機車運用數(shù)據(jù)準確度較低，進而導致機車運行軌跡數(shù)據(jù)紊亂，無法很好地應(yīng)用在機車周轉(zhuǎn)圖生成、機車實時狀態(tài)監(jiān)控、機車運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計等機車管理功能中。

本文研究一種機車運行軌跡自動生成方法，基于此，設(shè)計機車調(diào)度管理系統(tǒng)，實現(xiàn)機車周轉(zhuǎn)圖、機車運用統(tǒng)計、機車狀態(tài)、機車分布、機車推算等前臺應(yīng)用功能，從而實現(xiàn)機車信息的精準展示及對機車的高效運用管理。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

機車調(diào)度管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 機車調(diào)度管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1.1 物理層

作為機車調(diào)度管理系統(tǒng)的實體支撐，包括服務(wù)器設(shè)備、存儲系統(tǒng)設(shè)備、安全設(shè)備等物理實體，以及基礎(chǔ)的配套軟件等，是業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件環(huán)境基礎(chǔ)。

1.1.2 數(shù)據(jù)層

該層是數(shù)據(jù)共享理念實現(xiàn)的關(guān)鍵，實現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)的存儲，負責對機車運用所有數(shù)據(jù)的管理及共享，存儲業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)，為上層應(yīng)用系統(tǒng)生產(chǎn)、運行、維護提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；包含機車出入庫、列車到達、列車出發(fā)、機車換掛、機車檢修、司機出退乘、機車整備、機車運用狀態(tài)等生產(chǎn)關(guān)聯(lián)信息。

1.1.3 服務(wù)層

采用面向服務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（SOA，Service-Oriented Architecture），構(gòu)建業(yè)務(wù)服務(wù)平臺。該平臺將所有應(yīng)用模塊及系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能開發(fā)為服務(wù)，并提供中間件等協(xié)作工具，可實現(xiàn)界面集成，并為后期多系統(tǒng)集成、多端顯示提供基礎(chǔ)。同時，整個系統(tǒng)前后臺使用C/S 架構(gòu)搭建，提供可靠的定制化的前后臺交互體驗。

1.1.4 應(yīng)用層

基于數(shù)據(jù)層及服務(wù)層，構(gòu)建機車調(diào)度管理系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)。包括機車周轉(zhuǎn)圖、機車出入庫管理、機車整備管理、機車檢修管理、機車換掛管理及機車運行軌跡等應(yīng)用模塊。

1.1.5 表示層

該層為機車調(diào)度員、機務(wù)段派班室生產(chǎn)人員、調(diào)度所值班主任等人員提供友好的人機交互界面。

1.2 邏輯架構(gòu)

基于多源數(shù)據(jù)，獲取機車全運行周期軌跡數(shù)據(jù)，為編制合理高效的機車工作計劃提供數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)質(zhì)高效地完成運輸生產(chǎn)任務(wù)。機車調(diào)度管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 機車調(diào)度管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

該系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，由后臺機車服務(wù)統(tǒng)一管理不同前臺應(yīng)用提交的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對不同終端的權(quán)限管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合。通過相應(yīng)的業(yè)務(wù)接口采集多個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的機車運用數(shù)據(jù)，包括通過機務(wù)運用安全管理（簡稱：運安）系統(tǒng)獲取機車出入庫數(shù)據(jù)、通過列車調(diào)度指揮系統(tǒng)及調(diào)度集中系統(tǒng)獲取機車摘掛信息、通過機車檢修系統(tǒng)獲取機車檢修信息等；后臺機車服務(wù)通過對外部接口數(shù)據(jù)進行完整性、合規(guī)性、沖突性檢查，完成數(shù)據(jù)清洗和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，從而獲取全面、可靠的機車運行軌跡數(shù)據(jù)[3]；基于機車運行軌跡，實現(xiàn)機車周轉(zhuǎn)圖、機車運用統(tǒng)計、機車狀態(tài)、機車分布、機車推算等前臺應(yīng)用功能。

2 系統(tǒng)功能

根據(jù)現(xiàn)場實際需求，設(shè)計機車調(diào)度管理系統(tǒng)各功能模塊，如圖3 所示。

圖3 機車調(diào)度管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1 機車周轉(zhuǎn)圖管理

基于機車運行軌跡數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機車實際周轉(zhuǎn)圖的自動生成。當機車運行軌跡模塊采集到機車甩掛信息時，會推送給機車實際周轉(zhuǎn)圖模塊，機車實際周轉(zhuǎn)圖模塊據(jù)此信息自動生成機車甩掛線，完成機車實際周轉(zhuǎn)圖的自動繪制；當機車甩掛信息出現(xiàn)變更或刪除時，也會自動推送給機車實際周轉(zhuǎn)圖模塊，實現(xiàn)機車甩掛線的同步更新。當人為干預機車實際周轉(zhuǎn)圖時，系統(tǒng)會將人工操作信息推送給機車運行軌跡模塊，按最高等級數(shù)據(jù)生成機車運行軌跡并入庫管理[4]。

在編制機車計劃周轉(zhuǎn)圖時，機車調(diào)度管理系統(tǒng)通過機車動態(tài)推算功能實現(xiàn)機車過表推算，可依據(jù)機車過表推算數(shù)據(jù)輔助人工生成機車計劃周轉(zhuǎn)圖。

2.2 機車實時分布

機車調(diào)度員可通過機車分布功能實時掌握機車當前在管內(nèi)的機車位置及其輔助信息。機車調(diào)度管理系統(tǒng)實時從機車運行軌跡模塊中獲取當前時刻全部的機車位置及擔當任務(wù)等信息，從而實現(xiàn)了機車實時分布的動態(tài)顯示。在機車分布圖中顯示了管內(nèi)機車分布的位置，包括機務(wù)段、整備場、折返段、車站、在途等，若位置在機務(wù)段、整備場或折返段內(nèi)，可具體顯示機車的運用狀態(tài)；若位置在車站，可顯示具體車站名稱及運用狀態(tài)；在途機車會顯示機車擔當車次、擔當調(diào)車標記及運用狀態(tài)等[5]。

2.3 機車動態(tài)推算

機車調(diào)度員在機車計劃周轉(zhuǎn)圖上安排機車交路計劃時，需要掌握所有機車在十八點時的位置和狀態(tài)[6]。基于機車實際運行軌跡和當前機車計劃交路數(shù)據(jù)，能較為準確地推算出全部機車在幾個小時后的位置和狀態(tài)，為機車調(diào)度員編制機車日班計劃提供有效的數(shù)據(jù)支持。

2.4 機車運行軌跡查詢

可查看所有機車的完整運行軌跡，機車調(diào)度員在安排機車交路、機車轉(zhuǎn)入運用、機車轉(zhuǎn)非運用時，需要掌握機車在特定時間的狀態(tài)[7]，通過該查詢功能，可獲取機車運用過程中每一時間節(jié)點的狀態(tài)、位置、擔當列車等信息，為問題分析、排查提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.5 機車超勞預警

從機務(wù)生產(chǎn)系統(tǒng)自動獲取或通過人工設(shè)置機務(wù)班組出乘信息，針對客車、貨車，依據(jù)乘務(wù)出勤時間推算乘務(wù)預計超勞時間，提醒生產(chǎn)管理人員進行合理安排班組換班[8]，并在機車周轉(zhuǎn)圖上對接近超勞的在途機務(wù)班組進行預警。

2.6 機車運用統(tǒng)計

自動生成機車動態(tài)表（機統(tǒng)一），自動統(tǒng)計機車運用指標。通過自動讀取或人工設(shè)置機車在機務(wù)段/折返段（所）的整備、檢修、備用、交付的狀況，以及機車的出入庫時間，識別機車在周轉(zhuǎn)圖下的運用狀態(tài)；依據(jù)機車工作種別、機車狀態(tài)轉(zhuǎn)變時分確定的規(guī)則，自動生成機車動態(tài)表，并自動統(tǒng)計客貨車對數(shù)、客貨車需用系數(shù)、機車檢修率等機車運用指標[9]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集

機車調(diào)度管理系統(tǒng)需要與其他應(yīng)用系統(tǒng)進行實時高效的數(shù)據(jù)交換和信息共享，要準確、及時地掌握機車的運用狀況，必須掌握列車調(diào)度系統(tǒng)的列車實時運行信息、計劃系統(tǒng)的列車開行計劃、施工調(diào)度系統(tǒng)的線路施工信息，以及機務(wù)段機務(wù)運安系統(tǒng)中的機車狀態(tài)信息。本系統(tǒng)采用多信息采集匯總的方式，對能改變機車位置、狀態(tài)的信息進行開放式采集，確保機車運行軌跡信息的實時性和全面性，為編制合理高效的機車運用計劃、計算機車運用指標提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)接口，采取被動接收或主動輪詢等多種方式，剔除重復數(shù)據(jù)后將有效數(shù)據(jù)存入主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)治理

對采集的多源數(shù)據(jù)進行有效性檢查、處理，準確生成機車運行軌跡的是本系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵，本文設(shè)計的機車運行軌跡查詢模塊實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的有效性檢查，確保了機車運行軌跡數(shù)據(jù)的正確性，同時，對原始數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)信息匹配補充，包括機車類型代碼、機車號、地點代碼、作業(yè)類型代碼等，并根據(jù)實際業(yè)務(wù)將相關(guān)數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)。對原始數(shù)據(jù)的有效性檢查主要包括以下方面。

（1）完整性檢查：包括機車檢修數(shù)據(jù)中的機車號、檢修類別、檢修開始時間、檢修地點等信息；機車出入庫數(shù)據(jù)中的機車號、出入庫地點、出入庫時間、出入庫車次等信息；機車運用數(shù)據(jù)中的機車號、機車甩掛類型、機車作業(yè)地點，機車作業(yè)時間、列車車次等信息。

（2）合規(guī)性檢查：包括機車檢修數(shù)據(jù)中對應(yīng)不同的機車檢修類型，檢修地點不得違反相關(guān)部門機車檢修的規(guī)定，機車計劃甩掛車數(shù)據(jù)應(yīng)滿足規(guī)定的最小交路時間等。

（3）沖突性檢查：包括對于任一部機車的機車檢修數(shù)據(jù)、機車出入庫數(shù)據(jù)、機車運用數(shù)據(jù)的檢查，這3 種數(shù)據(jù)之間不應(yīng)該存在時間維度上的沖突。

4 系統(tǒng)應(yīng)用與優(yōu)化

4.1 應(yīng)用效果

機車調(diào)度管理系統(tǒng)目前已在金溫鐵道開發(fā)有限公司正式運行，主要用于調(diào)度中心機車調(diào)度、機務(wù)段運轉(zhuǎn)中心等相關(guān)崗位，其主界面如圖4 所示。

圖4 機車調(diào)度管理系統(tǒng)主界面

（1）機車周轉(zhuǎn)圖自動生成

通過與列車調(diào)度指揮系統(tǒng)、調(diào)度集中系統(tǒng)及機務(wù)系統(tǒng)的結(jié)合，實現(xiàn)了機車實際周轉(zhuǎn)圖的自動勾畫，有效減輕調(diào)度員的勞動強度，提高工作效率。

（2）機車信息上下級聯(lián)動

通過機車檢修獲取機車檢修信息，實現(xiàn)該信息的實時上下級聯(lián)動，讓調(diào)度員可以實時掌握機車檢修的情況；同時，機輛部通過機車調(diào)度管理系統(tǒng)可以查看在途機車交路安排情況，也可以掌握列車運行計劃。

（3）豐富了機車信息查詢手段

通過對出入庫信息及檢修信息的自動采集、匯總、計算，自動生成機車運用統(tǒng)計信息，調(diào)度員在一個界面下就可以查看每臺機車的運用統(tǒng)計結(jié)果；將機車實時分布情況以圖表的方式展現(xiàn)出來，讓調(diào)度員對機車當前分布情況一目了然，便于機車后續(xù)工作的安排。

4.2 優(yōu)化方向

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況，本系統(tǒng)還可以在以下2 個方面進行功能提升。

（1）擴展信息源，豐富機車運行軌跡

在機車檢修信息中，本系統(tǒng)能獲取到機車實際檢修和計劃檢修信息，但是，對機車狀態(tài)信息的掌握還僅限于運用狀態(tài)。后續(xù)通過擴展與機車檢修系統(tǒng)的接口，在機車運行軌跡中增加機車故障提報的信息節(jié)點[9]，可使工作人員在機車運行軌跡表中完整查看機車故障提報的時間節(jié)點和提報內(nèi)容，以及故障對應(yīng)的機車檢修類型、開始結(jié)束時間、地點等。

（2）擴展機車運行軌跡的應(yīng)用

可通過對大量的機車運行軌跡數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合日班計劃中列車計劃信息、機車檢修、整備計劃信息，輔助完成機車日班計劃交路圖的自動鋪畫[10]。

5 結(jié)束語

本文依據(jù)列車開行計劃、列車實時運行信息、機車實時狀態(tài)信息，設(shè)計機車調(diào)度管理系統(tǒng)，輔助機車調(diào)度員完成機車運用計劃的編制，并對機車運用指標進行統(tǒng)計；同時，該系統(tǒng)打通機務(wù)相關(guān)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的壁壘，實現(xiàn)信息互通，在此基礎(chǔ)上，通過自動生成精確的機車全生命周期運行軌跡數(shù)據(jù)，為機車運用提供更清晰的優(yōu)化參考，顯著改善現(xiàn)有機車調(diào)度、統(tǒng)計等工作效率低下、數(shù)據(jù)傳遞不暢等情況，為機車調(diào)度工作提供了有力的技術(shù)支撐。