城市軌道交通智能施工調度管理系統研究與實現

趙俊華，張 銘，宣秀彬

（1.北京經緯信息技術有限公司，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

城市軌道交通施工維修業務要求在不影響日常生產運營基礎上進行施工，由于軌道施工作業較多，作業間沖突情況復雜[1-3]，完全依靠人工組織和判斷容易出現錯漏，影響施工安全。目前，在城市軌道交通施工調度管理工作中，沒有線上的系統實現信息化辦公，監測數據顆粒度不夠細，頻度不夠高；數據多為信息孤島，難以及時、透明地了解施工進展及過程；缺乏基于大數據、智能化的數據分析評估應用。在此背景下，追求智能、簡單、高效的運營管理成為基本趨勢，以先進的信息技術、智能技術為輔助進行施工管理是提高管理效率、降低錯誤風險的必然選擇[4-8]。通過建立信息化智能施工調度管理平臺，由傳統的靠人工、靠經驗施工調度方式轉變為靠系統、靠數據的信息化、智能化方式，能夠實現施工計劃工作電子化、流程化、標準化管理，有效減輕施工監控人員的工作量和工作強度,減少安全隱患，規范施工調度管理流程，加強施工作業的監管力度，確保施工組織的安全、高效和有序進行。

本文基于城市軌道交通運營施工管理現狀進行需求分析，提出了智能施工調度管理系統解決方案，通過資源沖突智能檢測算法實現施工沖突的自動化判定，采用工作流技術實現施工作業的流程化管理。

1 智能施工調度管理系統需求

城市軌道交通運營施工管理是在城市軌道交通運營施工任務中協調各專業對設備設施進行維修保養的施工作業管理，以達到控制整個施工范圍與進度的目的。

施工管理信息化目的是為了作業的電子化、流程化、標準化，系統通過業務流程把施工調度管理過程中的全部作業統一管理起來，同時通過流程把相關的安全控制規則建立起來，確保施工組織更加安全、高效、有序、規范地進行。

在施工調度管理作業中，按照施工計劃的全生命周期可將其劃分為施工計劃管理、施工執行管理、施工統計分析3個階段。

1.1 施工計劃管理

施工計劃管理是進行施工計劃編制、審批、修訂、發布的階段，主要實現上報施工計劃、審批流程、施工行車通告及作業令管理等功能。為保證施工作業安全，在施工作業前需先做好施工作業計劃，對施工中的資源沖突進行智能計算后排除。施工計劃包括了月計劃、周計劃、臨時搶修計劃等，所有計劃經批準后，都反映在《施工行車通告》中，形成的作業令將成為施工請點的依據。

在施工計劃管理階段作業流程需滿足：（1）施工計劃批準后，即生成施工作業令；（2）已生成施工作業令的施工計劃，才能進行施工執行管理階段作業；（3）施工作業涉及接觸網作業及高壓供電設備檢修作業時，進行供電工作票管理流程；（4）對施工過程中需要動火令的，需完成動火令的審批流程。下面以施工計劃和動火令管理業務為例，分別對其流程進行具體說明。

1.1.1 施工計劃管理業務流程

在施工計劃管理業務流程中，涉及施工計劃間沖突檢測、資源占用檢測等沖突檢測，系統通過建立各沖突檢測模型，制定沖突檢測規則庫，在計劃編制時，調用沖突模型，從而達到檢測目的。施工計劃管理的業務流程如圖1所示。

1.1.2 動火令管理業務流程

在施工計劃編制過程中，施工作業需用到動火的，按動火令管理流程辦理相關手續，辦理流程如圖2所示。

圖2 動火令管理流程

1.2 施工執行管理

施工單位根據制定好的施工計劃，獲得簽發《施工作業令》后，施工人員可以到站點或車廠開始進行請點作業。

在施工執行管理業務流程中，包含主站請銷點、多層輔站請銷點嵌套、停送電、掛拆地線等操作。其中，是否需要輔站配合、停送電和拆掛地線，需依據作業類型進行判決。

在施工執行管理階段作業流程需滿足：（1）為保證施工作業安全，涉及接觸網工作的作業需完成停電工作，由施工人員填寫停電申請單交由相關部門審批，審批通過后開始停電；（2）對不符合停電要求的申請單進行駁回，修改后可再次申請；（3）接觸網停電后，為保證作業區域的安全，還要進行掛地線申請及審批操作；（4）掛地審批通過后，才能進入施工作業；（5）施工完成后，需確認線路是否出清、設備是否恢復正常，對符合條件的作業才可進行拆除掛接地線；（6）完成拆除地線的作業可申請送電，通過系統進行送電申請、審批等操作；（7）作業完畢后，施工人員還需要進行銷點，通過填寫銷點單，經相關人員審批，批準后整個施工作業流程完成。下面以請銷點和調度令管理業務為例，分別對其流程進行具體說明。

1.2.1 請銷點管理業務流程

主輔站請點遵循“請點時，只有主站單批準后，輔站單才能批準。銷點時，只有所有輔站單銷點批準后，主站單才能批準銷點”的基本原則，主站請點未批準，輔站不能請點，輔站施工結束后，施工責任人確認線路出清后向輔站銷點。主站施工作業結束后，施工負責人確認線路出清后到車站銷點。

1.2.2 調度令管理業務流程

為保證運輸秩序的正常運轉，及時處理區間內的突發情況，確保調度發布的信息準確有效地傳達給各信息接收者，通過信息化手段實現調度命令的編制、發布、接收監控等功能。調度命令必須審批通過，才允許發布。發布后，所有受令端接收調度命令后，調度命令完成。調度命令主要涉及電力調度、環設調度、行車調度、值班調度長等命令，如環設調度命令發布流程，如圖3所示。

圖3 環設調度命令發布流程

1.3 施工統計分析

施工統計分析是指在施工結束后，通過系統實現各項統計分析功能，例如施工作業令、行車通告、計劃的兌現率、計劃的執行率等重要報表和數據的查詢；利用數據挖掘及展現技術，對數據進行清洗、歸并，形成各種主題的多維數據，按主題、成體系地加以呈現，幫助用戶從不同角度觀察、分析數據，聚焦趨勢規律，為宏觀管理和決策支持提供深層次的數據參考。

2 算法及關鍵技術

2.1 施工資源沖突智能檢測

在施工作業中涉及所需要的時間、作業區間、用電區域等寶貴資源，施工調度管理系統中施工計劃編制、請銷點、停送電和拆掛地線模塊均涉及到資源沖突檢測。沖突的作業是不可實施的，必須對有沖突的施工作業進行調整。

資源沖突檢測是將本次施工計劃屬性與別的施工計劃屬性、作業區域時刻表請點單屬性、拆掛地線單屬性、停送電單屬性、供電區域實時狀態、地線實時狀態等進行比較，如果兩個施工作業中的屬性值與沖突規則庫匹配，則存在沖突。對不符合條件的計劃彈出錯誤提示框，并提示出錯原因，需要通過反復進行計劃修正和沖突檢測工作，直到沖突消除為止。

為檢測資源間的沖突，采取以下措施：（1）對施工計劃作業屬性增加優先級，如對于搶修作業具有最高的優先級，原則上優先安排這類型作業；（2）對施工作業數據添加唯一性屬性，自動判斷對其他施工作業的影響程度，如對某一區段進行封鎖線路的施工，則在封鎖區域內不能進行別的施工作業；（3）依據施工作業的起止時間、作業區域、防護區域等進行比較，同時出現時構成沖突。

資源沖突智能檢測基本算法結構如圖4所示，其具體算法如下。

圖4 沖突檢測基本算法框架

（1）創建沖突檢測引擎實例

（2）初始化數據

獲取沖突檢測流程中配置的沖突檢測規則庫，將規定好的優先級參數設置到實例中，初始化規則數據；同時可以設置其他相關的控制參數，如沖突最大數閾值；初始化資源數據。

（3）調用引擎實例

依據優先級依次調用沖突檢測規則庫中規則的validate方法進行計算，對檢測出的各種沖突進行分類，計算出沖突的資源。

（4）輸出沖突檢測結果

（5）優化并重復檢測

對優化后的施工作業再次進行沖突檢測，為避免新的沖突，重復進行（1）～（4），直至沖突消除。

系統自定義沖突檢測規則，通過規則引擎配置相關檢查點，合理分配有限資源，避免人為判斷引發的資源沖突問題，同時減輕人員管理的負擔，提高施工計劃的準確性、科學性。

2.2 工作流Activiti技術

在施工執行管理業務流程中，原則上每一項施工作業設置唯一請點站，當某一項施工需輔站配合方可進行時，涉及輔站請銷點；對于多個輔站情形，所有的輔站請點完成后方可進入停送電管理，而所有的輔站銷點完成后主站才可銷點。涉及停送電、拆掛地線業務時，需完成停送電管理、拆掛地線管理業務流程。即利用Activiti多個并發子流程[9]，其示意圖如圖5所示。

圖5 并發子流程示意圖

3 系統架構與功能設計

3.1 系統架構設計

施工調度管理系統運行環境主要由系統服務器和設置于各部門中心的客戶端組成，通過企業內部局域網將其連接起來，實現數據的交互、系統的硬件及網絡拓撲模型。其中應用服務器采用B/S架構開發部署，為整個系統業務處理的核心，完成施工計劃管理、執行管理等各項業務功能，數據庫服務器存儲系統中的各項業務數據。

系統基于JavaWeb技術，后臺采用Spring restful方式發布接口，前端采用JSP 和 Jquery，運用Mysql數據庫對施工調度管理基礎數據進行存儲，其示意架構如圖6所示。

圖6 系統技術架構

系統采用分層架構體系，客戶端通過瀏覽器形式實現了業務和表示邏輯的分離；業務邏輯層采用Spring框架，通過統一接口平臺，實現外部系統的業務集成與數據傳輸；數據訪問層實現Java類到數據表的映射；數據層存儲系統業務數據、配置數據和基礎字典數據等信息。

3.2 功能結構設計

系統的總體功能結構按施工調度管理階段劃分為施工計劃管理、施工執行管理、統計報表3個模塊，如圖7所示。

圖7 施工調度管理系統功能結構

施工計劃管理模塊主要包括計劃管理、供電工作票管理、作業令管理、動火令管理；施工執行管理模塊主要包括請銷點管理、圖版展示、圖版實時信息列表、停送電管理、拆掛地線管理、調度令管理；統計報表模塊主要包括運營日報和施工KPI。

4 系統應用案例

以某城市施工調度管理系統應用為例，該系統運行于運營系統內網，以配合施工作業順利開展并實時查看施工執行情況，主要功能包括：施工計劃的編制、審批；施工執行中的請銷點控制、停送電、拆掛地線管理；施工數據的統計分析及施工作業的實時監控顯示等。

系統通過工單形式有效地把施工與設備設施數據統一，合理分配施工作業資源，為運營部門及生產調度計劃編制部門用戶提供便捷服務。

系統實時監控圖版顯示每項作業施工執行的進度情況，以圖表形式實時監控施工作業請銷點、停送電等一系列作業的計劃審批過程和執行反饋情況，實現施工作業進度的統籌管控。界面以不同顏色顯示不同節點狀態，詳細展示了作業區域、供電分區以及地線的實時占用情況等施工信息，實時監控圖版如圖8所示。

圖8 實時監控圖版

5 結束語

本文針對城市軌道交通施工作業管理中作業間沖突情況復雜、資源利用率低、指揮效率低等問題，設計并實現了一種基于JavaWeb技術的施工調度管理系統，系統將工作流、并發子流程、沖突檢測等技術融為一體，實現了施工作業組織實施過程中的資源高效利用，滿足企業運營管理信息化需求，提升了軌道交通運營管理水平。