高磊， 趙飛

（1. 中國國家鐵路集團有限公司 運輸調(diào)度指揮中心，北京 100844；2. 中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

1 概述

隨著中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）鐵路運輸供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，以及貨運增量行動、客運提質(zhì)計劃、復(fù)興號品牌戰(zhàn)略三大舉措實施，鐵路運輸服務(wù)和經(jīng)營管理水平得到提升，同時對運輸能力供給提出了更高要求。提高運輸調(diào)度管理車流計劃管理水平，是充分發(fā)揮調(diào)度集中統(tǒng)一指揮作用、挖掘鐵路運輸通道潛力、提高路網(wǎng)運輸資源使用效率的有效手段［1?4］。

目前，國鐵集團級調(diào)度系統(tǒng)，特別是以計劃為主的運輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS）5.0，均是基于傳統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和鐵路局集團公司人工上報匯總數(shù)據(jù)的方式，不能夠滿足調(diào)度指揮精細(xì)化、調(diào)度系統(tǒng)智能化發(fā)展的需要，具體表現(xiàn)為：

（1）國鐵集團級車流調(diào)整、機車運用調(diào)整都是依據(jù)鐵路局集團公司人工填報的信息進(jìn)行相應(yīng)計劃的編制和審批，沒有明細(xì)內(nèi)容等支撐；

（2）現(xiàn)有系統(tǒng)中計劃兌現(xiàn)預(yù)警提示功能簡單，僅以按階段查詢匯總作為參考；

（3）計劃編制中各專業(yè)的協(xié)同性不足，如分界口列車與機車、機班、車輛檢修等信息分布在不同模塊中；

（4）調(diào)度輔助決策功能有待完善，如現(xiàn)在車分布、空車調(diào)配、重車預(yù)警等方面還缺乏應(yīng)用支撐；

（5）數(shù)據(jù)缺乏關(guān)聯(lián)性，車輛重空、運非等狀態(tài)存儲在不同的系統(tǒng)中，沒有形成統(tǒng)一有機的數(shù)據(jù)，無法支撐系統(tǒng)的建設(shè)。

在國鐵集團信息化規(guī)劃推進(jìn)和落實中，票據(jù)電子化項目的實施和投產(chǎn)，可以為調(diào)度人員提供在站車流、車輛的實時動態(tài)信息；降本增效類項目運統(tǒng)一電子化傳遞的實施，可以為調(diào)度人員提供在途車流的動態(tài)信息；正在實施的全路車流信息管理系統(tǒng)，可以為國鐵集團級調(diào)度人員提供路局調(diào)度計劃、機車車輛動態(tài)等信息。這些都為車流計劃管理智能化提供了支撐和保障。

因此，圍繞國鐵集團車流計劃系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，研究在現(xiàn)有信息系統(tǒng)條件基礎(chǔ)上，強化作為調(diào)度指揮工作核心應(yīng)用的車流計劃管理功能，建設(shè)服務(wù)于國鐵集團級調(diào)度指揮機構(gòu)的車流計劃管理系統(tǒng)。

2 車流計劃管理系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

車流計劃管理系統(tǒng)定位于現(xiàn)有運輸調(diào)度管理系統(tǒng)國鐵集團級計劃功能提升，基于鐵路局集團公司級車流信息管理系統(tǒng)已經(jīng)完成的局間車流信息交換升級，重點圍繞國鐵集團級調(diào)度日計劃編制審批、車流調(diào)整、鐵路貨車、機車機班等全路性運力資源運用掌握提供輔助，為切實履行全路運輸調(diào)度集中統(tǒng)一指揮職責(zé)、進(jìn)一步精細(xì)化日常調(diào)度指揮提供可靠支撐。

針對數(shù)據(jù)存在問題、功能存在痛點，制定系統(tǒng)建設(shè)具體目標(biāo)如下：

（1）完善國鐵集團級調(diào)度動態(tài)數(shù)據(jù)庫，實時掌握現(xiàn)車、列車、分界口機車情況，以及區(qū)域列車開行計劃、車流計劃、機輛計劃等［5?8］，滿足調(diào)度指揮面向運輸生產(chǎn)全過程、對全路運輸資源進(jìn)行統(tǒng)籌的需要，為實現(xiàn)查詢、監(jiān)測、預(yù)警及綜合統(tǒng)計分析等功能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）匯總生成分界口列車交接計劃，對分界口計劃執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警，實現(xiàn)空車分析和備用管理、重車車流信息分析預(yù)警、關(guān)鍵通道和區(qū)域計劃一體化編制輔助、綜合分析評價等功能模塊。

3 車流計劃管理系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 總體架構(gòu)

國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)是運輸調(diào)度管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過運輸調(diào)度管理系統(tǒng)共享現(xiàn)車系統(tǒng)、運統(tǒng)一電子化傳遞、貨運票據(jù)電子化平臺、貨運站管理系統(tǒng)、全路車流計劃管理系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的信息，鐵路局集團公司級為本系統(tǒng)提供計劃的執(zhí)行反饋和生產(chǎn)實績的上報。國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)基于微服務(wù)構(gòu)架搭建，通過數(shù)據(jù)服務(wù)平臺連接相關(guān)系統(tǒng)，接入運輸全過程數(shù)據(jù)，支撐調(diào)度數(shù)據(jù)平臺的完整構(gòu)建，運用調(diào)度服務(wù)中臺，支撐車流計劃應(yīng)用功能的實現(xiàn)。

（1）生產(chǎn)全過程接入處理層：基于覆蓋運輸生產(chǎn)作業(yè)全過程的數(shù)據(jù)處理理念，重點獲取車輛始發(fā)、過分界口、終到、出發(fā)、到達(dá)、裝車入線、開裝、裝完、裝車出線、卸車入線、開卸、卸完、卸車出線、備用、解備、封存、解封、新造、檢修、修竣等運輸生產(chǎn)全過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的作業(yè)信息，實現(xiàn)對車輛運用全過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)信息的掌握，為車流運行動態(tài)和軌跡的掌握提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）調(diào)度數(shù)據(jù)平臺：在全過程信息處理的基礎(chǔ)上，逐步提升調(diào)度數(shù)據(jù)平臺動態(tài)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量，形成調(diào)度動態(tài)數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，其中調(diào)度動態(tài)數(shù)據(jù)庫包含列車、編組、車輛、機車、需求、計劃、施工、司乘等信息；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含車站、路網(wǎng)、編組計劃、調(diào)度臺、基本圖等基礎(chǔ)字典和數(shù)據(jù)。

（3）調(diào)度服務(wù)平臺層：主要包括調(diào)度基礎(chǔ)服務(wù)、調(diào)度通用服務(wù)和專業(yè)調(diào)度服務(wù)，其中調(diào)度基礎(chǔ)服務(wù)包含基礎(chǔ)字典服務(wù)、用戶管理服務(wù)、安全認(rèn)證服務(wù)、文件共享服務(wù)、路網(wǎng)示意圖服務(wù)、命令流轉(zhuǎn)服務(wù)；調(diào)度通用服務(wù)包含列車狀態(tài)、列車分布、列車軌跡、列車編組、車輛狀態(tài)、車輛分布、車輛軌跡、機車狀態(tài)、機車分布、機車軌跡、工電維修、工電影響等；專業(yè)調(diào)度服務(wù)包含列車、機車、車流、貨運、施工調(diào)度服務(wù)等。

（4）車流計劃應(yīng)用層：為國鐵集團級調(diào)度日計劃審批、跨局車流調(diào)整、鐵路貨車、機車機班等全路性運力資源運用掌握提供輔助。實現(xiàn)計劃輔助編制、計劃執(zhí)行實時統(tǒng)計與監(jiān)控預(yù)警、空車分析和備用管理、重車車流信息分析預(yù)警、關(guān)鍵通道和區(qū)域計劃一體化編制輔助、綜合分析評價六大功能模塊。

3.2 技術(shù)架構(gòu)

國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)采用微服務(wù)治理體系，依托分布式消息服務(wù)、分布式應(yīng)用部署、數(shù)據(jù)庫集群等中間件，打造“強平臺，富組件”的集成架構(gòu)應(yīng)用；基于統(tǒng)一調(diào)度應(yīng)用管理平臺打造流水線式的DevOps 環(huán)境，支撐團隊規(guī)?；_發(fā)，提高軟件研發(fā)效率；利用微服務(wù)架構(gòu)體系形成統(tǒng)一應(yīng)用開發(fā)框架，定義標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)測試規(guī)范、版本管理規(guī)范；構(gòu)建持續(xù)部署、持續(xù)集成、持續(xù)測試、持續(xù)發(fā)布、持續(xù)改進(jìn)的自動化交付機制。國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)見圖2。

圖2 國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

4 車流計劃管理系統(tǒng)功能

車流計劃管理系統(tǒng)在完善國鐵集團級調(diào)度動態(tài)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對當(dāng)前車流的分析和預(yù)警、備用車管理功能；通過對全路調(diào)度計劃的匯總、修訂和審批，實現(xiàn)對路網(wǎng)級計劃編制的輔助；通過對計劃的不斷更新和轉(zhuǎn)實，實現(xiàn)計劃執(zhí)行實時統(tǒng)計，對計劃偏差進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警和提醒，輔助實現(xiàn)對路局計劃的干預(yù)和調(diào)整。系統(tǒng)設(shè)計提供車流信息分析預(yù)警、空車分析和備用管理、計劃輔助編制、計劃執(zhí)行監(jiān)控預(yù)警、綜合分析評價等功能。

4.1 車流信息分析預(yù)警

車流信息分析預(yù)警功能主要包含管內(nèi)現(xiàn)在車分析、分界口移交重車結(jié)構(gòu)分析、移交重車推算、卸車站積壓預(yù)警4個功能模塊。

（1）在現(xiàn)在車分析功能模塊中，利用調(diào)度數(shù)據(jù)平臺車輛動態(tài)軌跡數(shù)據(jù)，生成18 點現(xiàn)在車切片數(shù)據(jù)，對鐵路局集團公司管內(nèi)現(xiàn)在車、工作車信息從局別、區(qū)域、車種、品類、主要卸車站、運用狀態(tài)等維度進(jìn)行分析，并提供同比、環(huán)比分析比對、7日趨勢變化等功能。

（2）在分界口移交重車結(jié)構(gòu)分析功能模塊中，系統(tǒng)使用車輛動態(tài)軌跡庫中的18 點切片數(shù)據(jù)和車流徑路信息，計算所有移交車輛下一個通過的分界口、預(yù)計公里數(shù)等，對各鐵路局集團公司分界口移交重車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析［9］，按區(qū)域、車種以及來源對移交重車實績、歷史進(jìn)行分析對比。

（3）在移交重車推算功能模塊中，系統(tǒng)對自動收集的鐵路局集團公司日班計劃進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，初步預(yù)計當(dāng)日重車接入情況，包括接入重車的車次、時間、軸向、去向、是否違流等信息；結(jié)合貨運需求和車流徑路，對鐵路局集團公司當(dāng)日自裝交出重車流進(jìn)行初步預(yù)計；根據(jù)分界口接入重車和本局自裝交出重車，參考分界口移交率，初步計算次日移交重車流，并折算成列。

（4）在卸車站積壓預(yù)警功能模塊中，可展示全路在途車的位置，對全路各站卸車到達(dá)量按時間分布進(jìn)行實時預(yù)測，并對可能出現(xiàn)的集中到達(dá)進(jìn)行預(yù)警；對不同品類、不同類型卸車點和不同類型收貨人等卸車能力進(jìn)行收集匯總，梳理全路卸車能力，分析車站卸車趨勢；依據(jù)卸車實績和預(yù)測重車流進(jìn)行能力匹配分析，對卸車能力不足的車站進(jìn)行預(yù)警［10］；對保留車超過5列或連續(xù)5 d裝車數(shù)大于卸車數(shù)的車站進(jìn)行預(yù)警；使用車輛動態(tài)軌跡庫查詢各卸車站的在途外局保有量情況，結(jié)合當(dāng)日的實時接入情況，與此車站的卸車能力進(jìn)行對比分析；根據(jù)各鐵路局集團公司現(xiàn)車數(shù)量，對超過月計劃的鐵路局集團公司，優(yōu)先進(jìn)行現(xiàn)車排出運輸。

4.2 空車分析和備用管理

系統(tǒng)實現(xiàn)分車種的現(xiàn)在車分布、車種別裝卸和使用情況分析，輔助空車備用方案編制，主要包含空車分布、車種別裝卸差分析、空車來源分析、空車備用調(diào)整和空車備用異動監(jiān)控5個功能模塊。

（1）在空車分布功能模塊中，系統(tǒng)可實現(xiàn)按局別、車種別查詢階段時間內(nèi)的空車分布情況，包括使用車、卸空車、現(xiàn)在車以及分界口接入交出空車、運用重空車、備用車的分布。

（2）車種別裝卸差分析功能模塊，可分析階段時間內(nèi)全路各路局、區(qū)域、車種的實績裝車、卸空車及其裝卸差等數(shù)據(jù)，可根據(jù)車輛動態(tài)軌跡數(shù)據(jù)分析各路局、區(qū)域、車種的空車結(jié)存情況，與裝卸差進(jìn)行對比分析，為編制空車調(diào)整方案、車輛備用管理提供決策支持。

（3）在空車來源分析功能模塊中，使用當(dāng)日車輛裝車數(shù)據(jù)查詢該車輛上一次卸車地點及卸車時間，根據(jù)路局、區(qū)域、車種分析空車走行規(guī)律，實現(xiàn)對全路各車種別裝車所使用的空車來源進(jìn)行追溯，為空車調(diào)整進(jìn)行經(jīng)驗數(shù)據(jù)積累。

（4）空車備用調(diào)整功能模塊提供備用車自動卡控、申請、審核及命令發(fā)布功能。系統(tǒng)使用運統(tǒng)一股道現(xiàn)車數(shù)據(jù)，解析車站各股道、各車種的車輛信息，進(jìn)一步在車輛動態(tài)信息庫中查詢此車號是否備用，根據(jù)制定的車輛備用政策卡控和篩選車輛。

（5）在空車備用異動監(jiān)控功能模塊中，系統(tǒng)根據(jù)車輛動態(tài)軌跡庫，對備用車輛位置和狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，對出現(xiàn)其他運用狀態(tài)的軌跡信息進(jìn)行預(yù)警。

4.3 計劃輔助編制

系統(tǒng)自動收集包含編組內(nèi)容的鐵路局集團公司列車計劃信息，對其進(jìn)行匯總，結(jié)合列車運行實績信息、列車工作計劃以及移交重車推算情況，生成初步的分界口交接計劃，主要包含鐵路局日計劃編制匯總、日計劃編制下達(dá)2個功能模塊。

（1）在日計劃編制匯總功能模塊中，系統(tǒng)通過消息隊列自動實時收集各鐵路局集團公司日班計劃數(shù)據(jù)，對收集的各鐵路局集團公司日計劃以及移交重車推算按分界口進(jìn)行對比分析，對比分界口接入局和交出局以及交出局推算的數(shù)據(jù)差異，包括交接列數(shù)、車數(shù)等。同時，系統(tǒng)以分界口為維度，根據(jù)分界口數(shù)據(jù)處理規(guī)則生成分界口交接數(shù)據(jù)，對鐵路局集團公司日班計劃進(jìn)行分類匯總，并以多種方式進(jìn)行展示。此外，系統(tǒng)關(guān)聯(lián)功能將分界口編組計劃按到站匹配，得到分界口重車去向，并展示路局分界口接入或交出的重車車流去向及空車情況。

（2）在日計劃編制下達(dá)功能模塊中，系統(tǒng)可顯示路局上報的分界口計劃以及分界口上下行路局實時計劃；通過下式推算分解口預(yù)計移交重車數(shù)，自動推算分界口相鄰兩局的移交重車數(shù)，獲得分界口上下行預(yù)計移交列數(shù)及重車數(shù)；計算去年同期7 d 內(nèi)分界口交接平均值，為國鐵集團級分界口計劃編制調(diào)整提供依據(jù)，輔助生成分界口計劃并下達(dá)到各路局級車流系統(tǒng)中。

4.4 計劃執(zhí)行監(jiān)控預(yù)警

系統(tǒng)按階段在線監(jiān)測分界口計劃執(zhí)行情況，并對重點要求兌現(xiàn)進(jìn)行預(yù)警，主要包含分界口交接實時統(tǒng)計、分界口日計劃執(zhí)行預(yù)警、分界口交接協(xié)調(diào)輔助3個功能模塊。

（1）分界口交接實時統(tǒng)計功能模塊可對分界口交接列車及車流進(jìn)行實時查詢，包括列車詳細(xì)編組內(nèi)容，并提供分界口列車交接情況的多種圖形化展示。系統(tǒng)通過實績列車及編組信息計算出實時過分界口的情況，將編組信息按重空、車種等不同維度進(jìn)行匹配，動態(tài)統(tǒng)計分界口實時車流的重車去向及空車調(diào)配情況。

（2）分界口日計劃執(zhí)行預(yù)警功能模塊可對分界口日計劃執(zhí)行進(jìn)度進(jìn)行分析，對本日完成情況進(jìn)行預(yù)測，并對重點要求兌現(xiàn)進(jìn)行預(yù)警提示。系統(tǒng)計算當(dāng)前已完成列數(shù)及車數(shù)，加上之后路局實時計劃的列數(shù)及車數(shù)，對分界口18 點的完成列數(shù)及車數(shù)進(jìn)行預(yù)測；并與日計劃、6點修正計劃、12點修正計劃、圖定進(jìn)行對比；對預(yù)計完成與日計劃、能力等預(yù)置偏差大于閾值的分界口，在地圖上進(jìn)行閃爍提示以預(yù)警；針對分界口計劃執(zhí)行異常情況，提供決策指令的關(guān)聯(lián)下達(dá)，并對決策指令執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤和盯控。

（3）分界口交接協(xié)調(diào)輔助功能模塊可實時分析上下行車流，對不均衡的車流在圖形界面上進(jìn)行預(yù)警提示，對重點車流交接協(xié)調(diào)以及分界口機車調(diào)整提供輔助決策。系統(tǒng)建立車流機車匹配分析模型，通過日計劃或輪廓計劃預(yù)測分界口兩局機車需求，結(jié)合機車實時分布與預(yù)測，對分界口機車需求不均衡進(jìn)行量化計算，當(dāng)分界口不均衡超過閾值時通過調(diào)度系統(tǒng)通知功能進(jìn)行預(yù)警提醒。系統(tǒng)同時提供與調(diào)度命令應(yīng)用的接口，在輔助生成機車調(diào)整命令和自動選擇受令單位后，可將生成的命令推送到命令系統(tǒng)，實現(xiàn)命令的自動下達(dá)。命令下達(dá)后，自動開始對命令的執(zhí)行情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控和執(zhí)行評價。

4.5 綜合分析評價

對鐵路局集團公司重車組織效率指標(biāo)進(jìn)行多維分析評價，對分界口計劃兌現(xiàn)情況、分界口車流移交率、路局移到率、分界口能力利用率、分車種貨車周時、工電故障對分界口交接影響進(jìn)行綜合分析與評價，系統(tǒng)提供按不同時間周期、區(qū)域范圍、管理單元的多元分析評價功能，實現(xiàn)以效率導(dǎo)向為目標(biāo)的綜合調(diào)度評價。

5 結(jié)束語

國鐵集團級車流計劃管理系統(tǒng)實現(xiàn)國鐵集團運輸調(diào)度列車、車輛、機車實績與計劃信息資源的統(tǒng)一接入、集中存儲、規(guī)范管理和高效利用，有利于促進(jìn)調(diào)度生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息的共享復(fù)用。系統(tǒng)的投產(chǎn)應(yīng)用，可大幅提高國鐵集團路網(wǎng)分界口計劃編制和執(zhí)行監(jiān)控的管理水平，可進(jìn)一步提升空車調(diào)整、重車車流組織管理質(zhì)量，為提高鐵路企業(yè)運輸效率與路網(wǎng)能力利用水平提供有效的技術(shù)手段。