車輛基地自動(dòng)化乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

何霖

（貴陽市城市軌道交通集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引言

隨著城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，既有線列車運(yùn)行間隔的逐步縮短和新線的持續(xù)開通，運(yùn)營管理變得越來越重要。乘務(wù)派班管理是城市軌道交通中重要的運(yùn)營管理工作，主要解決列車司機(jī)的值乘問題和運(yùn)營效率的卡控。目前，國內(nèi)大多數(shù)城市是在線網(wǎng)指揮中心發(fā)布列車運(yùn)行圖后，由乘務(wù)部門對(duì)運(yùn)行圖進(jìn)行分析和解構(gòu)，一般需要耗時(shí)1～4 個(gè)工作日編制一份乘務(wù)司機(jī)位置圖，該方法對(duì)突發(fā)安全事件引起的運(yùn)營能力變化和大型活動(dòng)導(dǎo)致的客流波動(dòng)存在靈活性較差、對(duì)突發(fā)情況應(yīng)變能力弱等問題，進(jìn)而影響城市軌道交通的運(yùn)營效率及乘客服務(wù)水平[1]；派班相關(guān)工作交路校驗(yàn)、休息時(shí)間合理性校驗(yàn)、司機(jī)派班表編制、人員上班通知、出退勤登記簿編制、公里數(shù)統(tǒng)計(jì)、事故事件報(bào)單統(tǒng)計(jì)等工作均需要人工來完成，耗時(shí)且工作量大[2]。因此，如何科學(xué)合理地編制乘務(wù)位置圖、安排乘務(wù)人員、管理乘務(wù)人員的值乘情況等是乘務(wù)派班管理必須解決的問題。

1 乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

通過對(duì)乘務(wù)專業(yè)實(shí)際需求調(diào)研，在乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)中，需滿足乘務(wù)管理人員可以根據(jù)列車運(yùn)行圖和車站時(shí)刻表，自動(dòng)編制乘務(wù)位置圖或者人工手動(dòng)上傳位置圖，通過任務(wù)計(jì)劃下發(fā)呼叫對(duì)應(yīng)司機(jī)并日志記錄相關(guān)操作，因此設(shè)計(jì)其業(yè)務(wù)流程圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

1.2 派班位置圖約束規(guī)則

乘務(wù)派班計(jì)劃編制主要依據(jù)：運(yùn)行圖、約束規(guī)則及車站屬性等，約束規(guī)則的制定對(duì)合理化的位置圖至關(guān)重要。目前乘務(wù)派班普遍采用四班三運(yùn)轉(zhuǎn)模式，根據(jù)作業(yè)相關(guān)制度和規(guī)則，主要考慮的約束規(guī)則有以下四個(gè)：

一是地點(diǎn)約束：預(yù)先固定乘務(wù)司機(jī)人員的退/出勤地點(diǎn)，一般是停車場(chǎng)/車輛段和小交路站臺(tái)；若安排不到人接車或無車可接時(shí)可打破規(guī)則。

二是運(yùn)轉(zhuǎn)模式約束：約定乘務(wù)司機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，即白班、夜班、早班、休息。

三是時(shí)間約束：主要包括乘務(wù)司機(jī)人員在各個(gè)班次（早班、白班、夜班）的最大工作時(shí)長，早高峰休息時(shí)間最大值/最小值，平峰/低峰休息時(shí)間的最大值/最小值，午餐/晚餐用餐時(shí)間段，午餐/晚餐用餐時(shí)間的最大值/最小值。

四是其他約束：根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置司機(jī)可配機(jī)班數(shù)和出勤及叫早時(shí)間。

1.3 乘務(wù)位置圖算法

根據(jù)列車運(yùn)行圖實(shí)現(xiàn)乘務(wù)司機(jī)位置圖的自動(dòng)編制，首先將列車運(yùn)行圖分解為乘務(wù)任務(wù)段，如圖2 所示，其中換乘站點(diǎn)是根據(jù)車站屬性確定，主要包括是否可以安排乘務(wù)人員就餐、是否配備休息室可以安排乘務(wù)人員休息等[3]。然后按照乘務(wù)人員工作規(guī)范要求、相關(guān)規(guī)定等約束條件和乘務(wù)輪轉(zhuǎn)機(jī)制，與相應(yīng)乘務(wù)進(jìn)行匹配。

圖2 任務(wù)段劃分示意圖

乘務(wù)位置圖編制，根據(jù)上述約束條件將列車運(yùn)行任務(wù)劃分為乘務(wù)人員駕駛作業(yè)任務(wù)段，記任務(wù)段集合V={vi|(nu,tid,)}(i=1,2,…,n)，其中，n 表示任務(wù)段數(shù)量；nu 表示任務(wù)段編號(hào)；tid 表示第i 個(gè)任務(wù)段所屬的車次號(hào)；表示第i 個(gè)任務(wù)段開始的時(shí)間；表示第i 個(gè)任務(wù)段結(jié)束的時(shí)間；表示第i個(gè)任務(wù)段出發(fā)站的站名；表示第i 個(gè)任務(wù)段到達(dá)站的站名。

國內(nèi)外學(xué)者在乘務(wù)計(jì)劃編制方面已有一定的研究成果，如：Hanafir 等[4]以乘務(wù)員最少為目標(biāo)，探索城軌乘務(wù)人員可在多地點(diǎn)出/退勤，建立乘務(wù)任務(wù)配對(duì)的集合分割模型；張?jiān)鲇耓5]建立了單一循環(huán)乘務(wù)輪班模型和固定周期乘務(wù)輪班模型，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)算法，但僅能滿足無特殊任務(wù)的正常輪轉(zhuǎn)；石俊剛等[6]建立了乘務(wù)任務(wù)配對(duì)的集合覆蓋和集合分割模型，并設(shè)計(jì)列生成算法求解；高麒等[7]以上海10 號(hào)線全自動(dòng)運(yùn)行線路為例，引入“司機(jī)生產(chǎn)率”“人車比”兩項(xiàng)運(yùn)營生產(chǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)乘務(wù)派班制與GOA4（無人干預(yù)列車運(yùn)行）效果。

本文采取基于約束規(guī)則的啟發(fā)式搜索方法來求解乘務(wù)位置圖，基于約束規(guī)則的啟發(fā)式搜索算法，是指在狀態(tài)空間中按照相關(guān)約束條件進(jìn)行搜索，直至搜索到滿足條件的結(jié)果為止，乘務(wù)位置圖編制搜索的狀態(tài)空間就是任務(wù)段集合。按照派班規(guī)則及尋找最后派班策略，用改進(jìn)的深度優(yōu)先方法搜索乘務(wù)司機(jī)人員數(shù)據(jù)庫，具體如圖3 所示。其中，t 表示累計(jì)工作總時(shí)長，m 表示派班累計(jì)次數(shù)。對(duì)派班規(guī)則場(chǎng)景及累計(jì)工作時(shí)長，得到派班最優(yōu)安排策略[8]。

圖3 派班深度優(yōu)先遍歷算法

2 乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)應(yīng)用

MDIAS 乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)（Metro Depot Integrate Automation System，地鐵車輛基地綜合自動(dòng)化系統(tǒng)）在成都城市軌道交通地鐵10 號(hào)線進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。該系統(tǒng)采用C/S（Client/Server，客戶端/服務(wù)端）模式，其具有滿足數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享和功能擴(kuò)展的特點(diǎn)，客戶端即MDIAS 乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)發(fā)送指令到應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器解析指令之后與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，再將數(shù)據(jù)傳輸至客戶端，模塊設(shè)計(jì)如圖4 所示[9]。

圖4 派班系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，其約束條件設(shè)置一是地點(diǎn)約束：出勤地點(diǎn)固定為太平園、板橋、高大路（新平、花橋安排不到人接車時(shí)，可打破規(guī)則定為出勤點(diǎn)，只有早班會(huì)出現(xiàn)）；退勤地點(diǎn)固定為太平園、板橋、高大路（新平、花橋無車可接時(shí)可打破規(guī)則定為退勤地點(diǎn)，只有夜班會(huì)出現(xiàn)。二是時(shí)間約束：早班不超過6 個(gè)小時(shí)，夜班不超過7 個(gè)小時(shí)，白班不超過8 個(gè)小時(shí)；午餐/晚餐用餐時(shí)長至少25 分鐘，其他時(shí)間至少15 分鐘。

乘務(wù)司機(jī)信息管理，實(shí)現(xiàn)乘務(wù)派班管理員對(duì)乘務(wù)司機(jī)人員基本信息的錄入和刪除操作；以10 號(hào)線W1002 列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)為例，設(shè)置相關(guān)規(guī)則之后自動(dòng)編制乘務(wù)位置。

根據(jù)乘務(wù)司機(jī)管理制度要求，上崗作業(yè)之前必須進(jìn)行酒精測(cè)試和隨機(jī)抽取試題回答，在MDIAS 乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)中實(shí)時(shí)記錄測(cè)試結(jié)果和回答情況，并根據(jù)乘務(wù)人員的實(shí)際出乘情況，以司機(jī)實(shí)際完成的乘務(wù)任務(wù)段信息為基礎(chǔ)，自動(dòng)計(jì)算司機(jī)的行駛時(shí)間、駕駛里程數(shù)等信息，同時(shí)以日志形式記錄存放在數(shù)據(jù)庫中，亦能生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表可用于導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)信息的共享。

派班調(diào)度手動(dòng)排班和乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)分別編制位置圖結(jié)果對(duì)比見表1。

表1 位置編制結(jié)果對(duì)比

派班軟件投入使用后，降低了派班調(diào)度工作難度，進(jìn)行人員優(yōu)化配置調(diào)整，節(jié)省人力，同時(shí)提高了排班的效率。

4 結(jié)語

根據(jù)軌道交通運(yùn)營管理企業(yè)的實(shí)際需求，MDIAS系統(tǒng)開發(fā)了乘務(wù)派班管理子系統(tǒng)，有效完成乘務(wù)派班系統(tǒng)的作業(yè)和生產(chǎn)，該系統(tǒng)具備司機(jī)位置圖、派班計(jì)劃自動(dòng)編制與調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)司機(jī)出/退勤與列車運(yùn)行圖的匹配；并通過互聯(lián)網(wǎng)的方式進(jìn)行派班計(jì)劃的自動(dòng)下達(dá)，將計(jì)劃推送至司機(jī)移動(dòng)終端，對(duì)派班計(jì)劃的回復(fù)進(jìn)行確認(rèn)和記錄；實(shí)現(xiàn)乘務(wù)司機(jī)出/退勤打卡和出勤值乘情況統(tǒng)計(jì)功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、操作便捷、學(xué)習(xí)門檻低、部署快捷、交互性好，后期迭代迅速，能夠適合城市軌道交通行業(yè)乘務(wù)班表的自動(dòng)編制與管理。鑒于派班有些因素約束規(guī)則不確定，自動(dòng)排班位置圖合理性相對(duì)較低是后續(xù)繼續(xù)研究優(yōu)化的方向。