基于运输生产过程数据的车流计划管理系统

高磊， 赵飞

（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）

1 概述

随着中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）铁路运输供给侧结构性改革，以及货运增量行动、客运提质计划、复兴号品牌战略三大举措实施，铁路运输服务和经营管理水平得到提升，同时对运输能力供给提出了更高要求。提高运输调度管理车流计划管理水平，是充分发挥调度集中统一指挥作用、挖掘铁路运输通道潜力、提高路网运输资源使用效率的有效手段［1−4］。

目前，国铁集团级调度系统，特别是以计划为主的运输调度管理系统（TDMS）5.0，均是基于传统统计数据和铁路局集团公司人工上报汇总数据的方式，不能够满足调度指挥精细化、调度系统智能化发展的需要，具体表现为：

（1）国铁集团级车流调整、机车运用调整都是依据铁路局集团公司人工填报的信息进行相应计划的编制和审批，没有明细内容等支撑；

（2）现有系统中计划兑现预警提示功能简单，仅以按阶段查询汇总作为参考；

（3）计划编制中各专业的协同性不足，如分界口列车与机车、机班、车辆检修等信息分布在不同模块中；

（4）调度辅助决策功能有待完善，如现在车分布、空车调配、重车预警等方面还缺乏应用支撑；

（5）数据缺乏关联性，车辆重空、运非等状态存储在不同的系统中，没有形成统一有机的数据，无法支撑系统的建设。

在国铁集团信息化规划推进和落实中，票据电子化项目的实施和投产，可以为调度人员提供在站车流、车辆的实时动态信息；降本增效类项目运统一电子化传递的实施，可以为调度人员提供在途车流的动态信息；正在实施的全路车流信息管理系统，可以为国铁集团级调度人员提供路局调度计划、机车车辆动态等信息。这些都为车流计划管理智能化提供了支撑和保障。

因此，围绕国铁集团车流计划系统建设目标，研究在现有信息系统条件基础上，强化作为调度指挥工作核心应用的车流计划管理功能，建设服务于国铁集团级调度指挥机构的车流计划管理系统。

2 车流计划管理系统建设目标

车流计划管理系统定位于现有运输调度管理系统国铁集团级计划功能提升，基于铁路局集团公司级车流信息管理系统已经完成的局间车流信息交换升级，重点围绕国铁集团级调度日计划编制审批、车流调整、铁路货车、机车机班等全路性运力资源运用掌握提供辅助，为切实履行全路运输调度集中统一指挥职责、进一步精细化日常调度指挥提供可靠支撑。

针对数据存在问题、功能存在痛点，制定系统建设具体目标如下：

（1）完善国铁集团级调度动态数据库，实时掌握现车、列车、分界口机车情况，以及区域列车开行计划、车流计划、机辆计划等［5−8］，满足调度指挥面向运输生产全过程、对全路运输资源进行统筹的需要，为实现查询、监测、预警及综合统计分析等功能提供数据基础。

（2）汇总生成分界口列车交接计划，对分界口计划执行过程进行监控预警，实现空车分析和备用管理、重车车流信息分析预警、关键通道和区域计划一体化编制辅助、综合分析评价等功能模块。

3 车流计划管理系统架构

3.1 总体架构

国铁集团级车流计划管理系统是运输调度管理系统的子系统，该系统通过运输调度管理系统共享现车系统、运统一电子化传递、货运票据电子化平台、货运站管理系统、全路车流计划管理系统等多个系统的信息，铁路局集团公司级为本系统提供计划的执行反馈和生产实绩的上报。国铁集团级车流计划管理系统总体架构见图1。

图1 国铁集团级车流计划管理系统总体架构

国铁集团级车流计划管理系统基于微服务构架搭建，通过数据服务平台连接相关系统，接入运输全过程数据，支撑调度数据平台的完整构建，运用调度服务中台，支撑车流计划应用功能的实现。

（1）生产全过程接入处理层：基于覆盖运输生产作业全过程的数据处理理念，重点获取车辆始发、过分界口、终到、出发、到达、装车入线、开装、装完、装车出线、卸车入线、开卸、卸完、卸车出线、备用、解备、封存、解封、新造、检修、修竣等运输生产全过程中关键环节的作业信息，实现对车辆运用全过程关键环节信息的掌握，为车流运行动态和轨迹的掌握提供基础数据。

（2）调度数据平台：在全过程信息处理的基础上，逐步提升调度数据平台动态数据和基础数据质量，形成调度动态数据库和基础数据库，其中调度动态数据库包含列车、编组、车辆、机车、需求、计划、施工、司乘等信息；基础数据包含车站、路网、编组计划、调度台、基本图等基础字典和数据。

（3）调度服务平台层：主要包括调度基础服务、调度通用服务和专业调度服务，其中调度基础服务包含基础字典服务、用户管理服务、安全认证服务、文件共享服务、路网示意图服务、命令流转服务；调度通用服务包含列车状态、列车分布、列车轨迹、列车编组、车辆状态、车辆分布、车辆轨迹、机车状态、机车分布、机车轨迹、工电维修、工电影响等；专业调度服务包含列车、机车、车流、货运、施工调度服务等。

（4）车流计划应用层：为国铁集团级调度日计划审批、跨局车流调整、铁路货车、机车机班等全路性运力资源运用掌握提供辅助。实现计划辅助编制、计划执行实时统计与监控预警、空车分析和备用管理、重车车流信息分析预警、关键通道和区域计划一体化编制辅助、综合分析评价六大功能模块。

3.2 技术架构

国铁集团级车流计划管理系统采用微服务治理体系，依托分布式消息服务、分布式应用部署、数据库集群等中间件，打造“强平台，富组件”的集成架构应用；基于统一调度应用管理平台打造流水线式的DevOps 环境，支撑团队规模化开发，提高软件研发效率；利用微服务架构体系形成统一应用开发框架，定义标准开发测试规范、版本管理规范；构建持续部署、持续集成、持续测试、持续发布、持续改进的自动化交付机制。国铁集团级车流计划管理系统技术架构见图2。

图2 国铁集团级车流计划管理系统技术架构

4 车流计划管理系统功能

车流计划管理系统在完善国铁集团级调度动态数据库的基础上，实现对当前车流的分析和预警、备用车管理功能；通过对全路调度计划的汇总、修订和审批，实现对路网级计划编制的辅助；通过对计划的不断更新和转实，实现计划执行实时统计，对计划偏差进行监控预警和提醒，辅助实现对路局计划的干预和调整。系统设计提供车流信息分析预警、空车分析和备用管理、计划辅助编制、计划执行监控预警、综合分析评价等功能。

4.1 车流信息分析预警

车流信息分析预警功能主要包含管内现在车分析、分界口移交重车结构分析、移交重车推算、卸车站积压预警4个功能模块。

（1）在现在车分析功能模块中，利用调度数据平台车辆动态轨迹数据，生成18 点现在车切片数据，对铁路局集团公司管内现在车、工作车信息从局别、区域、车种、品类、主要卸车站、运用状态等维度进行分析，并提供同比、环比分析比对、7日趋势变化等功能。

（2）在分界口移交重车结构分析功能模块中，系统使用车辆动态轨迹库中的18 点切片数据和车流径路信息，计算所有移交车辆下一个通过的分界口、预计公里数等，对各铁路局集团公司分界口移交重车结构进行分析［9］，按区域、车种以及来源对移交重车实绩、历史进行分析对比。

（3）在移交重车推算功能模块中，系统对自动收集的铁路局集团公司日班计划进行数据分析，初步预计当日重车接入情况，包括接入重车的车次、时间、轴向、去向、是否违流等信息；结合货运需求和车流径路，对铁路局集团公司当日自装交出重车流进行初步预计；根据分界口接入重车和本局自装交出重车，参考分界口移交率，初步计算次日移交重车流，并折算成列。

（4）在卸车站积压预警功能模块中，可展示全路在途车的位置，对全路各站卸车到达量按时间分布进行实时预测，并对可能出现的集中到达进行预警；对不同品类、不同类型卸车点和不同类型收货人等卸车能力进行收集汇总，梳理全路卸车能力，分析车站卸车趋势；依据卸车实绩和预测重车流进行能力匹配分析，对卸车能力不足的车站进行预警［10］；对保留车超过5列或连续5 d装车数大于卸车数的车站进行预警；使用车辆动态轨迹库查询各卸车站的在途外局保有量情况，结合当日的实时接入情况，与此车站的卸车能力进行对比分析；根据各铁路局集团公司现车数量，对超过月计划的铁路局集团公司，优先进行现车排出运输。

4.2 空车分析和备用管理

系统实现分车种的现在车分布、车种别装卸和使用情况分析，辅助空车备用方案编制，主要包含空车分布、车种别装卸差分析、空车来源分析、空车备用调整和空车备用异动监控5个功能模块。

（1）在空车分布功能模块中，系统可实现按局别、车种别查询阶段时间内的空车分布情况，包括使用车、卸空车、现在车以及分界口接入交出空车、运用重空车、备用车的分布。

（2）车种别装卸差分析功能模块，可分析阶段时间内全路各路局、区域、车种的实绩装车、卸空车及其装卸差等数据，可根据车辆动态轨迹数据分析各路局、区域、车种的空车结存情况，与装卸差进行对比分析，为编制空车调整方案、车辆备用管理提供决策支持。

（3）在空车来源分析功能模块中，使用当日车辆装车数据查询该车辆上一次卸车地点及卸车时间，根据路局、区域、车种分析空车走行规律，实现对全路各车种别装车所使用的空车来源进行追溯，为空车调整进行经验数据积累。

（4）空车备用调整功能模块提供备用车自动卡控、申请、审核及命令发布功能。系统使用运统一股道现车数据，解析车站各股道、各车种的车辆信息，进一步在车辆动态信息库中查询此车号是否备用，根据制定的车辆备用政策卡控和筛选车辆。

（5）在空车备用异动监控功能模块中，系统根据车辆动态轨迹库，对备用车辆位置和状态进行实时监控，对出现其他运用状态的轨迹信息进行预警。

4.3 计划辅助编制

系统自动收集包含编组内容的铁路局集团公司列车计划信息，对其进行汇总，结合列车运行实绩信息、列车工作计划以及移交重车推算情况，生成初步的分界口交接计划，主要包含铁路局日计划编制汇总、日计划编制下达2个功能模块。

（1）在日计划编制汇总功能模块中，系统通过消息队列自动实时收集各铁路局集团公司日班计划数据，对收集的各铁路局集团公司日计划以及移交重车推算按分界口进行对比分析，对比分界口接入局和交出局以及交出局推算的数据差异，包括交接列数、车数等。同时，系统以分界口为维度，根据分界口数据处理规则生成分界口交接数据，对铁路局集团公司日班计划进行分类汇总，并以多种方式进行展示。此外，系统关联功能将分界口编组计划按到站匹配，得到分界口重车去向，并展示路局分界口接入或交出的重车车流去向及空车情况。

（2）在日计划编制下达功能模块中，系统可显示路局上报的分界口计划以及分界口上下行路局实时计划；通过下式推算分解口预计移交重车数，自动推算分界口相邻两局的移交重车数，获得分界口上下行预计移交列数及重车数；计算去年同期7 d 内分界口交接平均值，为国铁集团级分界口计划编制调整提供依据，辅助生成分界口计划并下达到各路局级车流系统中。

4.4 计划执行监控预警

系统按阶段在线监测分界口计划执行情况，并对重点要求兑现进行预警，主要包含分界口交接实时统计、分界口日计划执行预警、分界口交接协调辅助3个功能模块。

（1）分界口交接实时统计功能模块可对分界口交接列车及车流进行实时查询，包括列车详细编组内容，并提供分界口列车交接情况的多种图形化展示。系统通过实绩列车及编组信息计算出实时过分界口的情况，将编组信息按重空、车种等不同维度进行匹配，动态统计分界口实时车流的重车去向及空车调配情况。

（2）分界口日计划执行预警功能模块可对分界口日计划执行进度进行分析，对本日完成情况进行预测，并对重点要求兑现进行预警提示。系统计算当前已完成列数及车数，加上之后路局实时计划的列数及车数，对分界口18 点的完成列数及车数进行预测；并与日计划、6点修正计划、12点修正计划、图定进行对比；对预计完成与日计划、能力等预置偏差大于阈值的分界口，在地图上进行闪烁提示以预警；针对分界口计划执行异常情况，提供决策指令的关联下达，并对决策指令执行情况进行跟踪和盯控。

（3）分界口交接协调辅助功能模块可实时分析上下行车流，对不均衡的车流在图形界面上进行预警提示，对重点车流交接协调以及分界口机车调整提供辅助决策。系统建立车流机车匹配分析模型，通过日计划或轮廓计划预测分界口两局机车需求，结合机车实时分布与预测，对分界口机车需求不均衡进行量化计算，当分界口不均衡超过阈值时通过调度系统通知功能进行预警提醒。系统同时提供与调度命令应用的接口，在辅助生成机车调整命令和自动选择受令单位后，可将生成的命令推送到命令系统，实现命令的自动下达。命令下达后，自动开始对命令的执行情况进行动态监控和执行评价。

4.5 综合分析评价

对铁路局集团公司重车组织效率指标进行多维分析评价，对分界口计划兑现情况、分界口车流移交率、路局移到率、分界口能力利用率、分车种货车周时、工电故障对分界口交接影响进行综合分析与评价，系统提供按不同时间周期、区域范围、管理单元的多元分析评价功能，实现以效率导向为目标的综合调度评价。

5 结束语

国铁集团级车流计划管理系统实现国铁集团运输调度列车、车辆、机车实绩与计划信息资源的统一接入、集中存储、规范管理和高效利用，有利于促进调度生产数据信息的共享复用。系统的投产应用，可大幅提高国铁集团路网分界口计划编制和执行监控的管理水平，可进一步提升空车调整、重车车流组织管理质量，为提高铁路企业运输效率与路网能力利用水平提供有效的技术手段。