铁路基本运行图的网络化在线编制系统研究

黄竞磊，潘金山，倪少权

（1.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031；2.西南交通大学 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室，四川 成都 610031；3.综合交通大数据应用技术国家工程实验室，四川 成都 610031）

近年来，我国铁路发展取得重大成就，一大批新线投入运行，充实和完善了我国铁路路网。随着铁路和计算机技术的进步，我国列车运行图计算机编制系统得到了快速发展，列车运行图编制软件也已经广泛应用。根据史常庆等[1]对我国铁路列车运行图编制系统研究阶段的划分，目前，研究正处在第四阶段向第五阶段跨越的时期，即以现有的全路列车运行图编制系统为基础，着力发展具有网络化、精细化、智能化和系统化特点的、支持异地联网编图的全路列车运行图编制系统，并进一步构建面向铁路内部的列车运行图综合管理信息系统。

基于此目标，我国多所院校和研究机构对运行图编制系统开展了更为深入的研究。潘金山等[2]提出了基于多进程的铁路列车运行图群体协同编制方案，通过多进程技术，在不妨碍在线联网编图的状态下，逐步缩短协同编制的沟通时间，提高数据处理和运行图编制效率。祝建平等[3]采用B/S模式和C/S模式相结合的3层应用体系结构，构建基于协作交互的列车运行图网络化编制系统，实现网络化的列车运行图综合数据管理和列车运行图编制辅助决策支持。夏明[4]提出了解决高速铁路列车运行图网络协同编制的优化方案和关键技术，包括以并行分枝定界算法、并行蚁群算法和并行回退算法解决网络化编图的实时性问题，以分层式并发控制算法解决了运行图编制过程中的群体间的“接口”问题。这些研究为列车运行图编制系统的网络化、协同化发展打下了基础。

1 我国列车运行图编制系统分析

1.1 我国编图系统现况

目前，我国铁路部门采用的是由西南交通大学全路列车运行图编制研发培训中心开发的列车运行图编制系统。该系统经过多年发展，已经升级至4.0版本（以下简称“编图系统V4.0”）。编图系统V4.0实现了基于64位技术的升级，在提升系统可靠性的基础之上，实现了铁路运输、机务、客运等多部门、多工种协同的全路列车运行图编制，构建了集列车运行图数据管理、列车运行计划、车底（动车组）交路计划、车辆分配计划、乘务交路计划、机车周转计划、车站作业计划、列车牵引计算、列车运行仿真、列车运行图版本管理、列车运行图信息共享与发布、列车运行图信息查询等于一体的列车运行图编制与管理协同一体化信息平台，进一步满足了高速铁路与既有普速铁路贯通成网条件下铁路列车运行图编制管理和铁路信息化建设的需要[5]。

1.2 我国编图系统架构

编图系统V4.0采用了基于C/S模式的混合式结构，利用了集中式结构和复制式结构的优点。在集中控制的基础上，对传统的集中式结构中的服务器进行“瘦身”，即分离出一部分工作由客户端完成，可以提高效率，减少客户端与服务器之间的通信[6]。

在列车运行图编制和调整作业中，通常利用一般配置的客户机完成大量的常规运算和用户交互，将系统控制、信息传递和小规模的超级计算放置于高性能的服务器中完成[7]。将全路各级编图部门设置的客户机与集中设置的编图服务器建立连接，来自各个客户端的命令请求由服务器处理，并实现客户端之间的信息传递与通信。

1.3 我国编图系统功能设计

目前，全路运行图编制工作涉及计划、车务、客运、货运、工务、电务、供电、车辆等多个部门。主要由路局运输部门负责本局管内列车运行图的编制和规则管理；由客、货运部门负责建立旅客列车开行方案库，提供产品需求，完成客、货产品有关资料的汇总、交换和实施方案编制，进行产品指标的计算分析；由机务、车辆部门负责提供编图资料，确定动车组、机车、客车、货车的运用、检修计划，编制机车周转图与机车、乘务和车底交路图，并在列车运行图编制过程中检查相关技术作业和时间标准。

结合上述全路编图工作的业务需求，现有的列车运行图编制系统分为技术资料管理、列车运行计划编制、旅客列车运行图管理、机车周转图编制、车底（动车组）交路编制、列车牵引计算、车辆分配计划编制、车站作业计划编制、列车运行仿真和乘务交路计划编制共10个功能模块。

1.4 我国编图系统存在的局限

尽管编图系统V4.0有效地解决了列车运行图计算机编制和多种作业图表的编制调整问题，但是系统原有的两层系统结构和部分功能逐渐不适用于未来铁路运行图动态化编制管理的需要，具体表现在以下几个方面。

1.4.1 编图工作未囊括基层站段

计算机编图所使用的数据来源广泛，涉及客运、车务、电务、工务、机务和供电等业务部门。在当前编图工作架构下，数据的录入和核对只能由铁路运输部门的编图人员完成，其输入的正确性完全由编图人员确定，为了核实某些数据，编图人员必须频繁与其他业务部门沟通，增加了时间和经济成本。

1.4.2 编图系统不适应频繁的运行图动态调整

现有的列车运行图编制系统基于国铁集团集中编图、统一管理的业务逻辑和需要，未能考虑到未来异地联网、动态、频繁性的编图需要。

1.4.3 列车运行计划与其他计划编制无法同步进行

在现有的人工和单机编图方式下，铺画列车运行线的过程中，与编图有关的信息基本处于封闭的状态，只能通过人工沟通的方式进行有限的交流，造成列车运行计划编制与其他作业计划编制工作无法同步开展。只有当列车运行计划编制完毕后，才能进行机车周转图和车底交路图等的编制。

1.4.4 未能转化为统一的列车运行图信息服务平台

铁路局各业务处室、站段缺乏一个统一的列车运行图信息服务平台，不能有效地对列车运行图开展综合运用，信息不对称，容易在执行过程中发生错误，不能满足列车运行图动态变化管理需要。

2 基本图网络化在线编制系统方案设计

2.1 系统总体架构设计

多层网络结构运行图在线编制系统相比之前的两层结构，最大的变化是在路局层面搭建运行图中继服务器，中继服务器实现整个路局的运行图的编制及管理。多层网络结构物理架构如图1所示。

相比两层而言，在路局增设中继服务器，原路局运输、客运、机务等部门从直连全路中心服务器改为直连路局中继服务器，增加基层运输站段客户机，站段用户与路局中继服务器直接连接。顶层中心服务器功能没有变化，实现全路列车运行图数据管理及数据同步，国铁集团的运输、客运、机务及其他用户直接与中心服务器通信。

基于运行图的网络化编制系统与现有的运行图软件相比，突出全面网络化，满足各部门的精细化作业需求，并为今后列车运行图编制朝着“统一管理，三级编制”的方向发展打下基础。

2.2 系统功能改造

2.2.1 系统数据收集分析与维护管理功能

系统通过网络化在线收集涉及铁路车、机、工、电、辆等各部门的业务数据，并由系统统一进行管理。为了实现该目标，应对系统的数据管理与维护、数据操作权限管理、数据并发控制管理、数据集成与分解等子功能进行相应优化。

2.2.2 列车开行方案的确定

在线路通过能力计算及客货运量分析的基础上，需确定按起讫点划分的行车量、分界口货物列车开行对数、列车开行等级等。

2.2.3 直通旅客列和重点货物列车运行方案图的制定

首先，系统应提供智能化的辅助决策功能用于自动编制全路直通客车运行方案图和重点货物列车运行方案图；其次，为方便各级业务部门编图人员发挥主观能动性，需要提供多方面的人机交互功能。基本图在线编制系统以全路网作为研究对象，提供建立在整个路网数据基础之上的辅助决策功能，且支持多用户协同工作。

2.2.4 客货列车运行图编制与调整优化

在直通旅客列车和重点货物列车运行方案图确定之后，需要对方案图进行局部细化和调整，系统在全路统一编图、数据网络化共享的基础之上，提供按区域划分管辖的多用户协同工作机制和平台。

2.2.5 图形绘制与报表生成

系统应提供基于列车运行图的、涵盖铁路各业务部门所需的图形绘制打印和报表输出功能，包括列车运行图、机车周转图、客车车底周转图、动车交路图、乘务交路图以及其他数据报表的输出打印。

2.2.6 系统接口管理

一方面，网络化在线编制列车运行图系统涉及铁路车、机、工、电、辆等各部门的相关基础数据，需要运用大量的系统外部数据；另一方面，由于列车运行图是铁路行车组织工作的基础，系统也需要向外部输出编图结果信息。

2.2.7 列车运行图在线综合运用

为了提高各部门之间编制作业计划的协调性和效率，应把系统打造为基于运行图编制与管理的统一信息管理系统，除完成对运行图基础数据和技术资料的统一管理外，还能够对多业务部门提供列车运行图的数据版本管理、信息查询、数据共享等综合运用功能。

图1 多层网络架构示意

3 结语

随着路网结构的不断完善，未来我国铁路列车运行图调整将愈加频繁，只有通过先进网络信息技术与计算机编图充分融合，整合既有铁路信息资源，构建网络化在线编图系统，才能够更好地服务于运行图动态化编制。多层网络结构的运行图在线编制系统进一步将基层站段工作人员纳入到编图工作中，一方面保障了列车运行图数据的安全和完善，另一方面也有效地提高了运行图编制的精细化水平，将全面促进我国铁路列车运行图编制管理的协同化与信息化，并为将来构建全路统一的列车运行图信息服务运用平台打下坚实基础。