鐵路基本運(yùn)行圖的網(wǎng)絡(luò)化在線編制系統(tǒng)研究

黃競(jìng)磊，潘金山，倪少權(quán)

（1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué) 綜合交通運(yùn)輸智能化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031；3.綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031）

近年來(lái)，我國(guó)鐵路發(fā)展取得重大成就，一大批新線投入運(yùn)行，充實(shí)和完善了我國(guó)鐵路路網(wǎng)。隨著鐵路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)編制系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，列車運(yùn)行圖編制軟件也已經(jīng)廣泛應(yīng)用。根據(jù)史常慶等[1]對(duì)我國(guó)鐵路列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)研究階段的劃分，目前，研究正處在第四階段向第五階段跨越的時(shí)期，即以現(xiàn)有的全路列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，著力發(fā)展具有網(wǎng)絡(luò)化、精細(xì)化、智能化和系統(tǒng)化特點(diǎn)的、支持異地聯(lián)網(wǎng)編圖的全路列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)建面向鐵路內(nèi)部的列車運(yùn)行圖綜合管理信息系統(tǒng)。

基于此目標(biāo)，我國(guó)多所院校和研究機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)行圖編制系統(tǒng)開展了更為深入的研究。潘金山等[2]提出了基于多進(jìn)程的鐵路列車運(yùn)行圖群體協(xié)同編制方案，通過(guò)多進(jìn)程技術(shù)，在不妨礙在線聯(lián)網(wǎng)編圖的狀態(tài)下，逐步縮短協(xié)同編制的溝通時(shí)間，提高數(shù)據(jù)處理和運(yùn)行圖編制效率。祝建平等[3]采用B/S模式和C/S模式相結(jié)合的3層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建基于協(xié)作交互的列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)化編制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的列車運(yùn)行圖綜合數(shù)據(jù)管理和列車運(yùn)行圖編制輔助決策支持。夏明[4]提出了解決高速鐵路列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制的優(yōu)化方案和關(guān)鍵技術(shù)，包括以并行分枝定界算法、并行蟻群算法和并行回退算法解決網(wǎng)絡(luò)化編圖的實(shí)時(shí)性問(wèn)題，以分層式并發(fā)控制算法解決了運(yùn)行圖編制過(guò)程中的群體間的“接口”問(wèn)題。這些研究為列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

1 我國(guó)列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)分析

1.1 我國(guó)編圖系統(tǒng)現(xiàn)況

目前，我國(guó)鐵路部門采用的是由西南交通大學(xué)全路列車運(yùn)行圖編制研發(fā)培訓(xùn)中心開發(fā)的列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已經(jīng)升級(jí)至4.0版本（以下簡(jiǎn)稱“編圖系統(tǒng)V4.0”）。編圖系統(tǒng)V4.0實(shí)現(xiàn)了基于64位技術(shù)的升級(jí)，在提升系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)了鐵路運(yùn)輸、機(jī)務(wù)、客運(yùn)等多部門、多工種協(xié)同的全路列車運(yùn)行圖編制，構(gòu)建了集列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)管理、列車運(yùn)行計(jì)劃、車底（動(dòng)車組）交路計(jì)劃、車輛分配計(jì)劃、乘務(wù)交路計(jì)劃、機(jī)車周轉(zhuǎn)計(jì)劃、車站作業(yè)計(jì)劃、列車牽引計(jì)算、列車運(yùn)行仿真、列車運(yùn)行圖版本管理、列車運(yùn)行圖信息共享與發(fā)布、列車運(yùn)行圖信息查詢等于一體的列車運(yùn)行圖編制與管理協(xié)同一體化信息平臺(tái)，進(jìn)一步滿足了高速鐵路與既有普速鐵路貫通成網(wǎng)條件下鐵路列車運(yùn)行圖編制管理和鐵路信息化建設(shè)的需要[5]。

1.2 我國(guó)編圖系統(tǒng)架構(gòu)

編圖系統(tǒng)V4.0采用了基于C/S模式的混合式結(jié)構(gòu)，利用了集中式結(jié)構(gòu)和復(fù)制式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。在集中控制的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)的集中式結(jié)構(gòu)中的服務(wù)器進(jìn)行“瘦身”，即分離出一部分工作由客戶端完成，可以提高效率，減少客戶端與服務(wù)器之間的通信[6]。

在列車運(yùn)行圖編制和調(diào)整作業(yè)中，通常利用一般配置的客戶機(jī)完成大量的常規(guī)運(yùn)算和用戶交互，將系統(tǒng)控制、信息傳遞和小規(guī)模的超級(jí)計(jì)算放置于高性能的服務(wù)器中完成[7]。將全路各級(jí)編圖部門設(shè)置的客戶機(jī)與集中設(shè)置的編圖服務(wù)器建立連接，來(lái)自各個(gè)客戶端的命令請(qǐng)求由服務(wù)器處理，并實(shí)現(xiàn)客戶端之間的信息傳遞與通信。

1.3 我國(guó)編圖系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

目前，全路運(yùn)行圖編制工作涉及計(jì)劃、車務(wù)、客運(yùn)、貨運(yùn)、工務(wù)、電務(wù)、供電、車輛等多個(gè)部門。主要由路局運(yùn)輸部門負(fù)責(zé)本局管內(nèi)列車運(yùn)行圖的編制和規(guī)則管理；由客、貨運(yùn)部門負(fù)責(zé)建立旅客列車開行方案庫(kù)，提供產(chǎn)品需求，完成客、貨產(chǎn)品有關(guān)資料的匯總、交換和實(shí)施方案編制，進(jìn)行產(chǎn)品指標(biāo)的計(jì)算分析；由機(jī)務(wù)、車輛部門負(fù)責(zé)提供編圖資料，確定動(dòng)車組、機(jī)車、客車、貨車的運(yùn)用、檢修計(jì)劃，編制機(jī)車周轉(zhuǎn)圖與機(jī)車、乘務(wù)和車底交路圖，并在列車運(yùn)行圖編制過(guò)程中檢查相關(guān)技術(shù)作業(yè)和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合上述全路編圖工作的業(yè)務(wù)需求，現(xiàn)有的列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)分為技術(shù)資料管理、列車運(yùn)行計(jì)劃編制、旅客列車運(yùn)行圖管理、機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制、車底（動(dòng)車組）交路編制、列車牽引計(jì)算、車輛分配計(jì)劃編制、車站作業(yè)計(jì)劃編制、列車運(yùn)行仿真和乘務(wù)交路計(jì)劃編制共10個(gè)功能模塊。

1.4 我國(guó)編圖系統(tǒng)存在的局限

盡管編圖系統(tǒng)V4.0有效地解決了列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)編制和多種作業(yè)圖表的編制調(diào)整問(wèn)題，但是系統(tǒng)原有的兩層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和部分功能逐漸不適用于未來(lái)鐵路運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)化編制管理的需要，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.4.1 編圖工作未囊括基層站段

計(jì)算機(jī)編圖所使用的數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，涉及客運(yùn)、車務(wù)、電務(wù)、工務(wù)、機(jī)務(wù)和供電等業(yè)務(wù)部門。在當(dāng)前編圖工作架構(gòu)下，數(shù)據(jù)的錄入和核對(duì)只能由鐵路運(yùn)輸部門的編圖人員完成，其輸入的正確性完全由編圖人員確定，為了核實(shí)某些數(shù)據(jù)，編圖人員必須頻繁與其他業(yè)務(wù)部門溝通，增加了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

1.4.2 編圖系統(tǒng)不適應(yīng)頻繁的運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)調(diào)整

現(xiàn)有的列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)基于國(guó)鐵集團(tuán)集中編圖、統(tǒng)一管理的業(yè)務(wù)邏輯和需要，未能考慮到未來(lái)異地聯(lián)網(wǎng)、動(dòng)態(tài)、頻繁性的編圖需要。

1.4.3 列車運(yùn)行計(jì)劃與其他計(jì)劃編制無(wú)法同步進(jìn)行

在現(xiàn)有的人工和單機(jī)編圖方式下，鋪畫列車運(yùn)行線的過(guò)程中，與編圖有關(guān)的信息基本處于封閉的狀態(tài)，只能通過(guò)人工溝通的方式進(jìn)行有限的交流，造成列車運(yùn)行計(jì)劃編制與其他作業(yè)計(jì)劃編制工作無(wú)法同步開展。只有當(dāng)列車運(yùn)行計(jì)劃編制完畢后，才能進(jìn)行機(jī)車周轉(zhuǎn)圖和車底交路圖等的編制。

1.4.4 未能轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的列車運(yùn)行圖信息服務(wù)平臺(tái)

鐵路局各業(yè)務(wù)處室、站段缺乏一個(gè)統(tǒng)一的列車運(yùn)行圖信息服務(wù)平臺(tái)，不能有效地對(duì)列車運(yùn)行圖開展綜合運(yùn)用，信息不對(duì)稱，容易在執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，不能滿足列車運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)變化管理需要。

2 基本圖網(wǎng)絡(luò)化在線編制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運(yùn)行圖在線編制系統(tǒng)相比之前的兩層結(jié)構(gòu)，最大的變化是在路局層面搭建運(yùn)行圖中繼服務(wù)器，中繼服務(wù)器實(shí)現(xiàn)整個(gè)路局的運(yùn)行圖的編制及管理。多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)物理架構(gòu)如圖1所示。

相比兩層而言，在路局增設(shè)中繼服務(wù)器，原路局運(yùn)輸、客運(yùn)、機(jī)務(wù)等部門從直連全路中心服務(wù)器改為直連路局中繼服務(wù)器，增加基層運(yùn)輸站段客戶機(jī)，站段用戶與路局中繼服務(wù)器直接連接。頂層中心服務(wù)器功能沒(méi)有變化，實(shí)現(xiàn)全路列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)同步，國(guó)鐵集團(tuán)的運(yùn)輸、客運(yùn)、機(jī)務(wù)及其他用戶直接與中心服務(wù)器通信。

基于運(yùn)行圖的網(wǎng)絡(luò)化編制系統(tǒng)與現(xiàn)有的運(yùn)行圖軟件相比，突出全面網(wǎng)絡(luò)化，滿足各部門的精細(xì)化作業(yè)需求，并為今后列車運(yùn)行圖編制朝著“統(tǒng)一管理，三級(jí)編制”的方向發(fā)展打下基礎(chǔ)。

2.2 系統(tǒng)功能改造

2.2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集分析與維護(hù)管理功能

系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化在線收集涉及鐵路車、機(jī)、工、電、輛等各部門的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并由系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行管理。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與維護(hù)、數(shù)據(jù)操作權(quán)限管理、數(shù)據(jù)并發(fā)控制管理、數(shù)據(jù)集成與分解等子功能進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

2.2.2 列車開行方案的確定

在線路通過(guò)能力計(jì)算及客貨運(yùn)量分析的基礎(chǔ)上，需確定按起訖點(diǎn)劃分的行車量、分界口貨物列車開行對(duì)數(shù)、列車開行等級(jí)等。

2.2.3 直通旅客列和重點(diǎn)貨物列車運(yùn)行方案圖的制定

首先，系統(tǒng)應(yīng)提供智能化的輔助決策功能用于自動(dòng)編制全路直通客車運(yùn)行方案圖和重點(diǎn)貨物列車運(yùn)行方案圖；其次，為方便各級(jí)業(yè)務(wù)部門編圖人員發(fā)揮主觀能動(dòng)性，需要提供多方面的人機(jī)交互功能?；緢D在線編制系統(tǒng)以全路網(wǎng)作為研究對(duì)象，提供建立在整個(gè)路網(wǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的輔助決策功能，且支持多用戶協(xié)同工作。

2.2.4 客貨列車運(yùn)行圖編制與調(diào)整優(yōu)化

在直通旅客列車和重點(diǎn)貨物列車運(yùn)行方案圖確定之后，需要對(duì)方案圖進(jìn)行局部細(xì)化和調(diào)整，系統(tǒng)在全路統(tǒng)一編圖、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化共享的基礎(chǔ)之上，提供按區(qū)域劃分管轄的多用戶協(xié)同工作機(jī)制和平臺(tái)。

2.2.5 圖形繪制與報(bào)表生成

系統(tǒng)應(yīng)提供基于列車運(yùn)行圖的、涵蓋鐵路各業(yè)務(wù)部門所需的圖形繪制打印和報(bào)表輸出功能，包括列車運(yùn)行圖、機(jī)車周轉(zhuǎn)圖、客車車底周轉(zhuǎn)圖、動(dòng)車交路圖、乘務(wù)交路圖以及其他數(shù)據(jù)報(bào)表的輸出打印。

2.2.6 系統(tǒng)接口管理

一方面，網(wǎng)絡(luò)化在線編制列車運(yùn)行圖系統(tǒng)涉及鐵路車、機(jī)、工、電、輛等各部門的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，需要運(yùn)用大量的系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)；另一方面，由于列車運(yùn)行圖是鐵路行車組織工作的基礎(chǔ)，系統(tǒng)也需要向外部輸出編圖結(jié)果信息。

2.2.7 列車運(yùn)行圖在線綜合運(yùn)用

為了提高各部門之間編制作業(yè)計(jì)劃的協(xié)調(diào)性和效率，應(yīng)把系統(tǒng)打造為基于運(yùn)行圖編制與管理的統(tǒng)一信息管理系統(tǒng)，除完成對(duì)運(yùn)行圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)資料的統(tǒng)一管理外，還能夠?qū)Χ鄻I(yè)務(wù)部門提供列車運(yùn)行圖的數(shù)據(jù)版本管理、信息查詢、數(shù)據(jù)共享等綜合運(yùn)用功能。

圖1 多層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

3 結(jié)語(yǔ)

隨著路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷完善，未來(lái)我國(guó)鐵路列車運(yùn)行圖調(diào)整將愈加頻繁，只有通過(guò)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)編圖充分融合，整合既有鐵路信息資源，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化在線編圖系統(tǒng)，才能夠更好地服務(wù)于運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)化編制。多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行圖在線編制系統(tǒng)進(jìn)一步將基層站段工作人員納入到編圖工作中，一方面保障了列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)的安全和完善，另一方面也有效地提高了運(yùn)行圖編制的精細(xì)化水平，將全面促進(jìn)我國(guó)鐵路列車運(yùn)行圖編制管理的協(xié)同化與信息化，并為將來(lái)構(gòu)建全路統(tǒng)一的列車運(yùn)行圖信息服務(wù)運(yùn)用平臺(tái)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。