高鐵行車調(diào)度合理工作負(fù)荷研究

陳 峰

西南交通大學(xué)，交通運輸與物流學(xué)院，成都 610031

0 引 言

高速鐵路不允許發(fā)生重大事故，因為高速列車的運行速度較高，一旦發(fā)生違章操作或者設(shè)備異常，可供其糾正和避免事故的時間很短，而且選擇的方式非常有限。高鐵行車調(diào)度在高速鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)這個復(fù)雜的人-機-環(huán)境系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著非常重要的責(zé)任，其調(diào)度能力的發(fā)揮決定了列車運行的可靠性和鐵路部門的運營效率，也會影響到旅客的安全準(zhǔn)點出行。

高鐵行車調(diào)度的工作狀態(tài)與其工作負(fù)荷有著密切的關(guān)系，為了確保行車調(diào)度工作的順利進行和列車運行的安全正點，必須確保其處于良好的工作狀態(tài)。因此，有必要對高鐵行車調(diào)度所受到的工作負(fù)荷進行評價，并確定合理的工作負(fù)荷范圍。

在既有的工作負(fù)荷研究中，S.Popkin 等人[1]選取了年齡介于25 至44 周歲之間，患病率明顯高于美國普遍水平的鐵路調(diào)度員作為調(diào)查對象，研究工作負(fù)荷、壓力和疲勞對調(diào)度員工作效率與身體健康之間的關(guān)系；D.K.Schmidt[2]提出了采用排隊論來評估管制員的工作負(fù)荷，并記錄了管制員在執(zhí)行任務(wù)中每項例行操作的時間，最后分析了扇區(qū)內(nèi)交通流與航班延誤之間的關(guān)系；楊艷等人[3]通過職業(yè)緊張測試表對某鐵路編組站93 名調(diào)度員進行調(diào)查，研究職業(yè)緊張、個人特征和心里緊張對高血壓發(fā)病及血壓值的影響。

總的看來，既有的研究主要集中于既有線調(diào)度員和空中管制員的工作負(fù)荷，鮮有學(xué)者對高鐵行車調(diào)度的工作負(fù)荷進行研究?？紤]到高速鐵路的快速發(fā)展趨勢和旅客出行的安全需求，對高鐵行車調(diào)度的工作負(fù)荷進行相關(guān)研究是十分必要的。

1 高鐵行調(diào)工作負(fù)荷分析

1.1 工作負(fù)荷的定義

高鐵行車調(diào)度作為高鐵列車運行的指揮者，擔(dān)負(fù)著非常大的壓力和責(zé)任。其主要任務(wù)可以總結(jié)為：根據(jù)調(diào)度計劃的內(nèi)容，監(jiān)視并組織調(diào)度區(qū)段內(nèi)的列車運行；根據(jù)列車運行現(xiàn)狀和某些突發(fā)情況，及時調(diào)整列車運行計劃和到發(fā)線運用計劃；根據(jù)具體工作任務(wù)，及時和相關(guān)調(diào)度臺進行溝通協(xié)調(diào)，并向車站值班員和列車司機發(fā)布命令；組織并監(jiān)視施工維修?？偠灾?，高速鐵路行車調(diào)度應(yīng)該根據(jù)客流大小，合理地使用列車和車輛，與其他調(diào)度臺緊密配合，確保列車能夠按圖運行，保障列車運行的安全性和準(zhǔn)點性。

對于高速鐵路行車調(diào)度的工作負(fù)荷，尚未見學(xué)者進行相關(guān)定義。本文根據(jù)高速鐵路運營特點以及行車調(diào)度的主要工作任務(wù)對高速鐵路行車調(diào)度的工作負(fù)荷進行如下定義：為了滿足旅客安全、準(zhǔn)點出行的需要，行車調(diào)度在完成任務(wù)過程中所承受的體力上和腦力上的壓力，通過時間上的消耗來完成任務(wù)并緩解壓力。因此本文中的工作負(fù)荷采用單位時間內(nèi)的任務(wù)時間消耗（即單位時間內(nèi)的時間占有率）來衡量高鐵行車調(diào)度的工作負(fù)荷。

1.2 工作負(fù)荷的評價方法

迄今為止，已經(jīng)有許多學(xué)者對操作者工作負(fù)荷的評價方法進行研究，主要有以下三種評價方法：主觀評價法、任務(wù)分析法和生理測量法。

（1）主觀評價法是指從操作者的主觀感受出發(fā)去評價工作負(fù)荷的強度，該方法的理論基礎(chǔ)是操作者的能力消耗與操作者自身感知的努力程度密切相關(guān)，當(dāng)感知到努力程度較高時，能力消耗較大，此時工作負(fù)荷較高。

（2）任務(wù)分析法就是以操作者在工作中所需完成的任務(wù)為分析對象，統(tǒng)計執(zhí)行任務(wù)過程中操作者時間資源或腦力資源的占用情況。通常先將操作者的工作負(fù)荷分為不同模塊，統(tǒng)計各模塊的工作量，最后將測量數(shù)據(jù)加權(quán)平均來衡量操作者的工作負(fù)荷。

（3）生理測量法是以若干生理指標(biāo)為研究對象，通過生理指標(biāo)的變化來評價操作者的工作負(fù)荷。此法假設(shè)工作負(fù)荷的變化會導(dǎo)致操作者生理指標(biāo)發(fā)生變化，通過統(tǒng)計分析不同交通特征下生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，來獲取生理指標(biāo)與工作負(fù)荷之間的變化關(guān)系。

根據(jù)高鐵行車調(diào)度的作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)過程，本文希望尋找一種能實時、客觀和無干擾的方法來對行車調(diào)度工作負(fù)荷進行測量。在上文所述的三種評價方法中，生理測量法實施較為麻煩，且對行車調(diào)度的主任務(wù)具有一定的侵入性，影響行車安全；而主觀評價法得到的工作負(fù)荷大小與個人特征、身心狀況和反應(yīng)策略都存在密切聯(lián)系，評定結(jié)果的差異性較大，較容易產(chǎn)生偏差。因此，本文采用任務(wù)分析法對行車調(diào)度的工作負(fù)荷進行評價。

2 高鐵行車調(diào)度工作負(fù)荷模型

2.1 工作負(fù)荷模型的分類

通過與高鐵行車調(diào)度進行訪談和實地調(diào)研，在對行車調(diào)度的工作內(nèi)容和特點進行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，將高鐵行車調(diào)度工作負(fù)荷分為以下五類：記錄負(fù)荷、調(diào)控負(fù)荷、通話負(fù)荷、監(jiān)視負(fù)荷和思考負(fù)荷。

2.1.1 記錄負(fù)荷

記錄負(fù)荷是指高鐵行車調(diào)度在當(dāng)班過程中，為了統(tǒng)計當(dāng)班運營狀況的指標(biāo)、發(fā)布和接受調(diào)度命令、記錄突發(fā)交通事故以及確保當(dāng)班運營情況能準(zhǔn)確傳遞到下班，對當(dāng)班情況下的高鐵運營情況和施工情況做相關(guān)記錄，并分析當(dāng)班情況下運營統(tǒng)計指標(biāo)時所承受的工作負(fù)荷。高鐵行車調(diào)度的記錄負(fù)荷主要包括以下三項工作內(nèi)容：①登記調(diào)度命令；②記錄交班事宜；③填寫《鐵路交通事故（設(shè)備故障）概況表》。

2.1.2 調(diào)控負(fù)荷

調(diào)控負(fù)荷是指高鐵運行受到天氣、地理環(huán)境、人員狀態(tài)、車禍等多種因素的影響，列車運行狀態(tài)偏離計劃運行圖，行車調(diào)度為了盡可能的減少列車晚點造成的損失，對列車運行計劃、列車進路、調(diào)車進路等進行調(diào)整時所承受的工作負(fù)荷。高鐵行車調(diào)度的調(diào)控負(fù)荷主要包括以下五項工作內(nèi)容：①列車運行計劃的實時調(diào)整；②發(fā)布調(diào)度命令；③控制列車進路；④控制模式與控制權(quán)的轉(zhuǎn)換；⑤封鎖和限速。

2.1.3 通話負(fù)荷

通話負(fù)荷是指行車調(diào)度在工作過程中根據(jù)列車運行計劃的更改，采用列車調(diào)度電話與其他調(diào)度人員進行協(xié)調(diào)，向車站發(fā)布調(diào)度命令，以及采用無線調(diào)度電話向車站、列車司機發(fā)布口頭指示時所承受的工作負(fù)荷。高鐵行車調(diào)度的通話負(fù)荷主要包括以下三項工作內(nèi)容：①發(fā)布電話調(diào)度命令；②各調(diào)度工種間的聯(lián)系；③發(fā)布口頭指示。

2.1.4 監(jiān)視負(fù)荷

監(jiān)視負(fù)荷是指行車調(diào)度為了保證列車運行的安全，監(jiān)視列車運行過程中早晚點情況、列車運行速度、聯(lián)鎖和信號設(shè)備工作狀態(tài)時所承受的工作負(fù)荷。高鐵行車調(diào)度的監(jiān)視負(fù)荷主要包括以下七項工作內(nèi)容：①查看列車運行計劃；②查看列車實績運行信息；③查看列車運行狀態(tài)；④查看設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)；⑤查看施工和維修計劃；⑥查看現(xiàn)場監(jiān)控；查看防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1.5 思考負(fù)荷

思考負(fù)荷是指行車調(diào)度對列車運行過程中的列車速度、列車運行位置等信息進行簡單辨識和記憶，對偏離列車運行計劃的列車，根據(jù)《鐵路運輸調(diào)度規(guī)則》，制定出最適合的運行調(diào)整計劃。高鐵行車調(diào)度的思考負(fù)荷主要包括以下六項工作內(nèi)容[4]：

（1）簡單反應(yīng)，指行車調(diào)度受到外界刺激以后表現(xiàn)出來的反應(yīng)，其時間權(quán)值可以表示為：

式中，Tp為知覺模塊常量，取值范圍為50～200ms；TC為認(rèn)知模塊常量，取值范圍為25～175ms。

（2）識別辨認(rèn)，指行車調(diào)度通過觀測系統(tǒng)顯示的列車運行數(shù)據(jù)和圖表來辨別列車運行和設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常。識別辨認(rèn)的時間權(quán)值可以表示為：

（3）選擇反應(yīng)，指行車調(diào)度對工作進程中的多種刺激來源進行處理，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。選擇反應(yīng)的時間權(quán)值可以表示為：

式中，N 為不同的刺激數(shù)目。

（4）計算回憶，指行車調(diào)度根據(jù)列車運行現(xiàn)狀計算列車在區(qū)間的運行時間，并與計劃運行圖比較，計算出列車到達(dá)目的站時的早晚點時分。計算回憶的時間權(quán)值可以表示為：

（5）思維決策，指行車調(diào)度根據(jù)列車運行過程中偏離計劃運行圖的程度，按照鐵路局規(guī)定的調(diào)度原則和方法，制定出最合適的列車運行調(diào)整措施，并加強與綜合維修調(diào)度員的聯(lián)系，宏觀把握當(dāng)日施工維修任務(wù)。思維決策的時間權(quán)值可以表示為：

式中，IC為信息反復(fù)時間，取值范圍為150～157ms。

（6）判斷評估，指行車調(diào)度對列車運行現(xiàn)狀或者通過各種方法調(diào)整后的列車運行計劃作出評估。判斷評估的時間權(quán)值可以表示為：

式中，H 為要考慮的選擇數(shù)目。

2.2 工作負(fù)荷模型的建立

從上述的分類中可以看到，高鐵行車調(diào)度的工作負(fù)荷是由記錄負(fù)荷、調(diào)控負(fù)荷、通話負(fù)荷、監(jiān)視負(fù)荷和思考負(fù)荷五個模塊所組成。對高鐵行車調(diào)度的工作進行實地調(diào)研，統(tǒng)計行車調(diào)度在進行以上五類工作時，每一項工作內(nèi)容所花的時間和單位時間內(nèi)的執(zhí)行次數(shù)，可得行車調(diào)度在單位時間內(nèi)的工作負(fù)荷，具體模型見下式：

式中，W(t)為總工作負(fù)荷；Wrec(t)為記錄工作負(fù)荷；Wcoo(t)為調(diào)控工作負(fù)荷；Wcal(t)為通話工作負(fù)荷；Wsur(t)為監(jiān)視工作負(fù)荷；Wthi(t)為思考工作負(fù)荷；為第i 類記錄任務(wù)的時間權(quán)值，s；Nri(t)為時間片段內(nèi)執(zhí)行第i 類記錄任務(wù)的次數(shù)；為第i 類調(diào)控任務(wù)時的時間權(quán)值，s；Nci(t)為時間片段內(nèi)執(zhí)行第i 類調(diào)控任務(wù)的次數(shù)；為第i 類通話任務(wù)時的時間權(quán)值，s；Ncai(t)為時間片段內(nèi)執(zhí)行第i 類通話任務(wù)的次數(shù)；為第i 類監(jiān)視任務(wù)時的時間權(quán)值，s；Nsi(t)為時間片段內(nèi)執(zhí)行第i 類監(jiān)視任務(wù)的次數(shù)；為第i 類思考任務(wù)時的時間權(quán)值，s；Nti(t)為時間片段內(nèi)執(zhí)行第i 類思考任務(wù)的次數(shù)；T 為統(tǒng)計行車調(diào)度工作負(fù)荷的時間片段，s。

在工作負(fù)荷模型中，可以統(tǒng)計出各類負(fù)荷的操作時間權(quán)值，以避免在調(diào)度任務(wù)或者工作環(huán)境發(fā)生變化時對行車調(diào)度的工作負(fù)荷進行重新測量，只需測量在時間片段內(nèi)行車調(diào)度操作某類任務(wù)的次數(shù)即可。在測量行車調(diào)度工作負(fù)荷時，可以任意設(shè)置時間片段的長度，以便對不同時間片段內(nèi)行車調(diào)度的工作負(fù)荷進行測量。

2.3 工作負(fù)荷模型的修正

考慮到高鐵行車調(diào)度在執(zhí)行任務(wù)過程中存在時間限制，在出現(xiàn)緊急情況或處于列車密度高峰期時，行車調(diào)度必須在指定的時間內(nèi)加速作業(yè)以完成相應(yīng)的任務(wù)，與作業(yè)時間充裕的情況相比，對其信息處理能力的占用明顯增加，導(dǎo)致工作負(fù)荷加重?；诖耍捎脮r間壓力系數(shù)對其工作負(fù)荷進行修正。將時間壓力系數(shù)定義為在特定的時段完成任務(wù)所需時間與給定的作業(yè)時間之比：

式中，Tp為時間壓力系數(shù)；TC為完成任務(wù)所需時間，s；Te為相應(yīng)時段給定作業(yè)時間，s。

通過向京滬高鐵、京津城際和石太客專等調(diào)度臺的10 余名行車調(diào)度發(fā)放問卷進行時間壓力系數(shù)的調(diào)查，可得各時間段的壓力系數(shù)如表1 所示。

進行工作負(fù)荷評估時，先查看評估時段是否屬于壓力時間段，如是，則按下式進行時間壓力系數(shù)的修正：

表1 時間壓力系數(shù)Tab.1 Time-pressure coefficients

3 實例分析

京滬高鐵全長1 318km，具有跨局調(diào)度指揮、線路長、區(qū)間大等特點，列車運行由北京鐵路局、濟南鐵路局和上海鐵路局三個調(diào)度所進行調(diào)度指揮。本文選取北京鐵路局調(diào)度所京滬高鐵調(diào)度臺的行車調(diào)度為研究對象，跟班統(tǒng)計了行車調(diào)度在一個連續(xù)作業(yè)周期內(nèi)的工作負(fù)荷。調(diào)查時間選取在2012年6 月23 日，由于那天是端午節(jié)，所以列車運行密度較高，全日列車運行數(shù)量達(dá)到78 對。

通過對行車調(diào)度24 h 工作進行觀察和分析，記錄了其連續(xù)的白班和夜班作業(yè)所執(zhí)行的所有任務(wù)。以5 min 為基本時間片單位，全天24 小時分為連續(xù)的288 個時間片。以建立的負(fù)荷模型為評估算法，計算工作負(fù)荷數(shù)值，再將各小時包含的所有時間片的工作負(fù)荷值累積，得到京滬高鐵行車調(diào)度全天 24 小時工作負(fù)荷評估結(jié)果，如圖 1所示。

圖1 行車調(diào)度全日工作負(fù)荷Fig.1 Full-time work load of traffic dispatching

從圖1 中可以看出，行車調(diào)度的工作負(fù)荷全天呈波動趨勢，呈現(xiàn)出幾個高峰和低谷。

（1）0 點至1 點半時段，為施工登記階段，此時行車調(diào)度的時間占有率高達(dá)87.6%。在該階段內(nèi)，行車調(diào)度需要仔細(xì)核對施工維修計劃，發(fā)布調(diào)度命令，并與車站值班員、供電調(diào)度和車站聯(lián)絡(luò)員進行聯(lián)系。此階段，電話密度較大且行車調(diào)度需要按照施工維修計劃發(fā)布調(diào)度命令，視覺和聽覺資源占用較多，造成其工作負(fù)荷較大。

（2）在2 點至3 點半時段，為施工監(jiān)控階段，此時行車調(diào)度只需對各項施工進行監(jiān)控與協(xié)調(diào)，確保各項施工按既定計劃進行，負(fù)荷較低。

（3）3 點半至4 點半，為施工注銷階段，行車調(diào)度要受理車站值班員所提交的施工注銷申請，在核對各項施工任務(wù)已經(jīng)完成后發(fā)布注銷命令。在涉及接觸網(wǎng)停電的區(qū)段，當(dāng)具備送電條件后，行車調(diào)度需聯(lián)系供電調(diào)度進行送電。此階段，行車調(diào)度的工作負(fù)荷較施工監(jiān)控階段有所增加。

（4）7 點半至8 點，為交接班時段。此時，管轄區(qū)段內(nèi)列車數(shù)量雖然較少，但是接班調(diào)度員需要熟悉上一班列車運行情況、設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況、天氣情況等狀況，因此工作負(fù)荷也較大。

（5）在12 點至13 點以及14 點至17 點時段，此時管轄區(qū)段內(nèi)列車運行密度較大，高峰小時的列車運行密度達(dá)到29 輛。行車調(diào)度需要密切監(jiān)控各列車的運行狀態(tài)、運行位置、早晚點等情況，此階段行車調(diào)度的時間占有率處于80%以上，工作負(fù)荷較大。

（6）在19 點至23 點時段，管轄區(qū)段內(nèi)列車密度下降較快，并伴有列車入庫，此時行車調(diào)度的工作負(fù)荷較列車運行密度高峰期有較大下降。

英國鐵路標(biāo)準(zhǔn)化局以時間占有率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，將調(diào)度工作負(fù)荷分為三個等級：當(dāng)時間占用率低于50%時，處于低負(fù)荷水平；當(dāng)時間占用率介于50%至80%之間，工作負(fù)荷處于適中水平；當(dāng)時間占用率高于80%時，處于高負(fù)荷水平[5]。由上述分析可知，行車調(diào)度在列車密度較高及施工登記階段時間占有率高于 80%以上，此時行車調(diào)度勞動強度較大，工作負(fù)荷嚴(yán)重超載，影響行車安全并對行車調(diào)度的身體健康構(gòu)成威脅。

4 結(jié) 論

本文采用任務(wù)分析法在對行車調(diào)度的作業(yè)內(nèi)容進行詳細(xì)分類的基礎(chǔ)上，建立了工作負(fù)荷的模型，并以京滬高鐵行車調(diào)度為研究對象進行了實例分析。結(jié)果表明京滬高鐵行車調(diào)度個別時段工作負(fù)荷較大，影響行車安全。因此，京滬高鐵調(diào)度臺設(shè)置兩名助理調(diào)度來輔助行車調(diào)度完成整個調(diào)度任務(wù)是比較合理的。

[1]Popkin S.,Gertler J.,Reinach S.A preliminary examination of railroad dispatcher workload,stress,and fatigue[R].U.S.A:Federal Railroad Administration,2001.

[2]Schmidt D.K.A queuing analysis of the air traffic controller’s workload[J].IEEE Transaction on Systems,Man,and Cybernetics,1978,SMC-8:492-498.

[3]楊 艷.職業(yè)緊張對鐵路調(diào)度員心理及心血管健康的影響[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2007.

[4]Liz Cullen.Validation of a methodology for predicting performance and workload[R].France:Euro control Experimental Centre,1999,6.

[5]張 嬿.基于任務(wù)分析地鐵行車調(diào)度工作負(fù)荷研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.