鐵路基本運行圖的網絡化在線編制系統研究

黃競磊，潘金山，倪少權

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031；2.西南交通大學 綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室，四川 成都 610031；3.綜合交通大數據應用技術國家工程實驗室，四川 成都 610031）

近年來，我國鐵路發展取得重大成就，一大批新線投入運行，充實和完善了我國鐵路路網。隨著鐵路和計算機技術的進步，我國列車運行圖計算機編制系統得到了快速發展，列車運行圖編制軟件也已經廣泛應用。根據史常慶等[1]對我國鐵路列車運行圖編制系統研究階段的劃分，目前，研究正處在第四階段向第五階段跨越的時期，即以現有的全路列車運行圖編制系統為基礎，著力發展具有網絡化、精細化、智能化和系統化特點的、支持異地聯網編圖的全路列車運行圖編制系統，并進一步構建面向鐵路內部的列車運行圖綜合管理信息系統。

基于此目標，我國多所院校和研究機構對運行圖編制系統開展了更為深入的研究。潘金山等[2]提出了基于多進程的鐵路列車運行圖群體協同編制方案，通過多進程技術，在不妨礙在線聯網編圖的狀態下，逐步縮短協同編制的溝通時間，提高數據處理和運行圖編制效率。祝建平等[3]采用B/S模式和C/S模式相結合的3層應用體系結構，構建基于協作交互的列車運行圖網絡化編制系統，實現網絡化的列車運行圖綜合數據管理和列車運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行圖網絡協同編制的優化方案和關鍵技術，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絡化編圖的實時性問題，以分層式并發控制算法解決了運行圖編制過程中的群體間的“接口”問題。這些研究為列車運行圖編制系統的網絡化、協同化發展打下了基礎。

1 我國列車運行圖編制系統分析

1.1 我國編圖系統現況

目前，我國鐵路部門采用的是由西南交通大學全路列車運行圖編制研發培訓中心開發的列車運行圖編制系統。該系統經過多年發展，已經升級至4.0版本（以下簡稱“編圖系統V4.0”）。編圖系統V4.0實現了基于64位技術的升級，在提升系統可靠性的基礎之上，實現了鐵路運輸、機務、客運等多部門、多工種協同的全路列車運行圖編制，構建了集列車運行圖數據管理、列車運行計劃、車底（動車組）交路計劃、車輛分配計劃、乘務交路計劃、機車周轉計劃、車站作業計劃、列車牽引計算、列車運行仿真、列車運行圖版本管理、列車運行圖信息共享與發布、列車運行圖信息查詢等于一體的列車運行圖編制與管理協同一體化信息平臺，進一步滿足了高速鐵路與既有普速鐵路貫通成網條件下鐵路列車運行圖編制管理和鐵路信息化建設的需要[5]。

1.2 我國編圖系統架構

編圖系統V4.0采用了基于C/S模式的混合式結構，利用了集中式結構和復制式結構的優點。在集中控制的基礎上，對傳統的集中式結構中的服務器進行“瘦身”，即分離出一部分工作由客戶端完成，可以提高效率，減少客戶端與服務器之間的通信[6]。

在列車運行圖編制和調整作業中，通常利用一般配置的客戶機完成大量的常規運算和用戶交互，將系統控制、信息傳遞和小規模的超級計算放置于高性能的服務器中完成[7]。將全路各級編圖部門設置的客戶機與集中設置的編圖服務器建立連接，來自各個客戶端的命令請求由服務器處理，并實現客戶端之間的信息傳遞與通信。

1.3 我國編圖系統功能設計

目前，全路運行圖編制工作涉及計劃、車務、客運、貨運、工務、電務、供電、車輛等多個部門。主要由路局運輸部門負責本局管內列車運行圖的編制和規則管理；由客、貨運部門負責建立旅客列車開行方案庫，提供產品需求，完成客、貨產品有關資料的匯總、交換和實施方案編制，進行產品指標的計算分析；由機務、車輛部門負責提供編圖資料，確定動車組、機車、客車、貨車的運用、檢修計劃，編制機車周轉圖與機車、乘務和車底交路圖，并在列車運行圖編制過程中檢查相關技術作業和時間標準。

結合上述全路編圖工作的業務需求，現有的列車運行圖編制系統分為技術資料管理、列車運行計劃編制、旅客列車運行圖管理、機車周轉圖編制、車底（動車組）交路編制、列車牽引計算、車輛分配計劃編制、車站作業計劃編制、列車運行仿真和乘務交路計劃編制共10個功能模塊。

1.4 我國編圖系統存在的局限

盡管編圖系統V4.0有效地解決了列車運行圖計算機編制和多種作業圖表的編制調整問題，但是系統原有的兩層系統結構和部分功能逐漸不適用于未來鐵路運行圖動態化編制管理的需要，具體表現在以下幾個方面。

1.4.1 編圖工作未囊括基層站段

計算機編圖所使用的數據來源廣泛，涉及客運、車務、電務、工務、機務和供電等業務部門。在當前編圖工作架構下，數據的錄入和核對只能由鐵路運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，為了核實某些數據，編圖人員必須頻繁與其他業務部門溝通，增加了時間和經濟成本。

1.4.2 編圖系統不適應頻繁的運行圖動態調整

現有的列車運行圖編制系統基于國鐵集團集中編圖、統一管理的業務邏輯和需要，未能考慮到未來異地聯網、動態、頻繁性的編圖需要。

1.4.3 列車運行計劃與其他計劃編制無法同步進行

在現有的人工和單機編圖方式下，鋪畫列車運行線的過程中，與編圖有關的信息基本處于封閉的狀態，只能通過人工溝通的方式進行有限的交流，造成列車運行計劃編制與其他作業計劃編制工作無法同步開展。只有當列車運行計劃編制完畢后，才能進行機車周轉圖和車底交路圖等的編制。

1.4.4 未能轉化為統一的列車運行圖信息服務平臺

鐵路局各業務處室、站段缺乏一個統一的列車運行圖信息服務平臺，不能有效地對列車運行圖開展綜合運用，信息不對稱，容易在執行過程中發生錯誤，不能滿足列車運行圖動態變化管理需要。

2 基本圖網絡化在線編制系統方案設計

2.1 系統總體架構設計

多層網絡結構運行圖在線編制系統相比之前的兩層結構，最大的變化是在路局層面搭建運行圖中繼服務器，中繼服務器實現整個路局的運行圖的編制及管理。多層網絡結構物理架構如圖1所示。

相比兩層而言，在路局增設中繼服務器，原路局運輸、客運、機務等部門從直連全路中心服務器改為直連路局中繼服務器，增加基層運輸站段客戶機，站段用戶與路局中繼服務器直接連接。頂層中心服務器功能沒有變化，實現全路列車運行圖數據管理及數據同步，國鐵集團的運輸、客運、機務及其他用戶直接與中心服務器通信。

基于運行圖的網絡化編制系統與現有的運行圖軟件相比，突出全面網絡化，滿足各部門的精細化作業需求，并為今后列車運行圖編制朝著“統一管理，三級編制”的方向發展打下基礎。

2.2 系統功能改造

2.2.1 系統數據收集分析與維護管理功能

系統通過網絡化在線收集涉及鐵路車、機、工、電、輛等各部門的業務數據，并由系統統一進行管理。為了實現該目標，應對系統的數據管理與維護、數據操作權限管理、數據并發控制管理、數據集成與分解等子功能進行相應優化。

2.2.2 列車開行方案的確定

在線路通過能力計算及客貨運量分析的基礎上，需確定按起訖點劃分的行車量、分界口貨物列車開行對數、列車開行等級等。

2.2.3 直通旅客列和重點貨物列車運行方案圖的制定

首先，系統應提供智能化的輔助決策功能用于自動編制全路直通客車運行方案圖和重點貨物列車運行方案圖；其次，為方便各級業務部門編圖人員發揮主觀能動性，需要提供多方面的人機交互功能。基本圖在線編制系統以全路網作為研究對象，提供建立在整個路網數據基礎之上的輔助決策功能，且支持多用戶協同工作。

2.2.4 客貨列車運行圖編制與調整優化

在直通旅客列車和重點貨物列車運行方案圖確定之后，需要對方案圖進行局部細化和調整，系統在全路統一編圖、數據網絡化共享的基礎之上，提供按區域劃分管轄的多用戶協同工作機制和平臺。

2.2.5 圖形繪制與報表生成

系統應提供基于列車運行圖的、涵蓋鐵路各業務部門所需的圖形繪制打印和報表輸出功能，包括列車運行圖、機車周轉圖、客車車底周轉圖、動車交路圖、乘務交路圖以及其他數據報表的輸出打印。

2.2.6 系統接口管理

一方面，網絡化在線編制列車運行圖系統涉及鐵路車、機、工、電、輛等各部門的相關基礎數據，需要運用大量的系統外部數據；另一方面，由于列車運行圖是鐵路行車組織工作的基礎，系統也需要向外部輸出編圖結果信息。

2.2.7 列車運行圖在線綜合運用

為了提高各部門之間編制作業計劃的協調性和效率，應把系統打造為基于運行圖編制與管理的統一信息管理系統，除完成對運行圖基礎數據和技術資料的統一管理外，還能夠對多業務部門提供列車運行圖的數據版本管理、信息查詢、數據共享等綜合運用功能。

圖1 多層網絡架構示意

3 結語

隨著路網結構的不斷完善，未來我國鐵路列車運行圖調整將愈加頻繁，只有通過先進網絡信息技術與計算機編圖充分融合，整合既有鐵路信息資源，構建網絡化在線編圖系統，才能夠更好地服務于運行圖動態化編制。多層網絡結構的運行圖在線編制系統進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行圖數據的安全和完善，另一方面也有效地提高了運行圖編制的精細化水平，將全面促進我國鐵路列車運行圖編制管理的協同化與信息化，并為將來構建全路統一的列車運行圖信息服務運用平臺打下堅實基礎。