基于机车运行轨迹的机车调度管理系统设计与应用

方胜盛

（浙江金温铁道开发有限公司，温州 325000）

机车是铁路运输的动力资源，机车的合理高效运用是完成铁路运输任务的基础。现阶段机车运用一般采用饱和式、粗放型的管理，但随着铁路运输行业的发展，为满足日益增长的铁路运输需求，在机车保有数量固定的情况下，铁路公司对合理高效运用机车的需求愈发迫切[1]。

机车合理高效运用的基础是对机车全生命周期内机车运行轨迹的全面信息化。然而在实际运用过程中，既有机车运用系统生成的机车运行轨迹数据准确度不高[2]，主要原因是机车活动信息采集不全，导致机车运行轨迹数据缺失、机车运用数据准确度较低，进而导致机车运行轨迹数据紊乱，无法很好地应用在机车周转图生成、机车实时状态监控、机车运用数据统计等机车管理功能中。

本文研究一种机车运行轨迹自动生成方法，基于此，设计机车调度管理系统，实现机车周转图、机车运用统计、机车状态、机车分布、机车推算等前台应用功能，从而实现机车信息的精准展示及对机车的高效运用管理。

1 系统架构

1.1 总体架构

机车调度管理系统总体架构如图1 所示。

图1 机车调度管理系统总体架构

1.1.1 物理层

作为机车调度管理系统的实体支撑，包括服务器设备、存储系统设备、安全设备等物理实体，以及基础的配套软件等，是业务应用系统的硬件环境基础。

1.1.2 数据层

该层是数据共享理念实现的关键，实现应用数据的存储，负责对机车运用所有数据的管理及共享，存储业务系统产生的各种数据和参数，为上层应用系统生产、运行、维护提供数据基础；包含机车出入库、列车到达、列车出发、机车换挂、机车检修、司机出退乘、机车整备、机车运用状态等生产关联信息。

1.1.3 服务层

采用面向服务的系统结构（SOA，Service-Oriented Architecture），构建业务服务平台。该平台将所有应用模块及系统的业务功能开发为服务，并提供中间件等协作工具，可实现界面集成，并为后期多系统集成、多端显示提供基础。同时，整个系统前后台使用C/S 架构搭建，提供可靠的定制化的前后台交互体验。

1.1.4 应用层

基于数据层及服务层，构建机车调度管理系统的应用服务。包括机车周转图、机车出入库管理、机车整备管理、机车检修管理、机车换挂管理及机车运行轨迹等应用模块。

1.1.5 表示层

该层为机车调度员、机务段派班室生产人员、调度所值班主任等人员提供友好的人机交互界面。

1.2 逻辑架构

基于多源数据，获取机车全运行周期轨迹数据，为编制合理高效的机车工作计划提供数据支撑，优质高效地完成运输生产任务。机车调度管理系统逻辑架构如图2 所示。

图2 机车调度管理系统逻辑架构

该系统采用C/S 架构，由后台机车服务统一管理不同前台应用提交的业务数据，实现对不同终端的权限管理、数据统一整合。通过相应的业务接口采集多个业务应用系统的机车运用数据，包括通过机务运用安全管理（简称：运安）系统获取机车出入库数据、通过列车调度指挥系统及调度集中系统获取机车摘挂信息、通过机车检修系统获取机车检修信息等；后台机车服务通过对外部接口数据进行完整性、合规性、冲突性检查，完成数据清洗和业务关联，从而获取全面、可靠的机车运行轨迹数据[3]；基于机车运行轨迹，实现机车周转图、机车运用统计、机车状态、机车分布、机车推算等前台应用功能。

2 系统功能

根据现场实际需求，设计机车调度管理系统各功能模块，如图3 所示。

图3 机车调度管理系统功能结构

2.1 机车周转图管理

基于机车运行轨迹数据，实现机车实际周转图的自动生成。当机车运行轨迹模块采集到机车甩挂信息时，会推送给机车实际周转图模块，机车实际周转图模块据此信息自动生成机车甩挂线，完成机车实际周转图的自动绘制；当机车甩挂信息出现变更或删除时，也会自动推送给机车实际周转图模块，实现机车甩挂线的同步更新。当人为干预机车实际周转图时，系统会将人工操作信息推送给机车运行轨迹模块，按最高等级数据生成机车运行轨迹并入库管理[4]。

在编制机车计划周转图时，机车调度管理系统通过机车动态推算功能实现机车过表推算，可依据机车过表推算数据辅助人工生成机车计划周转图。

2.2 机车实时分布

机车调度员可通过机车分布功能实时掌握机车当前在管内的机车位置及其辅助信息。机车调度管理系统实时从机车运行轨迹模块中获取当前时刻全部的机车位置及担当任务等信息，从而实现了机车实时分布的动态显示。在机车分布图中显示了管内机车分布的位置，包括机务段、整备场、折返段、车站、在途等，若位置在机务段、整备场或折返段内，可具体显示机车的运用状态；若位置在车站，可显示具体车站名称及运用状态；在途机车会显示机车担当车次、担当调车标记及运用状态等[5]。

2.3 机车动态推算

机车调度员在机车计划周转图上安排机车交路计划时，需要掌握所有机车在十八点时的位置和状态[6]。基于机车实际运行轨迹和当前机车计划交路数据，能较为准确地推算出全部机车在几个小时后的位置和状态，为机车调度员编制机车日班计划提供有效的数据支持。

2.4 机车运行轨迹查询

可查看所有机车的完整运行轨迹，机车调度员在安排机车交路、机车转入运用、机车转非运用时，需要掌握机车在特定时间的状态[7]，通过该查询功能，可获取机车运用过程中每一时间节点的状态、位置、担当列车等信息，为问题分析、排查提供强有力的数据支撑。

2.5 机车超劳预警

从机务生产系统自动获取或通过人工设置机务班组出乘信息，针对客车、货车，依据乘务出勤时间推算乘务预计超劳时间，提醒生产管理人员进行合理安排班组换班[8]，并在机车周转图上对接近超劳的在途机务班组进行预警。

2.6 机车运用统计

自动生成机车动态表（机统一），自动统计机车运用指标。通过自动读取或人工设置机车在机务段/折返段（所）的整备、检修、备用、交付的状况，以及机车的出入库时间，识别机车在周转图下的运用状态；依据机车工作种别、机车状态转变时分确定的规则，自动生成机车动态表，并自动统计客货车对数、客货车需用系数、机车检修率等机车运用指标[9]。

3 关键技术

3.1 数据采集

机车调度管理系统需要与其他应用系统进行实时高效的数据交换和信息共享，要准确、及时地掌握机车的运用状况，必须掌握列车调度系统的列车实时运行信息、计划系统的列车开行计划、施工调度系统的线路施工信息，以及机务段机务运安系统中的机车状态信息。本系统采用多信息采集汇总的方式，对能改变机车位置、状态的信息进行开放式采集，确保机车运行轨迹信息的实时性和全面性，为编制合理高效的机车运用计划、计算机车运用指标提供坚实的数据基础。通过与相关应用系统接口，采取被动接收或主动轮询等多种方式，剔除重复数据后将有效数据存入主数据管理系统。

3.2 数据治理

对采集的多源数据进行有效性检查、处理，准确生成机车运行轨迹的是本系统实现的关键，本文设计的机车运行轨迹查询模块实现对原始数据的有效性检查，确保了机车运行轨迹数据的正确性，同时，对原始数据进行基础信息匹配补充，包括机车类型代码、机车号、地点代码、作业类型代码等，并根据实际业务将相关数据进行关联。对原始数据的有效性检查主要包括以下方面。

（1）完整性检查：包括机车检修数据中的机车号、检修类别、检修开始时间、检修地点等信息；机车出入库数据中的机车号、出入库地点、出入库时间、出入库车次等信息；机车运用数据中的机车号、机车甩挂类型、机车作业地点，机车作业时间、列车车次等信息。

（2）合规性检查：包括机车检修数据中对应不同的机车检修类型，检修地点不得违反相关部门机车检修的规定，机车计划甩挂车数据应满足规定的最小交路时间等。

（3）冲突性检查：包括对于任一部机车的机车检修数据、机车出入库数据、机车运用数据的检查，这3 种数据之间不应该存在时间维度上的冲突。

4 系统应用与优化

4.1 应用效果

机车调度管理系统目前已在金温铁道开发有限公司正式运行，主要用于调度中心机车调度、机务段运转中心等相关岗位，其主界面如图4 所示。

图4 机车调度管理系统主界面

（1）机车周转图自动生成

通过与列车调度指挥系统、调度集中系统及机务系统的结合，实现了机车实际周转图的自动勾画，有效减轻调度员的劳动强度，提高工作效率。

（2）机车信息上下级联动

通过机车检修获取机车检修信息，实现该信息的实时上下级联动，让调度员可以实时掌握机车检修的情况；同时，机辆部通过机车调度管理系统可以查看在途机车交路安排情况，也可以掌握列车运行计划。

（3）丰富了机车信息查询手段

通过对出入库信息及检修信息的自动采集、汇总、计算，自动生成机车运用统计信息，调度员在一个界面下就可以查看每台机车的运用统计结果；将机车实时分布情况以图表的方式展现出来，让调度员对机车当前分布情况一目了然，便于机车后续工作的安排。

4.2 优化方向

根据现场应用情况，本系统还可以在以下2 个方面进行功能提升。

（1）扩展信息源，丰富机车运行轨迹

在机车检修信息中，本系统能获取到机车实际检修和计划检修信息，但是，对机车状态信息的掌握还仅限于运用状态。后续通过扩展与机车检修系统的接口，在机车运行轨迹中增加机车故障提报的信息节点[9]，可使工作人员在机车运行轨迹表中完整查看机车故障提报的时间节点和提报内容，以及故障对应的机车检修类型、开始结束时间、地点等。

（2）扩展机车运行轨迹的应用

可通过对大量的机车运行轨迹数据进行分析，结合日班计划中列车计划信息、机车检修、整备计划信息，辅助完成机车日班计划交路图的自动铺画[10]。

5 结束语

本文依据列车开行计划、列车实时运行信息、机车实时状态信息，设计机车调度管理系统，辅助机车调度员完成机车运用计划的编制，并对机车运用指标进行统计；同时，该系统打通机务相关各业务系统之间的壁垒，实现信息互通，在此基础上，通过自动生成精确的机车全生命周期运行轨迹数据，为机车运用提供更清晰的优化参考，显著改善现有机车调度、统计等工作效率低下、数据传递不畅等情况，为机车调度工作提供了有力的技术支撑。