OMS系统助力地铁运营管理智能化

[关键词] OMS运营管理系统;城市轨道交通

城市轨道交通是我国经济在高速发展过程中的重要产物之一。作为劳动密集型企业，京城地铁过去的基层运营组织及管理从业人员均为纸质单据记录，人工编排计划和进行调整，造成工作效率低下、客流数据支撑准确度不够等问题。为能够提高效率，为乘客提供更优质的运营服务，公司从运营管理智能化入手，通过使用OMS运营管理系统，实现了城市轨道交通运营管理高效模式，实现了管理、经济和社会等多方面的效益。

一、前言

北京市轨道交通路网规模不断扩大，总里程已超过700公里，日均客流已突破1200万人次，客流分布不均衡，潮汐特征及受某些事件影响的特征明显。轨道交通每日运营时间也较长，运营组织及管理人员众多，且实行多班轮流倒班制，每日当班人员按一定规律动态变化。

通常来说，地铁运营企业也属于劳动力密集型企业，因其运营组织及管理从业人员数量众多。主要涉及的员工分为站务、乘务、票务、检修等多種类型，这些人员所属组织一般被称作“基层单位”，统一以班组的形式进行工作的组织和管理。

传统的运营管理的组织方式多为人工方式，作业复杂、耗时费力，并且由于一些原因，线路运营的客观条件往往会发生一些变化，而在变化过程中传统的运营管理的组织方式则会出现出比较复杂的变更，影响了管理效率以及造成困扰。在此，下文会分析其中存在的问题，并重点阐释了利用智能化手段的解决对策。

二、实施背景

由于地铁运营行业的时间特殊性，不论是站务、乘务或是检修等专业，每天都需要多个班组轮班为运营工作服务。因此合理的进行客运和行车组织、班组班次的排班安排以及规范各班组的日常工作就显得尤为重要。

以乘务专业为例，以往的方式是，依据统计的客流情况，由专业人员编制列车运行图，运行图数据一般由车底交路图、车次时刻表、车底时刻表、车站时刻表、轮乘位置和驾驶模式等数据组成，也就是说运行图包括了某线路全天的车次/表号/车号等信息，以及含每个车次在沿线每个车站到发时间的车底时刻表等，如图1所示。

再根据每天确定使用的列车运行图数据，车次间隔时间及运输的繁忙程度，组织乘务的司乘人员排班，轮班上岗进行司乘作业，排班信息包含司机信息、位置信息等，轮乘位置则包含了司机的出退勤时间、列车到达时刻、交车时刻、接车车次等信息，见图2所示。

排班工作一般是由人工制作，利用办公软件Excel形成排班表，一旦由于业务需要进行班组班次的调整，则需要再次人工制作新的排班表，并且考虑到员工休假请假，日常还需要对制作完成的排班表进行调班换班处理。此项工作费时费力，制作完成的司机排班表如图3所示。

班组人员在当班过程中，还需要进行一系列的岗前准备，如酒精测试、考勤、岗前考试等，需要组织一些班组活动，如班前教育、学习演练、班中巡检、班组交接等，这些工作过程通常都是采用纸质单据记录，形成相应的作业记录本。

从上述生产作业过程不难看出，原有的作业管理模式存在以下几点问题：

（一）班组排班工作效率低下

采用人工方式对班组班次的排班过程进行调整耗时过多，针对每个月的一次排班及调整工作就往往需要一天时间。而且由于线路运营变化的客观情况，班组班次排班过程有时需要做大范围的调整，则耗费的时间更久。

以首都机场线为例，受新冠肺炎疫情影响，今年运营客流下降比较严重。根据客流指标数据的变化，需要调整采用新的列车运行图，司乘班组由原来的每班12组调整为11组，这里就涉及到排班中司乘人员的变化，同时涉及到每人出退勤时间的变化，排班工作就会跟随发生比较复杂的变化。类似的变化还包括前期的站务人员由原来的三班二运转变更为四班三运转、机场线西延至北新桥站开通需要增加新的班组及人员调整等，都会引起排班工作的复杂变化。

（二）客流数据支撑准确度不够

传统客流分析数据包括了分时间段的进出站量、线路客运量、换乘量、断面流量、满载率等指标，这些数据通常不与列车运行图数据做匹配。如列车满载率就是取一个单位时间段（通常为5分钟）内的断面流量除以此时间段内列车开行的平均次数，来计算列车载客的饱和程度，但从这些客流数据无法准确匹配定位到某列车次上。

与此类似，包括计算列车运力运量关系时等，都需要依靠专业人员采用手工方式计算统计相关数据，并以此数据作为制定与调整列车运行图的辅助依据。客流分析过程中加入当天实际使用的列车运行图数据进行车次匹配计算，则会极大的增加运算量，一般系统都不采用这种方式。

（三）标准化作业执行程度不够

当班班组的日常工作是有明确要求的，包括上岗考勤、岗前测试、酒精测试、班前会议、巡检、学习演练、文件传达等工作内容，如工作场所的巡检巡查至少需要3次，即班前巡检、班中巡检、交班巡检。但班组执行起来常有漏检情况，并且作业过程中形成的纸质单据容易遗失污损，不便于查询查找，难于进行数据统计分析等。需要通过技术手段形成标准化的作业流程，提示班组按计划执行作业过程，并将作业过程数据电子化，以便于管理统计。

为解决上述问题，开发一套智能化的地铁运营管理系统（简称“OMS系统”）势在必行，通过分析列车运行图数据及班组班次的组织，系统进行自动排班确定每日轮值当班的班组成员，同时将乘客在自动售检票系统上产生的交易数据通过数据接口实时导入系统，再结合列车运行图数据进行客流数据分析，特别是做到客流的车次匹配，系统可提供实时客流数据供当班班组参考。当班的班组成员按系统列示的各项工作计划，完成各类班组活动和运营业务，并通过系统进行交接班工作，最终实现运营数据的自动统计分析和可视化展现，使得地铁运营管理业务的自动化和智能化成为可能。

三、OMS管理创新点

OMS系统的实施是一个较为典型的业务管理与信息化手段相结合的案例，它一方面紧密结合业务管理的思路来进行信息化的系统建设，另一方面利用信息化技术手段及数据反过来提升业务管理水平，协调共进发展。系统实施的管理创新点体现在：

（一）有机整合多种关键管理要素，提高工作效率

1.梳理多种管理要素

地铁运营业务班制多样化，尤其是乘务轮乘班组的自动排班，关联因素很多，实现起来很困难。OMS系统通过对班组、班次、位置、车次、表号、车号、运行图、客流等多种关键管理要素的梳理和抽象，达到了人、车、图、客流的有机结合。

2.进行有机整合

轨道交通客流分析一般通过交易数据形成的OD对，结合路网任意两个站点之间的有效乘车路径，来计算乘客对路网中每条线路产生的客流影响。OMS将客流数据与线路的列车运行图进行结合运算，实现了客流与具体列车车次的匹配，所产生的车次客流、满载率、运力运量对比等数据，更具有对运营管理工作的实际指导意义，同时也极大的提高了人工计算相关数据的工作效率。相关客流指标的示意图如图4-图6所示。

3.提高工作效率和精准度

计算机辅助的轮乘自动排班，极大地提高人工排班的工作效率，有效地将班组排班时间由天降为分钟级，且可有效避免人工排版的操作失误，提高工作精准度。

（二）促进作业流程标准化、智能化、可视化

1.标准化

在巡检点布设RFID射频卡，系统预设巡检路径，采用PDA扫描方式规范人员的巡检作业;利用面部识别机、酒精测试仪、PDA移动终端、RFID射频标签、电子大屏、手机APP等一系列智能设备，将班组日常作业过程规范化，当班人员须按系统设定的各种计划进行操作，并在系统留下记录数据。

2.智能化、可视化

自动叫班系统通过电子大屏能够及时提醒值乘司机与车辆驾驶相关的重要信息，以声音的方式提醒值乘司机所要接车的位置和车次，并显示与车辆相关的车辆状况，如图7叫班系统图所示;

班组会议签到采用人脸识别;

司乘上岗前须通过酒精测试等。

3.全过程留痕

通过信息化手段，班组管理、巡检过程等可做到全过程留痕，便于事后的数据分析、梳理、总结，也为后续进一步提高管理水平、精细化管理打好基础。

（三）自研自维方式促进业务管理思路与信息化手段有机结合

本系统实施的一个特点就是系统建设过程是由自主研发自主运维的，这种模式的优点如下：

1.量身定制、随时调整

使系统与业务管理的需求更加紧密地结合，同时可以随着业务的变化而随时调整系统。

2.节约高效

自研自维的方式相对于传统国企来说本身就是一种管理创新，降低了外委研发成本的也提高了对管理需求的反应时间。

3.业务管理与信息化相互促进

业务管理思路与信息化手段有机结合、共同发展推进，可以在提升运营服务水平和质量的同时，有效降低生产经营成本。

四、OMS技术创新点

OMS在系统架构及设计阶段就考虑到了多种复杂的情况，采用了一系列比较新颖的构思，如：用角色权限管理模块来解决多线路/多站区操作权限及数据访问权限不同的问题;采用数据版本升级的方式来解决运营组织模式发生大的变化时，多种版本数据需要并存展示查询的问题，等等。OMS实施最主要的技术创新点体现在：

（一）自动排班

自动排班是运营管理系统（OMS）的核心，并通过与请销假、调换班等功能相结合来实现线上和线下班组人员的当班信息同步。自动排班也是运营管理系统的基础，各类运营活动的班组人员数据均来自自动排班。所以自动排班是运营管理系统智能化的首要条件。

在地铁运营企业中，站务排班、乘务排班和检修排班的需求各异，实现方式也不尽相同。

1.站务排班

首都机场线共有四座车站，每座车站的排班方式相同，共分为甲、乙、丙、丁四个班组，又分为白班、夜班和休班三个班次，俗称“四班三运转”。其中每个班组按照“白，夜，休，休”的固定方式进行轮换，四天一个周期。

OMS系统根据站务管理的排班需求实现了自动排班，系统根据排班规则自动生成排班表，系统排班表页面如图8所示。

2.乘务排班

首都机场线乘务分为轮乘班、信号楼班和试车转线班。每个班分为甲、乙、丙、丁四个班组，又分为白班、夜班、早班和休班四个班次。其中信号楼班组和试车转线班组的排班方式和站务排班相同，本章节主要介绍的是轮乘站的自动排班，轮乘站除了分为甲乙丙丁四个班组之外，每个班组又分为12个小组，每个小组2-3名司机，同时驾驶一辆列车。每个班次也分为12个位置，分别与12个班组小组相对应。

其中每个位置包含的信息有司机的出退勤时间和所需要驾驶列车的车次信息，以及每次的接车时间和交班时间。位置的不同，出退勤时间和所需驾驶列车的数量也不同。为了保证排班的公平性，每个班组在轮换的同时，还需要轮换每个小組，以保证在大的轮换周期里，每个小组都能排到每个位置。

OMS系统根据轮乘司机排班的特殊性，实现了复杂的轮乘自动排班。在排班之前，需要调整班组人员信息，确保每个班组成员和班组小组相对应。

在制定完排班计划并核对完每个班组的人员信息后，就可以启动自动排班，系统自动根据排班计划生成排班表，系统生成的轮乘日志界面如图9所示。

系统轮乘日志界面保留了乘务的习惯，可以直观的查询每组司机的排班情况。

3.检修排班

首都机场线检修专业包含的班组有列检班、技术组、月修班和修程班。其中列检班分为甲、乙、丙、丁四个班组，又分为白班、夜班、早班和休班四个班次，排班方式和站务相同。

另外的技术组、月休班和修程班为常白班，周一至周五为正常班，周六日休息，也就是说常白班为固定班制和轮班制的排班规则不同。

OMS系统根据检修业务排班的不同需求，实现了常白班的排班，在制定完排班计划并核对完每个班组的人员信息后，启动常白班的排班，系统自动根据排班计划生成排班表，排班表页面如图10所示。

4.排班总结

通过对站务、乘务和检修的所有班制自动排班，OMS系统具备了对班组人员的动态管理能力，使地铁运营管理的智能化成为了可能。

（二）客流分析

OMS系统通过实时获取自动售检票系统（AFC）的交易数据，采用了有向图的线路路由算法和路径车次匹配规则，可实时统计乘客进出站量、线路客运量、人公里、断面流量、列车满载率、运力运量匹配、高峰时段客流、票种客流分布、销售票款、充值与退卡等指标。根据乘务运营图计划可确定具体车次的客流情况，为轨道交通运营企业的运营管理业务提供了快速准确的分析数据。

本系统客流分析具有如下特点：

1.实时性

客流分析系统与自动售检票系统（AFC）的多线路共用中心（MLC）对接，利用消息队列机制（MQ）实时获取AFC交易数据，并根据客流分析要求对AFC多种类型数据进行数据清洗整理后格式化入库。

2.运算速度

采用线路路由算法快速计算OD有效路径，对所需计算数据进行预处理，能极大提高每日的海量交易数据的计算速度。

（1）线路路由算法

为计算路网OD有效路径集，线路路由算法采用这样的步骤：首先将路网基础数据进行简单运算，得到断面/单线OD/相邻线路等简单信息;其次对路网线路进行路由运算（递归运算），得出任意两条线路之间的路由信息;再次，将运算得到的简单信息按线路路由信息进行装配，得出任意两站之间的OD路由信息，并进行筛选，得到任意两车站之间的OD可选路径。

对路网基础数据进行简单运算是对OD路由计算工作的的预处理过程，这一方式可以提高整体路网OD路径选取的运算速度，在路由运算中，只需要运算线路之间的路由路径，因为线路条数比车站数要少得多，在线路路由的基础上，将简单运算得到的单线OD数据按线路路由进行装配，即可得到全路网OD的路由，在此基础上根据OD路由的理论运行时间进行进一步筛选，得到最终的任意OD路由的有效路径。

（2）计算表

将计算得到的OD有效路径进一步分析分解，得到计算客流数据所需的各类计算表，这些计算表包括了计算带方向进出站量、OD指标、线路客运量、换乘站换乘量（带方向）、断面流量、站数/里程/乘车时间统计量等数据所需的所有预处理计算表，以便于系统在获得实际乘客进出站交易数据后，能迅速快捷的处理相关的数据指标。

一旦路网结构确定，相关的预处理计算表能一次性运算得出，这样在每天处理实际交易数据时，可以快速进行计算客流指标数据。

3.车次匹配

利用列车运行图轮乘数据，进行客流分析计算，将客流数据与车次信息精确匹配，可方便计算运力运量之关系及满载率等。

为提高交易数据匹配效率，保证性能需求的实现，必须先对列车运行图数据进行一些预处理，将其按车次进行组合，按换乘进行组合，并同时求出换乘时的富余时间，而不用在每次路径匹配的过程中都重新计算换乘时的富余时间。

计算任意换乘站在线与线之间的车次匹配数据，这些数据计算是对交易路径匹配的预运算。所以，对列车运行图的预处理，实际上是将单次换乘的所有可能的车次匹配及富余时间预先计算出来备用。这些单次换乘信息考虑了所有的换乘走行时间、换乘候车时间、换乘留乘问题及换乘时的富余时间计算，可极大提高对于实际交易中的OD数据进行车次选取的效率。

4.准确性

不同于惯常的以进站交易时间为准进行客流计算，而是以出站交易时间为准进行客流数据倒推。一般乘客出站逗留少，不存在进站或换乘时因人员拥挤而出现多次留乘，挤不上车的情况，以出站时间为准进行客流统计计算，所得到的客流数据更为精确。

客流分析系统的使用，提供了全面深入的客流分析数据，有力的支撑了客运组织业务的开展。

五、实施效果

OMS运营管理系统实现了运营管理基层单位的业务全覆盖，保证了运营业务数据的完整性，OMS系统的投入使用，实现了管理、经济和社会等多方面的效益。

（一）管理效益

OMS系统提供了全面深入的客流分析数据，有力的支撑了客运组织业务的开展，能为决策层提供精准有效决策数据，使客运组织智能化。运营管理层通过分析与运营相关的各项客流分析指标数据，可以更高效的进行应急辅助决策。例如根据运力运量指标可以决定是否需要动态调整运力以适应运量的需求;根据突发客流量，可以决定是否启动大客流应急预案，以维护站台秩序;根据车辆满载率，可以考虑是否需要增加车次以满足列车乘坐舒适度等应急响应措施。

班组管理是地铁运营管理的基石，基于自动排班的动态班组管理能力，能够动态感知班组成员的状态信息，有力的支撑了企业管理的自动化和智能化。因此也保证了运营业务数据的完整性，使得获取管理数据更便利，传遞管理要求更直接。

（二）经济效益

运营管理的智能化应用，规范了班组的作业标准，降低了班组排班、班组巡查、上传下达等管理工作的难度，缩减了对管理人员的需求。以机场线站区为例，以往站区的管理编制为7人，OMS系统投入使用后人数降为6人，节省了人工成本。

运营管理的智能化应用，极大的实现了管理工作的高效化，需要通过手工完成的大量繁重工作都可以由系统自动完成。如基于班组班次自动排班的方式，将原先以天为单位计量的时间提升为以分钟计量的时间，节省了管理时间成本。

另外，自研自维的模式相较于外委研发，按一般市场行情保守估计成本约降低200元以上，同时每年的系统运维费用节省20-30万元，在提高效率的前提下还节省了资金成本。

（三）社会效益

OMS系统的实施模式及系统架构，可以推广运用到轨道交通运营行业，进一步推广到公共交通行业。OMS系统一方面可实现客运组织的智能化，另一方面也能保障业务流程的标准化，在提升运营服务水平与质量的同时，为乘客提供了更便捷、更安全、更美好的服务体验。