孔慶瑋,馮小芳,韓 宇,牛金文
(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所,北京 100081;2.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司,北京 100081;3.東方瑞創(chuàng)達(dá)電子科技有限公司,北京 100089)
列車(chē)工作計(jì)劃是鐵路調(diào)度一日內(nèi)的運(yùn)輸工作計(jì)劃,包含貨運(yùn)、普速旅客列車(chē)的到發(fā)運(yùn)行計(jì)劃、分界站列車(chē)交接計(jì)劃等,其編制過(guò)程涉及中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱:國(guó)鐵集團(tuán))、鐵路局集團(tuán)公司、站段3 級(jí)機(jī)構(gòu)中多位調(diào)度人員相互協(xié)作與配合,是一個(gè)典型的協(xié)同業(yè)務(wù)過(guò)程。列車(chē)工作計(jì)劃是鐵路運(yùn)輸調(diào)度計(jì)劃編制的首要任務(wù),是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),直接關(guān)系到鐵路生產(chǎn)效率和服務(wù)品質(zhì),提升列車(chē)工作計(jì)劃的編制質(zhì)量是提升運(yùn)輸生產(chǎn)效率最為直接和有效的手段之一[1]。
以往的列車(chē)工作計(jì)劃采用手工編制方式,各工種調(diào)度人員在編制計(jì)劃時(shí),通過(guò)電話、電報(bào)進(jìn)行溝通,合作完成計(jì)劃編制。隨著鐵路信息化水平的提升,運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)(TDMS 5.0)為計(jì)劃調(diào)度員編制列車(chē)工作計(jì)劃提供了信息化手段。但受到傳統(tǒng)上手工分散編制列車(chē)工作計(jì)劃的工作模式的影響,各工種調(diào)度人員缺乏協(xié)同作業(yè)意識(shí),影響了列車(chē)工作計(jì)劃編制效率和質(zhì)量[2]。另一方面,囿于相關(guān)信息系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)壁壘,調(diào)度員不能及時(shí)、全面地掌握動(dòng)態(tài)信息,所編制的列車(chē)工作計(jì)劃與其它計(jì)劃存在不少?zèng)_突,造成計(jì)劃兌現(xiàn)率不高[3]。在調(diào)度計(jì)劃協(xié)同編制的研究領(lǐng)域,近年來(lái),國(guó)內(nèi)有研究人員在局站協(xié)同方面進(jìn)行了一些探索,但主要針對(duì)高速鐵路調(diào)度計(jì)劃協(xié)同編制[4]。對(duì)于以貨運(yùn)、普速客運(yùn)為主的列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同編制方案,尚未從面向鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過(guò)程的角度開(kāi)展系統(tǒng)性研究。
為此,面向鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過(guò)程,研究列車(chē)工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程與約束條件,梳理出其編制過(guò)程中涉及的數(shù)據(jù)交互,使列車(chē)工作計(jì)劃與客運(yùn)、貨運(yùn)、機(jī)車(chē)等工作計(jì)劃形成相互緊密銜接的有機(jī)整體;在此基礎(chǔ)上,提出構(gòu)建列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)的技術(shù)方案,通過(guò)有效解決數(shù)據(jù)壁壘問(wèn)題,確保計(jì)劃調(diào)度員在編制列車(chē)工作計(jì)劃的過(guò)程中,能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地交換和共享相關(guān)數(shù)據(jù),并使列車(chē)工作計(jì)劃與其它相關(guān)計(jì)劃建立嚴(yán)格的安全約束關(guān)系,支持各層級(jí)計(jì)劃調(diào)度員高效、快捷、協(xié)同地完成高質(zhì)量列車(chē)工作計(jì)劃編制工作。
分析列車(chē)工作計(jì)劃在運(yùn)輸生產(chǎn)全過(guò)程中的地位和作用,依據(jù)列車(chē)工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程,完成數(shù)據(jù)流分析,并據(jù)此提出列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同編制的技術(shù)方案。
鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程包括客貨運(yùn)輸需求、基本計(jì)劃、調(diào)度指揮、站段作業(yè)等多個(gè)環(huán)節(jié)。從外部用戶的角度,涉及旅客到達(dá)進(jìn)站、乘車(chē)、到出站離開(kāi)的全過(guò)程,以及貨物裝車(chē)、運(yùn)輸、卸車(chē)的全過(guò)程。從企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)組織的角度,涉及國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、站段3 個(gè)層級(jí);國(guó)鐵集團(tuán)負(fù)責(zé)全路運(yùn)輸生產(chǎn)的組織、協(xié)調(diào)和決策,鐵路局集團(tuán)公司負(fù)責(zé)各路局管內(nèi)運(yùn)輸生產(chǎn)組織,站段負(fù)責(zé)具體生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行及反饋。
旅客和貨主帶來(lái)客運(yùn)與貨運(yùn)需求,客、貨運(yùn)需求驅(qū)動(dòng)國(guó)鐵集團(tuán)基本計(jì)劃的制定。在基本計(jì)劃的基礎(chǔ)上,各級(jí)機(jī)構(gòu)圍繞運(yùn)輸計(jì)劃的編制、調(diào)整、執(zhí)行展開(kāi)調(diào)度指揮工作。鐵路運(yùn)輸計(jì)劃以日、班為周期進(jìn)行編制和執(zhí)行,現(xiàn)行《鐵路運(yùn)輸調(diào)度規(guī)則》[5]規(guī)定:國(guó)鐵集團(tuán)負(fù)責(zé)編制每日(班)的分界口列車(chē)交接計(jì)劃和貨運(yùn)工作計(jì)劃;鐵路局集團(tuán)公司負(fù)責(zé)編制每日(班)的客貨運(yùn)工作計(jì)劃、列車(chē)工作計(jì)劃、機(jī)車(chē)工作計(jì)劃等;站段在鐵路局下達(dá)的日(班)計(jì)劃的指導(dǎo)下,完成站段作業(yè)計(jì)劃編制,按計(jì)劃組織生產(chǎn)和安排作業(yè),并將計(jì)劃執(zhí)行情況反饋給上級(jí)機(jī)構(gòu)。鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過(guò)程如圖1 所示。
圖1 鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過(guò)程示意
列車(chē)工作計(jì)劃包括列車(chē)到、發(fā)及運(yùn)行計(jì)劃、分界站列車(chē)交接計(jì)劃、管內(nèi)工作車(chē)輸送計(jì)劃、普速旅客列車(chē)臨時(shí)加開(kāi)、停運(yùn)計(jì)劃等內(nèi)容。列車(chē)工作計(jì)劃通過(guò)對(duì)次日客、貨運(yùn)輸任務(wù)的合理安排,確保鐵路日???、貨運(yùn)輸工作高效、有序開(kāi)展[6]。
總體上,列車(chē)工作計(jì)劃的編制業(yè)務(wù)流程劃分為信息采集、計(jì)劃編制、計(jì)劃下達(dá)3 個(gè)階段。
1.2.1 信息采集階段
計(jì)劃調(diào)度員從各相關(guān)系統(tǒng),以及電報(bào)、文件中收集編制列車(chē)工作計(jì)劃所需的數(shù)據(jù),主要包括:基本運(yùn)行圖數(shù)據(jù)、基本編組計(jì)劃、國(guó)鐵集團(tuán)下發(fā)的輪廓計(jì)劃、調(diào)度命令、調(diào)度電報(bào)、鄰局分界口交接計(jì)劃、車(chē)站裝卸作業(yè)情況、編組站集結(jié)情況、機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)信息等。
1.2.2 計(jì)劃編制階段
在列車(chē)工作計(jì)劃編制階段,計(jì)劃調(diào)度員與機(jī)車(chē)調(diào)度、施工調(diào)度、客運(yùn)調(diào)度、貨運(yùn)調(diào)度溝通,確保列車(chē)工作計(jì)劃與施工維修計(jì)劃、機(jī)車(chē)交路計(jì)劃、車(chē)站作業(yè)計(jì)劃、客貨運(yùn)計(jì)劃密切銜接,相互不沖突。具體過(guò)程如下:
(1)讀取次日(班)即將到達(dá)分界站的列車(chē)確報(bào)信息,掌握分界站的車(chē)流到達(dá)情況;
(2)根據(jù)分界站的列車(chē)接入信息,編制本局的列車(chē)到達(dá)計(jì)劃,包括列車(chē)車(chē)次、到站、到達(dá)時(shí)分、列車(chē)編組等;
(3)結(jié)合列車(chē)到達(dá)計(jì)劃與車(chē)站裝車(chē)計(jì)劃、排空計(jì)劃、站存車(chē)信息、出發(fā)車(chē)流等內(nèi)容,編制列車(chē)出發(fā)計(jì)劃;編制過(guò)程中,同機(jī)車(chē)調(diào)度員確認(rèn)機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)方案,同施工調(diào)度確認(rèn)施工重點(diǎn)事項(xiàng),形成列車(chē)出發(fā)計(jì)劃草案;
(4)依據(jù)裝卸車(chē)實(shí)績(jī)、機(jī)車(chē)運(yùn)用實(shí)績(jī)信息等,優(yōu)化調(diào)整列車(chē)工作計(jì)劃。
1.2.3 計(jì)劃下達(dá)階段
列車(chē)工作計(jì)劃編制完成后,需要核對(duì)并下達(dá)次日(班)的列車(chē)工作計(jì)劃,主要內(nèi)容包括列車(chē)到發(fā)站、編組詳情、運(yùn)行時(shí)分等。鐵路局集團(tuán)公司通過(guò)運(yùn)輸計(jì)劃管理系統(tǒng)(TDMS 5.0),將次日(班)工作計(jì)劃傳遞至列車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng)(TDCS)/調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC),并通過(guò)TDCS/CTC 下達(dá)給相關(guān)站段;站段接收次日(班)工作計(jì)劃,按計(jì)劃執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù),并及時(shí)進(jìn)行反饋。
列車(chē)工作計(jì)劃編制業(yè)務(wù)流程,如圖2 所示。
圖2 列車(chē)工作計(jì)劃編制業(yè)務(wù)流程
列車(chē)工作計(jì)劃編制是一個(gè)復(fù)雜的協(xié)同過(guò)程[7],需要滿足編組計(jì)劃、排空計(jì)劃、裝卸計(jì)劃等約束條件;同時(shí),列車(chē)工作計(jì)劃所包含的貨物列車(chē)出發(fā)/到達(dá)計(jì)劃、旅客列車(chē)加開(kāi)/停運(yùn)計(jì)劃之間也要求相互銜接、相互約束。在編制列車(chē)工作計(jì)劃時(shí),應(yīng)保證各層級(jí)之間實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù),并及時(shí)反饋。
依據(jù)1.2 節(jié)的列車(chē)工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程,梳理出列車(chē)工作計(jì)劃編制過(guò)程中的信息流,如圖3所示。
圖3 列車(chē)工作計(jì)劃編制相關(guān)信息流示意
為了實(shí)時(shí)處理列車(chē)工作計(jì)劃相關(guān)的各類數(shù)據(jù),解決目前運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)(TDMS 5.0)與客票、貨票、現(xiàn)車(chē)、施工維修等系統(tǒng)間信息交互不暢的問(wèn)題,提出構(gòu)建計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)(簡(jiǎn)稱:平臺(tái))。該平臺(tái)應(yīng)具備動(dòng)態(tài)信息采集、實(shí)時(shí)信息交互、信息沖突檢測(cè)、信息流程卡控4 項(xiàng)主要功能,為列車(chē)工作計(jì)劃編制提供及時(shí)、完備的數(shù)據(jù)支持,輔助計(jì)劃調(diào)度員做出合理決策,如圖4 所示。
圖4 平臺(tái)功能架構(gòu)
(1)動(dòng)態(tài)信息采集:平臺(tái)基于自然語(yǔ)言處理(NLP)和知識(shí)圖譜技術(shù),建立統(tǒng)一的運(yùn)輸調(diào)度資源描述,整合計(jì)劃編制、作業(yè)執(zhí)行、計(jì)劃評(píng)價(jià)等貫穿運(yùn)輸生產(chǎn)全過(guò)程的各業(yè)務(wù)域內(nèi)的交互數(shù)據(jù)元和數(shù)據(jù)集,借助自然語(yǔ)言處理技術(shù),自動(dòng)發(fā)現(xiàn)各專業(yè)域數(shù)據(jù)元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,結(jié)合知識(shí)圖譜技術(shù)構(gòu)建起統(tǒng)一的、跨專業(yè)運(yùn)輸調(diào)度知識(shí)庫(kù),以支持橫向跨業(yè)務(wù)工種、縱向跨業(yè)務(wù)部門(mén)的數(shù)據(jù)融合與共享。
(2)實(shí)時(shí)信息交互:平臺(tái)使用可視化的數(shù)據(jù)處理服務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù),實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單快捷共享,包括列車(chē)、機(jī)車(chē)、車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)信息、車(chē)站作業(yè)進(jìn)度信息、施工維修信息、固定設(shè)施狀態(tài)信息、環(huán)境信息等多源信息的實(shí)時(shí)共享,支持各業(yè)務(wù)領(lǐng)域綜合協(xié)同、局段站一體化協(xié)同的機(jī)制。
(3)信息沖突檢測(cè):平臺(tái)利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),建立沖突檢測(cè)常用模型,自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生沖突的場(chǎng)景,及時(shí)生成和推送提醒消息,協(xié)助計(jì)劃調(diào)度員變更列車(chē)工作計(jì)劃;當(dāng)任意約束條件發(fā)生變更時(shí),平臺(tái)能夠及時(shí)獲取變化后的信息,并同步更新列車(chē)工作計(jì)劃;當(dāng)列車(chē)工作計(jì)劃編制完畢后,平臺(tái)將列車(chē)工作計(jì)劃傳遞給各相關(guān)崗位,并接收各崗位的反饋信息,實(shí)現(xiàn)列車(chē)工作計(jì)劃編制的閉環(huán)管理。
(4)信息流程卡控:平臺(tái)結(jié)合規(guī)則引擎技術(shù),自動(dòng)判定客貨運(yùn)方案、調(diào)度計(jì)劃、車(chē)站作業(yè)、施工維修等業(yè)務(wù)流程的銜接順序,按照規(guī)則自動(dòng)執(zhí)行;自動(dòng)識(shí)別不合規(guī)則的信息,進(jìn)行信息過(guò)濾,對(duì)過(guò)濾結(jié)果按照規(guī)則合集自動(dòng)決策;實(shí)時(shí)監(jiān)控正在執(zhí)行的業(yè)務(wù)流程,對(duì)已經(jīng)執(zhí)行的業(yè)務(wù)流程,進(jìn)行執(zhí)行效果評(píng)價(jià)反饋。
列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同編制涉及大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及運(yùn)輸生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)可為列車(chē)工作計(jì)劃一體化協(xié)同編制提供全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)支持,在該平臺(tái)的輔助下,計(jì)劃調(diào)度員可以便捷、高效地完成列車(chē)工作計(jì)劃編制工作。
鑒于客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃與貨運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃的具體編制流程差別較大,以下分別進(jìn)行描述。
2.3.1 客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃
客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃在日常運(yùn)輸生產(chǎn)中較為固定,基本遵循“按圖行車(chē)”模式。在運(yùn)輸計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)的支持下,其協(xié)同編制方案如圖5 所示。
圖5 客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃編制方案
(1)從計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)獲取基本圖、分號(hào)圖與基本交路數(shù)據(jù),生成圖定的客運(yùn)列車(chē)開(kāi)行方案。
(2)結(jié)合國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司下發(fā)的調(diào)度命令、電報(bào)文件等,對(duì)臨時(shí)加開(kāi)、停運(yùn)客車(chē)進(jìn)行安排。
(3)圖定客車(chē)開(kāi)行方案和臨時(shí)客車(chē)開(kāi)行方案相結(jié)合,生成次日(班)客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃初始方案。
(4)結(jié)合客運(yùn)甩掛需求、回送需求產(chǎn)生的甩掛、回送計(jì)劃,客運(yùn)站上報(bào)的車(chē)站作業(yè)計(jì)劃,以及施工維修天窗時(shí)間和機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)車(chē)輛資源的約束,生成次日(班)客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃。
(5)將編制好的客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃交由路局值班主任審核,審核通過(guò)后進(jìn)行計(jì)劃下達(dá)。
(6)將客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃通過(guò)平臺(tái)傳遞至各級(jí)站段與相關(guān)系統(tǒng),收集站段反饋信息,以進(jìn)行下一階段客運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃的編制。
2.3.2 貨運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃
貨運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃和客運(yùn)“按圖行車(chē)”的模式不同,采用“按需行車(chē)”的模式。貨運(yùn)列車(chē)基本圖規(guī)定了列車(chē)的車(chē)次、途徑站、運(yùn)行時(shí)刻等,計(jì)劃調(diào)度員根據(jù)貨物運(yùn)輸需求,對(duì)基本圖上鋪畫(huà)的列車(chē)運(yùn)行線進(jìn)行選線、抽線等操作,以確定貨運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃。在運(yùn)輸計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)支撐下,其協(xié)同編制方案如圖6 所示。
圖6 貨運(yùn)列車(chē)工作計(jì)劃編制方案
(1)獲取基本圖、分號(hào)圖和基本編組計(jì)劃等基礎(chǔ)技術(shù)資料,依據(jù)國(guó)鐵集團(tuán)下發(fā)的貨運(yùn)輪廓計(jì)劃、分界口交接計(jì)劃、電報(bào)、調(diào)度命令等,進(jìn)行貨運(yùn)列車(chē)開(kāi)行初始方案編制。
(2)結(jié)合由路局貨運(yùn)調(diào)度員審批通過(guò)的次日裝車(chē)需求與配空需求,依據(jù)貨運(yùn)列車(chē)開(kāi)行初始方案進(jìn)行車(chē)流推算,并預(yù)測(cè)明日空重車(chē)去向。
(3)結(jié)合車(chē)站上報(bào)的現(xiàn)在車(chē)信息、裝卸報(bào)點(diǎn)信息、在途車(chē)正晚點(diǎn)信息等,確認(rèn)貨運(yùn)列車(chē)開(kāi)行初始方案中確定的列車(chē)車(chē)次、始發(fā)時(shí)刻、終到時(shí)刻。
(4)在滿足施工維修天窗時(shí)間與機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)車(chē)輛資源的約束下,進(jìn)一步對(duì)貨運(yùn)列車(chē)開(kāi)行初始方案進(jìn)行調(diào)整,完成貨運(yùn)列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃的編制。
(5)將貨運(yùn)列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃下達(dá)至相關(guān)站段與相關(guān)系統(tǒng),接收站段反饋信息,以進(jìn)行下一階段貨運(yùn)列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃的編制。
列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同編制是當(dāng)前鐵路運(yùn)輸調(diào)度信息化的重點(diǎn)研究方向[8]。本文結(jié)合鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過(guò)程,對(duì)列車(chē)工作計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程及相關(guān)信息流進(jìn)行系統(tǒng)性分析,梳理出各層級(jí)計(jì)劃調(diào)度員及其它調(diào)度員相互配合完成計(jì)劃編制的業(yè)務(wù)流程及信息交互,突破了現(xiàn)有信息系統(tǒng)應(yīng)用方案中各崗位調(diào)度員獨(dú)立編制計(jì)劃的局限性;在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建起可支持多崗位平行作業(yè)、多數(shù)據(jù)源融合的列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái),可支持各崗位間實(shí)時(shí)完成信息交互,及時(shí)反饋和響應(yīng),自動(dòng)檢測(cè)操作合規(guī)性與各計(jì)劃間沖突,同步執(zhí)行調(diào)整。在列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)輔助下,各層級(jí)調(diào)度員可以顯著提升列車(chē)工作計(jì)劃編制的效率與質(zhì)量,減少手工編制列車(chē)工作計(jì)劃時(shí)可能出現(xiàn)的差錯(cuò),提升列車(chē)工作計(jì)劃編制的一體化、精益化水平,對(duì)促進(jìn)運(yùn)輸調(diào)度指揮的綜合化、智能化發(fā)展具有積極意義。
本文提出的列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同編制方案僅是一個(gè)概念框架,為完成平臺(tái)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),后續(xù)需要對(duì)各類典型場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)融合、輔助決策方法進(jìn)一步深入研究;針對(duì)復(fù)雜多樣的客貨列車(chē)調(diào)度業(yè)務(wù),需要結(jié)合不同運(yùn)輸需求、車(chē)站作業(yè)、資源約束條件開(kāi)展大量試驗(yàn),不斷驗(yàn)證和優(yōu)化協(xié)同業(yè)務(wù)流程、信息交互機(jī)制和沖突消解策略。另外,利用知識(shí)圖譜技術(shù)完善運(yùn)輸調(diào)度知識(shí)庫(kù),結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段,研究實(shí)現(xiàn)列車(chē)工作計(jì)劃自動(dòng)生成、沖突智能消解的算法,增強(qiáng)列車(chē)工作計(jì)劃協(xié)同管理平臺(tái)的自動(dòng)化功能,提高全場(chǎng)景下列車(chē)工作計(jì)劃編制效率。