調(diào)度工作質(zhì)量評價與決策支持平臺的設計

唐偉忠

（中國鐵路蘭州局集團有限公司 信息技術所，蘭州 730000）

鐵路調(diào)度部門在鐵路運輸組織過程中承擔著保障客貨運輸安全、完成生產(chǎn)作業(yè)組織、提高企業(yè)效益的重要任務。經(jīng)過多年的發(fā)展，調(diào)度部門已初步建成了運輸調(diào)度管理系統(tǒng)，主要功能基本滿足了運輸調(diào)度生產(chǎn)工作需要，對優(yōu)化日（班）計劃編制、提升運輸組織和調(diào)度指揮能力發(fā)揮了突出作用[1]。近幾年，隨著鐵路運輸生產(chǎn)力布局優(yōu)化及高速鐵路的快速發(fā)展，對參與調(diào)度指揮工作的人員素質(zhì)、信息化服務能力、安全意識和管理水平提出了更高的要求。如何嚴格落實各項工作標準規(guī)范，盤活數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值，建立科學合理的評價考核機制、提高調(diào)度指揮工作質(zhì)量及運輸組織效率效益，實現(xiàn)對運力資源的統(tǒng)籌管理、集中調(diào)配、合理運用，提升決策支持能力，成為運輸調(diào)度部門亟待研究的重要課題。

目前，調(diào)度部門在用的運輸調(diào)度管理系統(tǒng)，經(jīng)過10 余年的持續(xù)升級、完善和優(yōu)化，已經(jīng)初步建成了功能覆蓋車流組織、計劃編制、行車指揮、施工、機車、調(diào)度命令、軍特調(diào)等主要調(diào)度專業(yè)崗位的信息系統(tǒng)，對優(yōu)化日（班）計劃編制、提升運輸組織和調(diào)度指揮能力等發(fā)揮了突出作用[2]。但由于各相關信息系統(tǒng)初期建設時缺乏統(tǒng)籌設計，數(shù)據(jù)存儲比較分散，使得數(shù)據(jù)關聯(lián)性較弱，數(shù)據(jù)對業(yè)務決策的支持能力不高，難以全面發(fā)揮信息系統(tǒng)對運輸組織、調(diào)度指揮工作的技術保障能力。為此，本文設計了調(diào)度工作質(zhì)量評價及決策支持平臺。

1 平臺設計

1.1 平臺目標

以運輸組織和調(diào)度指揮工作為主線，以評價調(diào)度工作質(zhì)量為重點，強化信息系統(tǒng)的集成共享和聯(lián)動互控，提高數(shù)據(jù)自動化采集能力[3]，全面規(guī)范運輸調(diào)度工作流程，提升調(diào)度工作人員整體素質(zhì)。

（1）強化運輸調(diào)度應用構(gòu)架頂層設計；

（2）提升調(diào)度工作質(zhì)量及協(xié)調(diào)指揮能力；

（3）規(guī)范運輸和調(diào)度指揮工作流程；

（4）加強調(diào)度安全過程管控工作；

（5）應用大數(shù)據(jù)手段提升調(diào)度決策水平。

1.2 平臺架構(gòu)

為充分發(fā)掘鐵路信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，調(diào)度工作質(zhì)量評價及決策支持平臺的總體架構(gòu)必須兼容鐵路信息系統(tǒng)既有架構(gòu)。平臺基于JavaEE 技術體系進行底層構(gòu)建，總體架構(gòu)采用GreenPlum、Redis、SpingCloud、Vue.js、WebSocket 等技術構(gòu)建，為B/S和C/S 混合模式，可滿足跨多平臺、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫、多系統(tǒng)資源全面集成與協(xié)同聯(lián)動的剛性需求。平臺架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 平臺架構(gòu)

（1）表示層。該層采用Vue.js、FineReport、FineBI 和Cell 報表插件等技術提供各類統(tǒng)計報表的模板定制、可視化圖表分析、數(shù)據(jù)編輯、公共查詢等服務，為管理人員和生產(chǎn)人員使用各功能模塊提供個便捷、直觀和個性化的操作體驗。各功能以動態(tài)表單方式按崗位需求、操作權(quán)限等配置個性化操作界面。

（2）業(yè)務邏輯層。該層針對運輸組織和調(diào)度指揮的具體應用場景，利用數(shù)據(jù)層提供的可視化服務，采用SpringCloud 微服務框架為用戶提供具體的個性化業(yè)務應用服務[4]。主要功能覆蓋安全作業(yè)管控、生產(chǎn)質(zhì)量考評、重點列車運行監(jiān)控、車流自動推算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和決策分析等業(yè)務應用需求。

（3）數(shù)據(jù)層。該層采用開源的GreenPlum 構(gòu)建了面向多主題的分布式數(shù)據(jù)倉庫，采用元數(shù)據(jù)方式建立主數(shù)據(jù)字典，提供可視化ETL（Extract-Load-Transform）服務實現(xiàn)相關信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源管理與共享[5]。

2 功能設計

2.1 行車安全過程管控

（1）日（班）計劃協(xié)作互控。依據(jù)日（班）計劃協(xié)同約束、安全卡控要素及作業(yè)優(yōu)先等級，完善車流計劃、機車司班、貨運組織、施工（維修）等一體化生產(chǎn)作業(yè)規(guī)范，對列車計劃中存在的數(shù)據(jù)一致性問題進行實時警示。

（2）列車運行速度等級卡控。對列車編組中不符合該列車運行速度等級的車輛車型、車號進行實時檢測，自動為相關崗位推送違規(guī)內(nèi)容。

（3）超限運行列車會讓、越行條件的卡控。對超限運行列車中違反會讓限制條件的開行計劃進行實時檢測，自動為相關崗位推送告警信息，提醒調(diào)度人員及時確認限制條件和調(diào)整開行計劃。

2.2 調(diào)度工作質(zhì)量考核評價

（1）針對調(diào)度日（班）計劃，包括列車工作計劃、機車工作計劃、貨運工作計劃，從計劃質(zhì)量、運輸效率和能力綜合利用等方面，構(gòu)建面向計劃調(diào)、行車調(diào)度、貨運調(diào)度等生產(chǎn)人員的工作質(zhì)量評價考核體系。采用企業(yè)應用集成技術，對日（班）計劃相關的數(shù)據(jù)資源、操作界面及業(yè)務功能進行深度整合[6]。

（2）以班組和調(diào)度臺為數(shù)據(jù)分析單元，采用商業(yè)智能、大數(shù)據(jù)技術等手段對列車運行速度、日（班）計劃落實、調(diào)度命令發(fā)布等工作質(zhì)量進行自動統(tǒng)計、分析、排名，實現(xiàn)調(diào)度員個人專業(yè)能力和工作業(yè)績的定量分析評價。

（3）針對各項分析指標、統(tǒng)計數(shù)據(jù)及存在問題，均可通過明細列表的方式實時查詢核對，有針對性地及時進行整改。調(diào)度員（班組）工作質(zhì)量評價考核表，如圖2 所示。

圖2 調(diào)度員（班組）工作質(zhì)量評價考核表

2.3 重點列車運行輔助監(jiān)控

（1）采用Java2D 矢量繪圖和調(diào)度臺間列車運行線自動拼接相關技術，建立面向跨崗位業(yè)務場景的列車運行圖，突破傳統(tǒng)調(diào)度臺條塊分割的限制，基于全局一張列車運行圖的設計架構(gòu)，突破傳統(tǒng)按調(diào)度臺進行分割的約束限制，對列車運行圖、機車交路和客車車底交路等相關數(shù)據(jù)進行整合集成。

（2）針對不同工種崗位的個性化業(yè)務場景，在整合列車實際運行圖、日（班）計劃和施工（維修）計劃的基礎上，集成列車預確報、車站現(xiàn)在車等數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)面向多工種崗位、圖形化的全局列車運行圖，提供旅客列車、遠程直達、行包快運等重點列車在局管內(nèi)運行軌跡的全程追蹤、輔助盯控、異常預警等功能。重點列車運行輔助監(jiān)控圖，如圖3所示。

圖3 重點列車運行輔助監(jiān)控圖

2.4 車流自動推算

對于不同的發(fā)站、到站和品類，結(jié)合車流徑路管理系統(tǒng)及列車實時運行、列車日（班）計劃、列車預確報和車站現(xiàn)在車等數(shù)據(jù)資源，對鐵路局集團公司管內(nèi)各站按編組站、分界站、多方向站、臺間站及推算站細分為5 個等級[7]，Ⅰ級為關鍵支點，包括編組站、局間分界站；Ⅱ級為重要節(jié)點，主要為多方向車站；Ⅲ級為次要節(jié)點，主要為調(diào)度臺分界站；Ⅳ級為裝卸作業(yè)較多的車站；Ⅴ級為其他中間站。

以車輛鐵路局間分界站接入、鐵路局集團公司管內(nèi)始發(fā)為推算起點，結(jié)合鐵路局集團公司分級節(jié)點約束條件自動推算符合車輛鐵路局集團公司間分界口移交或鐵路局集團公司管內(nèi)終到的完整運行徑路，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)自動計算各節(jié)點間列車標定運行時間和中轉(zhuǎn)作業(yè)時間的標定閾值，采用定時輪詢等方式，根據(jù)車輛實際運行位置、運行動態(tài)、列車運行等級、車流方向和徑路變更等參數(shù)進行實時軌跡調(diào)整與修正。貨物列車從發(fā)站至到站的全程運輸時間表示為

其中，T途為列車途中運輸時間；T中為列車中轉(zhuǎn)作業(yè)時間。

車流推算原理，如圖4 所示。

圖4 車流推算原理

2.5 可視化決策分析

采用開源的GreenPlum 構(gòu)建了面向多主題的分布式數(shù)據(jù)倉庫，實現(xiàn)列車運行圖、日（班）計劃、列車預確報、車站現(xiàn)車管理系統(tǒng)、行車調(diào)度命令、施工（維修）日計劃、十八點統(tǒng)計報告等相關數(shù)據(jù)源的集成管理與共享。在此基礎之上，根據(jù)不同的業(yè)務場景和使用崗位，生成各類生產(chǎn)指標、效率指標等分析數(shù)據(jù)，以可視化分析圖表的方式為生產(chǎn)、管理部門，全面、動態(tài)、準確地掌握當前運輸組織和調(diào)度指揮等信息，為科學調(diào)度決策提供技術保障。

另外，基于商業(yè)智能工具軟件提供了自助數(shù)據(jù)分析功能，以可視化拖拽界面為操作人員自主進行數(shù)據(jù)分析和功能拓展提供了便捷手段，持續(xù)提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值。可視化決策分析，如圖5 所示。

圖5 可視化決策分析

3 關鍵技術

按照“自控、互控、他控”的崗位管理原則，技術、管理多措并舉，全面優(yōu)化、完善調(diào)度作業(yè)流程與考核評價機制，完善調(diào)度工作質(zhì)量評價考核體系，實現(xiàn)調(diào)度工作考核激勵的透明化、數(shù)字化、科學化。

3.1 基于數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)整合集成

采用SpringCloud Gateway、GreenPlum、Kettle、XXL-JOB 等開源技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合集成工具平臺，為用戶提供向?qū)綌?shù)據(jù)采集操作界面，對運輸組織和調(diào)度指揮作業(yè)全流程產(chǎn)生的關系數(shù)據(jù)庫、Excel、Word 等業(yè)務數(shù)據(jù)按定時調(diào)度方式進行整合集成，遵循全鐵路局一張列車運行圖的管理理念，構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫業(yè)務事實表。

（1）以元數(shù)據(jù)方式對線路、車站、機車、車輛、管界、運行徑路等實體建立全局主數(shù)據(jù)字典，對各源數(shù)據(jù)事實表進行清洗、過濾、加工等處理，統(tǒng)一業(yè)務數(shù)據(jù)規(guī)范，形成以列車、車輛、線路、車站、機車和施工（維修）等為主題的數(shù)據(jù)寬表和多維倉庫。

（2）以Restful API 方式提供數(shù)據(jù)檢索及算力服務，實現(xiàn)對列車運行、施工（維修）、機車司班、客車車底交路等可能存在的沖突進行智能分析，自動為相關崗位推送沖突內(nèi)容及建議調(diào)整方案。

3.2 車流預警分析識別

采用Java2D 技術實現(xiàn)矢量化的鐵路貨運營業(yè)站示意圖，按發(fā)站、到站和品類等要素自動推算出車輛在鐵路局集團公司管內(nèi)的完整運行軌跡。調(diào)用車流徑路管理系統(tǒng)API 接口自動計算車輛分界口移交去向，采用最短路徑Dijkstra 算法計算鐵路局集團公司管內(nèi)任意兩站間的車站序列，結(jié)合列車運行圖3 h以內(nèi)的實際數(shù)據(jù)及階段計劃動態(tài)修正因違反車流路徑、違反編組計劃等情況造成的車輛推算軌跡偏差。對已經(jīng)管內(nèi)到達目的地車站或鐵路局集團公司間分界車站移交的車輛，實時將其從推算庫轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)倉庫，依托歷史數(shù)據(jù)按列車種類、節(jié)點等級等構(gòu)建運行時間和中轉(zhuǎn)作業(yè)時間的標定閾值字典，并實時推送到Redis 緩存庫。根據(jù)標定閾值和列車運行規(guī)律自動識別車輛運行異常并進行警示，為優(yōu)化調(diào)整日（班）計劃開行方案提供數(shù)據(jù)保障[8]。

4 結(jié)束語

調(diào)度工作質(zhì)量評價及決策支持平臺基于開源技術框架構(gòu)建了自助式可視化數(shù)據(jù)采集工具，采用元數(shù)據(jù)方式建立了主數(shù)據(jù)字典，將分散存儲的各類源數(shù)據(jù)進行整合集成、加工處理，按運輸調(diào)度業(yè)務特點建立了多維主題數(shù)據(jù)倉庫，實現(xiàn)了行車安全過程管控、調(diào)度工作質(zhì)量考核評價、重點列車運行輔助監(jiān)控、車流自動推算和可視化決策分析等功能，為持續(xù)提升調(diào)度日（班）計劃兌現(xiàn)落實能力、提高運輸組織和調(diào)度決策支持水平提供了重要技術保障。