車輛基地自動化乘務派班管理子系統的研究與應用

何霖

（貴陽市城市軌道交通集團有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引言

隨著城市軌道交通的蓬勃發展，既有線列車運行間隔的逐步縮短和新線的持續開通，運營管理變得越來越重要。乘務派班管理是城市軌道交通中重要的運營管理工作，主要解決列車司機的值乘問題和運營效率的卡控。目前，國內大多數城市是在線網指揮中心發布列車運行圖后，由乘務部門對運行圖進行分析和解構，一般需要耗時1～4 個工作日編制一份乘務司機位置圖，該方法對突發安全事件引起的運營能力變化和大型活動導致的客流波動存在靈活性較差、對突發情況應變能力弱等問題，進而影響城市軌道交通的運營效率及乘客服務水平[1]；派班相關工作交路校驗、休息時間合理性校驗、司機派班表編制、人員上班通知、出退勤登記簿編制、公里數統計、事故事件報單統計等工作均需要人工來完成，耗時且工作量大[2]。因此，如何科學合理地編制乘務位置圖、安排乘務人員、管理乘務人員的值乘情況等是乘務派班管理必須解決的問題。

1 乘務派班管理子系統

1.1 系統業務流程

通過對乘務專業實際需求調研，在乘務派班管理子系統中，需滿足乘務管理人員可以根據列車運行圖和車站時刻表，自動編制乘務位置圖或者人工手動上傳位置圖，通過任務計劃下發呼叫對應司機并日志記錄相關操作，因此設計其業務流程圖如圖1 所示。

圖1 系統業務流程圖

1.2 派班位置圖約束規則

乘務派班計劃編制主要依據：運行圖、約束規則及車站屬性等，約束規則的制定對合理化的位置圖至關重要。目前乘務派班普遍采用四班三運轉模式，根據作業相關制度和規則，主要考慮的約束規則有以下四個：

一是地點約束：預先固定乘務司機人員的退/出勤地點，一般是停車場/車輛段和小交路站臺；若安排不到人接車或無車可接時可打破規則。

二是運轉模式約束：約定乘務司機的運轉模式，即白班、夜班、早班、休息。

三是時間約束：主要包括乘務司機人員在各個班次（早班、白班、夜班）的最大工作時長，早高峰休息時間最大值/最小值，平峰/低峰休息時間的最大值/最小值，午餐/晚餐用餐時間段，午餐/晚餐用餐時間的最大值/最小值。

四是其他約束：根據實際情況，設置司機可配機班數和出勤及叫早時間。

1.3 乘務位置圖算法

根據列車運行圖實現乘務司機位置圖的自動編制，首先將列車運行圖分解為乘務任務段，如圖2 所示，其中換乘站點是根據車站屬性確定，主要包括是否可以安排乘務人員就餐、是否配備休息室可以安排乘務人員休息等[3]。然后按照乘務人員工作規范要求、相關規定等約束條件和乘務輪轉機制，與相應乘務進行匹配。

圖2 任務段劃分示意圖

乘務位置圖編制，根據上述約束條件將列車運行任務劃分為乘務人員駕駛作業任務段，記任務段集合V={vi|(nu,tid,)}(i=1,2,…,n)，其中，n 表示任務段數量；nu 表示任務段編號；tid 表示第i 個任務段所屬的車次號；表示第i 個任務段開始的時間；表示第i 個任務段結束的時間；表示第i個任務段出發站的站名；表示第i 個任務段到達站的站名。

國內外學者在乘務計劃編制方面已有一定的研究成果，如：Hanafir 等[4]以乘務員最少為目標，探索城軌乘務人員可在多地點出/退勤，建立乘務任務配對的集合分割模型；張增勇[5]建立了單一循環乘務輪班模型和固定周期乘務輪班模型，并設計了相應算法，但僅能滿足無特殊任務的正常輪轉；石俊剛等[6]建立了乘務任務配對的集合覆蓋和集合分割模型，并設計列生成算法求解；高麒等[7]以上海10 號線全自動運行線路為例，引入“司機生產率”“人車比”兩項運營生產指標評價乘務派班制與GOA4（無人干預列車運行）效果。

本文采取基于約束規則的啟發式搜索方法來求解乘務位置圖，基于約束規則的啟發式搜索算法，是指在狀態空間中按照相關約束條件進行搜索，直至搜索到滿足條件的結果為止，乘務位置圖編制搜索的狀態空間就是任務段集合。按照派班規則及尋找最后派班策略，用改進的深度優先方法搜索乘務司機人員數據庫，具體如圖3 所示。其中，t 表示累計工作總時長，m 表示派班累計次數。對派班規則場景及累計工作時長，得到派班最優安排策略[8]。

圖3 派班深度優先遍歷算法

2 乘務派班管理子系統應用

MDIAS 乘務派班管理子系統（Metro Depot Integrate Automation System，地鐵車輛基地綜合自動化系統）在成都城市軌道交通地鐵10 號線進行了現場應用。該系統采用C/S（Client/Server，客戶端/服務端）模式，其具有滿足數據的實時共享和功能擴展的特點，客戶端即MDIAS 乘務派班管理子系統發送指令到應用服務器，應用服務器解析指令之后與數據庫服務器實現數據交互，再將數據傳輸至客戶端，模塊設計如圖4 所示[9]。

圖4 派班系統設計

在現場應用中，其約束條件設置一是地點約束：出勤地點固定為太平園、板橋、高大路（新平、花橋安排不到人接車時，可打破規則定為出勤點，只有早班會出現）；退勤地點固定為太平園、板橋、高大路（新平、花橋無車可接時可打破規則定為退勤地點，只有夜班會出現。二是時間約束：早班不超過6 個小時，夜班不超過7 個小時，白班不超過8 個小時；午餐/晚餐用餐時長至少25 分鐘，其他時間至少15 分鐘。

乘務司機信息管理，實現乘務派班管理員對乘務司機人員基本信息的錄入和刪除操作；以10 號線W1002 列車運行圖數據為例，設置相關規則之后自動編制乘務位置。

根據乘務司機管理制度要求，上崗作業之前必須進行酒精測試和隨機抽取試題回答，在MDIAS 乘務派班管理子系統中實時記錄測試結果和回答情況，并根據乘務人員的實際出乘情況，以司機實際完成的乘務任務段信息為基礎，自動計算司機的行駛時間、駕駛里程數等信息，同時以日志形式記錄存放在數據庫中，亦能生成統計報表可用于導出，實現信息的共享。

派班調度手動排班和乘務派班管理子系統分別編制位置圖結果對比見表1。

表1 位置編制結果對比

派班軟件投入使用后，降低了派班調度工作難度，進行人員優化配置調整，節省人力，同時提高了排班的效率。

4 結語

根據軌道交通運營管理企業的實際需求，MDIAS系統開發了乘務派班管理子系統，有效完成乘務派班系統的作業和生產，該系統具備司機位置圖、派班計劃自動編制與調整，并實現司機出/退勤與列車運行圖的匹配；并通過互聯網的方式進行派班計劃的自動下達，將計劃推送至司機移動終端，對派班計劃的回復進行確認和記錄；實現乘務司機出/退勤打卡和出勤值乘情況統計功能。該系統結構穩定、操作便捷、學習門檻低、部署快捷、交互性好，后期迭代迅速，能夠適合城市軌道交通行業乘務班表的自動編制與管理。鑒于派班有些因素約束規則不確定，自動排班位置圖合理性相對較低是后續繼續研究優化的方向。