智能综合调度高铁计划编制应用系统研究与实践.pdf

智能综合调度高铁计划编制应用系统研究与实践刘岩1，苗茁1，孔庆玮2（1.中国国家铁路集团有限公司运输调度指挥中心，北京100844；2.中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京100081）摘要：我国高速铁路（简称：高铁）路网日益完善，铁路部门对高铁调度计划编制效率与质量的要求日益提高。为适应高铁成网运营的发展需要，解决现阶段高铁调度计划分散编制、各岗位独立作业、各系统间数据分散的问题，提出构建适用于智能综合调度的高铁计划编制应用系统。文章分析高铁计划编制的业务流程，据此设计了高铁计划编制应用系统的总体架构、网络架构、数据架构及功能，实现数据集中部署、岗位协同办公、客流需求及时响应的高铁计划编制模式。该系统为高铁调度精细化指挥、智能化决策提供了技术支撑。关键词：高速铁路；调度计划；智能调度；调度命令；辅助决策中图分类号：U292.8:TP39文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1005-8451.2023.08.10High-speed railway plan compilation application system for intelligentcomprehensive dispatchingLIUYan1，MIAOZhuo1，KONGQingwei2(1.CHINARAILWAY,Beijing100844,China；2.InstituteofComputingTechnologies,ChinaAcademyofRailwaySciencesCorporationLimited,Beijing100081,China)Abstract:Thehigh-speedrailwaynetworkinChinaisbecomingincreasinglyperfect,andtherailwaydepartmentsrequirementsfortheefficiencyandqualityofhigh-speedrailwaydispatchingplancompilationareincreasing.Inorderto adapt to the development needs of high-speed railway network operation and solve the current problems ofdecentralizedcompilationofhigh-speedrailwaydispatchingplans,independentoperationofeachposition,anddatadispersionbetweensystems,thispaperproposedtobuildahigh-speedrailwayplancompilationapplicationsystemsuitableforintelligentcomprehensivedispatching.Thepaperanalyzedthebusinessprocessofhigh-speedrailwayplancompilation,andbasedonthis,designedtheoverallarchitecture,networkarchitecture,dataarchitecture,andfunctionsofthesystem,implementedahigh-speedrailwayplancompilationmodeofcentralizeddatadeployment,collaborativeofficework,andtimelyresponsetopassengerflowneeds.Thissystemprovidestechnicalsupportforrefinedcommandandintelligentdecision-makingofhigh-speedrailwaydispatching.Keywords:high-speed railway；dispatching plan；intelligent dispatching；dispatching command；assistingdecision-making智能铁路是我国现阶段交通运输领域的重点建设任务，智能运营是智能铁路的重要组成部分，而智能调度是智能运营的关键保障与基础。中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）印发的“十四五”铁路网络安全和信息化规划中提出要强化推进高速铁路（简称：高铁）智能综合调度系统建设1，并先期建立高铁调度计划（简称：高铁计划），实现高铁计划协同编制和集中管理等功能。众多研究人员在铁路调度指挥智能化方面取得了较为显著的研究成果。瑞士联邦铁路所应用的自适应列车运行调整系统利用列车运行的实时数据与历史数据，实现了对列车开行计划的精细化辅助决策，并进行冲突检验，确保列车无运行冲突，该系统为瑞士提高铁路网利用效率和运输服务质量做出了重要贡献2；日本新干线的 COSMOS 系统包含运输计划、列车运行管理、车辆管理、站内作业管理和乘务员调配等多种业务3，自动编制各自的基本计收稿日期：2023-05-20基金项目：中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目（2022YJ075）作者简介：刘岩，正高级工程师；苗茁，高级工程师。第32卷 第8期Vol.32 No.8智能运营Intelligent Operation文章编号：1005-8451（2023）08-0057-06RCA2023.08 总第 317 期57划、调整计划、临时计划，并及时向运行管理系统、维护作业系统、站内进路控制系统，以及车站、运转所等单位传递计划，实现一级指挥、上下联动，运行计划准确编制4；王莹等人5对高铁列车运行图与动车组运用一体化优化进行了研究，考虑动车组运用计划并对列车运行图做出优化调整；曾子凌6对高铁动车组运用计划与乘务计划一体化优化调整进行了研究，解决了列车运行计划中各车次因缺乏动车组担当和乘务组值乘而被迫停运的问题。我国高铁计划主要包括列车运行计划、动车组运用计划、客运乘务计划和车站作业计划等7，各调度 岗 位 使 用 铁 路 运 输 调 度 管 理 系 统（TDMS，TransportDispatchingManagementSystem）进行计划编制。TDMS 建设时间较早，在功能提升、数据共享和运营维护升级等方面均存在一定局限，难以支撑新时代高铁成网模式下的调度指挥需求。主要存在的问题包括：（1）列车开行计划数据不统一，TDMS以铁路局集团公司为单位，独立建设，缺乏数据交互，国铁集团采用各铁路局集团公司上报数据，数据准确度不高；（2）高铁计划编制协同性不高。调度计划的编制需要运力资源和运输生产数据的高效集成作为辅助决策支撑8，涉及客运、机辆、运输调度等多个部门，但上下级数据并未完全贯通，计划编制协同性不高，落实情况无法跟踪；（3）功能扩展能力不足，TDMS 无法充分支撑调度指挥对运输生产的指导作用，难以充分利用信息化技术进行新功能的优化。随着我国高铁路网的不断扩大，调度指挥的智能化和精细化需求不断提高。高铁计划是调度指挥的核心，为满足客运全程服务需求，支撑“一日一图”精准实施，本文结合我国铁路运输组织现状，构建高铁计划编制应用系统，为智能综合调度系统建设提供基础支撑。1 高铁计划编制业务流程高铁计划编制是指利用高效集成的数据资源，将分散在各个专业的计划进行协同编制，从而形成整体性的综合计划。主要解决国铁集团调度中心、运输部、客运部、机辆部，铁路局集团公司调度所、运输部、客运部、机务部、车辆部，以及各运输生产站段间的纵向数据流转和横向数据共享，各部门各单位相互配合，共同完成高铁计划编制任务，实现面向高铁运输生产全过程的、完整统一的调度管理。高铁计划编制主要包含计划准备、计划调整、计划编制、计划发布、计划执行与反馈等 5 个阶段，其业务流程如图 1 所示。CTC图1高铁计划编制业务流程 1.1 计划准备阶段通过列车运行图编制系统获取基本时刻信息，通过旅客列车运行图管理系统中的编组交路管理获取基本编组交路等数据，结合开行文件电报、新旧交替方案等，滚动生成图定列车开行方案。由各个铁路局集团公司调度所对各自管辖范围内的运行线路、运行时刻、动车组车底交路和车型定员进行核对，形成全国高铁路网“一列车一条线”。智能运营2023年8月RCA582023.08 总第 317 期 1.2 计划调整阶段客运部门依据客流预测和售票候补情况，对图定列车开行计划提出停运、加开、调整编组和备用转开行等调整；车辆部门依据动车组检修情况，对车底运用计划提出车底变更或编组变更方案；运输部门依据运输需要提出时刻和径路调整方案。调度所进行核对确认后，通过调度命令发布至相关部门与岗位。1.3 计划编制阶段高铁计划调度员依据图定列车开行方案与日常调整，每日编制次日列车开行计划，动车调度员确定次日动车组车底运用计划、热备车及重点事项，结合客运、机务、车辆等部门落实的次日列车乘务担当信息，形成包含动车组车底交路和三乘计划信息在内的次日高铁计划。1.4 计划发布阶段调度所将调整后的次日高铁计划以高铁日计划调度命令的形式发布给各相关站段，由相关站段转发至动车所及车间。将计划发送至调度集中（CTC，CentralizedTrafficControl）系统，交由列车调度组织运输生产，同时，发布给中国铁路客票发售和预订系统（简称：客票系统）、站段旅客服务与生产管控平台等信息系统。1.5 计划执行与反馈阶段调度所和站段等有关岗位执行次日高铁计划，对列车实际运行情况进行盯控，并对调度命令执行情况等进行检查与统计分析。遇到应急情况，由调度所进行应急调整命令的编制与发布，交由相关站段执行。2 架构设计 2.1 总体架构依据高铁计划编制业务流程，高铁计划编制应用系统采用“平台+业务应用”的设计理念，其总体架构如图 2 所示。TDCTC 3.0TDMS图2高铁计划编制应用系统总体架构在高铁计划编制应用系统内部构建了运输综合计划协同管理平台，该平台包括统一资源描述、信息动态采集、业务流程卡控和综合监控等 4 项服务，为高铁计划编制应用的各项功能提供数据共享、流程定制、安全校验等服务，形成调度业务全过程的闭环管理、计划协同和专业联动。高铁计划编制应用系统与客运站段旅客服务与生产管控平台、动车组管理系统、客票系统、旅客列车运行图管理系统、列车运行图编制系统、铁路机务应用安全管理系统等通过既有的大数据与人工智能平台进行数据互换和消息传递，实现国铁集团、铁路局集团公司、站段及车间的四级调度流程协作、信息透明和闭环管理，与运输、客运、机辆等相关部门的业务系统进行数据交换，实现专业贯通和一体化办公。2.2 网络架构高铁计划编制应用系统依托铁路综合信息网进行构建，核心数据库服务器、应用服务器等部署在国铁集团内部服务网，并在铁路局集团公司部署用于应急缓存的前置接口服务器。铁路局集团公司和第32卷 第8期刘岩等：智能综合调度高铁计划编制应用系统研究与实践智能运营RCA2023.08 总第 317 期59站段、车间通过铁路局集团公司综合信息广域网访问高铁计划编制应用系统，实现基础数据和业务数据的传输，其网络架构如图 3 所示。CTCCTC 3.0图3高铁计划编制应用系统网络架构 2.3 数据架构高铁计划编制应用系统数据主要包括基础信息数据、内部生产系统数据和外部系统接入数据 3 类，其数据架构如图 4 所示。（1）基础信息数据作为运输综合计划协同管理平台中统一资源描述的一部分，主要包括时刻表、基本开行计划、动车组车型、车组号、客运站、客运线路和站段组织机构等；（2）内部生产系统数据主要包括调度命令、调度计划、应急处置方案和重点揭示等；（3）外部系统接入数据主要包括旅客服务与生产管控平台、动车组管理系统、智能 CTC 等系统的接入数据，通过接口方式获取数据。高铁计划编制应用系统以结构化数据和非结构化数据格式实现数据的集中管理，全方位支撑铁路运输生产与调度管理需要。3 功能模块设计依托新技术、新理念、新架构，构建数据集中、应用集中的高铁计划编制应用，满足国铁集团、铁路局集团公司、站段及车间的四级用户应用需求。高铁计划编制应用包括 8 个功能模块，实现高铁计划数据汇集、集中编制、动态展示和智能卡控。其功能架构如图 5 所示。3.1 高铁调度方案管理模块该模块接入列车运行时刻数据和动车编组交路数据，完成基本运行图管理、基本运行图编辑调整、分号图管理、交路编组管理、新旧交替管理等功能。实现列车基本运行图、分号图数据统一管理维护和集中共享，车型、定员、编组的集中统一管理，实现高铁全流程调度数据统一描述、数字化存储，与相关生产系统的数据共享和流程联动，为高铁计划编制与调度命令流转等提供基础支撑。TDCTCTDMS图4高铁计划编制应用系统数据架构智能运营2023年8月RCA602023.08 总第 317 期 3.2 高铁计划编制模块该模块完成高铁开行方案管理、综合计划滚动编制、次日综合计划编制和综合计划动态调整等功能。模块基于高铁路网能力和动车组资源，结合客流需求，实现高铁列车开行方案和开行计划的集中管理与编制、集中动态调整，并与相关系统联动管理，确保运输决策高效、调度指挥精准。3.3 高铁调度命令管理模块该模块围绕高铁调度、动车调度、客运调度的调度命令管理业务，基于统一的基础数据管理，实现调度命令数字化编制和全流程贯通。利用调度命令格式化模板配置、审批发布流程数字化配置、管辖范围与受令处所维护配置，实现调度命令的格式化申请和编制、智能化审批、安全卡控和自动化发布。3.4 动车组运用管理模块该模块完成车底运用计划管理、车底变更管理和动车组运用查询等功能。提供车底调整安全卡控、冲突监测和提醒。根据定员变化情况，完成相关信息的共享和跨局信息交换。3.5 动车组运行管理模块该模块提供动车组运行状态跟踪、车站调度管理和乘务管理等功能。通过采集动车组运行信息，实现以多种方式展示动车组运行状态，为铁路局集团公司调度所与客运站段提供列车运行计划相关的各种信息检索功能。3.6 调度安全检查模块该模块提供列车开行校验、动车组运用校验、编组交路校验、日计划校验和调度命令检查等功能。在综合计划编制与调度命令发布等环节，进行安全检查检验、智能化影响评估，帮助调度管理人员进行辅助决策和风险识别，进一步提升调度智能决策能力。通过与相关运输生产系统的数据共享，创建各项安全预警和安全卡控模型，实现时间、空间、资源等多个维度的冲突卡控，以及智能化冲突检测和提醒。3.7 统计分析模块该模块完成动车组开行统计、调度命令分析统计、调度数据共享、综合查询和动态指标评价功能。为各级调度部门提供动车开行相关的各类统计和分析功能。3.8 相关系统升级改造模块该模块完成 TDMS 升级改造和备份管理等功能。对既有的 TDMS 进行施工维修计划数据接入、列车计划数据接入、列车开行日计划校验等功能改造。同时，建立铁路局集团公司级异地应用备份和数据备份，实现应急情况下的一键数据切换。4 应用成效高铁计划编制应用系统已在 18 个铁路局集团公司及其管辖范围内的客运、机务、动车站段上线试用，在深化高铁计划一体化编制和调度命令全面数字化管理的同时，还为客票系统和客运站段生产管控与旅客服务平台等系统/平台提供安全可靠的高铁综合计划数据信息服务。4.1 优化调度业务流程改进传统高铁计划编制模式，使用统一的高铁开行管理数据，实现高铁列车开行计划动态调整的全流程贯通，形成铁路局集团公司与国铁集团间的TDMS图5高铁计划编制应用系统功能架构第32卷 第8期刘岩等：智能综合调度高铁计划编制应用系统研究与实践智能运营RCA2023.08 总第 317 期61联动管理，充分验证高铁成网模式下，国铁集团组织集中编制和调整、局站一体化编制、各业务部门协同编制高铁综合计划的管理模式。在铁路局集团公司客运、机务、车辆和运输等部门间实现高铁业务的在线协作，跨铁路局集团公司的客运、机务、车辆等部门间实现乘务信息共享、车底运用信息协同安排，有效降低调度人员沟通成本和工作强度。4.2 增强精细化管理能力以高铁路网数字化建模为基础，实现高铁路网全交路管理、全程运行线管理和全程车底交路管理，实现国铁集团、铁路局集团公司、站段及车间的四级联动，闭环管理。面向客运生产全过程，完成开行方案、开行计划和调度命令的一体化联动，实现高铁计划编制智能化冲突检测和安全卡控，提高开行计划编制质量与效率。4.3 提升信息共享程度打通动车组管理、客运管理、司机管理等相关信息系统间的数据交互渠道，以及动车所车底运检管理和调度车底分配环节，实现车底资源充分共享和运检一体化卡控。与动车组管理系统进行功能集成和流程互控，实现各铁路局集团公司间开行计划、车底运用计划和乘务计划的信息共享。在突发事件应急处置中，实现高铁开行计划动态调整的及时下达，动车组晚点信息的实时传递，加开图外列车、变更列车运行径路、中途折返列车等应急处置调整方案的自动上图，从而有效提升高铁应急处置效率。4.4 降低运维成本采用国铁集团武清主数据中心的国铁集团内部服务网集中部署应用，支撑各铁路局集团公司的高铁调度应用业务，在运输综合计划协同管理平台支撑下，进行高铁计划的集中编制，实现跨铁路局集团公司高铁计划的集中管理。改变既有高铁计划过于分散、数据交互机制不完善的局面，实现调度应用的自主可控，有效降低运营维护成本。5 结束语通过高铁计划编制应用系统，能够高效利用集成数据资源，优化调度业务流程，提高调度精细化管理能力，提升信息共享程度，降低运营维护成本。高铁计划编制应用系统可为高铁运输组织提供高效、安全、便利的平台支持，是打造安全可靠、协同高效的高铁智能综合调度系统的重要实践。高铁计划编制应用系统的实施推广，有利于发展智能高铁运输经营组织模式，提升高铁运输调度指挥水平和旅客服务品质，提高高铁整体效益。参考文献中国国家铁路集团有限公司.国铁集团印发“十四五”铁 路 网 络 安 全 和 信 息 化 规 划 EB/OL.2022-05-12.http:/www.china- 总第 317 期