车辆基地自动化乘务派班管理子系统的研究与应用

何霖

（贵阳市城市轨道交通集团有限公司，贵州 贵阳 550081）

0 引言

随着城市轨道交通的蓬勃发展，既有线列车运行间隔的逐步缩短和新线的持续开通，运营管理变得越来越重要。乘务派班管理是城市轨道交通中重要的运营管理工作，主要解决列车司机的值乘问题和运营效率的卡控。目前，国内大多数城市是在线网指挥中心发布列车运行图后，由乘务部门对运行图进行分析和解构，一般需要耗时1～4 个工作日编制一份乘务司机位置图，该方法对突发安全事件引起的运营能力变化和大型活动导致的客流波动存在灵活性较差、对突发情况应变能力弱等问题，进而影响城市轨道交通的运营效率及乘客服务水平[1]；派班相关工作交路校验、休息时间合理性校验、司机派班表编制、人员上班通知、出退勤登记簿编制、公里数统计、事故事件报单统计等工作均需要人工来完成，耗时且工作量大[2]。因此，如何科学合理地编制乘务位置图、安排乘务人员、管理乘务人员的值乘情况等是乘务派班管理必须解决的问题。

1 乘务派班管理子系统

1.1 系统业务流程

通过对乘务专业实际需求调研，在乘务派班管理子系统中，需满足乘务管理人员可以根据列车运行图和车站时刻表，自动编制乘务位置图或者人工手动上传位置图，通过任务计划下发呼叫对应司机并日志记录相关操作，因此设计其业务流程图如图1 所示。

图1 系统业务流程图

1.2 派班位置图约束规则

乘务派班计划编制主要依据：运行图、约束规则及车站属性等，约束规则的制定对合理化的位置图至关重要。目前乘务派班普遍采用四班三运转模式，根据作业相关制度和规则，主要考虑的约束规则有以下四个：

一是地点约束：预先固定乘务司机人员的退/出勤地点，一般是停车场/车辆段和小交路站台；若安排不到人接车或无车可接时可打破规则。

二是运转模式约束：约定乘务司机的运转模式，即白班、夜班、早班、休息。

三是时间约束：主要包括乘务司机人员在各个班次（早班、白班、夜班）的最大工作时长，早高峰休息时间最大值/最小值，平峰/低峰休息时间的最大值/最小值，午餐/晚餐用餐时间段，午餐/晚餐用餐时间的最大值/最小值。

四是其他约束：根据实际情况，设置司机可配机班数和出勤及叫早时间。

1.3 乘务位置图算法

根据列车运行图实现乘务司机位置图的自动编制，首先将列车运行图分解为乘务任务段，如图2 所示，其中换乘站点是根据车站属性确定，主要包括是否可以安排乘务人员就餐、是否配备休息室可以安排乘务人员休息等[3]。然后按照乘务人员工作规范要求、相关规定等约束条件和乘务轮转机制，与相应乘务进行匹配。

图2 任务段划分示意图

乘务位置图编制，根据上述约束条件将列车运行任务划分为乘务人员驾驶作业任务段，记任务段集合V={vi|(nu,tid,)}(i=1,2,…,n)，其中，n 表示任务段数量；nu 表示任务段编号；tid 表示第i 个任务段所属的车次号；表示第i 个任务段开始的时间；表示第i 个任务段结束的时间；表示第i个任务段出发站的站名；表示第i 个任务段到达站的站名。

国内外学者在乘务计划编制方面已有一定的研究成果，如：Hanafir 等[4]以乘务员最少为目标，探索城轨乘务人员可在多地点出/退勤，建立乘务任务配对的集合分割模型；张增勇[5]建立了单一循环乘务轮班模型和固定周期乘务轮班模型，并设计了相应算法，但仅能满足无特殊任务的正常轮转；石俊刚等[6]建立了乘务任务配对的集合覆盖和集合分割模型，并设计列生成算法求解；高麒等[7]以上海10 号线全自动运行线路为例，引入“司机生产率”“人车比”两项运营生产指标评价乘务派班制与GOA4（无人干预列车运行）效果。

本文采取基于约束规则的启发式搜索方法来求解乘务位置图，基于约束规则的启发式搜索算法，是指在状态空间中按照相关约束条件进行搜索，直至搜索到满足条件的结果为止，乘务位置图编制搜索的状态空间就是任务段集合。按照派班规则及寻找最后派班策略，用改进的深度优先方法搜索乘务司机人员数据库，具体如图3 所示。其中，t 表示累计工作总时长，m 表示派班累计次数。对派班规则场景及累计工作时长，得到派班最优安排策略[8]。

图3 派班深度优先遍历算法

2 乘务派班管理子系统应用

MDIAS 乘务派班管理子系统（Metro Depot Integrate Automation System，地铁车辆基地综合自动化系统）在成都城市轨道交通地铁10 号线进行了现场应用。该系统采用C/S（Client/Server，客户端/服务端）模式，其具有满足数据的实时共享和功能扩展的特点，客户端即MDIAS 乘务派班管理子系统发送指令到应用服务器，应用服务器解析指令之后与数据库服务器实现数据交互，再将数据传输至客户端，模块设计如图4 所示[9]。

图4 派班系统设计

在现场应用中，其约束条件设置一是地点约束：出勤地点固定为太平园、板桥、高大路（新平、花桥安排不到人接车时，可打破规则定为出勤点，只有早班会出现）；退勤地点固定为太平园、板桥、高大路（新平、花桥无车可接时可打破规则定为退勤地点，只有夜班会出现。二是时间约束：早班不超过6 个小时，夜班不超过7 个小时，白班不超过8 个小时；午餐/晚餐用餐时长至少25 分钟，其他时间至少15 分钟。

乘务司机信息管理，实现乘务派班管理员对乘务司机人员基本信息的录入和删除操作；以10 号线W1002 列车运行图数据为例，设置相关规则之后自动编制乘务位置。

根据乘务司机管理制度要求，上岗作业之前必须进行酒精测试和随机抽取试题回答，在MDIAS 乘务派班管理子系统中实时记录测试结果和回答情况，并根据乘务人员的实际出乘情况，以司机实际完成的乘务任务段信息为基础，自动计算司机的行驶时间、驾驶里程数等信息，同时以日志形式记录存放在数据库中，亦能生成统计报表可用于导出，实现信息的共享。

派班调度手动排班和乘务派班管理子系统分别编制位置图结果对比见表1。

表1 位置编制结果对比

派班软件投入使用后，降低了派班调度工作难度，进行人员优化配置调整，节省人力，同时提高了排班的效率。

4 结语

根据轨道交通运营管理企业的实际需求，MDIAS系统开发了乘务派班管理子系统，有效完成乘务派班系统的作业和生产，该系统具备司机位置图、派班计划自动编制与调整，并实现司机出/退勤与列车运行图的匹配；并通过互联网的方式进行派班计划的自动下达，将计划推送至司机移动终端，对派班计划的回复进行确认和记录；实现乘务司机出/退勤打卡和出勤值乘情况统计功能。该系统结构稳定、操作便捷、学习门槛低、部署快捷、交互性好，后期迭代迅速，能够适合城市轨道交通行业乘务班表的自动编制与管理。鉴于派班有些因素约束规则不确定，自动排班位置图合理性相对较低是后续继续研究优化的方向。