簡談規(guī)劃型運輸組織模式下運營調(diào)度系統(tǒng)解決方案

蔣靈明

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

多年來，國內(nèi)普速鐵路一直采用客貨混跑的方式，形成的是一種資源限制條件下以日常調(diào)度指揮為主導(dǎo)的貨物運輸組織模式，強(qiáng)調(diào)日常調(diào)度指揮在運輸組織工作中的主導(dǎo)地位，但這種傳統(tǒng)的運輸組織模式已經(jīng)無法適應(yīng)鐵路運輸市場化進(jìn)程和鐵路自身發(fā)展的需要。縱觀世界各國鐵路貨物運輸組織模式的發(fā)展經(jīng)驗，文獻(xiàn)[1]分析了“計劃主導(dǎo)”型的規(guī)劃型運輸組織模式是市場經(jīng)濟(jì)條件下運輸組織模式發(fā)展的必然趨勢。文獻(xiàn)[2]分析了鐵路貨物運輸組織發(fā)展方向，提出鐵路貨物運輸組織模式將逐步由調(diào)度指揮型向計劃主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變、由資源限制型向資源適應(yīng)型轉(zhuǎn)變、由集結(jié)中轉(zhuǎn)型向直達(dá)型轉(zhuǎn)變、由生產(chǎn)型向經(jīng)營型轉(zhuǎn)變的發(fā)展思路。

鐵路運營調(diào)度系統(tǒng)是支撐鐵路貨物運輸生產(chǎn)和日常調(diào)度指揮的核心系統(tǒng)，如何適應(yīng)并支撐計劃主導(dǎo)的規(guī)劃型運輸組織模式是一個亟待解決的問題。近年來，隨著中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（以下簡稱國鐵集團(tuán)）各項改革措施的加快推進(jìn)，現(xiàn)有相關(guān)系統(tǒng)裝備也進(jìn)行了密集升級。其中文獻(xiàn)[3]以“一列車一條線”為建設(shè)目標(biāo)分析了TDMS5.0 系統(tǒng)的建設(shè)方案，文獻(xiàn)[4]以信息集成為目標(biāo)分析了運輸信息集成平臺的建設(shè)方案。但都是基于傳統(tǒng)設(shè)計理念進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)，還無法脫離弱計劃主導(dǎo)、強(qiáng)日常調(diào)度的傳統(tǒng)設(shè)計思路，無法真正適應(yīng)鐵路貨運組織的變革。本文以計劃主導(dǎo)、資源適配為設(shè)計理念，構(gòu)建一套適應(yīng)于規(guī)劃型運輸組織模式下的運營調(diào)度指揮系統(tǒng)建設(shè)方案，實現(xiàn)對運輸組織改革的驅(qū)動和牽引作用。

2 系統(tǒng)構(gòu)建思路

1) 強(qiáng)化資源調(diào)度層，實現(xiàn)全路網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)籌規(guī)劃

強(qiáng)化國鐵集團(tuán)調(diào)度中心的統(tǒng)一指揮，配套設(shè)計資源調(diào)度層，構(gòu)建綜合性立體運輸資源配置計劃，實現(xiàn)國鐵集團(tuán)調(diào)度指揮中心對全路網(wǎng)內(nèi)貨運、客運和施工維修等運輸生產(chǎn)需求的統(tǒng)籌安排，集中統(tǒng)一規(guī)劃人、車、路等可用運力資源狀況，面向全路網(wǎng)實現(xiàn)機(jī)、車、供、電、輛各專業(yè)的全覆蓋。

2) 構(gòu)建“一元化”計劃管理模式，支撐局、站兩級作業(yè)

構(gòu)建以時間、地點、資源三元素為原子節(jié)點的“一元化”計劃管理平臺，針對原子節(jié)點實現(xiàn)唯一數(shù)據(jù)、協(xié)同編制、多方調(diào)整、邏輯聯(lián)動，保證資源配置計劃的一元性。同時通過專業(yè)視圖機(jī)制滿足各調(diào)度工作和站段作業(yè)計劃的專業(yè)需求，達(dá)到計劃編制、日常調(diào)度、站段作業(yè)以及執(zhí)行控制的“一元化”運營管理目標(biāo)。

3) 運輸需求精細(xì)采集，加速貨運產(chǎn)品轉(zhuǎn)化

以客戶為中心的需求導(dǎo)向型是中國鐵路貨物運輸組織市場化進(jìn)程的必然趨勢。對貨物運輸需求進(jìn)行精細(xì)采集，融入敏捷化的貨運產(chǎn)品設(shè)計理念，通過資源的快速配置，以應(yīng)對不斷變化的市場需求形成快速響應(yīng)，實現(xiàn)更多滿足用戶個性化需求的貨運產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，提高貨物運輸產(chǎn)品的市場適應(yīng)性，最大的發(fā)揮鐵路運輸資源效益。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 業(yè)務(wù)模型

系統(tǒng)分為運輸需求分析、運力資源保障、資源調(diào)度、生產(chǎn)調(diào)度、站段作業(yè)和執(zhí)行監(jiān)控5 層，如圖1 所示。

運輸需求分析層和運力資源保障層是資源調(diào)度層的有力支撐。資源調(diào)度層從運輸需求出發(fā)，通過對運力資源的統(tǒng)籌規(guī)劃，形成綜合性運輸資源配置計劃。

生產(chǎn)調(diào)度層和站段作業(yè)層是資源調(diào)度層計劃賴以實施的執(zhí)行保證。依據(jù)專業(yè)需求，對資源配置計劃從不同專業(yè)維度進(jìn)行抽剝，形成針對不同工種的專業(yè)計劃視圖，各調(diào)度工種和作業(yè)站段嚴(yán)格依據(jù)計劃組織相關(guān)作業(yè)。

執(zhí)行監(jiān)督層是輔助生產(chǎn)調(diào)度和站段組織相關(guān)作業(yè)的信息化工具。通過技術(shù)手段將人的意圖自動實施，提高生產(chǎn)力水平，同時及時反饋執(zhí)行進(jìn)度和作業(yè)結(jié)果，幫助生產(chǎn)調(diào)度和資源調(diào)度及時進(jìn)行調(diào)整。

若把資源調(diào)度層比作“大腦”，那生產(chǎn)調(diào)度和站段作業(yè)則為“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，執(zhí)行監(jiān)督則為“手”和“眼”。資源調(diào)度層將指令通過生產(chǎn)調(diào)度和站段下發(fā)執(zhí)行監(jiān)督，執(zhí)行監(jiān)督根據(jù)命令進(jìn)行作業(yè)，且將執(zhí)行進(jìn)度反饋資源調(diào)度和生產(chǎn)調(diào)度。資源調(diào)度層發(fā)展方向勢必為智能化、綜合化；生產(chǎn)調(diào)度和站段作業(yè)則向著統(tǒng)一化、實時化、網(wǎng)絡(luò)化；而執(zhí)行監(jiān)督則向著自動化、精細(xì)化發(fā)展。

3.2 總體架構(gòu)

運營調(diào)度系統(tǒng)是一個覆蓋運輸組織全作業(yè)鏈的復(fù)雜大型應(yīng)用系統(tǒng)。結(jié)合國鐵集團(tuán)、鐵路局、站段三級應(yīng)用需要，運用SOA 技術(shù)理念，采用分層設(shè)計模式，分別構(gòu)建國鐵集團(tuán)級資源調(diào)度平臺、路局級生產(chǎn)調(diào)度平臺以及站段級運輸作業(yè)平臺3 個應(yīng)用平臺，如圖2 所示。

圍繞資源調(diào)度方案，為路局調(diào)度提供調(diào)度工作計劃，為站段提供站段作業(yè)計劃，通過“一元化”計劃管理機(jī)制，實現(xiàn)三級應(yīng)用之間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和有機(jī)聯(lián)動。

圖1 業(yè)務(wù)模型架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of business model

圖2 系統(tǒng)層級結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Architecture diagram of system hierarchy

1) 資源調(diào)度平臺

資源調(diào)度平臺，以滿足運輸需求為目標(biāo)，通過對固定設(shè)備和移動設(shè)備等運力資源以及人力資源的全面統(tǒng)籌，生成資源調(diào)度方案。資源調(diào)度平臺是運營組織的核心層，資源調(diào)度的優(yōu)劣直接決定運營指揮效率的好壞，需深入挖潛資源調(diào)度層的智能化、自動化以及抗干擾性。

資源調(diào)度平臺匯聚客、貨運輸需求信息，并實時采集列調(diào)車作業(yè)計劃執(zhí)行狀態(tài)和機(jī)車、車輛、工供電維修作業(yè)狀態(tài)，對運輸需求和資源配置進(jìn)行實時分析和智能預(yù)測，形成資源調(diào)度調(diào)整方案。

資源調(diào)度平臺與自控控制設(shè)備建立直接通道，保證資源調(diào)度層平臺的實時感知，控制執(zhí)行層的及時受命，實現(xiàn)計劃和執(zhí)行管控一體、“大腦”和“手眼”的知行合一。

2) 生產(chǎn)調(diào)度平臺

生產(chǎn)調(diào)度平臺，圍繞資源調(diào)度計劃，按照不同調(diào)度工種形成列車、調(diào)車、機(jī)車、車輛、施工等各專業(yè)調(diào)度工作計劃，保證路局調(diào)度人員按照統(tǒng)一部署進(jìn)行日常調(diào)度指揮工作。

生產(chǎn)調(diào)度平臺打破既有站段行車作業(yè)受行調(diào)指揮、調(diào)車作業(yè)受計劃調(diào)指揮、機(jī)車檢修/出入段作業(yè)受機(jī)調(diào)指揮的多頭指揮傳統(tǒng)模式，推行資源配置方案為各調(diào)度工種調(diào)度指揮、各站段組織作業(yè)的唯一藍(lán)圖，各工種面向基于資源配置方案的專業(yè)工作計劃，通過組織協(xié)調(diào)保證各項工作計劃的統(tǒng)一實施。

3) 運輸作業(yè)平臺

運輸作業(yè)平臺，面向站段作業(yè)，依據(jù)資源配置方案，形成可指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)的站段作業(yè)計劃。站段作業(yè)計劃執(zhí)行進(jìn)度需自動匯總至資源調(diào)度平臺，形成資源使用和釋放狀態(tài)與資源調(diào)度方案的無縫轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)站段作業(yè)完成、機(jī)車車輛檢修完成后可用資源的及時入庫；同時資源調(diào)度平臺在統(tǒng)籌考慮作業(yè)能力的情況下，對資源占用、資源停用、資源整修提出明確需求計劃，保證資源最大化循環(huán)利用。

同時，運輸需求信息由站段作業(yè)層及時匯總至資源調(diào)度平臺，保證對客流、貨流等運輸需求的實施分析和快速相應(yīng)，并及時識別異動運輸需求，指導(dǎo)資源調(diào)度調(diào)整。

3.3 應(yīng)用架構(gòu)

基于國鐵集團(tuán)、路局、站段三級應(yīng)用需求下，在一個統(tǒng)一的業(yè)務(wù)模型和技術(shù)平臺上，實現(xiàn)運輸需求分析、運力資源保障、資源配置方案以及統(tǒng)計分析4 類核心業(yè)務(wù)管理，構(gòu)建一個從計劃、執(zhí)行到反饋閉環(huán)的信息控制系統(tǒng)。整體應(yīng)用架構(gòu)分為8 層和兩個體系，從上至下分為應(yīng)用展示層、信息共享層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)集成層、基礎(chǔ)平臺層和執(zhí)行控制層等，同時設(shè)計信息安全保障體系和運行維護(hù)體系，如圖3 所示。

應(yīng)用展示層：基于資源調(diào)度方案一份信息源，面向三級用戶，通過專業(yè)應(yīng)用視圖，實現(xiàn)一份信息的多層應(yīng)用。

信息共享層：設(shè)計運輸需求信息、運力資源保障信息、資源配置和分析信息以及相關(guān)運輸指標(biāo)統(tǒng)計信息的綜合展示和實時共享。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：引入大數(shù)據(jù)分析和管理技術(shù)，實現(xiàn)對全路網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理和業(yè)務(wù)流程的協(xié)同。

數(shù)據(jù)分析層：基于智能預(yù)測和自動控制技術(shù)，構(gòu)建運輸需求分析和智能預(yù)測模型、運力資源配置模型、資源調(diào)度方案自動調(diào)整模型等，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)應(yīng)用的自動化、智能化支撐。

數(shù)據(jù)集成層：對計劃數(shù)據(jù)、作業(yè)過程數(shù)據(jù)、列車實時運行數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)等進(jìn)行深度整合，通過一元化的數(shù)據(jù)服務(wù)管理模式對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、清洗等規(guī)范化處理，將各類離散、異構(gòu)數(shù)據(jù)源封裝成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

數(shù)據(jù)資源層：分運輸需求、運力資源、資源調(diào)度、統(tǒng)計分析等業(yè)務(wù)類型，通過分布式分類存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的集中存放。

基礎(chǔ)平臺層：結(jié)合鐵路運輸作業(yè)的實際特點，利用先進(jìn)成熟的技術(shù)手段，充分滿足用戶的各類應(yīng)用需求和系統(tǒng)建設(shè)需要。

執(zhí)行控制層：與CBI、CTC、CIPS、TCC、STP、SCADA 等控制系統(tǒng)進(jìn)行深度集成，在保證信息安全的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)計劃→執(zhí)行、執(zhí)行→計劃的閉環(huán)管控。

4 結(jié)束語

規(guī)劃型運輸組織模式是中國鐵路貨物運輸組織改革的必然趨勢，抓住既有鐵路提速、客運專線開通后客貨運輸分線的機(jī)遇，建立適合我國國情并充分發(fā)揮干線通道能力的面向市場的計劃主導(dǎo)型運營調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。本文僅對支撐規(guī)劃型運輸組織模式運營調(diào)度系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型和總體方案進(jìn)行分析和探討，對于運營調(diào)度系統(tǒng)配套的產(chǎn)品體系設(shè)計、具體產(chǎn)品研制和實施方案還需要進(jìn)一步深入研究。

圖3 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖Fig.3 Architecture diagram of system technology