新一代铁路运输调度管理系统研究与实践

张伯驹

（中国铁路总公司 信息化部，北京 100844）

新一代铁路运输调度管理系统研究与实践

张伯驹

（中国铁路总公司 信息化部，北京 100844）

为进一步适应铁路转企后的运输组织改革，突出提高铁路运输生产效率和全力保证运输生产安全的重点方向，着力解决调度决策智能化、生产组织精准化、运力调配精益化、应急处置科学化等问题，需要大力研究和建设智能化的新一代铁路运输调度管理系统。以“一列车一条线”为标志和实现列车全生命周期管理为阶段目标，中国铁路总公司先行推动了铁路运输调度管理系统（TDMS）5.0的研发试验和推广实施，部分实现了“辅助决策、高效调度、动态配能、精准运输”的调度指挥目标，取得了良好的应用效果。

运输组织改革；调度指挥；运输调度管理系统

1 概述

铁路运输调度是铁路日常运输组织和生产指挥的枢纽机构，实行分级管理、集中统一的指挥原则。调度计划以保障运输目标实现为目的，体现了运输资源的有效配置，是调度指挥主要手段之一。铁路运输调度管理系统（TDMS）以支撑实现调度计划协同编制为核心功能，经过4次大的升级改造，已实现铁路局调度工种专业间协同编制调度日（班）计划及按列调台输出每日计划图，即“一日一图”。为进一步适应铁路转企后的运输组织改革，围绕“辅助决策、高效调度、动态配能、精准运输”的调度指挥目标，以提高铁路运输生产效率和全力保证运输生产安全为重点，解决调度决策智能化、生产组织精准化、运力调配精益化、应急处置科学化等问题，需要研究和建设智能化的新一代铁路运输调度管理系统。

以“一列车一条线”为标志和实现列车全生命周期管理为阶段目标，中国铁路总公司（简称总公司）先行推动了TDMS5.0的研发和试验。沈阳铁路局率先突破，基于运输信息集成平台的数据支撑，提出和运用“长计划、短安排”的策略，优化铁路局调度日（班）计划编制流程，研制出新型铁路局级调度计划协同编制平台；支撑实现了局管内列车工作计划按“一列车一条线”集中编制，机车工作计划与列车工作计划同步编制，列车工作计划与货运工作计划按阶段结合；使得按计划行车实现率大幅提高，应用效果提升显著。

随后，总公司正式立项，启动TDMS5.0全路升级工作[1]，分2个阶段实现：

第一阶段：升级铁路局既有TDMS系统，在沈阳铁路局、广州铁路（集团）公司前期研发成果的基础上，基于铁路运输信息集成平台，研发新版铁路局计划协同编制平台，涵盖货运、列车、机车、施工等工作计划编制全过程，增加“工种及台间计划透明、车流来源透明、能力与车流精确匹配、计划线自动调整”等功能，支持调度工种间及各调度台间调度计划的全面协同编制，提高计划编制质量，实现列车开行计划的高水平兑现。新建总公司计划运行图平台，按全路“一列车一条线”存储和管理列车计划和实绩，支撑总公司与铁路局间、铁路局与铁路局间调度计划的有机衔接和协同编制，实现全路货运、列车、机车工作计划的协调一致。通过进一步有机结合总公司、铁路局两级计划平台，联动统一支撑总公司、铁路局、站段三级调度协同指挥，真正发挥计划对运输组织工作的整体牵动作用。

第二阶段：进一步提高运输信息集成平台数据的准确性、及时性和完整性，开展调度大数据应用。完成总公司、铁路局两级运输生产数据实时同步、信息共享和不同工种业务数据汇总，开展全程运到期限分析，实现货物全程实时追踪；基于运输实时数据，进行车流推算，实现分界口和限制区段的通过车流预测预警，实现车站预计到达、预计到卸车流的自动预测和大车流集中到达预报预警；努力实现调度日（班）计划、阶段计划的一体化编制和计划自动调整，促进铁路调度指挥由“人工分析型”逐步向“辅助决策型”转变。

2 建设原则

遵循“统一领导、统一规划、统一标准、统一资源、统一管理”的“五统一”建设原则[2]，充分考虑运输调度管理的业务特点以及应用系统的集成，本着“信息充分共享、避免重复开发、面向集成应用”的要求，提出建设运输调度管理系统应遵循的具体原则：

（1）保持路网的完整性。运输调度管理系统应实现系统统一和一个系统全覆盖。有利于发挥路网网络效应和各通道的运输能力，根据旅客、货物流量、线路状况、设备状况、环境因素等各种复杂情况，集中统一调配路网运力资源，满足运输需求，实现路网规模效益。

（2）保持调度指挥的统一性。运输调度管理系统应实现一个系统在指挥。面向市场需求，以基本计划为依据，实现全路在线协同编制统一的调度日（班）计划；对运营生产实行集中统一管理，随时掌握各线列车运行情况，以及各种资源运用状态与备用情况，并能在特殊情况下及时调度各种资源，应对各类突发事件。

（3）统一规划，分步建设。以调度系统为统筹“后厂”的核心，在系统的设计上坚持顶层设计、统一规划的原则，在实施上根据需要分步建设。

（4）构建完整系统。在总公司与铁路局两级采用统一的技术平台，通过高速计算机网络，将总公司、铁路局、站段构成一个完整的有机整体，在数据、功能、界面、架构、系统软硬件等各层次上实现高度统一与协调。

（5）以计划为核心的一元化管理。建立统一的数字化运输调度模型，实现对各种计划结构化描述与一元化管理，方便信息共享、互联互通。

3 系统设计

3.1 业务模型

从调度工作的整体性着眼和调度工作特征分析，调度指挥工作主要集中在总公司、铁路局两级，站段级调度参与和辅助计划编制并主要负责计划执行和出现偏差的应对。由此可以归纳出调度的3类主要工作内容和职能：一是数据的采集和报表汇总，体现调度员的统计和分析职能；二是调度命令和调度工作计划的编制和下达，体现调度员的指挥职能；三是快速查询和重点追踪，体现调度员的监督与监控职能。根据这3类工作职能，可抽象出调度指挥行为业务模型（见图1）。

3.2 总体架构

与铁路运输调度指挥管理体制相适应，铁路运输调度管理系统是一个从纵向到横向、从业务覆盖到技术实现都很复杂的网络化特大型应用系统。采用“大平台、微应用”技术路线和平台化的技术架构[3]，提出系统总体结构（见图2）。

图1 调度指挥行为业务模型

图2 运输调度管理系统总体架构

总公司、铁路局两级按照业务场景分类建立业务支撑平台，两级系统平台构成联动的有机整体。与原有TDMS系统架构相比，有3个突出变化：

（1）建立铁路局、总公司两级运输信息集成平台，总公司级运输信息平台汇集各铁路局运输信息平台全部数据，且两级平台数据保持实时同步，实现运输生产现场透明。总公司调度可直接依托总公司运输信息集成平台，查询全路运输生产实况。

（2）总公司新建计划运行图平台、车流推算平台，生成和管理跨局“一列车一条线”，汇集全路“一列车一条线”计划和实绩数据。支撑实现对客运组织与指挥、货运组织与指挥、车流组织与调整、机车/机班管理指挥、施工组织与指挥等工作统筹，铁路局业务工种调度依托铁路局、总公司两级系统平台支撑，与总公司及相邻铁路局相关调度协作和协同完成调度计划编制和指挥协调工作。

（3）总公司调度通过计划运行图平台和运输信息集成平台可以直接掌握全路列车开行计划与实绩、现在车分布与车流预测等信息，逐步替代原有依赖铁路局调度分阶段报告的汇总数进行调度指挥的现状。

3.3 应用架构

在建立开放和“平台化”运输调度管理系统思路指导下，分析调度指挥管理模式和业务活动，归纳出事前“计划编制”、事中“计划执行”、事后“统计分析”3类业务场景，由于调度命令作用独特且同时存在于计划编制和计划执行两类场景，将调度命令独立为一类业务场景。据此，分场景建立“调度计划、生产指挥、统计分析、调度命令”4个应用平台[4]。

在设计系统架构时，运用SOA技术理念及其“松耦合、互操作、可重用、可组合”的架构方法，采用业界主流的分层设计模式，在一个统一的业务模型和技术平台上，构建在界面、功能、数据和流程等各层次上高度统一、有机集成的完整系统，形成运输调度管理系统应用架构设计（见图3）。

整个架构从上至下划分为3个大的层次：

（1）应用交互层（界面集成）：面向系统最终用户，按照业务人员的岗位要求，通过装配业务功能和流程交付复合的业务应用。

（2）业务平台层（服务集成）：按照松耦合、可重用的功能组织方式，在一个统一的服务基础平台之上实现系统全部业务功能的服务化。

（3）数据资源层（数据集成）：整合铁路现有和未来各种IT应用和信息资源，提供各种合适的服务和信息给上层业务应用。

其中，最为复杂且核心的业务平台层又分为多个子层，包括：

接入层：实现用户使用的操作界面（UI），使用共享的数据和业务服务，提供统一的、个性化的访问入口。

图3 运输调度管理系统应用架构

服务层：提供服务管理、注册和发现机制，实现服务的注册发现、消息路由、服务组合、服务安全和运行管理等功能，提供上层业务流程和应用调用业务和数据服务的标准入口，促进业务功能和通用功能的服务化和复用。

功能层：实现业务核心的、离散的业务功能服务。根据功能域和颗粒度的不同，业务功能服务层又分为不同域。功能层通过分布式组件和Web服务等技术，使功能服务在接口、语义和使用等层面上都能标准化，促进服务最大程度的重用，使业务功能的冗余变得减少甚至消除。

数据访问层：提供对分散、异构数据源的统一访问入口，将数据封装成标准的数据服务，从而解耦数据和数据消费者。每一个数据服务代表一个或一类业务实体，如计划、资源、事件和规则等。对业务实体采用单一、一致且标准的表现形式，相对于采用各种各样特定的表现形式，可大大避免冗余，促进信息共享，并提升对业务模型变化的适应性。

对外接口层：将系统相关的内外部应用功能和信息封装成标准的、可共享的业务服务，使服务能够在一个被管理的环境中被多个消费者使用，从而屏蔽层间或应用间采用不同技术实现互联互通差异，消除点对点的连接，使得信息能够在各应用间自由流动。

3.4 数据架构

打破原有按工种分类数据的做法，对数据进行整体规划，按业务领域对数据进行分类，有利于支撑实现数据共享、提升应用系统扩展性和灵活性。运输调度管理系统将数据重新分类为资源、计划、实际、评价、规则、事件和措施7个业务数据域（见图4）。

图4 运输调度管理系统数据模型

资源数据域：主要包含对调度使用资源的定义，可理解为统一基础数据模型，其中包括车站站场、物理线路、信号设备、动车组（机车车辆）、作业人员等的描述。

计划数据域：主要包含各类调度计划的定义，如列车运行计划、动车交路计划、综合维修计划、供电计划、货运计划等。

实际数据域：主要包含对调度各类业务实绩的定义，如列车运行实绩、动车运用实绩、维修执行实绩、供电执行实绩、货运执行实绩等。

评价数据域：主要包含对调度效果评价的定义，包括评价结果和评价依据等。

规则数据域：主要包含调度使用规则的定义，是调度人员对于业务情况处理时所应用的业务规则。

事件数据域：主要包含对调度各类运输事件、状态报告和突发事件的定义，如列车事件数据（包括列车始发、到达、交接等）和动车事件数据（包括动车出、入段，备用车，检修车等）。

措施数据域：主要包含调度人员为处理运输生产过程中各类事件而采取措施的定义，包括下达命令、通知相关人员等。

4 关键技术

4.1 基于运输信息集成平台

调度编制计划的准确性与其是否能够及时掌握列车、车流、机车、司机等动态，以及车流预测和车流推算等有直接关系。由于各铁路局站段级的信息化水平参差不齐，在缺乏生产现场数据支撑的情况下，部分铁路局TDMS仍存在列车开行计划准确性不高、列车与货运及机车工作计划结合不紧、列车到达信息不完整、统计考核不完善、岗位间人工方式交互信息较多、重复作业现象突出等问题。

运输信息集成平台致力于运输生产现场信息的数据集中，目标是实现列车、车辆、货物、机车、机车乘务员位置和状态的实时掌握与动态追踪，及其变化趋势的推算与预测。基于运输信息集成平台可以有效解决现有运输组织和调度指挥工作通过“逐级汇总上报”方式获取数据，数据颗粒度粗、时效性差、准确度低等问题，支撑调度能够全面、准确、超前掌握运输现场第一手信息，并助力支撑实现运输调度的透明化指挥与精细化管理。

4.2 “一列车一条线”实现机制

“一列车一条线”是指按全生命周期管理列车计划和实际运行线，涵盖从计划编制阶段到计划执行阶段全过程，运行线信息包括列车车次、种类、等级以及由始发站到终到站全部经由站和时刻；同时以列车运行线为主键关联与列车相关的编组、机车、机班等信息。列车数据按“一列车一条线”方式在全路范围内数据共享，铁路局存储管理局管内运行线数据，总公司存储管理全部运行线全程数据，总公司与铁路局两级列车运行线数据统一、实时同步。列车可分为货运列车、客运列车和内部非运营列车3类，分别制定与其特征相适应的“一列车一条线”实现机制。

货运列车“一列车一条线”采用“分布式协同机制”实现，分为编制生成计划运行线、分发交换计划运行线、协同调整计划运行线、发布“一列车一条线”4个环节：（1）编制次日计划时，由始发局计划台调度铺画生成始发列车，依托铁路局计划平台生成全路唯一的列车ID及计划运行线，提交到总公司计划运行图平台。（2）总公司计划运行图平台自动核对形成全路“一列车一条线”，根据是否跨局向经由的通过局、终到局分发“一列车一条线”计划。（3）始发局、通过局、终到局基于始发局触发生成的“一列车一条线”计划，按照列车交出、接入顺序滚动调整和协同编制，调整结果即时提交总公司计划运行图平台。（4）总公司计划运行图平台实时汇总铁路局互动调整计划运行线的结果，保持全路“一列车一条线”数据与铁路局管内数据同步更新，经过始发局、通过局、终到局共同确认后发布执行。

客运列车“一列车一条线”采用“集中式协同机制”实现，分为集中生成和分发计划运行线、调整计划运行线、发布“一列车一条线”3个环节：（1）由始发局客运计划调度使用集中式客运计划编制系统和总公司计划运行图平台，批量生成全路“一列车一条线”，并及时向相关铁路局分发。（2）总公司、铁路局客运调度依据调度命令完成列车加开、停运、变化等调整，即时生成全路“一列车一条线”；编制次日计划时，始发局、通过局、终到局按照列车交出、接入顺序滚动调整和协同编制，调整结果即时提交总公司计划运行图平台。（3）总公司计划运行图平台实时汇总铁路局互动调整计划运行线的结果，保持全路“一列车一条线”数据与铁路局管内数据同步更新，经过始发局、通过局、终到局共同确认后发布执行。

非运营列车“一列车一条线”实现机制与货运列车“一列车一条线”实现机制基本一致。纳入交路的动检车、车底回送等采用客运列车“一列车一条线”实现机制。

4.3 平台化技术

随着云计算、大数据等信息技术的发展，“大平台＋微应用”已成为企业级应用系统软件架构的新模式和主流技术路线。平台化有助于按业务场景建立工作环境的生态，正确识别和建立与业务场景相匹配的应用平台是大型复杂应用系统的关键之一[5]。运输调度管理系统通过梳理业务场景设计了“调度计划、生产指挥、统计分析、调度命令”4个应用平台，分别对应和支撑事前“计划”、事中“执行计划和应对调整”、事后“基于实绩的统计分析”和“命令的拟、签、发流程”4个工作场景和生态。在调度指挥实际工作中，4个业务场景是同时并存的，同一调度岗位可能会并发参与和处理4个场景的业务活动。平台化技术的应用，站在业务视角，支撑实现了流程化集成业务活动；站在岗位视角，支撑实现了工作交互界面的解耦和切换。应用平台之间可通过“事件驱动”机制实现业务活动的串接和并发。

4.4 计划协同编制

铁路运输生产由于受到货源变化、客流波动、车流调整、线路施工、设备维修、恶劣气候、自然灾害等各种因素影响，导致必须对每日列车开行进行调整。早期TDMS系统模拟手工作业条件下的调度日（班）计划编制过程，以计划调度为中枢节点，建立的铁路局级计划协同编制平台主要支撑调度岗位间的信息共享，由各业务工种调度按照规定的时序，各自收集信息和借助经验编制所负责的专项计划，主要由计划调度在编制列车工作计划时发现和消解各专项计划间的冲突。该协作模式为星型结构，在有限时间内对专项工作计划的匹配往往难以达到预期，调度计划在实际执行过程中仍需要调整。

从全路整体视角看，存在3类调度计划编制的协作或协同：一是总公司调度与铁路局调度的协同以及相邻铁路局调度间的协作，二是铁路局内部各业务调度工种间的协同以及岗位间的协作，三是铁路局调度与站段调度岗位间的协作。新一代调度管理系统拟通过建立总公司计划运行图平台，支持总公司与铁路局间、铁路局与铁路局间调度计划的统筹、有机衔接及协同编制。拟通过改造升级铁路局计划协同编制平台，增加基于计划运行图的冲突预判机制，支撑实现业务调度工种间的协同；建立基于消息的事件驱动机制，支撑铁路局调度岗位间以及与站段调度岗位间的实时协作。

5 结束语

经过近3年的实施，已基本完成了18个铁路局（公司）TDMS5.0系统升级，实现了新一代运输调度管理系统的部分建设目标，进一步提高了铁路局调度计划的编制质量，促进了整体运输效率的提升。但目前，离实现全路“一列车一条线”的目标尚有差距，受到了一些客观情况的制约和影响：一是行车站名等关键的统一基础数据字典日常维护机制未能真正建立起来，各相关应用系统也尚未真正使用；二是总公司计划运行图平台、车流推算平台尚未正式投产使用。

TDMS5.0以实现全路“一列车一条线”为目标，一体化设计总公司、铁路局两级系统，通过两级系统平台的互动构成有机整体，基本实现了“两级部署、三级应用”。TDMS5.0是全路第一次大范围按照“平台化”理念设计系统，其设计、研发和实施所积累的经验，对需要建立行业统一的大型应用系统有较强的借鉴意义。下一步，将继续推动以智能化为目标的新一代运输调度管理系统研究和建设，拟分为2个阶段持续开展工作：一是建立运输指挥车流优化模型，初步实现车流推算智能化；开发铁路日常运输生产总体态势推演和应急处置辅助决策应用，实现针对目标策略的评估和调控，精准掌控运输生产规律，为突发情况下快速恢复运输生产提供科学决策依据。二是综合分析全网需求和运力，优化全网资源配置，从实时到日、月、年等不同时间标尺优化调度与控制决策，提高全局态势感知、快速精确分析和全网统一调度决策能力[6]。建立基于全网的调度指挥仿真平台，对运输解决方案、运输能力扩充、新增新建线路及场站设计方案合理性进行模拟验证，从而促进铁路调度指挥逐步从“辅助决策型”向“智能调度型”转变。

[1] 李宝旭，刘洋，杜剑．铁路运输调度管理系统 （TDMS5.0）升级的实践与体会[J]．中国铁路， 2015(7)：31-34.

[2] 吴彬，蒋耀东．铁路调度指挥系统在移动平台上 的信息共享方案[J]．中国铁路，2015(6)：30-32.

[3] 于潇．基于SOA的铁路运输调度系统架构的研究[J]. 铁道运输与经济, 2016(3)：41-45.

[4] 中华人民共和国铁道部运输局．铁路运输调度规则[M]. 北京：中国铁道出版社，2008.

[5] 中国铁路总公司．铁路运输调度管理系统TDMS5.0 总体技术方案[R]．北京，2014.

[6] 余红梅，张雄．铁路调度集中系统网络通道故障 诊断方法研究[J]．中国铁路, 2013(11)：27-30.

Research and Practice on New Generation o f Railway Transport Dispatching Management System

ZHANG Boju
（In formationization Department，CHINA RAILWAY，Beijing 100844，China）

To adapt to reform on traffic organization after the transforming from ministry to enterprise, to improve transport efficiency and to guarantee transport safety, the new generation of intelligent transport dispatching management system(TDMS) needs to be researched and constructed, so as to solve the problems such as intelligent dispatching decision, precise transport organization, lean management over transport resource allocation and scientific emergency response. For the stage objective as realizing entire life-cycle management marked as "one train for one line", CHINA RAILWAY promotes the R&D, test and application of TDMS 5.0 version, which partially realizes the target of "auxiliary decision-making, highly-efficient dispatching, dynamic capacity allocation and precise transport" and achieves good results.

reform on traffic organization；dispatching & command；TDMS

U29

A

1001-683X（2017）09-0026-07

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.09.026

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2016X006-D）

张伯驹（1968—），男，高级工程师。E-mail：zhangboju@126.com

责任编辑 卢敏

2017-07-09