智能綜合調度高鐵計劃編制應用系統研究與實踐

劉 巖，苗 茁，孔慶瑋

（1.中國國家鐵路集團有限公司 運輸調度指揮中心，北京 100844；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）

智能鐵路是我國現階段交通運輸領域的重點建設任務，智能運營是智能鐵路的重要組成部分，而智能調度是智能運營的關鍵保障與基礎。中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）印發的《“十四五”鐵路網絡安全和信息化規劃》中提出要強化推進高速鐵路（簡稱：高鐵）智能綜合調度系統建設[1]，并先期建立高鐵調度計劃（簡稱：高鐵計劃），實現高鐵計劃協同編制和集中管理等功能。

眾多研究人員在鐵路調度指揮智能化方面取得了較為顯著的研究成果。瑞士聯邦鐵路所應用的自適應列車運行調整系統利用列車運行的實時數據與歷史數據，實現了對列車開行計劃的精細化輔助決策，并進行沖突檢驗，確保列車無運行沖突，該系統為瑞士提高鐵路網利用效率和運輸服務質量做出了重要貢獻[2]；日本新干線的COSMOS系統包含運輸計劃、列車運行管理、車輛管理、站內作業管理和乘務員調配等多種業務[3]，自動編制各自的基本計劃、調整計劃、臨時計劃，并及時向運行管理系統、維護作業系統、站內進路控制系統，以及車站、運轉所等單位傳遞計劃，實現一級指揮、上下聯動，運行計劃準確編制[4]；王瑩等人[5]對高鐵列車運行圖與動車組運用一體化優化進行了研究，考慮動車組運用計劃并對列車運行圖做出優化調整；曾子凌[6]對高鐵動車組運用計劃與乘務計劃一體化優化調整進行了研究，解決了列車運行計劃中各車次因缺乏動車組擔當和乘務組值乘而被迫停運的問題。

我國高鐵計劃主要包括列車運行計劃、動車組運用計劃、客運乘務計劃和車站作業計劃等[7]，各調度崗位使用鐵路運輸調度管理系統（TDMS，Transport Dispatching Management System）進行計劃編制。TDMS建設時間較早，在功能提升、數據共享和運營維護升級等方面均存在一定局限，難以支撐新時代高鐵成網模式下的調度指揮需求。主要存在的問題包括：（1）列車開行計劃數據不統一，TDMS以鐵路局集團公司為單位，獨立建設，缺乏數據交互，國鐵集團采用各鐵路局集團公司上報數據，數據準確度不高；（2）高鐵計劃編制協同性不高。調度計劃的編制需要運力資源和運輸生產數據的高效集成作為輔助決策支撐[8]，涉及客運、機輛、運輸調度等多個部門，但上下級數據并未完全貫通，計劃編制協同性不高，落實情況無法跟蹤；（3）功能擴展能力不足，TDMS無法充分支撐調度指揮對運輸生產的指導作用，難以充分利用信息化技術進行新功能的優化。

隨著我國高鐵路網的不斷擴大，調度指揮的智能化和精細化需求不斷提高。高鐵計劃是調度指揮的核心，為滿足客運全程服務需求，支撐“一日一圖”精準實施，本文結合我國鐵路運輸組織現狀，構建高鐵計劃編制應用系統，為智能綜合調度系統建設提供基礎支撐。

1 高鐵計劃編制業務流程

高鐵計劃編制是指利用高效集成的數據資源，將分散在各個專業的計劃進行協同編制，從而形成整體性的綜合計劃。主要解決國鐵集團調度中心、運輸部、客運部、機輛部，鐵路局集團公司調度所、運輸部、客運部、機務部、車輛部，以及各運輸生產站段間的縱向數據流轉和橫向數據共享，各部門各單位相互配合，共同完成高鐵計劃編制任務，實現面向高鐵運輸生產全過程的、完整統一的調度管理。

高鐵計劃編制主要包含計劃準備、計劃調整、計劃編制、計劃發布、計劃執行與反饋等5個階段，其業務流程如圖1所示。

圖1 高鐵計劃編制業務流程

1.1 計劃準備階段

通過列車運行圖編制系統獲取基本時刻信息，通過旅客列車運行圖管理系統中的編組交路管理獲取基本編組交路等數據，結合開行文件電報、新舊交替方案等，滾動生成圖定列車開行方案。由各個鐵路局集團公司調度所對各自管轄范圍內的運行線路、運行時刻、動車組車底交路和車型定員進行核對，形成全國高鐵路網“一列車一條線”。

1.2 計劃調整階段

客運部門依據客流預測和售票候補情況，對圖定列車開行計劃提出停運、加開、調整編組和備用轉開行等調整；車輛部門依據動車組檢修情況，對車底運用計劃提出車底變更或編組變更方案；運輸部門依據運輸需要提出時刻和徑路調整方案。調度所進行核對確認后，通過調度命令發布至相關部門與崗位。

1.3 計劃編制階段

高鐵計劃調度員依據圖定列車開行方案與日常調整，每日編制次日列車開行計劃，動車調度員確定次日動車組車底運用計劃、熱備車及重點事項，結合客運、機務、車輛等部門落實的次日列車乘務擔當信息，形成包含動車組車底交路和三乘計劃信息在內的次日高鐵計劃。

1.4 計劃發布階段

調度所將調整后的次日高鐵計劃以高鐵日計劃調度命令的形式發布給各相關站段，由相關站段轉發至動車所及車間。將計劃發送至調度集中（CTC，Centralized Traffic Control）系統，交由列車調度組織運輸生產，同時，發布給中國鐵路客票發售和預訂系統（簡稱：客票系統）、站段旅客服務與生產管控平臺等信息系統。

1.5 計劃執行與反饋階段

調度所和站段等有關崗位執行次日高鐵計劃，對列車實際運行情況進行盯控，并對調度命令執行情況等進行檢查與統計分析。遇到應急情況，由調度所進行應急調整命令的編制與發布，交由相關站段執行。

2 架構設計

2.1 總體架構

依據高鐵計劃編制業務流程，高鐵計劃編制應用系統采用“平臺+業務應用”的設計理念，其總體架構如圖2所示。

圖2 高鐵計劃編制應用系統總體架構

在高鐵計劃編制應用系統內部構建了運輸綜合計劃協同管理平臺，該平臺包括統一資源描述、信息動態采集、業務流程卡控和綜合監控等4項服務，為高鐵計劃編制應用的各項功能提供數據共享、流程定制、安全校驗等服務，形成調度業務全過程的閉環管理、計劃協同和專業聯動。

高鐵計劃編制應用系統與客運站段旅客服務與生產管控平臺、動車組管理系統、客票系統、旅客列車運行圖管理系統、列車運行圖編制系統、鐵路機務應用安全管理系統等通過既有的大數據與人工智能平臺進行數據互換和消息傳遞，實現國鐵集團、鐵路局集團公司、站段及車間的四級調度流程協作、信息透明和閉環管理，與運輸、客運、機輛等相關部門的業務系統進行數據交換，實現專業貫通和一體化辦公。

2.2 網絡架構

高鐵計劃編制應用系統依托鐵路綜合信息網進行構建，核心數據庫服務器、應用服務器等部署在國鐵集團內部服務網，并在鐵路局集團公司部署用于應急緩存的前置接口服務器。鐵路局集團公司和站段、車間通過鐵路局集團公司綜合信息廣域網訪問高鐵計劃編制應用系統，實現基礎數據和業務數據的傳輸，其網絡架構如圖3所示。

圖3 高鐵計劃編制應用系統網絡架構

2.3 數據架構

高鐵計劃編制應用系統數據主要包括基礎信息數據、內部生產系統數據和外部系統接入數據3類，其數據架構如圖4所示。

圖4 高鐵計劃編制應用系統數據架構

（1）基礎信息數據作為運輸綜合計劃協同管理平臺中統一資源描述的一部分，主要包括時刻表、基本開行計劃、動車組車型、車組號、客運站、客運線路和站段組織機構等；（2）內部生產系統數據主要包括調度命令、調度計劃、應急處置方案和重點揭示等；（3）外部系統接入數據主要包括旅客服務與生產管控平臺、動車組管理系統、智能CTC等系統的接入數據，通過接口方式獲取數據。

高鐵計劃編制應用系統以結構化數據和非結構化數據格式實現數據的集中管理，全方位支撐鐵路運輸生產與調度管理需要。

3 功能模塊設計

依托新技術、新理念、新架構，構建數據集中、應用集中的高鐵計劃編制應用，滿足國鐵集團、鐵路局集團公司、站段及車間的四級用戶應用需求。高鐵計劃編制應用包括8個功能模塊，實現高鐵計劃數據匯集、集中編制、動態展示和智能卡控。其功能架構如圖5所示。

圖5 高鐵計劃編制應用系統功能架構

3.1 高鐵調度方案管理模塊

該模塊接入列車運行時刻數據和動車編組交路數據，完成基本運行圖管理、基本運行圖編輯調整、分號圖管理、交路編組管理、新舊交替管理等功能。實現列車基本運行圖、分號圖數據統一管理維護和集中共享，車型、定員、編組的集中統一管理，實現高鐵全流程調度數據統一描述、數字化存儲，與相關生產系統的數據共享和流程聯動，為高鐵計劃編制與調度命令流轉等提供基礎支撐。

3.2 高鐵計劃編制模塊

該模塊完成高鐵開行方案管理、綜合計劃滾動編制、次日綜合計劃編制和綜合計劃動態調整等功能。模塊基于高鐵路網能力和動車組資源，結合客流需求，實現高鐵列車開行方案和開行計劃的集中管理與編制、集中動態調整，并與相關系統聯動管理，確保運輸決策高效、調度指揮精準。

3.3 高鐵調度命令管理模塊

該模塊圍繞高鐵調度、動車調度、客運調度的調度命令管理業務，基于統一的基礎數據管理，實現調度命令數字化編制和全流程貫通。利用調度命令格式化模板配置、審批發布流程數字化配置、管轄范圍與受令處所維護配置，實現調度命令的格式化申請和編制、智能化審批、安全卡控和自動化發布。

3.4 動車組運用管理模塊

該模塊完成車底運用計劃管理、車底變更管理和動車組運用查詢等功能。提供車底調整安全卡控、沖突監測和提醒。根據定員變化情況，完成相關信息的共享和跨局信息交換。

3.5 動車組運行管理模塊

該模塊提供動車組運行狀態跟蹤、車站調度管理和乘務管理等功能。通過采集動車組運行信息，實現以多種方式展示動車組運行狀態，為鐵路局集團公司調度所與客運站段提供列車運行計劃相關的各種信息檢索功能。

3.6 調度安全檢查模塊

該模塊提供列車開行校驗、動車組運用校驗、編組交路校驗、日計劃校驗和調度命令檢查等功能。在綜合計劃編制與調度命令發布等環節，進行安全檢查檢驗、智能化影響評估，幫助調度管理人員進行輔助決策和風險識別，進一步提升調度智能決策能力。通過與相關運輸生產系統的數據共享，創建各項安全預警和安全卡控模型，實現時間、空間、資源等多個維度的沖突卡控，以及智能化沖突檢測和提醒。

3.7 統計分析模塊

該模塊完成動車組開行統計、調度命令分析統計、調度數據共享、綜合查詢和動態指標評價功能。為各級調度部門提供動車開行相關的各類統計和分析功能。

3.8 相關系統升級改造模塊

該模塊完成TDMS升級改造和備份管理等功能。對既有的TDMS進行施工維修計劃數據接入、列車計劃數據接入、列車開行日計劃校驗等功能改造。同時，建立鐵路局集團公司級異地應用備份和數據備份，實現應急情況下的一鍵數據切換。

4 應用成效

高鐵計劃編制應用系統已在18個鐵路局集團公司及其管轄范圍內的客運、機務、動車站段上線試用，在深化高鐵計劃一體化編制和調度命令全面數字化管理的同時，還為客票系統和客運站段生產管控與旅客服務平臺等系統/平臺提供安全可靠的高鐵綜合計劃數據信息服務。

4.1 優化調度業務流程

改進傳統高鐵計劃編制模式，使用統一的高鐵開行管理數據，實現高鐵列車開行計劃動態調整的全流程貫通，形成鐵路局集團公司與國鐵集團間的聯動管理，充分驗證高鐵成網模式下，國鐵集團組織集中編制和調整、局站一體化編制、各業務部門協同編制高鐵綜合計劃的管理模式。在鐵路局集團公司客運、機務、車輛和運輸等部門間實現高鐵業務的在線協作，跨鐵路局集團公司的客運、機務、車輛等部門間實現乘務信息共享、車底運用信息協同安排，有效降低調度人員溝通成本和工作強度。

4.2 增強精細化管理能力

以高鐵路網數字化建模為基礎，實現高鐵路網全交路管理、全程運行線管理和全程車底交路管理，實現國鐵集團、鐵路局集團公司、站段及車間的四級聯動，閉環管理。面向客運生產全過程，完成開行方案、開行計劃和調度命令的一體化聯動，實現高鐵計劃編制智能化沖突檢測和安全卡控，提高開行計劃編制質量與效率。

4.3 提升信息共享程度

打通動車組管理、客運管理、司機管理等相關信息系統間的數據交互渠道，以及動車所車底運檢管理和調度車底分配環節，實現車底資源充分共享和運檢一體化卡控。與動車組管理系統進行功能集成和流程互控，實現各鐵路局集團公司間開行計劃、車底運用計劃和乘務計劃的信息共享。在突發事件應急處置中，實現高鐵開行計劃動態調整的及時下達，動車組晚點信息的實時傳遞，加開圖外列車、變更列車運行徑路、中途折返列車等應急處置調整方案的自動上圖，從而有效提升高鐵應急處置效率。

4.4 降低運維成本

采用國鐵集團武清主數據中心的國鐵集團內部服務網集中部署應用，支撐各鐵路局集團公司的高鐵調度應用業務，在運輸綜合計劃協同管理平臺支撐下，進行高鐵計劃的集中編制，實現跨鐵路局集團公司高鐵計劃的集中管理。改變既有高鐵計劃過于分散、數據交互機制不完善的局面，實現調度應用的自主可控，有效降低運營維護成本。

5 結束語

通過高鐵計劃編制應用系統，能夠高效利用集成數據資源，優化調度業務流程，提高調度精細化管理能力，提升信息共享程度，降低運營維護成本。高鐵計劃編制應用系統可為高鐵運輸組織提供高效、安全、便利的平臺支持，是打造安全可靠、協同高效的高鐵智能綜合調度系統的重要實踐。高鐵計劃編制應用系統的實施推廣，有利于發展智能高鐵運輸經營組織模式，提升高鐵運輸調度指揮水平和旅客服務品質，提高高鐵整體效益。