艾文偉 李瑜芬 金海薇

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，201103，上海//第一作者，高級工程師)

截止2017年底，上海軌道交通已形成14條線路、364座車站、588 km的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營格局，日均客流達(dá)839.54萬人次，最高日客流突破千萬，年開行總列次達(dá)236萬列次，運(yùn)營里程超過4.39億車km，軌道交通在公共交通中發(fā)揮的作用越來越突出[1]。這就要求城市軌道交通的運(yùn)營管理更加安全、規(guī)范、高效。運(yùn)營指標(biāo)不僅反映當(dāng)前軌道交通的運(yùn)行狀況，體現(xiàn)運(yùn)營企業(yè)的管理水平，同時(shí)也為管理決策和持續(xù)改進(jìn)提供決策依據(jù)。隨著大數(shù)據(jù)理念和技術(shù)的應(yīng)用，在運(yùn)營管理向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)型的過程中，運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)在運(yùn)營生產(chǎn)管理的地位更加重要[2]。目前,上海軌道交通仍沿用手工標(biāo)畫運(yùn)行圖、人工計(jì)算的方式進(jìn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。這種方式不僅成本高、效率低，數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確率亦無法保證。隨著軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大、列車開行密度的提高，迫切需要借助信息化手段完成指標(biāo)的采集、匯總和統(tǒng)計(jì)，達(dá)到規(guī)范統(tǒng)計(jì)口徑、提高管理水平、減輕統(tǒng)計(jì)工作量的目的。

1 上海軌道交通運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)狀

上海軌道交通自1993 年1月10日投入試運(yùn)營至今，運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析工作一直在發(fā)展和完善。運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的首要目標(biāo)是滿足運(yùn)營管理對各類數(shù)據(jù)的需求?，F(xiàn)行上海軌道交通運(yùn)營關(guān)鍵績效指標(biāo)體系包含5大類、36 個(gè)運(yùn)營指標(biāo)[3]。作為國內(nèi)MOPES(城市軌道交通運(yùn)營績效評估體系)組織和CoMET(國際地鐵協(xié)會)的成員之一，上海軌道交通還需統(tǒng)計(jì)CoMET和MOPES等相關(guān)指標(biāo)。CoMET 指標(biāo)包含180多項(xiàng)；MOPES 指標(biāo)體系由基礎(chǔ)指標(biāo)和績效指標(biāo)兩大類構(gòu)成，總計(jì) 117 個(gè)指標(biāo)[4]。

現(xiàn)行的ATS(列車自動監(jiān)控)系統(tǒng)只記錄城市軌道交通的實(shí)際運(yùn)行狀況，不記錄運(yùn)營事件，因此無法結(jié)合運(yùn)營計(jì)劃生產(chǎn)完整、準(zhǔn)確的運(yùn)營數(shù)據(jù)和運(yùn)營指標(biāo)。目前的做法是通過ATS系統(tǒng)獲取列車實(shí)際運(yùn)行信息，結(jié)合運(yùn)行計(jì)劃生成實(shí)際運(yùn)行圖，全面真實(shí)反映運(yùn)行計(jì)劃執(zhí)行情況，再依據(jù)現(xiàn)有指標(biāo)統(tǒng)計(jì)管理規(guī)定，由線路OCC(運(yùn)營控制中心)當(dāng)班調(diào)度員打印實(shí)際運(yùn)行圖后，在紙質(zhì)版運(yùn)行圖上手工標(biāo)畫、標(biāo)注列車運(yùn)行情況及運(yùn)營事件，通過人工統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算各類運(yùn)營指標(biāo)，填寫報(bào)表后由交由專門統(tǒng)計(jì)人員進(jìn)行匯總。這種方式主要存在以下不足：

1)信息采集方式落后。線路OCC當(dāng)班調(diào)度員打印實(shí)際的列車運(yùn)行圖后，在紙質(zhì)版運(yùn)行圖上手工標(biāo)畫和標(biāo)注列車運(yùn)行信息。其中，調(diào)度日志和事件數(shù)據(jù)的采集采用的都是比較原始的手工填報(bào)方式。

2)數(shù)據(jù)格式多樣，不能很好地實(shí)現(xiàn)共享?，F(xiàn)行模式下，與運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)存在于多個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)格式多樣，無法實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享。如列車運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲在ATS系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)輸出為圖片格式；而列車運(yùn)行事件則以文本格式存儲在運(yùn)營管理平臺中，兩種數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)很好的融合。

3)數(shù)據(jù)處理能力差。指標(biāo)計(jì)算、匯總統(tǒng)計(jì)受限于人工作業(yè)，對數(shù)據(jù)量大、計(jì)算規(guī)則比較復(fù)雜的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算存在較大難度。例如，針對列車晚點(diǎn)，僅能完成始發(fā)站和終到站的統(tǒng)計(jì)，對列車在全程或某個(gè)車站延誤時(shí)間的絕對值≥5 min的圖定計(jì)劃列次統(tǒng)計(jì)存在困難。

4)數(shù)據(jù)及時(shí)性和準(zhǔn)確性無法保證。指標(biāo)統(tǒng)計(jì)涵蓋多個(gè)專業(yè)，涉及的作業(yè)人員較多，容易造成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果偏差，導(dǎo)致檢查復(fù)核難度較高，數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確率亦無法保證。

5)數(shù)據(jù)間未建立必要的關(guān)聯(lián)，無法支撐后續(xù)的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。運(yùn)行事件與運(yùn)行狀況未建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，后續(xù)統(tǒng)計(jì)需要重新補(bǔ)充信息。在進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和估算時(shí)，由于統(tǒng)計(jì)人員對統(tǒng)計(jì)規(guī)則的理解不一致，且分析的方法較為繁瑣，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果誤差較大，且準(zhǔn)確度相對較低。

6)缺乏持續(xù)的改善能力。獲取的數(shù)據(jù)相對比較基礎(chǔ)，針對相對復(fù)雜與統(tǒng)計(jì)難度高的運(yùn)營指標(biāo)，目前無法獲得精確的支撐數(shù)據(jù)，亦無法建立基于乘客感知的列車運(yùn)行指標(biāo)[5]。因此，須對運(yùn)營方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，從而為乘客提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2 運(yùn)營指標(biāo)自動統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 功能設(shè)計(jì)

運(yùn)營指標(biāo)自動統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循“數(shù)字化、可視化、圖形編輯、實(shí)時(shí)計(jì)算”的設(shè)計(jì)原則。數(shù)字化信息包括計(jì)劃運(yùn)行數(shù)據(jù)、實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)度數(shù)據(jù)和事件數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和圖形編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行狀況和調(diào)度策略的具體化與形象化。通過實(shí)時(shí)對各類運(yùn)營指標(biāo)進(jìn)行在線統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)對運(yùn)營狀況的宏觀把控。

針對信息采集和共享，通過數(shù)據(jù)接口，從ATS實(shí)時(shí)獲取列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過清洗以及與計(jì)劃運(yùn)行圖數(shù)據(jù)整合形成列車運(yùn)行信息。列車運(yùn)行信息不僅用于統(tǒng)計(jì)運(yùn)營指標(biāo)中的基本指標(biāo)，如到發(fā)站晚點(diǎn)、開行列次、換車、換表等，而且還可以通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，表現(xiàn)列車的運(yùn)行計(jì)劃和實(shí)際運(yùn)行情況。通過圖形編輯技術(shù)，一方面可以實(shí)現(xiàn)對ATS數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的修正，如對丟失的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)線；另一方面，實(shí)現(xiàn)調(diào)度策略的形象化表現(xiàn)，如標(biāo)識列車清客、空駛、事件影響時(shí)段及范圍等，更重要的是通過圖形編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行、調(diào)度、事件三者之間的關(guān)聯(lián)，為指標(biāo)自動統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)備了必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。實(shí)時(shí)計(jì)算可以用于處理流數(shù)據(jù)，能及時(shí)完成數(shù)據(jù)量大且規(guī)則復(fù)雜的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。

運(yùn)營指標(biāo)自動統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2 ATS數(shù)據(jù)的獲取及清洗

2.2.1 ATS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

ATS系統(tǒng)主要包含列車實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，需獲取的數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)：

1)網(wǎng)絡(luò)連通較差：ATS系統(tǒng)相對比較獨(dú)立，基于安全考慮，不能直接通過ATS系統(tǒng)對接完成數(shù)據(jù)的傳輸。

2)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不穩(wěn)定且容錯(cuò)性較差：目前ATS數(shù)據(jù)為感應(yīng)器觸發(fā)式，數(shù)據(jù)質(zhì)量存在諸多不穩(wěn)定因素。例如，在車輛進(jìn)站時(shí)會在短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)數(shù)十次進(jìn)站數(shù)據(jù)，若在進(jìn)站至停站期間對車輛進(jìn)行重新挪動則會同時(shí)產(chǎn)生進(jìn)出站數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性與容錯(cuò)機(jī)制均較差。

3)數(shù)據(jù)量大且存在大量噪聲：ATS包含的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)數(shù)量較大，且存在大量噪聲。如上海軌道交通2號線通過ATS接口時(shí)獲取到的數(shù)據(jù)平均值每天約為57萬條，而通過清洗后的有效運(yùn)行數(shù)據(jù)僅占10%。

圖1 城市軌道交通運(yùn)營指標(biāo)自動統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

基于以上3個(gè)方面，說明合理高效的數(shù)據(jù)清洗顯得尤為重要。

2.2.2 ATS數(shù)據(jù)的清洗

數(shù)據(jù)清理主要是對越界值、不一致代碼、重復(fù)數(shù)據(jù)和丟失值進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、一致性、唯一性、適時(shí)性及有效性[6]。針對ATS數(shù)據(jù)，通過建立數(shù)據(jù)清洗標(biāo)準(zhǔn)模型，采用填補(bǔ)遺漏、消除異常、平滑噪聲等技術(shù)手段，對單向讀取的列車運(yùn)行數(shù)據(jù)通過一系列步驟“清理”之后，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的格式數(shù)據(jù)[7]。

針對ATS數(shù)據(jù)特點(diǎn)，采用不同的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗[8]：

1)快速接收及提取處理。ATS未清洗前數(shù)據(jù)并發(fā)量較大，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速接收及提取，如采用數(shù)據(jù)存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的傳統(tǒng)方式，但在使用時(shí)會涉及到磁盤IO操作，這將嚴(yán)重制約數(shù)據(jù)的處理性能。采用Redis作為緩存數(shù)據(jù)庫，將實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)按照一定數(shù)據(jù)規(guī)格進(jìn)行內(nèi)存緩存，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索提取時(shí)較傳統(tǒng)方式在性能上有質(zhì)的提升。通過數(shù)據(jù)實(shí)測，數(shù)據(jù)處理性能平均提升1 000倍左右。

2)不完整數(shù)據(jù)(即值缺失)的處理。針對不完整數(shù)據(jù)，采用算法模型和人工判別相結(jié)合的方式進(jìn)行補(bǔ)充。將新接收到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，該模塊將會根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行同車次下的匹配計(jì)劃數(shù)據(jù)校驗(yàn)，校驗(yàn)通過后再以遞歸形式進(jìn)行相同運(yùn)行方向下前一站數(shù)據(jù)對比，直至找到有效數(shù)據(jù)，遞歸完成后將遞歸過程中獲取的實(shí)際丟失的數(shù)據(jù)通過列車計(jì)劃數(shù)據(jù)匹配、列車實(shí)際并線數(shù)據(jù)分析、始發(fā)終到數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行推算調(diào)整生成缺失數(shù)據(jù)序列方案。當(dāng)按算法模型生成唯一的丟失數(shù)據(jù)序列時(shí)，系統(tǒng)自動將丟失數(shù)據(jù)補(bǔ)全至實(shí)際數(shù)據(jù)中；當(dāng)按算法模型生成多種丟失數(shù)據(jù)方案時(shí)，由人工判別后選擇丟失數(shù)據(jù)補(bǔ)充方案。

3)錯(cuò)誤值的檢測及校正。將新接收到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)處理模塊，通過對列車的列次、車次及計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，識別可能的錯(cuò)誤值或異常值。常用的方法包括偏差分析、不遵守分布識別或回歸方程等，并通過規(guī)則庫(常識性規(guī)則、業(yè)務(wù)特定規(guī)則等)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

4)重復(fù)記錄數(shù)據(jù)的消除。針對接收到的重復(fù)數(shù)據(jù)，采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的雙重校驗(yàn)方式。當(dāng)系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將根據(jù)數(shù)據(jù)的屬性值及業(yè)務(wù)含義進(jìn)行相同數(shù)據(jù)校驗(yàn)，并將系統(tǒng)校驗(yàn)出的相同數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。結(jié)合指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析得到的唯一相同數(shù)據(jù)進(jìn)行合并或清除，并對系統(tǒng)內(nèi)所有經(jīng)自動校驗(yàn)并合并的數(shù)據(jù)形成的方案提供給人工進(jìn)行二次校驗(yàn)及調(diào)整。

ATS數(shù)據(jù)清洗路徑，如圖2所示。

圖2 ATS數(shù)據(jù)清洗路徑

2.3 數(shù)據(jù)集成

由于運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)所需數(shù)據(jù)的多源性，需要對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的關(guān)聯(lián)性及驗(yàn)證，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)值關(guān)聯(lián)兩部分內(nèi)容。需要關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)包括計(jì)劃數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、運(yùn)行圖車次與運(yùn)行車輛的關(guān)聯(lián)、運(yùn)行圖與線路車站數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)等內(nèi)容。

2.4 基于富客戶平臺的圖形化編輯

RCP(富客戶平臺)是Eclipse組織向用戶提供的強(qiáng)大的開放性開發(fā)平臺，該平臺可使用戶方便地創(chuàng)建并支持基于Eclipse的應(yīng)用程序[9]。在開發(fā)RCP應(yīng)用程序時(shí)，可以利用Eclipse平臺的外觀及基本框架快速創(chuàng)建菜單欄、工具欄、表格、樹結(jié)構(gòu)等功能組件，并以此為基礎(chǔ)在平臺上進(jìn)行相對比較簡單的代碼開發(fā)即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，這樣不但節(jié)省大量的開發(fā)時(shí)間，同時(shí)也避免了許多重復(fù)性的工作。

另一方面，為提升系統(tǒng)功能的可用性，列車運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)功能開發(fā)采用GEF技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)畫功能。GEF是一個(gè)圖形化編輯框架，它允許開發(fā)人員以圖形化的方式展示和編輯模型[10]。GEF的優(yōu)勢是提供標(biāo)準(zhǔn)的MVC結(jié)構(gòu)，開發(fā)人員可以利用GEF來完成以上功能，而不需要自身重新設(shè)計(jì)。GEF的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡量減少模型和視圖之間的依賴，可以根據(jù)需要選擇任意模型和視圖的組合，而不必受開發(fā)框架的局限。在圖形編輯視圖內(nèi)，圖形接受用戶的操作，比如組織單元的新建、移動、刪除等操作。每個(gè)組織單元的模型對象對應(yīng)一個(gè)EditPart對象，每個(gè)EditPart對象均有一組按照操作角色分開的最終模型進(jìn)行直接操作，這樣可以在圖形標(biāo)注及繪制時(shí)進(jìn)行合理的分層，使得圖形展現(xiàn)可按照不同的業(yè)務(wù)對象進(jìn)行分層封裝并顯示。

2.5 運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分為基礎(chǔ)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)和反映調(diào)度策略的復(fù)雜指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。

2.5.1 基礎(chǔ)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)被清洗處理完成后，會被分配至指標(biāo)分析模塊，通過即時(shí)計(jì)算，并根據(jù)站點(diǎn)、站臺、列次、車次、上下行、到發(fā)站屬性等與計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，自動生成到站晚點(diǎn)、發(fā)車晚點(diǎn)、中途晚點(diǎn)等指標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)算當(dāng)下線路的最大晚點(diǎn)、兌現(xiàn)率、正點(diǎn)率、高峰時(shí)段運(yùn)行間隔正點(diǎn)率、高峰時(shí)段運(yùn)行間隔兌現(xiàn)率以及列車延誤總時(shí)長等運(yùn)行統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

2.5.2 復(fù)雜指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

復(fù)雜指標(biāo)是指圖形編輯后，能反映調(diào)度策略的運(yùn)營指標(biāo)。該類指標(biāo)根據(jù)圖形編輯產(chǎn)生的標(biāo)志進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體內(nèi)容如下：

1)清客標(biāo)畫：當(dāng)觸發(fā)清客標(biāo)畫時(shí)，系統(tǒng)將會按照只統(tǒng)計(jì)當(dāng)下列次清客之前的數(shù)據(jù)來調(diào)整當(dāng)下中途5 min數(shù)據(jù)，并同時(shí)調(diào)整計(jì)算系統(tǒng)載客與空駛里程這兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。

2)大小交路調(diào)整(人工補(bǔ)線)：當(dāng)觸發(fā)該項(xiàng)調(diào)整標(biāo)畫時(shí)，系統(tǒng)將會根據(jù)調(diào)整數(shù)據(jù)推算出新的晚點(diǎn)相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、實(shí)際運(yùn)行里程指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。

3 運(yùn)營指標(biāo)自動統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用C/S和B/S混合架構(gòu)，在各條線路的OCC部署客戶端。客戶端通過訪問系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)(包括計(jì)劃、實(shí)際行車數(shù)據(jù)等)顯示相應(yīng)線路的運(yùn)行圖，業(yè)務(wù)人員在客戶端運(yùn)行圖上進(jìn)行行車事件等的標(biāo)注，將標(biāo)注數(shù)據(jù)和事件關(guān)聯(lián)記錄回傳到中心數(shù)據(jù)庫，并在前端進(jìn)行標(biāo)畫操作；控制中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)人員通過中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并生成報(bào)表。

4 結(jié)語

針對目前上海軌道交通運(yùn)營指標(biāo)分析現(xiàn)狀及其存在的弊端，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于ATS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的運(yùn)營指標(biāo)自動統(tǒng)計(jì)軟件。該軟件在上海軌道交通7號線試用，不僅能滿足現(xiàn)有日常生產(chǎn)管理對指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的要求，將運(yùn)營調(diào)度員從繁瑣的列車運(yùn)行圖標(biāo)畫和列車運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)工作中解脫出來，還可以支持對基于乘客感知的運(yùn)營指標(biāo)的推演，為今后線網(wǎng)集控提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。