戴猛， 杜懿佳， 潘金山

（1. 國能包神鐵路集團有限責任公司 調度指揮中心，內蒙古 包頭 014010；2. 西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031）

0 引言

目前，國能包神鐵路集團有限責任公司（簡稱包神鐵路集團）機車統(tǒng)計均以《鐵路機車統(tǒng)計規(guī)則》規(guī)定的相關指標為依據，基礎數據大多來源于司機報單等人工填記類報表和機車運行監(jiān)控記錄裝置導出數據，經層層統(tǒng)計、計算、上報，最終形成各項統(tǒng)計報表指標。該種機車統(tǒng)計模式存在系列問題，影響機車統(tǒng)計效率和質量，為適應我國鐵路系統(tǒng)的智能化發(fā)展趨勢，有必要分析包神鐵路集團機車統(tǒng)計目前存在的問題，設計需求導向的包神鐵路集團機車統(tǒng)計系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 包神鐵路集團機車統(tǒng)計數據概況

包神鐵路集團目前機車統(tǒng)計以司機報單、運行監(jiān)控記錄裝置導出數據等為基礎數據，采用手工錄入與計算機計算相結合的方式，按下屬甘泉鐵路公司、包神鐵路公司、神朔鐵路公司分別進行統(tǒng)計，機務分公司根據統(tǒng)計數據將部分機車運用指標按日、月、年分別向調度指揮中心上報，調度指揮中心匯總后納入調度日、月、年報等。

1.2 機車統(tǒng)計存在問題分析

（1）數據準確性不高。由于基礎數據來源于紙質司機報單，填記錯誤多，機務統(tǒng)計人員錄入時也時有出錯。即使是運行監(jiān)控記錄IC 卡導出的數據，也存在操作錯漏等情況。

（2）數據及時性不能保證。司機報單由司機在本段退勤后交到機務統(tǒng)計人員后再進行核對錄入，無法保證及時性。而且由于機車交路所限，報單到統(tǒng)計人員處需2～3 d，即使有電子報單也未能實現實時準確傳輸。此外，需司機退勤后機務統(tǒng)計人員才能從運行監(jiān)控記錄IC卡中獲取數據，時間也相對滯后。

（3）數據無法反映當天實際情況。由于數據獲取環(huán)節(jié)多，客觀上18 點統(tǒng)計數據造成了每日統(tǒng)計報表的指標數據大多不是當日實際運用機車數據。只能以一段時間數據變化趨勢進行定性分析，無法實現按日或班進行精確分析，分析數據指導實際生產的意義不大。

1.3 系統(tǒng)功能需求分析

通過對既有機車統(tǒng)計方法和存在問題進行分析，從機務分公司和調度指揮中心角度探討機車統(tǒng)計系統(tǒng)功能需求。

（1）基于機車周轉圖的信息集成與數據處理。①基礎數據采集、處理自動化。機務分公司進行數據統(tǒng)計時，首先需根據司機手填報單進行人工錄入基礎數據或根據運行監(jiān)控記錄導出數據，容易出現錯漏。系統(tǒng)應支持所有數據均無需人工干預，并設置與現車、貨運調度系統(tǒng)等的數據接口，可從其他系統(tǒng)和機車周轉圖讀取相關數據，生成相關接口文件、歷史文件等，同時也可向其他系統(tǒng)輸出接口文件，實現數據調用、外部信息接續(xù)與轉換、共享信息轉換與輸出等。針對機車周轉圖中獲取數據的處理，由于機車周轉圖具有時間和距離2 方面數據信息，是統(tǒng)計機車數據的關鍵，通常根據機調臺劃分來進行設計，系統(tǒng)應根據設計的包神鐵路集團不同機調臺業(yè)務范圍和交路形式，從輸入的機車周轉圖中自動獲取相應數據并進行統(tǒng)計。②數據實時更新。由于基礎數據采集及數據統(tǒng)計操作過程繁瑣，無法保證數據的實時性，系統(tǒng)應支持按不同運輸種別、不同修程對機車狀態(tài)進行統(tǒng)計，同時與調度命令聯動，實現動態(tài)記錄機車各種狀態(tài)功能，從而實現數據的實時獲?。?］。

（2）自動計算機車統(tǒng)計指標?；跈C車周轉圖的指標計算方法，系統(tǒng)能夠根據從機車周轉圖及其他調度系統(tǒng)中獲取的數據信息，自動計算反映機車效率的指標。

（3）報表輸出。系統(tǒng)應能夠根據需求，按照日期（日、月、年）、車站、交接口分別輸出統(tǒng)計報表，并能在輸出報表時提供多形式、多格式輸出樣式，以滿足調度指揮中心的各種格式要求。

（4）查詢和導出數據。為方便用戶對歷史數據的存儲和后期查看，系統(tǒng)應支持對復雜且龐大數據集進行自動分類統(tǒng)計，實現對統(tǒng)計數據、各模塊數據集、單個業(yè)務數據的查詢及歷史統(tǒng)計報表和相關信息的查詢。

2 機車統(tǒng)計系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)設計目標

基于現有機車周轉圖及現車系統(tǒng)、貨運調度系統(tǒng)等建立數據接口，以實現各子系統(tǒng)機車統(tǒng)計相關數據的集成，并充分利用共享數據，實現機車統(tǒng)計指標的自動計算，使調度員能夠實時掌握精確的機車運用狀態(tài)、機車運用組織效率，保證包神鐵路集團機車統(tǒng)計高效開展。具體目標如下：

（1）實現數據自動集成處理和實時更新。解決傳統(tǒng)機車統(tǒng)計方法中基礎數據缺失、準確率較低等問題，改變以往通過人工填寫和監(jiān)控導入來收集基礎數據的作業(yè)方式，通過數據接口實現與機車周轉圖、現車系統(tǒng)、貨運調度系統(tǒng)等的數據實時傳輸與共享，實現基礎數據的自動實時獲取。

（2）滿足自動統(tǒng)計輔以人工交互的機車指標統(tǒng)計方式。全面掌握包神鐵路集團機車動態(tài)運用組織情況，機車在機務段的停留及運行時間、機車速度等相關指標。根據采集的基礎數據和設計的指標計算方法，自動高效計算機車統(tǒng)計指標結果，提高統(tǒng)計工作效率。為了更好貼合用戶需求，系統(tǒng)應在指標統(tǒng)計各環(huán)節(jié)提供人機交互功能，以便用戶獲得所需報表［2］。

2.2 系統(tǒng)總體框架

基于包神鐵路集團機車統(tǒng)計需求分析及系統(tǒng)設計原則，設計機車統(tǒng)計系統(tǒng)總體架構（見圖1）。包神鐵路集團機車統(tǒng)計系統(tǒng)總體架構包括用戶訪問層、應用層、數據層、平臺層，各層間功能與結構相對獨立，下一層結構與功能為上一層提供支持與服務。

圖1 包神鐵路集團機車統(tǒng)計系統(tǒng)總體架構

（1）用戶訪問層。在完成機車統(tǒng)計任務的過程中，根據用戶數據信息，為不同類型用戶設置相應操作權限，使機車統(tǒng)計涉及的專業(yè)技術人員、機務統(tǒng)計人員和調度指揮中心在統(tǒng)一管理和協(xié)調下，進行可靠、實時的交互和協(xié)商，高效、高質量進行機車相關指標的統(tǒng)計。

（2）應用層。根據系統(tǒng)業(yè)務需求和設計標準，機車統(tǒng)計系統(tǒng)可分為數據管理，基礎數據集成、處理與維護，機車運用效率指標統(tǒng)計和統(tǒng)計報表輸出4 個模塊。由于機車統(tǒng)計對機務相關數據的實時性、精準度要求較高，還需提供與機車周轉圖數據和鐵路調度信息系統(tǒng)中計劃、現車等子系統(tǒng)的對外接口［3］。

（3）數據層。主要服務于機車統(tǒng)計業(yè)務所需數據資源的開發(fā)和利用。根據機車統(tǒng)計業(yè)務需求可包括數據規(guī)劃、分類、集成、整合和輸出等功能，并通過該數據層級實現機務相關數據的一致性管理與維護［4］。

（4）平臺層。具體指計算機網絡平臺層，能夠為系統(tǒng)提供所需的軟硬件平臺。根據運行需求可劃分為系統(tǒng)軟件平臺、數據庫平臺、服務器及存儲平臺、接口系統(tǒng)平臺。

2.3 系統(tǒng)功能設計

包神鐵路集團機車統(tǒng)計系統(tǒng)包括系統(tǒng)數據管理、基礎數據集成處理和維護、機車運用效率指標統(tǒng)計和統(tǒng)計報表輸出4個部分，其系統(tǒng)功能結構見圖2。

圖2 包神鐵路集團機車統(tǒng)計系統(tǒng)功能結構

2.3.1 系統(tǒng)數據管理

系統(tǒng)數據管理模塊是對包括用戶信息、歷史統(tǒng)計報表等的系統(tǒng)數據進行查詢和管理，包括用戶管理、數據庫管理、歷史統(tǒng)計報表管理3個部分。

（1）用戶管理：提供對用戶字典（包括用戶ID、密碼、用戶類別（查詢/數據管理/審計）、用戶所屬部門等）數據進行錄入、刪除、修改，針對不同用戶類別，系統(tǒng)呈現不同功能操作。

（2）數據庫管理：實現數據庫新建、打開、初始化、關閉、保存和備份以及數據庫修改日志生成等功能。

（3）歷史統(tǒng)計報表管理：實現歷史報表文件的管理與查詢。具體包括查看歷史報表存放目錄、按日期查詢及修改報表文件（報表名稱、類型、創(chuàng)建日期、修改日期等）以及對選定報表的合并與分解，從而實現日、月、年報表的相互轉換。

2.3.2 基礎數據集成處理和維護

基礎數據集成處理和維護模塊是對包括機調臺信息、機車周轉圖、貨運車輛和貨運數據等基礎數據進行集成、處理和維護，包括基礎數據導入/導出、數據處理、數據管理3個部分。

（1）基礎數據導入/導出：實現通過設置的相應接口，設置更新間隔（6、12、24 h），實時更新貨運車輛、貨運數據（車列自質量、載質量等）、機車周轉圖、列車運行數據、機車動態(tài)表及調度命令等，并以運行線ID 或列車車次等關鍵字段為匹配條件，實現機調系統(tǒng)與計劃、CTC、貨運、現車等系統(tǒng)獲取數據的集成和處理［5］；支持數據庫、Excel 形式的數據文件導入，同時能夠快速輸出選中基礎數據的Excel文件。

（2）數據處理：①支持根據計劃系統(tǒng)獲取列車開行計劃的運行線和CTC 中獲取的實際運行數據對機車周轉圖進行同步，并從該機車周轉圖中實現時間與距離數據的集成。②支持按照不同機調臺（以交路方式劃分）對機車臺數、機車周轉圖數據進行分解。③能夠基于獲取的調度命令對每日機車動態(tài)表進行統(tǒng)計，得到時間與狀態(tài)數據，用于后續(xù)自動計算機車臺日。④對實時更新的貨運車輛和貨運數據進行集成，得到每日的貨運車輛、貨運數據總統(tǒng)計表。

（3）數據管理：提供對基礎數據的刪除、修改、插入、順序調整等操作，同時能夠實現數據一致性自動維護，即對基礎數據修改后，能自動修改其后續(xù)關聯數據，進行數據合法性和完備性檢查，并支持人工交互維護功能。此外還支持對復雜且龐大數據集按照規(guī)定進行自動分類統(tǒng)計。

2.3.3 機車運用效率指標統(tǒng)計

機車運用效率指標統(tǒng)計模塊是對反映機車運用組織的10 項過程數據和11 項總體數據進行統(tǒng)計，并繪制相應指標統(tǒng)計圖，包括過程指標統(tǒng)計、總體數據統(tǒng)計和指標統(tǒng)計圖繪制3個部分。

（1）過程指標統(tǒng)計：系統(tǒng)能夠基于在機車周轉圖上獲取的機車數據及運行線相關數據，按照不同交路方式計算每臺機車的（全）周轉時間、折返時間，得到不同機調臺的周轉計算表；同時支持針對每臺機車計算相應的機車走行公里、牽引總質量及載質量等過程指標，生成機車工作量統(tǒng)計表；此外能夠提供利用機車周轉圖獲取的上下行各列車相關數據，分別計算每列車的旅行時間、中間站停留時間、純運行時間、旅行速度、技術速度，生成相應計算表。并將單列車、每臺機車計算的過程數據作為分行別、機型等進行單獨或組合計算旅行速度、技術速度的基礎數據。

（2）總體數據統(tǒng)計：實現自動遍歷周轉圖上機車的數據，根據調度命令，按不同調度臺、不同運輸種別分別計算機車臺日；自動生成基于過程指標統(tǒng)計結果的各機調臺機車統(tǒng)計指標結果，并能按線路統(tǒng)計區(qū)段、機車動力類別進行計算。

（3）指標統(tǒng)計圖繪制：能夠針對統(tǒng)計的指標結果，根據用戶選中的劃分類別（分機車動力類別、機調臺、線路區(qū)段等）自動繪制指標對比圖表。

2.3.4 機車統(tǒng)計數據分析

（1）交、直流機車運用能效分析：系統(tǒng)支持交、直流機車各項運用能效數據的精準統(tǒng)計，特別是在實行輪乘制改革后，為了滿足提質增效的節(jié)能管理要求，系統(tǒng)可將機車能耗分析進一步細化到單臺機車的能耗統(tǒng)計并形成分析報表，可為乘務員提供列車在不同線路情況下的列車能耗，乘務員可隨時掌握機車耗電量，進一步優(yōu)化機車操縱［6］。

（2）人員勞動時間分析：系統(tǒng)可根據時間、車型、擔當牽引任務列車、列車運行區(qū)間等條件供行管人員進行勞時統(tǒng)計查詢，可自動根據過站信息及乘務員各輔助作業(yè)時間，自動分析出超勞時間及原因，并生成分析報表，實現超勞分析的精確化，進而有效防止乘務員超勞現象發(fā)生。

2.3.5 統(tǒng)計報表輸出

統(tǒng)計報表輸出模塊實現指標結果以報表形式輸出，包括參數設置、指標報表輸出、生成接口文件3個部分。

（1）參數設置：可對報表列間距、行間距、布局及字符元素字體、大小、顏色進行設置，并能自由選擇報表輸出的內容（分機調臺、線路區(qū)段、機車動力類別等）。

（2）指標報表輸出：支持報表時間范圍的設置（日、月、年報），其中月、年報通過在系統(tǒng)數據管理模塊對歷史文件進行合并生成；此外系統(tǒng)能夠實現指標報表打印預覽、打印機選定及報表打印功能，并支持Excel、PDF、JPG格式輸出［7］。

（3）生成接口文件：為了方便與調度中心的數據共享，系統(tǒng)能夠生成專門的接口文件，方便傳輸和調度中心使用。

2.4 指標計算方法

設計各調度臺的機車統(tǒng)計指標，包括機車工作時間、機車運用指標等21項（見圖3）。

圖3 機車統(tǒng)計指標分類

在機車統(tǒng)計指標中，過程指標通過從周轉圖上獲取每列車的數據并做求和計算得到，是計算總體指標的基礎；總體指標的具體定義及計算參照《鐵路機車統(tǒng)計規(guī)則》，從周轉圖獲取每列車的數據，形成計算的基礎數據并計算結果。

2.4.1 機車（全）周轉時間與機車折返停留時間

機車平均（全）周轉時間是測算一定任務量（給定開行列車數）下所需機車臺數最直接的指標之一，機車平均折返停留時間是反映站車組織效率的重要指標。2項指標從時間維度反映日常機車運用組織的優(yōu)劣。

計算方法：為計算上述2項指標，可按機車周轉全過程寫實的思路，在機車周轉圖上獲取機車運行軌跡，從而對每臺機車的（全）周轉時間、折返時間進行計算，再通過組合求解得到不同機調臺、線路區(qū)段的機車平均周轉時間和折返時間。

就包神鐵路集團而言，具備3種不同交路的機車運用（見圖4—圖6），因此按交路分別定義和計算上述2 項指標（見表1）。

表1 機調周轉計算

圖4 肩回式交路形式

圖5 循環(huán)式交路形式

圖6 單肩回式交路形式

2.4.2 機車臺日

參考《鐵路機車統(tǒng)計規(guī)則》并結合包神鐵路集團實際，運用機車按照運輸種別分為客運（通勤）、貨運、小運轉、調車工作及其他工作（包括考試、技術比武等），并與機車動態(tài)表劃分維度同步［8］。

計算方法：機車臺日為實際機車臺小時數除以24所得。其中機車實際臺小時可根據報告期（18∶00—次日18∶00）內以轉換機車狀態(tài)的調度命令時間為節(jié)點進行計算，得到機車實際臺小時后可按不同調度臺、不同運輸種別分別計算機車臺日。

2.4.3 機車臺日產量與機車日車公里

（1）機車臺日產量。指平均每臺機車一晝夜內生產的總重噸公里。根據統(tǒng)計維度不同或分析側重點不同，又分為運用（不同運種）機車日產量和支配機車日產量。運用機車日產量能夠綜合反映機車效能發(fā)揮和調度組織效率等情況。

（2）機車日車公里。指平均每臺運用機車一晝夜內走行的公里。機車日車公里能夠定量反映機車“走”與“?！钡臓顟B(tài)，與機車日產量一起可作為分析調度組織效率的重要指標。

計算方法：首先遍歷機車周轉圖，從運行線上提取相關數據并進行計算，形成機車工作量統(tǒng)計表，該表為每臺機車的實際工作寫實，是計算上述2項指標的過程數據匯總。根據機車工作量統(tǒng)計表，機車臺日產量與機車日車公里2項指標的計算方法見表2。

表2 機車臺日產量與機車日車公里計算方法

2.4.4 機車平均牽引總質量

機車平均牽引總質量為每臺機車平均牽引列車的總質量，是體現機車運用效能的另一指標。計算平均牽引總質量需分別按不同交路、不同線路區(qū)段、不同機型等維度進行，才能做到準確分析。

計算方法：利用過程指標“牽引總重噸公里”及每臺機車的走行公里，通過“機車平均牽引總質量=總重噸公里之和/（走行公里之和-單機走行公里之和）”計算不同維度組合的機車平均牽引總質量。

2.4.5 機車旅行速度與技術速度

速度為運行距離與時間的比值，對于某列車而言，周轉圖上要計算某班/某日該列車的平均速度，即平均速度能夠體現調度員組織優(yōu)劣和司機操縱水平高低。

計算方法：在實際計算中，遍歷周轉圖數據，從周轉圖上分別取上下行各列車相關數據，分別計算每列車的旅行時間、中間站停留時間、純運行時間、旅行速度、技術速度，計算方法見表3。單列車計算的過程數據又作為周轉圖計算的基礎數據。有了基礎數據就可分行別、機型等進行單獨或組合計算旅行速度、技術速度。

表3 機車旅行速度和技術速度計算方法

2.4.6 其他指標

（1）單機率。在機車周轉圖上，單機走行公里與總走行公里的比率，能從一定意義上反映機車使用效能。

（2）機車周轉次數。在機車周轉圖上，機車每完成1 次周轉或全周轉為1 次。該指標可根據機車（全）周轉時間計算得到，反映機車在固定交路上往返頻次，同時也體現開行列車對數。

（3）機車平均（全）周轉距離。在機車周轉圖上，機車每完成1次周轉或全周轉累積走行公里數，為機車走行公里之和與周轉次數的比值。機車平均（全）周轉距離可反映機車在某一交路或線路區(qū)段周轉距離長短，側面反映機車運用效能。

2.4.7 與既有指標計算方法的區(qū)別

上述指標計算方法參照《鐵路機車統(tǒng)計規(guī)則》，從包神鐵路集團機務實際情況出發(fā)進行定義。與《鐵路機車統(tǒng)計規(guī)則》中規(guī)定的機車統(tǒng)計指標計算方法相比，主要差異在于前者僅針對各類指標的基本計算方法進行定義，未結合具體實際的調度臺別、運輸種別分別進行定義，在系統(tǒng)實際計算中可能出現計算效率低、計算結果不準確等問題，且僅能得到總體指標結果，無法直接得到不同機調臺、機車類型的計算結果；系統(tǒng)利用基于包神鐵路集團機務實際情況的指標計算方法，能夠高效得到滿足用戶多樣化指標計算輸出需求，使管理者能夠基于以上數據合理組織機車，逐步達到機車使用效率的最大化，為下一步經營決策提供有力依據。

3 結論與展望

包神鐵路集團機車統(tǒng)計系統(tǒng)目前已在實際作業(yè)中應用推廣，考慮到該系統(tǒng)與鐵路調度信息系統(tǒng)各子系統(tǒng)的頻繁數據交互需求，機車統(tǒng)計系統(tǒng)采用面向服務并獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言的體系結構（SOA），能夠提供良好的接口同其他系統(tǒng)相互關聯，并基于Web Service 實現數據交互，保證實時、準確的機車統(tǒng)計數據來源。此外，系統(tǒng)采用Oracle數據庫技術能夠高效實現數據指標的查詢分析功能［9］。相較于既有人工主導的包神鐵路集團機車統(tǒng)計模式，系統(tǒng)解決了機車統(tǒng)計指標的實時、準確性問題，彌補了指標計算過程的基礎數據缺失問題，實現了超勞指標和運用能效指標等的實時分析、生產過程的及時精準反饋指導與糾偏等。

下一步將繼續(xù)優(yōu)化鐵路調度相關系統(tǒng)間信息交互，實現機車在本段或折返段停留時間及本段或折返段所在站停留時間的自動精準計算，使數據分析更加深入細致［10］。同時，以時空網絡研究視角為基點，利用5G、云數據、衛(wèi)星通信等多種信息化技術反映調車機車調車作業(yè)的動態(tài)作業(yè)過程，實現作業(yè)時間節(jié)點的自動采集，便于精確計算調車機車利用率。