高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)分析與設(shè)計

戴銘紳

摘要：隨著我國高鐵交通網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施快速普及，高速鐵路客車在我國大范圍內(nèi)展開應(yīng)用，高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)在高鐵管理中起到非常關(guān)鍵性的作用，高鐵調(diào)度管理工作，它是由調(diào)度管理、信號傳輸、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)綜合管理等于一體的智能化高鐵調(diào)度管理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過建立高速鐵路列車模擬運行圖的數(shù)字控制模型，最后能夠?qū)崿F(xiàn)自動生成高速鐵路列車的調(diào)度與運行圖，并通過高速鐵路專網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的通信與采集工作，對整個系統(tǒng)通過對調(diào)度管理的具體分析、詳細設(shè)計、系統(tǒng)編程實現(xiàn)及運行測試等工作。高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)具有操作簡便、調(diào)度準確、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等優(yōu)點。經(jīng)過系統(tǒng)運行測試分析表明，高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)具有實用價值和現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：高鐵；調(diào)度；運行管理；數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）02-0003-03

隨著中國經(jīng)濟增長，通過高速鐵路運載人和物資的方式成為主流，由此帶來的是運行高鐵列車量的倍增、高鐵網(wǎng)絡(luò)逐漸復(fù)雜以及高鐵調(diào)度需要及時性，均對高鐵調(diào)度與運行管理提出了新的需求。因此。既要保證系統(tǒng)能夠高效實施調(diào)度，又能夠滿足高鐵調(diào)度的實時性。本文的研究是信息技術(shù)應(yīng)用到高鐵調(diào)度系統(tǒng)，通過程序編排、修改高鐵運行的時間表，并集中管理其他設(shè)備，提高高鐵調(diào)度效率。

高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)是中國鐵路公司的高鐵信息化解決方案，通過整合了鐵路系統(tǒng)的全部應(yīng)用系統(tǒng)，提高了高鐵調(diào)度與運行效率，系統(tǒng)采用了服務(wù)器熱備技術(shù)、數(shù)據(jù)冗余技術(shù)等，系統(tǒng)運行具有非常高的安全性。本文介紹了高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，對高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、主要功能模塊以及系統(tǒng)開發(fā)過程中涉及的關(guān)鍵性問題，系統(tǒng)的實現(xiàn)能夠有效地完成高鐵調(diào)度管理工作，提高高鐵在運行過程中的管理問題。

高鐵的調(diào)度包括對人、車以及信號之間的管理，這些要素都是在高鐵調(diào)度系統(tǒng)的指揮下有序地完成各項調(diào)度。高鐵的調(diào)度管理已經(jīng)有許多輔助應(yīng)用系統(tǒng)，但是，這些輔助應(yīng)用系統(tǒng)之間缺乏數(shù)據(jù)調(diào)用與訪問交互關(guān)系，仍需在關(guān)鍵節(jié)點上實施人工調(diào)度，這樣對高速鐵路客車的運行管理是極其不便的，高鐵部門迫切開發(fā)一種安全可靠的調(diào)度與運行管理系統(tǒng)。

長期以來，我國鐵路運輸一直采用人工運輸調(diào)度方式， 調(diào)度效率相對較低。

1 系統(tǒng)總體需求分析

本文模擬了高鐵列車實時調(diào)度與運行的全過程，其主要研究內(nèi)容包括：運行時刻表的編排、設(shè)備信號的傳遞、快速處理事故的能力和動態(tài)的數(shù)據(jù)顯示等。高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)運用集中高鐵調(diào)度的概念，通過采集整個鐵路專網(wǎng)絡(luò)中高鐵運行狀態(tài)、下一個達到車站、線路是否通暢等狀態(tài)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)采集后再進行集中處理，調(diào)度所有的信號資源，從而實現(xiàn)更合理的高鐵調(diào)度程序。

1.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)需求分析

高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)主要由 6 個功能模塊組成：

高鐵地理信息管理模塊、自動生成運行圖管理模塊、高鐵自動調(diào)度管理模塊、運行狀態(tài)監(jiān)控管理模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸管理模塊。

1.2 系統(tǒng)的子功能需求分析

1.2.1 地理信息子功能模塊

本文設(shè)計與實現(xiàn)的高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)，由高鐵站點數(shù)據(jù)庫與高鐵線路數(shù)據(jù)庫共同組成，其實時數(shù)據(jù)是為了生成高鐵運行路線的功能與實時數(shù)據(jù)顯示功能。地理信息子系統(tǒng)具有豐富的電子地圖管理功能和數(shù)據(jù)庫檢索功能，為高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的建立提供了巨大的幫助。

1.2.2 自動生成運行圖子功能模塊

本子系統(tǒng)采用自動編制高鐵的運行時間表，各個子系統(tǒng)之間通過接口 1 調(diào)用或者訪問數(shù)據(jù)，從高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)中獲得高鐵的實時線路數(shù)據(jù)和高鐵當前所在的地理信息數(shù)據(jù)，經(jīng)運行圖生成算法處理， 自動生成高鐵運行的全部數(shù)據(jù)，再通過接口 2 將參數(shù)傳遞給高鐵自動調(diào)度子系統(tǒng)。自動生成高鐵運行圖功能的關(guān)鍵是運行圖算法的生成，該系統(tǒng)的核心。

1.2.3 高鐵自動調(diào)度子功能模塊

高鐵運行的調(diào)度中心設(shè)計主要分為：自動調(diào)度和人工調(diào)度。人工調(diào)度方式為了解決自動調(diào)度過程中存在的缺陷，輔助自動調(diào)度的目的，由系統(tǒng)發(fā)出高鐵調(diào)度命令，并控制高鐵運行與管理。高鐵運行與調(diào)度主要處理高鐵的調(diào)度沖突與運行管理，因此，高鐵始發(fā)調(diào)度管理、運行狀態(tài)管理、高鐵調(diào)度、運行沖突與沖突消解等模塊。高鐵始發(fā)調(diào)度是由時刻表中的開始時間出發(fā)，則向調(diào)度中心發(fā)送某某高鐵已發(fā)出的狀態(tài)消息，調(diào)度中心負責人接收信號并等待處理調(diào)度信息數(shù)據(jù)。

運行沖突與沖突消解在分析高鐵發(fā)出時間、站點數(shù)據(jù)和線路圖等之后，再判斷沖突消解的方法，若有沖突出現(xiàn)則根據(jù)沖突方式進行沖突消解算法的構(gòu)造過程，再向相應(yīng)高鐵、車站發(fā)出高鐵調(diào)度指令，調(diào)度中心通過指令傳遞數(shù)據(jù)。

1.2.4 運行狀態(tài)監(jiān)控子功能模塊

把3 臺主機串聯(lián)組成一個小型的網(wǎng)絡(luò)，分別構(gòu)成系統(tǒng)運行的監(jiān)控機、高鐵調(diào)度的調(diào)度機和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕粨Q控制機。數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕粨Q控制機主要完成對數(shù)據(jù)交換，保持外圍設(shè)備與調(diào)度中心的數(shù)據(jù)一致。

1.2.5 網(wǎng)絡(luò)傳輸管理子功能模塊

本文的系統(tǒng)采用TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，這是一種面向可靠連接的傳輸協(xié)議，能夠保證高鐵調(diào)度與運行過程中的數(shù)據(jù)安全性。

1.2.6 高鐵動態(tài)運行日常管理

采集、處理和上報高鐵運行日記統(tǒng)計，其中包括：到站時間、鐵路重大事故、系統(tǒng)的調(diào)度故障、重大自然災(zāi)害、高鐵行車的時間表等情況。

1.2.7 高鐵調(diào)度值班日記管理

由高鐵值班人編寫的工作總結(jié)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、高鐵運行記事本等。

1.2.8 系統(tǒng)維護功能模塊

包括數(shù)據(jù)庫管理和系統(tǒng)初始化等子模塊。利用系統(tǒng)維護模塊，利用系統(tǒng)初始化辦法對系統(tǒng)的參數(shù)重新設(shè)置，并賦予新的操作權(quán)限；允許隨時備份數(shù)據(jù)，一旦硬盤發(fā)送故障時，可以從某個節(jié)點進行恢復(fù)數(shù)據(jù)。endprint

1.2.9 系統(tǒng)幫助模塊

幫助使用者使用系統(tǒng)的功能，介紹軟件安裝步驟、系統(tǒng)的主要功能、實際操作說明及其其他幫助功能。

1.3 系統(tǒng)非功能需求分析

1） 界面需求：風格一致，界面統(tǒng)一；2） 異步擴展需求：遠程擴展系統(tǒng)功能；3） 多任務(wù)、多用戶同時訪問需求；4） 性能需求：長期穩(wěn)定運行無故障。

2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)需求，采取IT 技術(shù)和SOA技術(shù)架構(gòu)，設(shè)計高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用面向服務(wù)的技術(shù)體系，在統(tǒng)一調(diào)度業(yè)務(wù)模型和技術(shù)架構(gòu)上，構(gòu)建統(tǒng)一、有機高鐵調(diào)度系統(tǒng)。

高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)由調(diào)度系統(tǒng)、電力遠動系統(tǒng)和終端系統(tǒng)組成。高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換與共享。高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)適用于鐵路總公司調(diào)度指揮中心和各個節(jié)點。

2.1 總體設(shè)計

高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的總體設(shè)計包括：邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、調(diào)度數(shù)據(jù)分布設(shè)計和系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計。

2.1.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的需求分析和總體設(shè)計要求，根據(jù)高度節(jié)點數(shù)、系統(tǒng)承載的壓力設(shè)計。

2.1.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

本文主要采用一種基于B/S的合計模式和SQL數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分層設(shè)計原則進行架構(gòu)設(shè)計，主要包括：

1） 視圖層：對應(yīng)于MVC設(shè)計模式中的視圖層（View） ；

2） 控制層：基于MVC設(shè)計模式的控制層（Controller） 框架；

3） 業(yè)務(wù)邏輯層：采用邏輯建模和設(shè)計的方法。

4） 數(shù)據(jù)訪問層：數(shù)據(jù)存取控制、數(shù)據(jù)存儲原則等。

2.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的需求所述，高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計，本文利用Oracle 數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲工具，為企業(yè)提供管理后臺及PLSQL等開發(fā)工具，便于對數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計、開發(fā)和管理工作。使用可視化的數(shù)據(jù)庫的開發(fā)工具。高鐵調(diào)度與運行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中有運行時間表、調(diào)度數(shù)據(jù)表、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)表、用戶數(shù)據(jù)表、地理信息數(shù)據(jù)表等。

下面介紹與本文系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1） 機房數(shù)據(jù)表，字段包括：表的序號、機房編號、管理人、所在位置、其他。

2） 設(shè)備數(shù)據(jù)表，字段包括：表的序號、設(shè)備名稱、購進日期、規(guī)格型號、編號、保管人、上次檢修日期和其他。

3） 維修巡檢數(shù)據(jù)表，字段包括：表的序號、記錄人、記錄時間、內(nèi)容、注意事項、和其他。

2.3 建設(shè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

鐵路總公司、分局、調(diào)度中心三級之間通過高鐵專網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，采用通信服務(wù)器的調(diào)度遠程數(shù)據(jù)。各級調(diào)度中心的客戶端通過本文的高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸隊列中傳輸，調(diào)度中心作為接收調(diào)度數(shù)據(jù)再進行處理與轉(zhuǎn)發(fā)，在傳輸過程中會造成數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，不能滿足數(shù)據(jù)傳輸一致性的問題。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

3.1 應(yīng)用程序環(huán)境配置

3.1.1 高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的硬件開發(fā)環(huán)境

1） 中央處理器：I7雙核配置；2） 內(nèi)存空間（單位：GB）：8；3） 硬盤存儲空間：520GB；4） 顯卡空間大小：515MB。

3.1.2 高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)采用.NET 框架的C# 語言進行開發(fā)的軟件系統(tǒng)。NET 框架具有非常重要的組件：公共語言運行庫和系統(tǒng)類庫兩種。公共語言運行庫是本文使用框架的基礎(chǔ)。在這里，可以將公共運行庫視為可執(zhí)行代碼，框架能夠提供內(nèi)存管理和進程處理服務(wù)，因此，代碼是公共運行庫的基本。.NET框架的另一個則類庫。

3.2 測試

3.2.1 系統(tǒng)測試目的

高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)完成自身的功能性測試和接口集成測試，另外，為了完善整個系統(tǒng)而做出的測試，還需要引進其他的測試工具，第三方測試方法配合系統(tǒng)測試。高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的主要測試目標：

1） 系統(tǒng)的測試目標：完成功能性測試之后在完成高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的接口集成測試，無嚴重運行錯誤即可通過系統(tǒng)測試。

2） 系統(tǒng)的性能測試：要求高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)性能測試要達到測試目標，并能夠快速響應(yīng)高鐵調(diào)度請求。

3.2.2 測試方案

高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的主要測試方案：高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)為了保證其完整的為鐵路總公司提供調(diào)度服務(wù)，為了保證應(yīng)用程序能夠穩(wěn)定運行。本文涉及的測試內(nèi)容：1） 調(diào)度與運行系統(tǒng)的參數(shù)初始化設(shè)置；2） 高鐵運行時間表的設(shè)置；3） 高鐵運行監(jiān)控狀態(tài)設(shè)置；4） 高鐵信息采集加工功能正常；5） 統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)準確無誤；6） 數(shù)據(jù)結(jié)果顯示正常。

4 本文結(jié)論

本文實現(xiàn)對高鐵的運行與調(diào)度管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)工作，因此，并對高鐵調(diào)度信息采集的各個功能模塊進行單元測試。最后，該文的總結(jié)工作主要包括：

通過高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)是一個高鐵調(diào)度與運行的信息化解決方案，在以高鐵調(diào)度為中心的技術(shù)架構(gòu)下，高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)整合了對高速列車的實時跟蹤、高鐵信息臺、車輛號識別、遠程設(shè)備管理、數(shù)據(jù)顯示、高鐵專網(wǎng)等系統(tǒng)。雖然完成，高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)中的基本功能，但是有時間緊任務(wù)重，本文仍然存在的不足之處：需求分析存在遺漏之處，急于系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)工作，勢必后期的設(shè)計與實現(xiàn)工作，為了促進了，高鐵調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的進一步完善和改進，提升了高鐵調(diào)度與運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使高鐵系統(tǒng)的運輸，服務(wù)效率更高，緩解了我國鐵路運力不足的難題，國內(nèi)各大城市之間的聯(lián)系更加緊密，人們的出行更加方便。

參考文獻：

[1] 夏德春.德國鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)[J].中國鐵道科學，2016，26（4）：142-144.

[2] 馬建軍，周磊山，胡思繼.計算機編制網(wǎng)狀線路列車運行圖系統(tǒng)研究[J].鐵道學報，2015（2）：23-25.

[3] 劉剛，朱濤，金福才.德國鐵路BZ2000調(diào)度指揮信息系統(tǒng)淺析與思考，鐵路信息技術(shù)與電子商務(wù)，2015（2）：28-34.

[4] 張春霽.天津財經(jīng)大學計算機機房管理系統(tǒng)的分析設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2016.

[5] 張曉輝，王培康.大型信息系統(tǒng)用戶權(quán)限管理[J].計算機應(yīng)用， 2016（11）：35-36.

[6] 李冠賢.計算機實驗室機房管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代計算機專業(yè)版，2015（2）：56-57.endprint