铁路乘务排班管理与辅助决策系统的设计与构建

杨 光，王 莹，罗雨欣

（1.中国铁路上海局集团有限公司 上海客运段，上海 200071；2.北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；3.中国铁路上海局集团有限公司 南京客运段，江苏 南京 210015)

近年来，随着我国高速铁路“一日一图”的推行，客流高峰增开列车、客运列车编组变化日趋频繁，客运排班计划需根据每日列车运行图情况进行调整，客运段承担的铁路客运排班工作量成倍增长，而现有的铁路排班工作主要利用表格来编制和维护乘务排班计划，并将排班计划录入不同的管理信息系统，乘务管理人员的重复工作量大，效率不高，且存在数据更新不及时、部分数据不准确、各系统数据不一致等问题；此外，由于高速铁路在运营组织方式上特有的复杂性[1]，对客运排班管理提出了更高的要求，现有的人工排班方式已难以应对多样化、高频次的高速铁路客运列车乘务排班工作，未能很好适应高速铁路运营发展的要求。因此，亟需改变现有乘务排班管理方式，设计乘务排班管理与辅助决策系统，推动高速铁路客运排班及乘务管理向智能型转变[2-3]，以实现未来服务智能高速铁路的目的。

1 铁路乘务排班管理与辅助决策系统设计

根据铁路客运乘务业务需求和乘务排班管理存在的问题[4]，围绕铁路乘务排班管理与辅助决策系统的设计目标和设计原则，结合现有运能条件和动车组运用条件下的客运段乘务生产组织模式[5-6]，提出运用先进的信息化技术和智能优化算法[7-8]，构建铁路乘务排班管理与辅助决策系统的逻辑架构，提高排班管理的效率和准确性。

1.1 系统设计目标

铁路乘务排班管理与辅助决策系统着力于解决既有铁路数据交互繁琐、铁路排班工作量大、排班编制效率不高、排班调整能力不能满足高速铁路“一日一图”需要等问题，以适应高速铁路运营发展的排班需要。铁路乘务排班管理与辅助决策系统的设计目标如下。

（1）系统化。为避免铁路排班工作与现有客运管理信息系统、乘务管理平台、人力资源管理系统等系统与平台的割裂，提高铁路排班数据在各系统与平台间共享的可靠性和准确性，铁路乘务排班管理与辅助决策系统需建立完善与现有各系统与平台的信息接口，使铁路排班数据及时、稳定地与各系统与平台同步。

（2）高效化。针对既有铁路排班工作依赖人工编制、排班工作量大、编制效率较低的问题，铁路乘务排班管理与辅助决策系统需紧扣计算机辅助管理设计，实现排班计划的自动维护、乘务工时的自动管理、客运风险预警等功能，辅助实现乘务排班计划的快速编制和调整，提升客运组织管理效率。

（3）自动化。为适应高速铁路“一日一图”的实施，铁路乘务排班管理与辅助决策系统应具备在不同调整场景下，利用智能优化算法对既有乘务排班计划进行快速、自动调整的能力，从而满足多样化、高频次的高速铁路乘务排班的需要。

1.2 系统设计原则

为实现铁路乘务排班管理与辅助决策系统高效化、系统化、自动化的目标，需遵循以下系统设计原则。

（1）实用性。系统需要切实解决现有客运段所乘务排班管理工作存在的问题，能够辅助排班人员编制排班计划，运行稳定可靠，用户界面友好，便于实际操作。

（2）可交互性。系统用户(如乘务排班人员、客运管理人员)可交互设置多种排班调整场景(如列车编组变化、列车开行变化)与调整参数，并可进行排班计划调整；系统可对排班人员调整的排班计划检验可行性，通过交互编制、调整、检验，得到优化的乘务排班计划。

（3）可扩展性。系统适用于多场景下的铁路客运排班与调整，具备灵活性和兼容性，可依据高速铁路发展需要，覆盖支持客运段个性化的排班需求，并对机务、车辆系统管理具有一定的扩展可能。

1.3 系统逻辑架构

按照系统的设计目标、设计原则，采用数据层、功能层和显示层3 层逻辑架构设计铁路乘务排班管理与辅助决策系统。数据层通过与客运管理信息系统、乘务管理平台、人力资源管理系统等平台对接，为系统提供数据；功能层提供排班计划管理、自动调整和查询与分析3 大模块功能；显示与交互层提供友好的用户界面，用户可在此对系统数据、排班结果、工时情况进行维护、调整与查询。铁路乘务排班管理与辅助决策系统逻辑架构如图1所示。

（1）数据层。数据层负责提供系统所需的基础数据，数据通过与客运管理信息系统、铁路局集团公司调度系统、人力资源管理系统以及站段自研的乘务管理平台(客运段调令管理系统)、出乘点名签到系统等系统对接，实时更新乘务员(组)数据、列车运行图数据、动车组交路数据等，及时准确地为系统的功能层和其他对接系统提供所需数据。

（2）功能层。功能层主要实现排班计划管理、自动调整、查询与分析3 大模块功能，负责铁路客运管理和乘务排班的编制与调整，将结果数据反馈给数据层，并提供给显示与交互层。

（3）显示与交互层。显示与交互层主要利用功能层提供的结果数据实现数据的显示与交互，可显示系统基础数据、客运排班结果、乘务工时数据等，并可供用户对基础数据和排班计划进行管理和调整。

图1 铁路乘务排班管理与辅助决策系统逻辑架构Fig.1 Logical structure diagram of railway crew scheduling managementand assistant decision

2 铁路乘务排班管理与辅助决策系统功能模块

铁路乘务排班管理与辅助决策系统面向客运段日常管理工作需求，结合系统的设计目标，实现排班计划管理、自动调整、查询与统计3 大功能，铁路乘务排班管理与辅助决策系统功能模块如图 2 所示。

图2 铁路乘务排班管理与辅助决策系统功能模块Fig.2 Functional modules of railway crew scheduling managementand assistant decision

2.1 排班计划的管理功能

排班计划管理功能中，通过多种方式呈现乘务排班计划，实现乘务排班计划的可视化展示；通过基本的乘务交路计划自动生成每日的乘务排班计划，实现乘务交路的自动递延；通过出乘点名签到系统，实现乘务员工时自动采集与更新；通过收集乘务员请假、超出工时等信息，实现乘务风险管理。

（1）乘务排班计划的可视化展示。多种方式呈现乘务排班计划，主要有4 种可视化展示方式：①展示各乘务组(含乘务员信息)的基本乘务排班计划；②以甘特图的形式按班组展示自当日起，一定时间范围内(如1 周、1 个月)的实时乘务排班计划；③以甘特图的形式，按乘务人员展示自当日起，一定时间范围内(如1 周、1 个月)的实时乘务排班计划；④按车次展示每日值乘的乘务组，并能显示乘务组构成。

（2）乘务交路计划的自动递延。根据基本乘务排班计划、乘务排班计划的调整(如变更乘务组成员等)，实现乘务交路和人员状态的自动递延，不断更新乘务排班计划。具体表现为运行图基本排班计划递延、长期调令排班计划调整以及乘务组或人员变动后的自适应递延功能。乘务交路计划的自动递延功能如图3 所示，由于班组1 的乘务员YL12月7 日开始休假，12 月9 日的交路自动递延至LM担当。

（3）乘务员工时自动采集与更新。铁路乘务排班管理与辅助决策系统对接客运段出乘点名签到系统，实时自动采集、更新出乘点名签到系统中的乘务员出勤、退勤信息，并在本系统中根据当前版本的运行图、时刻表和实际排定的乘务交路，自动计算乘务员的工时，实现对乘务员工作状态的数字化管理。

（4）乘务风险管理。包括2 个方面的内容，一是乘务工时实时预警，根据乘务员当前的工时采集信息，显示乘务工时状态，用不同的颜色表示工时状态(如绿色表示合理范围，蓝色表示工时过低，橙色表示工时偏高，红色表示超出工时一定值)；二是乘务员请、休假预警，当有乘务员请、休假时，能够在系统中及时产生提醒，从而自动跳转至排班界面，调用排班算法或人工介入，避免漏乘风险。

图3 乘务交路计划的自动递延功能Fig.3 Automatic deferral function of crew scheduling

2.2 排班计划的自动调整

排班计划的自动调整功能可以实现典型场景下的乘务排班计划自动调整，利用智能优化算法自动给出调整方案；自动调整方案可通过人机交互的形式进行修改、确认；确认后的乘务排班计划可直接下达，并实时更新后台与数据库的排班计划表。

（1）乘务调整场景选择与设置。系统预设4 种典型乘务调整场景：①列车编组变化场景。当发生列车重联改长编、重联改短编、长编改重联等变化时，根据铁路局集团公司调度命令信息，获取列车编组改变情况，生成排班计划调整方案。②列车乘务员构成变化场景。当列车乘务组配员发生变化时，例如1 长2 员+1 个安全员改为1 长1 员+1 个安全员时，弹出参数设置框，可选择调整车次及乘务人员数量。参数设置之后可选择生成调整方案。③列车开行数量变化场景。当增开列车、停开列车时，根据铁路局集团公司调度命令信息，对排班计划进行自动调整。④其他乘务管理场景。如遇车队日常备班（热备）任务，以及运行图新旧交替中过渡阶段的乘务交路，系统均可支持场景识别和计划编制。

（2）乘务排班计划的自动调整。根据设定的调整场景参数，运用拉格朗日松弛算法对乘务排班计划进行自动调整，获得系统优化的乘务排班计划。系统自动生成相应的调整方案，以可视化形式显示，并提供人机交互界面。自动调整方案通过人机交互的形式进行修改、确认，并且在班组成员修改时给出下拉列表供选择，增加时同样以此方式提供系统推荐的备选人员。乘务排班自动调整人机交互界面如图4 所示。修改后的调整方案需后台判断可行性，若存在冲突则提示冲突原因；确认后的乘务排班计划可直接下达，并实时更新数据库的排班计划表。

图4 乘务排班自动调整人机交互界面Fig.4 Interactive interface of crew replanning

2.3 排班计划的查询与统计

排班计划的查询与统计功能可实现按车次、日期、乘务员、乘务组等多方式查询排班计划，查询乘务员月度工时情况，还能对不同乘务员(组)的排班表、月工时进行统计分析。

（1）乘务员(组)排班计划查询。可查询基本排班计划，并可按日期查询所有当日排班计划，还可按车次查询给定日期范围内排班计划；对于乘务组和乘务员，系统可查询给定日期范围内每个乘务组或乘务员的排班计划。

（2）乘务日排班计划查询。可查询客运段或某一乘务组特定的日排班计划情况，并获知目标乘务组的人员构成和基本信息；还可按日查询全段乘务班组当日值乘与否，查询值乘班组当日所值乘的具体列车班次等。

（3）乘务员月工时统计与分析。可统计月度或一定时间范围内客运段、车队以及某一乘务组所有乘务员的月工时情况，统计结果可使用图形和表格2 种形式展示。根据统计结果，可按班组或乘务员分析每月工时情况，并对后续排班计划进行调整。乘务人员工时查询界面如图5 所示。

图5 乘务人员工时查询界面Fig.5 Query interface of crew working hours

3 结束语

铁路乘务排班管理与辅助决策系统，针对传统客运排班及管理方式与快速发展的高速铁路运营方式之间的突出矛盾，在系统梳理现有乘务管理需求的基础上，从系统逻辑架构、系统功能设计、系统外部兼容性等方面出发，提出完整的解决方案，有利于提升乘务排班和管理水平，更好地匹配客运生产关系，为提升客运段管理效率起到良好的推进作用。下一步还将探索将更为复杂场景下的乘务智能排班算法嵌入系统，力求将该系统发展为能适应现代化高速铁路客运组织需求的乘务排班管理与辅助决策系统。