萬勇兵

(上海申通地鐵集團有限公司技術(shù)中心,201103,上海)

截至2022年12月數(shù)據(jù)統(tǒng)計,國內(nèi)共有55個城市開通軌道交通運營線路308條,運營線路總長度為10 287.45 km,累計配屬列車10 425列,全年共完成客運量193.02億人次[1]。按每列車配備5名司機估算,全國每天有5.2萬名司機承擔(dān)著近5 300萬人次乘客的運輸任務(wù)。列車司機為關(guān)鍵崗位之一,在城市軌道交通運營過程中發(fā)揮著重要作用。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前城市軌道交通運營企業(yè)大多采用人工方式對司乘進行管理,如在Excel表格中做排班計劃、手持對講機進行聯(lián)絡(luò)與定位、人工填寫報表統(tǒng)計工作量等。如何科學(xué)、系統(tǒng)、智能地安排司乘人員的出乘作業(yè),是當前乘務(wù)管理信息化亟待重點解決的問題[2]。

當前,城市軌道交通乘務(wù)管理主要包括乘務(wù)排班、司機值乘、應(yīng)急處置、計件薪酬統(tǒng)計、培訓(xùn)管理等環(huán)節(jié)?；谪澬乃惴?、優(yōu)先隊列,并結(jié)合機器學(xué)習(xí),設(shè)計和開發(fā)了適用于城市軌道交通運營管理的信息化系統(tǒng)和設(shè)備,是覆蓋司機出乘排班、派班、人員管理、績效核算等乘務(wù)管理主要環(huán)節(jié)的綜合性服務(wù)平臺——智慧乘務(wù)綜合服務(wù)系統(tǒng)(以下簡稱“智乘系統(tǒng)”)。該系統(tǒng)主要圍繞乘務(wù)管理的“計劃、生產(chǎn)、績效”三大核心業(yè)務(wù)需求,構(gòu)建包含智能排班、自動派班、司機定位、績效計算等功能的乘務(wù)信息化平臺,優(yōu)化生產(chǎn)效率、改進服務(wù)質(zhì)量、提升管理效能[3]。

1 智乘系統(tǒng)總體需求

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

智乘系統(tǒng)主要由手持終端設(shè)備、面向用戶功能端、后臺數(shù)據(jù)庫和動態(tài)展示端4部分組成,如圖1所示。手持終端可為司機及相關(guān)人員提供移動信息服務(wù)、人員位置跟蹤等功能。面向用戶功能端可為用戶提供排班、派班、數(shù)據(jù)查詢、績效計算等功能。動態(tài)展示端可提供獨立運行的實時動態(tài)管理界面,包括列車及人員實時位置動態(tài)顯示。

圖1 智乘系統(tǒng)構(gòu)架圖

1.2 系統(tǒng)功能需求

針對城市軌道交通乘務(wù)管理在計劃、生產(chǎn)、績效等主要環(huán)節(jié)的信息化要求,智乘系統(tǒng)主要包括智能排班、自動工單、任務(wù)派發(fā)、司機定位、報單中心和績效統(tǒng)計等6個核心子模塊[4],如圖2所示。

圖2 智乘系統(tǒng)功能模塊

智能排班模塊主要是以列車運行圖為輸入,通過智能算法實現(xiàn)自動化司機出乘排班功能;自動派班模塊(自動工單、任務(wù)派發(fā))支持通過以運營商短信或網(wǎng)絡(luò)即時消息等方式向司機推送值乘任務(wù);司機定位模塊實現(xiàn)司機在司機室、車廂內(nèi)(漫游)、站臺及其他車站區(qū)域的實時位置信息的收集與處理;人員績效模塊(報單中心、績效統(tǒng)計)可自定義配置,實現(xiàn)司機工作量統(tǒng)計和績效計算,并支持有人駕駛及無人駕駛兩種績效算法模型[5]。

2 智乘系統(tǒng)接口要求

2.1 內(nèi)部接口

1) 派班接口。根據(jù)接收到的派班任務(wù)編號或派班日期執(zhí)行派班操作,執(zhí)行結(jié)果返回處理成功或處理失敗及原因,由手持端或面向用戶功能端調(diào)用。

2) 司機定位接口。用于接收位置信息,校驗位置信息是否正確,判斷列車位置與進站情況,執(zhí)行結(jié)果返回處理成功或處理失敗及原因,由手持端調(diào)用。

3) 動態(tài)展示接口。根據(jù)線路號,查詢數(shù)據(jù)庫并返回該線路下屬的列車位置信息與司機信息,由展示端調(diào)用。

4) 績效查詢接口。根據(jù)組合查詢條件(如時間、人員、班組、線路等),返回對應(yīng)的績效統(tǒng)計記錄以及對應(yīng)的詳細記錄,由面向用戶功能端調(diào)用。

2.2 外部接口

1) 排班工具接口。接收并處理來自外部不同排班工具生成的數(shù)據(jù),由智能排班系統(tǒng)調(diào)用。

由于發(fā)電機受到諸多因素的影響，可能在其運行過程中出現(xiàn)諸多故障或者不正常的運行狀態(tài)。為確保發(fā)電機在水輪發(fā)電機組運行的穩(wěn)定性與高效性，就必須對其配置進行保護：

2) ATS(列車自動監(jiān)控)系統(tǒng)接口。用于接收來自ATS的實時數(shù)據(jù),包括列車車次號、列車實時位置等信息。

3) 列車智能運維系統(tǒng)接口。用于接收列車智能運維系統(tǒng)實時數(shù)據(jù),包括列車車載信息、列車基本運行數(shù)據(jù)、列車關(guān)鍵系統(tǒng)的狀態(tài)信息等。

3 智乘系統(tǒng)設(shè)計

3.1 智能排班子系統(tǒng)

智能排班子系統(tǒng)按照排班目標和約束條件,利用機器學(xué)習(xí)算法,計算排班的最優(yōu)解,實現(xiàn)排班輸入管理、任務(wù)生成及輪轉(zhuǎn)計算、方案可視化及輸出、排班結(jié)果統(tǒng)計等,其功能模塊如圖3所示。

圖3 智能排班子系統(tǒng)功能模塊

1) 排班輸入管理模塊。支持對所排班線路的線路信息、人員信息、列車運行計劃進行管理配置。

2) 排班目標和約束條件配置模塊。支持對各類約束條件進行組合與參數(shù)配置,對不同組合及其結(jié)果分方案進行保存,主要包括計算目標配置、時長類約束配置、乘務(wù)駐點配置、輪乘方案配置、輪轉(zhuǎn)模式配置、人員后備及復(fù)用配置等。

3) 排班任務(wù)生成及輪轉(zhuǎn)計算模塊。支持根據(jù)導(dǎo)入的運行圖和配置的約束條件自動生成符合要求的排班結(jié)果,單套運行方案(即一套運行圖)的任務(wù)生成用時不超過3 h。

5) 排班結(jié)果統(tǒng)計模塊。根據(jù)排班方案結(jié)果輸出各類統(tǒng)計指標,主要包括人員工時統(tǒng)計、關(guān)鍵指標統(tǒng)計、駕駛里程統(tǒng)計等。

3.2 自動工單算法

通過自動工單子系統(tǒng),實現(xiàn)列車運行計劃管理、乘務(wù)作業(yè)段劃分、乘務(wù)作業(yè)段分配、排班模板統(tǒng)計等功能。自動工單算法流程如圖4所示。按照實際線路排班流程和規(guī)則設(shè)計快速生成自動工單算法,這樣即便每次更換運行圖,也可實現(xiàn)從列車運行計劃到排班模板的自動化編制。

圖4 自動工單算法流程圖

1) 導(dǎo)入運行計劃。支持Excel、XML等格式的車站時刻表,其中包含當前車站名稱、車次、始發(fā)站名稱、終點站名稱、到發(fā)時刻、停站時間、停站股道/站臺、運行方向等屬性。

2) 劃分乘務(wù)片段。用戶輸入輪乘點、輪乘時刻、出勤點等參數(shù)后,系統(tǒng)以輪乘點、存車點為分界對列車運行軌跡進行分割,得到乘務(wù)片段。每條乘務(wù)片段的開始時間和開始地點為該列車上一條乘務(wù)片段的結(jié)束時間和結(jié)束地點。

3) 生成乘務(wù)作業(yè)段。輸入乘務(wù)作業(yè)段最長時長和最短時長后,通過貪心算法將乘務(wù)片段合成為乘務(wù)作業(yè)段,從而使得每條乘務(wù)作業(yè)段可能包含多條乘務(wù)片段。

4) 生成匿名乘務(wù)作業(yè)包。輸入各班組的換班時刻和人數(shù)后,使用優(yōu)先隊列將乘務(wù)作業(yè)段分配到匿名乘務(wù)作業(yè)包中,1個匿名乘務(wù)作業(yè)包對應(yīng)1位司機全天的所有任務(wù),但不指定該匿名乘務(wù)作業(yè)包所對應(yīng)的具體司機。

3.3 線路數(shù)據(jù)庫配置

線路數(shù)據(jù)主要由線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、線路輔助數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、運行圖信息組成,如圖5所示。線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括線路信息、站場信息、站臺信息、線段描述等;線路輔助數(shù)據(jù)包括站邊關(guān)系、標準路徑、里程配置等;設(shè)備信息包括站臺信標、車輛信標;運行圖信息包括運行圖索引、運行圖詳情等。線路數(shù)據(jù)設(shè)計如表1所示。

表1 線路數(shù)據(jù)設(shè)計表

圖5 線路數(shù)據(jù)分類

4 智乘系統(tǒng)功能及應(yīng)用

4.1 手持端

手持端為用戶提供兩種登錄方式:一是點擊智乘系統(tǒng)App啟動圖標,打開“登錄界面”,用戶可使用工號+密碼等傳統(tǒng)方式登錄系統(tǒng);二是掃描司機工作證左下角二維碼實現(xiàn)快速登錄系統(tǒng)。用戶成功登錄后,點擊“開始值乘”實現(xiàn)一鍵上崗,此時默認為啟動“駕駛”工況,若為備車司機,則手動切換為“車內(nèi)待命”。當處于值乘狀態(tài)時,手持端將持續(xù)掃描車內(nèi)及車站的定位設(shè)備,并在首頁顯示當前位置。

4.2 面向用戶端

面向用戶端主要提供系統(tǒng)參數(shù)配置、線路數(shù)據(jù)配置、排班、派班等操作。如在線路數(shù)據(jù)配置中主要展示列車的起始站和終點站信息、當前站信息、下一站信息,以及列車到站、離站和停站時間等信息。

通過操作自動工單子系統(tǒng),可自動生成排班模板。選擇運行圖,導(dǎo)入S班(特殊班,負責(zé)值乘特定列車)任務(wù),然后分配班組,再分配格子,生成S班路牌。

一旦排班表確定后,派班子系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)設(shè)的定時任務(wù)自動派發(fā)任務(wù)消息給指定司機。當司機結(jié)束當日所有值乘任務(wù)后,績效統(tǒng)計模塊會在后臺實時生成所有駕駛里程數(shù)據(jù),并自動生成報表。

4.3 動態(tài)展示端

智乘系統(tǒng)中定位子系統(tǒng)可以實現(xiàn)動態(tài)展示、歷史定位、里程管理、里程統(tǒng)計、車廂巡視等功能。通過動態(tài)展示界面可實時查看司機與列車的實時位置與狀態(tài)。司機在值乘任務(wù)過程中,手持端會把掃描到的定位設(shè)備位置上報至智乘系統(tǒng)后臺,實現(xiàn)對定位數(shù)據(jù)的收集,通過歷史定位頁面可查詢歷史定位數(shù)據(jù)。通過里程管理頁面可查詢司機的每次值乘任務(wù)數(shù)據(jù)記錄,并可進行記錄的修改、新增、刪除等操作,實現(xiàn)對司機的駕駛里程進行管理的功能。通過車廂巡視頁面可查詢用戶在指定時間內(nèi)的車廂巡視路徑數(shù)據(jù),并可對該數(shù)據(jù)進行搜索、新增、修改、刪除等基本操作。

4.4 系統(tǒng)應(yīng)用

智乘系統(tǒng)已在上海軌道交通10號線示范應(yīng)用。通過對近9個月的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析(見表2)發(fā)現(xiàn):可實現(xiàn)0.5人·d內(nèi)快速生成排班及派班計劃,司機排班、派班效率提升近30倍。一方面解決了當前人工排班耗時長、難度高、應(yīng)急服務(wù)場景下多職能隊伍人員即時調(diào)度等難題;另一方面可節(jié)省5%的工作人員。實現(xiàn)了多維度績效計算及評估,相比現(xiàn)有手工報單錄入,工作效率提升10倍以上。每年可節(jié)約紙質(zhì)報單約5.2萬張。

表2 智乘系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在CoMET(國際地鐵聯(lián)盟)定義的乘務(wù)管理關(guān)鍵績效指標方面,司機生產(chǎn)率提升了15.6%(數(shù)值 越大,指標表現(xiàn)越好),人車比下降了16.7%(數(shù)值越小,指標表現(xiàn)越好)[6]。由此可見,應(yīng)用智乘系統(tǒng)后,上海軌道交通10號線的各項指標均已達到“省人、省時、精準、智能”的目標,具有較好的應(yīng)用和參考價值,下一步將在上海軌道交通路網(wǎng)內(nèi)推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

城市軌道交通智慧乘務(wù)綜合服務(wù)系統(tǒng)是根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場需求,基于貪心算法、優(yōu)先隊列、機器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù),設(shè)計并開發(fā)的適用于城市軌道交通運營管理的信息化系統(tǒng)和設(shè)備,彌補了乘務(wù)管理中的薄弱環(huán)節(jié)。工程應(yīng)用表明:該系統(tǒng)提高了司機生產(chǎn)率、降低了人車比,有利于實現(xiàn)乘務(wù)管理提質(zhì)增效;實現(xiàn)了乘務(wù)管理業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)人工方式向數(shù)字化和智能化方向轉(zhuǎn)型。智乘系統(tǒng)將在上海軌道交通運營管理中發(fā)揮重要作用。