包神铁路集团机车调度系统功能设计

戴 猛，杜懿佳，潘金山

（1.国能包神铁路集团有限公司 调度指挥中心，内蒙古 包头 014010；2.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031)

铁路机车调度系统对铁路公司经济效益、成本管控起着至关重要的作用。当前铁路机车调度系统大多都没有实现与铁路列车调度指挥系统(TDCS)、机务运用管理系统等的数据共享，机车统计数据的准确性与及时性难以保证，系统功能有待进一步开发[1]。研究在充分借鉴行业内各机车调度系统功能基础上，结合神华包神铁路集团有限公司(以下简称“包神铁路集团”)各线机车经济合理、优质高效的运用及管理特色，遵循数据互通共享、自动化程度高、系统操作简易等原则，重点从各项具体功能设计理念、实现方式及解决的实际问题等方面进行阐述。

1 包神铁路集团机车调度系统功能需求分析

1.1 机车运用概况

包神铁路集团下辖甘泉线(甘其毛都—河西) 包神铁路集团管辖段、包神线(万水泉/包头—神东)、塔韩线(塔然高勒—韩家村)、神朔线(神东—朔州西) 4条铁路线，运用机车类型丰富，包括各类型的电力机车以及内燃机车，支配机车约380台。机车交路主要以肩回、循环交路为主，实行以轮乘制为主、少部分机车包乘的乘务制度。

包神铁路集团机车调度员(以下简称“机调员”)日常工作包括编制机车运用日计划、4 h阶段计划及实时调整计划，绘制机车周转图，动态掌握机车状态(包括机车运用、备用、检修等实时状态)，下达机车调度命令以及机车业务联系与协调等。其中机车运用组织工作中，安排机车整备和机车乘务员换班是涉及安全的2项重点工作。

包神铁路集团机车调度台分为3个，机调一台负责甘泉线、包神北线(万南—东胜—乌兰木伦)机车运用管理，该交路为典型的肩回式交路，机调一台交路如图1所示。机调二台负责包神南线(万南—东胜—乌兰木伦)及神朔线东胜至神木北段小运转机车以及该区域内调车机的运用管理，属于循环式交路，机调二台交路如图2所示。机调三台负责神朔线朱盖塔至神池南至朔州西段机车运用管理，属于单肩回的交路方式，机调三台交路如图3所示。

图1 机调一台交路Fig.1 Routing of the first locomotive dispatching console

图2 机调二台交路Fig.2 Routing of the second locomotive dispatching console

图3 机调三台交路Fig.3 Routing of the third locomotive dispatching console

设计机车调度系统应以机调员的日常工作需求出发。考虑到机调台的多样性，机车调度系统的服务应随着交路形式的不同而存在一定的变化[2]。

1.2 机车统计概况

包神铁路集团目前机车统计主要以司机报单、运行监控记录装置导出数据等为基础数据，采取手工录入与计算机计算相结合的方式，按甘泉公司、包神公司、神朔公司分别进行统计，并按日、月、年分别向调度指挥中心上报，调度指挥中心汇总后纳入调度日报、月报、年报等。

1.3 当前机车调度系统存在的问题

当前机车调度系统为十多年前开发，限于理念、技术等条件，在当前标准化调度、智能化和精细化管理等要求形势下，系统功能落后、已不适用。除系统本身存在功能不足问题外，在数据交互、机车统计方面还存在一些问题，具体包括3个方面。

（1）数据无法共享。机车调度系统与其他铁路调度系统无法实现数据共享，机调员要在机车调度系统、现车系统、计划系统、货运系统、TDCS以及机务公司各系统中查找相关数据才能进行指挥与调整，需要不断与计划调度员、机务运转值班员等线下沟通，工作量大、效率低下。

（2）数据无法实时更新交互。机调员无法实时动态掌握机车状态、无法与计划调度员及机务运转值班员等进行实时数据交互、无法实时获取所需信息进行高效指挥。此外在对机车指标进行统计时，步骤繁琐，数据存在一定程度的滞后。

（3）数据量大、无法精准掌握。机调员面对海量的乘务员劳动时间与机车里程实时动态变化的数据，无法精确掌握哪些乘务员劳动时间接近超劳并及时合理安排换班，无法掌握机车运行里程并及时安排机车整备。机调员过程盯控困难，只能依靠手工计算、电话联系，效率低下且出错率高。

1.4 系统功能需求

机车调度系统作为国家能源集团铁路调度信息系统的子系统，设计功能实现与计划、货运、现车、调度命令等其他子系统间数据共享、实时交互，系统利用实时数据编制机车周转图，并根据机车周转图数据和铁路调度信息系统中计划、现车等子系统相关数据集成自动计算机车统计指标结果。此外，通过机务公司各系统数据接口，实现及时、准确、合理安排机车检修计划、检修统计等。系统数据交互示意图如图4所示。

图4 系统数据交互示意图Fig.4 Schematic diagram of system data interaction

（1）机车调度系统从计划系统中接收阶段计划运行线数据绘制周转图，从TDCS实时接收并更新运行线报点、变更等信息。在机车周转图上，时间轴左边的实绩运行线、右边的计划运行线均可实时获取，机调员能够准确掌握列车计划与实际运行情况，并对机车周转实时调整，经机车调度系统下达至机务运转室。

（2）机车调度系统从现车及货运系统中获取车型、车列自重、载重等信息，机调员能够合理安排机型、充分发挥机车效能。系统按照设定的规则自动生成与计算，实时提供各项机车运用指标，为提质增效、辅助决策等提供数据支持。

（3）机车调度系统从机务运安系统中获取乘务信息、从机车检修系统中获取检修计划信息等，为调度与机务的实时动态交互提供便利。乘务员姓名、出退勤时间等信息可用于掌握乘务员劳动时间，特殊情况时联系乘务员等[3]。机车检修信息可实现及时、准确、合理安排机车检修计划、检修统计等。

2 系统功能设计

系统从基础信息配置、机车周转图、调度命令、机车动态表及检修计划等几个模块进行具体功能设计。系统主要功能构成如图5所示。

图5 系统主要功能构成Fig.5 Main functional composition of the system

2.1 基础信息配置

（1）数据录入。定义包神铁路的机车周转图，结合包神铁路集团机调台现状，设计3个机调台分甘泉线、包神北线、包神南线及神朔线东胜至神木北段、神朔线朱盖塔至神池南至朔州西段4张机车周转图，实现基础数据文件的导入和接口文件的自动录入，包括机车型号(包括换长、自重、功率、牵引力等)、机车号、配属段、机车交路、牵引定数等数据[4]。

（2）机车整备规则。设定整备规则，根据不同交路、不同机型机车的整备要求，完成整备规则设定，用于整备预警的判定。根据《包神铁路机车运用管理规则》规定，不同机型、不同运用类型的机车整备规则不同，包神铁路集团机车整备规则如表1所示。

表1 包神铁路集团机车整备规则Tab.1 Locomotive servicing rules of Baoshen Railway Group

（3）乘务劳动时间标准。设定乘务员劳动时间标准，根据不同交路、不同运转制的乘务人员劳动时间，完成乘务员劳动时间标准设定，用于机车乘务员超劳预警的判定。

2.2 机车周转图

（1）接收运行线。考虑到目前的机车周转图只具备铺画运行线(俗称“航空线”，即没有中间途经各站的到开时间)、勾画交路以及下达计划等基本功能，系统设计从计划系统实时读取计划运行线、从TDCS实时获取各列车实际到开时间等实际运行数据，从而实现机车周转图的同步。由于周转图上的运行线带有时间、距离属性，系统支持将周转图上站间距离矢量化，以实现时间与距离数据的集成。

（2）摘挂机车。系统在支持机车周转图上“连线”式勾画机车周转功能的基础上，提供运行图中挂入、摘出机车功能，以便于灵活操作和动态掌握库内、站内机车情况。同时，针对部分机车试运行、回送等情况，在运行线上设计备注提醒功能，一方面可以把该部分机车醒目显示在运行线上，另一方面避免了该部分机车纳入指标计算、影响指标精确度。

（3）实时推算结存。系统在实时获取计划系统运行线基础上，自动铺画机车运用阶段计划并下达至相关机务运转室。为使机调员实时掌握在途、在站的机车分布状态，辅助勾画机车交路，系统设计分阶段动态推算周转图上各车站、机务本段(或折返车间)机车结存量功能。在周转图各车站处显示机车结存量，并可查看明细[5]。

（4）机车指标统计与分析。为及时准确反映机车运行情况，为生产经营过程分析与辅助决策提供数据支撑，同时便于评判机调员工作质量优劣，设计机车指标统计与分析功能。系统将基于机车周转图与铁路调度信息系统中的相关数据，重新定义部分机车调度统计指标计算方法，并自动实时计算机车指标。同时系统还应支持分别按基础数据与计算结果进行统计报表生成，便于不同层级、不同维度的数据分析。①指标计算的数据收集。系统将从计划系统获取的列车计划运行线以及从TDCS系统获取的实际运行数据同步到机车周转图上，收集机车周转在时间和距离上的数据，同时从现车、货运等系统中获取车列自重、载重等车辆与货运数据，用于计算机车周转时间、速度、牵引质量等；系统结合调度命令和机车动态表采集机车时间、状态数据，用于计算机车台日[6]。②基于机车周转图的机车统计指标计算。系统支持对机车工作时间、机车运用指标等21项机车统计指标的计算，分别按线路统计区段(如金泉—甘其毛都、金泉—万南)、机车动力类别(分交流和直流机车)进行计算。生成的机调台机车周转图指标统计表如表2所示。图2中1至10项为过程数据，是计算12至20项数据的基础。系统按照定义的计算规则，收集基础数据并自动计算对应指标，同时自动生成统计指标报表，用于后续结果分析。

表2 机调台机车周转图指标统计表Tab.2 Index statistics of the locomotive working diagram on locomotive dispatching console

（5）机车重联。考虑到神朔线车流密度大且机车实行“3+0”“2+0”“2+2”万吨列车牵引方式，在兼顾美观、操作便捷及机车实际运用的基础上，设计机车重联功能。将一组3台SH8机车设置重联作为一个整体，在周转图上显示1条交路连接线进行勾连。同时，设计解除重联功能，便于个别机车检修替换操作。

（6）整备预警。机车周转图上，机车随着运行线在固定交路运行，由于运行线本身带有距离与时间的属性，机车的运行时间、走行里程可通过系统进行实时记录计算，当累积达到给定的整备规定条件，系统将在运行线上显示机车整备预警信息并高亮显示。①整备预警条件。机车达到整备规则要求时就必须入库整备。在综合考虑机车交路并且尽可能用足机车一次续行距离或时间的前提下，系统设计当实际走行距离接近一次整备续行距离200 km或者实际运用时间接近一次整备续行时间6 h时，给予预警。因机车周转图具备时间与距离属性，预警位置能够精确显示到运行线上，便于机调员及时安排机车整备。预警条件的设置具有一定的合理性，设置200 km确保了预警后有充足的时间安排机车入库整备，并且由于小运转机车一个全周转时间约为7 ~ 11 h，乘务员一次乘务作业工作时间标准是10 h，设置6 h预警能够提前6 h预警给机调员统筹考虑司机换班与安排机车入库整备[7]。②走行公里的“清零”。机车整备作为整备预警累积走行里程清零的条件。在机车周转图上，系统设计以机车“库出”作为走行里程自动清零的条件。“库出”对应“入库”，因此，结合机车运用计划，系统支持在机调员设置机车“入库”时，自动判别下一次挂入为“库出”。实际运用中，还会有特殊情况机车入库不整备、以及机调员漏操作“入库”等情况，与上述规则不符，系统设计人工修正走行里程或时间的功能，确保整备预警条件准确。

（7）超劳预警。①基础数据获取。系统提供与机务运安系统的数据接口，实时获取乘务人员出、退勤等数据，显示在对应运行线上。用当前时间减去出勤时间即为该班人员当前劳动时间。系统自动对当前劳动时间进行倒序排列，并显示在交互界面上，以实时掌握乘务人员劳动时间。同时自动计算出每班人员的实际劳动时间(将乘务员出、退勤数据对应相减)，为超劳预警提供基础数据。②超劳预警规则。在实现了乘务员劳动时间自动计算的前提下，系统通过将机务出勤数据与系统内的机车型号、机车号、车次等关键字段进行匹配，然后再根据周转图上机车与每条运行线的“连接”关系进行索引，“找到”对应的运行线并将其作为载体进行信息展示以及超劳预警。根据各交路乘务员劳动时间标准，系统设计按当前劳动时间接近其标准2 h为系统预警的触发条件和时机(即Tnow-T准=2 h)。在达到预警条件时，系统设计在该运行线上以显著的标识进行预警，并且将鼠标悬停在该处会显示机车型号、机车号、司机出勤时间、当前劳动时间和劳动时间标准等信息，便于机调员重点掌握、及时组织换班。③设置换班功能。在周转图上运行线与某站交点处，系统提供设置换班的功能。该功能作为超劳预警的闭环管理，达到了机调员向机务运转室下达换班计划的目的。

2.3 调度命令

（1）调令模板。机调员下达的调度命令包括机车加入及解除封存、救援列车出动、运用状态改变及取消、修正调度命令等。根据机调命令的特点，设计模板导入调度命令，便于调度员操作，也减少了文本输入出错率。

（2）调度命令格式化。根据机车调度命令的特点，大多数为某机车由某状态转为某状态。设计命令中机车型号、机车号、原状态、转入状态等为固定字段，再将各字段设置相应字典库，命令的拟写发布直接点选，方便快捷。调度命令的矢量化、格式化，不光在本模块实用性强，为命令的查询、统计以及数据搜索提供便捷操作，也为与其他系统模块间数据交换快速、精准性提供便利。

（3）同步转换机车状态。通过调度命令改变机车运用与非运用状态的同时，机车动态表能够同步自动变换。机车运用转非运用时，要指明转入具体的状态；机车由非运用转入运用时，不需要指明具体的状态[8]。

（4）调度命令查询。调度命令相关字段作矢量化、格式化处理，调度命令固定字段如表3所示。设计命令查询功能，设置查询的起止时间，单独或通过逻辑“与”组合对各固定字段进行条件查询与命令统计。

表3 调度命令固定字段Tab.3 Fixed fields of dispatching commands

系统设计取消命令与被取消的命令、修正命令与被修正的命令“捆绑”显示，从表现形式和后台逻辑2方面，实现机车状态变更“有迹可循”，发令人方便操作，查令人员可精准定位[9]。

2.4 机车动态表

系统提供机车动态表的自动生成，便于机调员实时准确掌握支配机车运用、备用、检修状态。机车动态表按运输种别、机车配属、机车类型及动力别、机务段别等多个维度设置，机车动态表如表4所示。

表4 机车动态表Tab.4 Locomotive dynamics

（1）发布调度命令。系统支持用户通过机车动态表调整机车状态的同时生成相应的调度命令，下达命令、完成转换。

（2）显示机车状态。机车动态表通常以二维表的形式存在，机车在格式化的表格(机车状态为一个维度)中实行动态“放置”，机车状态随调度命令发生变化通过机车动态表显示[10]。机车状态的显示能够根据用户需要，按单位分布或按单位统计2种形式呈现，机车动态分布表(按单位分布)如表5所示，机车动态分布表(按单位统计)如表6所示，便于不同用户了解、掌握机车情况。

表5 机车动态分布表(按单位分布)Tab.5 Locomotive dynamics distribution (distributed by unit)

表6 机车动态分布表(按单位统计)Tab.6 Locomotive dynamics distribution (statistics by unit)

（3）调整机车状态。系统将机车状态的调整设置为主动和被动2种方式，主动方式下用户能够在机车动态表中自主调整机车状态，系统依据调整后的机车状态生成、发布调度命令；被动方式下，系统将调度命令下达并签收作为机车在动态表状态调整的触发条件与时机，取消命令作为退回的条件，修正命令可改变原命令中某一状态[11]。此外，系统设计同一状态、不同配属段间的转换只在动态表操作完成。

为便于机调员操作，系统设计调度命令与动态表双向关联转换、自动动作。调度命令与机车动态表联动逻辑流程图如图6所示。

图6 调度命令与机车动态表联动逻辑流程图Fig.6 Logic flow chart of linkage between dispatching commands and locomotive dynamics table

2.5 检修计划

目前机车检修计划实行线下传递，每周五机务工作人员将下周检修计划传到调度中心，机调员按照计划安排机车下线检修。系统设计机车检修计划处理功能，通过机务检修系统数据接口，获取检修计划部分内容，再加入扣车等内容，实现机车检修组织管理。机车检修计划如表7所示。

表7中，1至8项通过机务检修系统自动获取数据，9项、10项根据转变机车状态的调度命令自动获取，11项为接口数据获取时间，12项为特殊情况(如晚于计划安排扣车)机调员人工备注。

表7 机车检修计划Tab.7 Locomotive maintenance plan

（1）提醒检修计划。将从机务检修系统获取的检修计划相关接口文件自动录入机车调度系统中，系统自动对检修任务进行时间倒序(按照计划扣修时间)排列，并显示在交互界面上，同时设置当前时间距离计划扣修时间2 h作为提醒检修条件，弹出窗口予以提醒并注明相关信息。

（2）匹配检修调令。系统能基于检修调令及时更新检修计划，保证检修计划与检修调令间的匹配度。

（3）检修计划查询。系统支持对历史及当前检修计划的管理与查询，可以按日期查询及修改检修计划，以及对选定计划文件合并与分解。

3 结束语

机车调度系统作为国家能源集团铁路调度信息系统的一个子系统，与其他各子系统间资源数据共享融合，真正实现一个平台多个角色分工协作共同完成运输生产与调度指挥工作[12]。系统解决了功能缺失、数据共享与集成以及机车统计指标的实时、准确性问题，实现了自动提取、生产、计算，达到了将一线生产人员从繁重的工作中解放出来、更多地进行重难点工作突破与过程盯控的目的，为各级管理人员规范业务、过程管理、数据分析提供强大的数据支撑。由于系统建设周期短，部分功能还有待进一步优化。系统自动勾画机车交路功能未能实现，有待进一步开发；调车机作业的基础数据不够完善详实，调车机作业过程盯控、深入数据分析及利用率计算等功能有待进一步完善；神朔线“地乘分离”模式下，乘务员一次乘务中换乘其他机车造成部分下行列车人车对应不上，直接导致超劳预警功能部分失效，这也有待于机务基础数据的完善才能进一步优化该功能。这些都是将来基础设施建设、信息化、智能化的发展方向。