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地鐵車輛段調度信息管理系統的 設計與實現
發布時間：2023-07-10 10:01
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 IV
1緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國內外研究現狀 2
1.2.1國外研究現狀 2
1.2.2國內研究現狀 2
1.3論文主要內容 3
2地鐵車輛段作業流程和系統需求分析 5
2.1車輛段概況 5
2.1.1設備組成與線路布局 5
2.1.2主要涉及崗位與職責 6
2.2生產任務分析 7
2.2.1發車作業任務 8
2.2.2收車作業任務 8
2.2.3檢修生產任務 8
2.2.4調車作業任務 9
2.2.5問題分析 9
2.3需求分析 10
2.4本章小結 10
3地鐵車輛段調度信息管理系統設計 11
3.1總體設計說明 11
3.2系統結構設計 11
3.3系統數據庫設計 12
3.4系統功能設計 18
3.4.1場調信息管理模塊設計說明 19
3.4.2檢調信息管理模塊設計說明 20
3.4.3技術作業圖表功能模塊設計說明 22
3.5本章小結 23
4地鐵車輛段調度信息管理系統計劃編制算法模型 24
4.1發車計劃編制模型和算法研究 24
4.1.1模型的建立 24
4.1.2人工蟻群算法概述 26
4.1.3基于成本節點的蟻群算法模型 27
4.1.4算例分析 29
4.2收車計劃編制模型和策略研究 34
4.2.1模型的建立 34
4.2.2基于計算機輔助的編制策略 35
4.2.3算例分析 38
4.3本章小結 40
5地鐵車輛段調度信息管理系統的實現 41
5.1系統開發環境 41
5.2系統模塊實現 41
5.2.1場調信息管理模塊 41
5.2.2檢調信息管理模塊 45
5.2.3技術作業圖表 47
5.3本章小結 49
結 論 50
致 謝 52
參考文獻 53
攻讀學位期間的研究成果 55
1緒論
1.1研究背景及意義
隨著我國經濟水平的飛速發展，城市化水平的不斷提高，城市人口的急劇上升。交 通擁堵問題成為城市發展過程中必須面對的一個環節，而地鐵以其占地面積相對小，安 全性高、運載量大、速度快等特點成為公共交通中的砥柱中流，其對城市交通壓力的緩 解作用較為明顯［1］。
我國從 20 世紀中末期開始建設城市軌道交通，其主要集中在北京、上海等地區， 近年來隨著城市軌道交通行業的迅猛發展。目前已建成、規劃或在建的城市有 30余座， 截止 2020年 1 月，上海地鐵里程達 705 千米，位居中國第一，同時也是世界第一。北 京地鐵里程達 699.3 千米，位居第二。同時，廣州、南京、武漢等地區的地鐵總里程也 超過 300 千米。預計在接下來的一段時間里，新增里程都會有較大的發展。到“十二五” 時期結束，我國各主要城市將形成布局合理，系統先進的綜合城市軌道交通網絡［2］。
地鐵信號系統按區域由正線信號系統和車輛段信號系統組成，地鐵正線大都配套較 為先進的移動閉塞信號系統。例如基于通信的列車列車運行控制系統(CBTC, Communication Based Train Control System)、列車自動控制系統(ATC, Automatic Train Control)、列車自動監控系統(ATS, Automatic Train Supervision)等技術，正線基本已經實 現全自動智能運行［3-6］，但是相較于正線，車輛段部門眾多，檢修、場調、乘務排班等 部門各司其職。各部門之間的信息傳遞通過口頭，紙筆的方式進行信息交換。段內一般 配套計算機聯鎖系統和 ATS 子系統，少數車輛段配套獨立的車輛檢修系統，車輛管理 系統等。這些系統相對較為獨立，沒有將段內的信息綜合管理，總的來說，現階段車輛 段信息管理水平、自動化程度較低［7］。
目前，經調研不難發現，現階段國內大多數地鐵車輛段調度管理方式較為落后，各 城市，甚至同一城市內各線路投入使用的系統層次不齊，而車輛段內的設備密集，部門 眾多，缺少一套綜合的車輛段調度信息管理系統。調度人工編制收/發車計劃，對車輛段 關鍵資源掌握的實時性不足，編制效率低下；制定檢修計劃、申請調車作業、協調收發 車計劃都需檢調人員的參與，檢調需要綜合的信息量較大，壓力較大，出錯率較高；調 度員主要依靠筆，紙，電話，口頭，電臺等人工方式交換，記錄數據，準確性低下，勞 動強度大。
本論文來源于校企研發的“地鐵車輛段綜合自動化系統”，本系統屬于該系統的組 成部分。該系統面向車輛段運營管理的全過程，在車輛段作業計劃編排與下達、檢修調 度、乘務派班、綜合監控等各個環節中充分運用現代信息技術，形成管控一體化的信息 平臺。其可以分為檢修調度，調度信息管理，自動進路，自動現車，乘務派班和綜合監 控六大功能模塊。本文在此過程中主要實現對車輛段調度信息的管理，其具體內容包括 實現對段內收發車作業計劃的自動編制，調整和查看；對檢調的作業任務進行簡化，集 中對檢修作業進行管理。結合編組站技術作業圖表的思想，對段內生產計劃進行綜合呈 現，包括收發車作業，檢修作業等日常生產信息。通過現代化信息技術，使各類生產信 息在系統內部傳遞，各類信息可以實現統計和回溯，以達到提高地鐵車輛段運營管理水 平的要求。
1.2國內外研究現狀
1.2.1國外研究現狀
世界上第一條地鐵是建于1863年的倫敦大都會地鐵，現今倫敦鐵路系統已經成為最 先進的技術典范之一。各個國家也逐步開始規劃各自的地鐵系統，隨著一個多世紀以來 科技的發展和進步，逐漸形成完善的地鐵網絡和自動化、信息化程度較高的綜合運營管 理系統［8］。
日本地鐵相對歐美國家起步較晚，但其發展較為完善。JR東日本客運公司的新干線 綜合運輸管理系統 COSMOS(Computerized Safety Maintenance and Operation System of Shinkansen)由500臺左右的計算機組成的廣域自主分散系統。其包含運輸計劃、運行管 理、站內作業管理、維修作業管理、車輛管理、設備管理、信息集中監視、電力系統控 制等8 個子系統。其中車輛段的調度管理通過車站作業管理子系統實現，根據地鐵調度 中心發送過來的正線運行列車運行圖和站內作業管理系統生成站內作業運行圖，通過段 內程序化的進路控制(PRC, Programming Route Contro 1)方式，按計劃的時間對段內的進 路進行控制，而車輛檢調作業的實施和管理，通過段內終端和中央主機之間的申請與批 復實現［9-11］。
法國巴黎城市軌道交通網絡由市域鐵路和地下線路網路構成，市域線路是連接巴黎 市中心和巴黎郊區的通道。巴黎鐵路公司采用先進的綜合監測和診斷設備，實現對軌道 設備和機車車輛的綜合管理。通過設置多處信息化終端，將檢調、檢修員、工程師和中 心調度進行協調，對車輛段停放檢修的生產過程進行精細化控制［12,13］。
1.2.2國內研究現狀
我國地鐵車輛段的信息化程度相對較低，現階段主要依靠辦公軟件、紙質文檔的方 式完成生產任務［14］。于此同時。為了適應我國城市地鐵系統迅猛發展過程中對車輛段管 理信息化、自動化的需求，國內眾多學者對車輛段綜合管理進行了研究。王孔明［15,16］ 對國內車輛段調度模式進行分析，對杭州地鐵 1號線七堡車輛段進行調度模式設計和實 施，在后續的研究中，又提出一種車輛段控制中心綜合信息系統，通過構建車輛段信息 管控平臺以實現車輛段的信息化，為我國地鐵車輛段的信息化建設提供了借鑒意義。學 者張居力［17］從車輛檢修管理的角度出發，設計出一套基于 SOA 服務體系的地鐵車輛段 綜合信息平臺。金艷萍［18］通過分析各類地鐵檢修模式，通過對車輛檢修計劃、檢修調度、 檢修方式的模塊化設計，開發出一種地鐵車輛檢修智能管理系統，曾星瑜［19］、李辰［20］、 高峰［21］也從檢修調度的角度出發，對車輛段信息化建設進行改良，但未將行車信息管理 考慮在內。學者牟宗元［22］提出一種車輛段行車信息管理系統，以實現車輛段調車作業和 列車作業管理的自動化，毛佳明［23］通過分析列車自動運行系統和車輛基地之間的數據交 互，實現對列車計劃的自動編制和列車出入庫的管理，并對系統進行驗證與測試。但是 該系統缺少對段內信息的綜合管控。
綜上所述，我國地鐵車輛段信息化進程相對于歐美發達國家來說存在一定的差距。 國內對于車輛段的信息化系統的研究雖然也初步取得了一些成果，但是對比我國鐵路信 息化程度、地鐵正線信息化程度來說，地鐵車輛段調度管理研究相對較少。因此，加大 對地鐵車輛段調度信息管理的研究力度，提高地鐵車輛段信息化程度，對于提高地鐵的 運營效率具有重要的意義。
1.3論文主要內容
本文在基于現場調研的基礎之上，對車輛段內各部門和崗位的工作職能進行分析， 對段內運營生產流程進行概述，完成系統的需求分析、定義系統的用戶角色。然后實現 系統數據庫結構、硬件及網絡結構的設計。接著建立算法編制模型，選取合適的計劃編 制策略，并且對技術作業圖表進行分析設計。最后對系統進行編程實現。論文各章內容 如下。
第一章 緒論。本章介紹本課題的研究背景及選題意義，并且對現階段國內外地鐵車 輛段信息化程度進行分析，對論文主要內容和基本框架進行論述。
第二章 地鐵車輛段的作業流程和需求分析。本章對地鐵車輛段進行概述，對各個崗 位的職能和作業流程進行分析，再次基礎上對地鐵車輛段信息管理系統的需求進行說明 和分析。
第三章 地鐵車輛段調度信息管理系統的系統設計。本章在需求分析的基礎之上，對 系統進行設計說明，并且對系統的數據庫結構、網絡硬件結構進行說明，對系統的功能 模塊進行劃分，詳細的對其進行敘述。
第四章 地鐵車輛段調度信息管理系統收發車計劃編制算法模型。針對收發車計劃的 編制問題，將收發車計劃分別歸納為指派模型，并且分別對其進行求解，且對算例進行 分析。
第五章 地鐵車輛段調度信息管理系統的實現。本章詳細介紹系統的功能，展現了系 統的部分界面和特點。
結論部分對全文進行了總結，為下一步對車輛段的研究進行了展望。
2地鐵車輛段作業流程和系統需求分析
2.1車輛段概況
車輛段是地鐵車輛的停放、整備和管理中心，段內系統和設備眾多，其與正線車站 相比線路、道岔密集，日常生產強度較高，涉及專業較多［24］。其生產內容大多集中在非 運營時段內，合理高效發揮車輛段作業，確保車輛段工作的有序開展，是全線作業組織 的關鍵內容。
2.1.1設備組成與線路布局
車輛段現場的設備一般包括傳統的信號室外三大件，轉轍機、信號機和軌道電路， 配備計算機聯鎖系統對段內的進路進行控制。同時在檢調室內設置ATS車站分機為調度 員提供列車運行圖信息和列車的實時運行信息，協助編制列車出庫庫計劃。此外，一般 還配置有傳統的0A辦公系統、閉路電視監控系統(CCTV, Closed-Circuit Television).電 力監控設備(SCADA, Supervision Control and Data Acquisition)、火災自動報警設備 (FAS, Fire Alarm System)、環境與設備監控設備(BAS, Building Automation System)等， 保證段內日常正常有序的生產［25］。
同時，段內線路和建筑種類繁多。建筑包含停車檢修庫、雙周三月檢庫、廠架修庫、 鏇修庫、洗車機庫、待修車停車線、平板車庫、調機庫、移車臺、吹掃庫等檢修場地和 車輛段運轉室等。線路包括試車線、材料裝卸線、檢修線、鏇修線、雙周檢和三月檢線、 廠架修線等［26］。各檢修線為滿足車輛的檢修計劃各司其職，是專門為列車特定檢修計劃 設置的線路，該類線路帶有各類特征，例如在線路上設置地溝、設置作業臺、設置車頂 平臺等，以實現各類生產作業計劃。同時，停車檢修線一般分為兩部分，分為 AG 和 BG，可以同時停放兩列列車，其示意圖如圖2.1所示。
2.1.2主要涉及崗位與職責
車輛段內調度指揮涉及的崗位包括場段調度員、檢修車間主任、檢修調度員、檢修 班組組長、列檢班組、乘務派班員、車場組司機、正線組司機、專業工程師、保潔人員 等。其工作職責包括［27,28］：
(1)場段調度員，簡稱場調。其主要任務是根據列車運行圖和ATS列車運行狀態， 編制發車和收車任務，以及每個車次列車的運行股道和起止時間；接收車輛檢修調度員 的檢修需求，結合每天的運行圖，排列開班前發車、早高峰加車、早高峰退車、晚高峰 加車、晚高峰退車、下班收車等出入段列車進路；結合占線板上現車信息，對列車運行 圖和 ATS 列車實時運行狀態等信息進行綜合管理，同時操作聯鎖系統，完成進路排列， 使信號開放開放。
(2)檢修車間主任主要任務是通過編制車輛檢修年生產計劃、月生產計劃等，實現 檢修任務與檢修能力的最佳匹配，從宏觀層面保證運行圖的交車任務和雙周及以上修程 的檢修任務。
(3)檢修調度員，簡稱檢調。主要職責是制定檢修生產計劃，明確生產作業的時間、 地點、要求和角色等信息；掌握各車輛的運用狀態、停放股道和當前的作業內容；編制 各類車輛故障信息，跟蹤記錄故障信息的完成情況，保證每一班車場內車輛的檢修作業 正常進行；記錄和更新車輛的狀態，記錄列車的運營里程等信息；完成對車輛占線版的 維護等工作。
(4)檢修班組指直接承擔日常檢修與專業檢修任務的人員。主要包括：列檢班組、 月修班組、定修班組、綜合工班(包括駐站檢修人員、保潔、專業工程師)。列檢、月 修、定修等檢修班組組長接受檢修調度員的檢修通知，并派發給具體的檢修小組及相關 人員；檢修小組接收到檢修通知后，提前到達指定股道接車，詳細記錄列車在運行和停 妥后列車走行部的故障以及故障處理情況；所有的檢修作業結束后，需要將檢修情況反 饋給檢修調度員。
(5)乘務派班調度員主要任務是根據場段調度員送來的收發車計劃和調車計劃，在 合適的時間和地點完成機組人員的分配，記錄機組人員的出勤退勤信息和列車的運轉情 況。
(6)正線組司機由正副司機組成一個機班，其出勤時間由乘務派班調度員進行安排， 其出勤時間通過微信群或手機短信進行通知。
(7)車場組司機的職責是執行車場調度下達的的調車命令，確認檢調分配的檢修車 輛車輛和計劃內容。
2.2生產任務分析
車輛段內的生產作業總體上來說是為了滿足列車的正線運營要求設立的，其主要參 與的角色包括位于地鐵調度中心(OCC, Operation Control Center)的行車調度員，簡稱行 調；位于車輛段調度中心(DCC, Depot Control Center)的檢修調度員，簡稱檢調；同樣位 于 DCC 的場段調度員，簡稱場調；乘務派班員、檢修班組、司機等崗位共同完成［29］， 段內總體生產作業流程如圖 2.2總體業務流程圖所示。
本系統為面向檢調和場調的信息管理。其涉及的主要業務流程包括收發車作業、檢 修作業和信息的綜合管理。其中發車計劃決定車輛段的運營計劃，收車計劃是列車正線 運行任務結束回庫后股道停放的依據，檢修作業是保證車輛正常運轉的重要手段，而調 車作業可以保證檢修作業和一些施工生產任務。
2.2.1發車作業任務
地鐵正線運營的列車在結束正線運營之后，需要回到從屬的車輛段，停放在車輛段 內特定的線路上，然后根據車輛的檢修周程完成檢修任務，其目標是保證車輛的正常運 用，保證運營的安全，這一過程是檢修調度進行跟蹤和完成的。在次日，檢調會將狀態 良好的車輛提供給場調，同時，正線調度中心的行車調度員會給場調提供列車運行圖， 該列車運行圖為車輛段列車的出發提供車次號和時刻表，場段調度根據運行圖信息和可 運用車信息，再考慮列車的停放股道的情況，以編制發車計劃，也稱作日運營計劃。乘 務派班員根據發車計劃安排司機，在時機合適的條件下，將列車駛往正線，以完成發車 作業的生產流程。
該流程中的重點是合理的為運營車次分配合適的列車，即發車計劃的編制。發車計 劃的編制需要綜合考慮車輛的次日檢修需求，回庫列車的實際停放位置，運行圖等信息， 運行圖內包含了當日運營計劃，場調需要對運營計劃中的車次合理分配對應的列車。車 次與列車號確定之后，發車時間、車輛位置等信息便可以由運行圖和車輛位置信息隨之 確定。
2.2.2收車作業任務
地鐵正線運營的列車在結束運營任務之后，需要回到車輛段，場調依據車輛運行狀 態，當日和次日的檢修需求為車輛回庫安排股道位置，辦理進路，檢調依據場調提供的 列車回庫股道位置安排檢修班組完成列檢計劃，同時完成占線版的更新。
收車計劃的編制是依據當日的列車運行計劃、檢修調度員提供的檢修需求和當前段 內股道的占用情況進行。以為回庫車輛安排合適的股道，以滿足單日的故障回庫修要求、 次日檢修要求和次日的發車要求。良好的收車計劃可以減少不必要的調車作業和提高檢 修作業的效率。
2.2.3檢修生產任務
檢修生產任務是車輛段的核心任務，檢修計劃是檢修調度根據檢修修程進行制定， 在保證列車運輸需求和運輸質量的前提下進行。車輛駛入段之后，根據場段調度的安排 駛入合適的位置，根據車輛修程進行檢修。未安排計劃時進行日檢作業，安排計劃時進 行定期檢修。運營列車在運營途中發現故障時，若故障能在司機的處理能力范圍之內并 經司機處理恢復可繼續運行，則可繼續運行或維持運行，若故障司機無法處理則盡快將 列車行駛至折返線或停車線，后續由列檢人員進行處理，當列車需要進一步檢修時，則 將車輛轉為臨修處理。其中計劃性檢修作業包括日檢、雙周檢、三月檢、定修（年檢） 等，而故障修的來源包括司機報活、駐站報活和列檢報活，檢修流程如圖 2.3 所示。
2.2.4調車作業任務
車輛段內調車作業包括洗車作業和轉線作業。庫洗時將在檢修庫內需要清洗的車 輛，從停車線調到洗車線洗車。回洗時將在正線退車后，由于洗車線忙碌導致停車在停 車線的情況，也通過調車作業將車輛調車到洗車線洗車。對于轉線作業，是為了滿足車 輛在特定的線路上檢修而進行的調車作業。調車計劃一般包含作業時間、股道信息、摘 /掛方式、車數和備注信息等內容。調車時需綜合考慮現車情況，避免與列車作業相沖突。
場段調度收到轉線或洗車請求時候，編制調車計劃，將計劃下發給車場組人員，車 場組根據計劃進行調車作業，車場組會檢查現場條件是否滿足計劃條件，在得到確認之 后執行計劃。
2.2.5問題分析
在對車輛段作業流程進行調研分析之后我們發現車輛段內的設備密集，部門眾多， 各類作業主要通過人工進行，對車輛段關鍵信息掌握的實時性不足，缺少一套綜合的車 輛段調度信息管理系統。具體表現為：調度人工編制收/發車計劃，編制效率低下；制定 檢修計劃、申請調車作業、協調收發車計劃都需檢調人員的參與，檢調需要綜合的信息 量較大，壓力較大，出錯率較高；調度員主要依靠筆，紙，電話，口頭，電臺等人工方 式交換，記錄數據，準確性低下，勞動強度大。
2.3需求分析
地鐵車輛段調度信息管理系統需要對車輛段內的各個生產業務進行綜合的管理，通 過為崗位之間關鍵信息的共享建立起各崗位之間的聯系。以提高各崗位生產作業編制、 運營的效率，從而進一步提高整個車輛段的運作效率，減少資源的浪費，更為有效的輔 助正線運營，基于前章對車輛段內的崗位職責、生產流程和各崗位之間的關系，系統應 該滿足以下需求。
(1)系統應該遵守車輛段內生產作業流程，保證各個崗位之間關鍵信息的共享。使 信息在傳遞過程中不被丟失，為用戶提供可視化、直觀、簡單的操作，并且應該盡量符 合用戶的操作習慣，滿足各調度崗位的需求。
(2)實現對收發車作業的管理。系統應采用信息化技術，取代人工編制收發車計劃 的方式，通過自動生成計劃，提高編制效率，并且可以對計劃進行調整，保存，刪除， 修改等操作，采取合理的人機交互方式，便于操作。
(3)提高檢修信息的管理效率。檢調需要處理的信息量加多，各環節均需要檢調的 參與，因此，采用信息化的技術，取代以往通過辦公軟件編制計劃，紙質單管理計劃的 方式，提供合理的交互界面，盡量符合原檢修計劃的編制方式。并且可以對計劃進行調 整，保存，刪除，修改等操作。
(4)生產作業的集中顯示。對車輛段內的關鍵的信息進行綜合的顯示，將段內的生 產情況進行展現，這些生產活動包括列車發車作業、列車收車作業、檢修作業等，為用 戶提供直觀的顯示。
(5)數據查詢功能。將各種重要的信息存儲在系統數據庫中，以取代原有紙質文檔 等方式記錄計劃的方式。同時應該支持各類查詢的方式，可以按車號，日期等方式對數 據進行查詢。
2.4本章小結
本章首先概述了車輛段的總體情況，介紹了車輛段的設備組成和線路布局，然后對 本調度涉及的主要崗位和職責進行了介紹。最后通過分析收車作業、發車作業、檢修作 業和調車作業的生產流程對段內的運營進行了解，為地鐵車輛段信息管理管理系統的系 統設計打下基礎。
3地鐵車輛段調度信息管理系統設計
3.1總體設計說明
本課題依托校企正在研發的“地鐵車輛段綜合自動化系統”，該系統面向車輛段運營 管理的全過程，在車輛段作業計劃編排與下達、管理與下達、檢修調度、乘務派班、綜 合監控等各個環節中充分運用現代信息技術，形成管控一體化信息平臺。
本系統屬于“地鐵車輛段綜合自動化系統”的一部分，該系統有調度信息管理系統、 乘務派班子系統、檢維調度子系統、自動現車子系統、自動進路子系統和綜合監控子系 統組成。本文系統與該系統的邊界如圖系統邊界示例圖 3.1 所示。其中，車輛段內的股 道占用信息是通過自動現車子系統傳遞而來，以確定股道的狀態信息。正線的列車運行 圖信息是 ATS 系統通過自動現車子系統的 ATS 系統接口傳遞而來。車輛的檢修信息、 檢修狀態等通過檢維調度子系統傳遞而來，以確定可運用車輛信息。調度信息管理系統 生成的檢修作業計劃傳遞給檢維調度系統，實現對車輛的檢修維護。收發車計劃等信息 傳遞給自動進路系統以實現對計算機聯鎖系統的自動控制、傳遞給乘務排班系統以便于 乘務派班人員對機組人員的派動。將生成的生產作業信息傳遞給自動現車系統以實現信 息的綜合顯示。
Al：列車位置信息、股道占用信息等 A5:收發車、調車計劃信息等 |
A2:檢修計劃、收發車計劃、調車計劃等A6：收發車、調車計劃信息等 |
A3:車輛信息、車輛檢修信息等 I
A4:列車檢修計劃信息 I
地鐵車輛段綜合自動化系統
圖 3.1 系統邊界
3.2系統結構設計
由于本系統依托“地鐵車輛段綜合自動化系統”進行設計，因此與該系統具有相同 的系統結構，系統采用客戶機/服務器(C/S, Client/server)結構，由客戶端和服務器端組成。 采用 TCP/IP 通信實現客戶端與服務端直接的數據傳輸。服務器負責完成系統和數據庫
的數據交互，客戶端實現系統界面的顯示和人機交互。該系統結構如圖 3.2 系統結構圖 所示，其中車輛段調度中心設備包括檢修調度終端、場段調度終端、乘務派班終端、綜 合監控終端和電子占線板維護終端（大屏顯示部分）；中心機房設備包括數據庫服務器、 應用服務器和通信服務器組成；室外識別設備包括車號識別設備，結合聯鎖系統實現對 現車的管理；系統接口主要為聯鎖系統接口和ATS系統的接口；系統通過手持臺與現場 人員通信，實現作業狀態的確認。
調度中心檢修終端的功能是實現檢修計劃管理，對故障修、計劃性檢修進行綜合把 握，掌握車輛檢修的執行進度和完成情況，實現數據的管理和數據查詢維護，掌握段內 檢修和運用車輛的狀態信息。場段調度終端的功能是實現對列車計劃的管理，包括對收 發車計劃的編輯和查看，對計劃進行數據的維護和查詢，掌握行車計劃的執行狀態。中 心機房中應用服務器用于部署應用程序軟件，來實現數據的處理和邏輯運算，數據庫服 務器完成數據的存儲與讀取，同時將數據存儲于磁盤陣列之中，其中應用服務器、數據 庫服務器均采用雙機熱備。室外車號識別設備完成對車次號的識別和車輛位置的定位。 同ATS系統進行數據接口是為了接收來自ATS系統的列車運行狀態信息。終端之間通 過交換機組成系統的局域網，實現終端之間的數據傳輸。
圖 3.2 系統結構
3.3系統數據庫設計
數據庫的設計是信息管理系統實現的關鍵一環。合理的數據庫結構不僅可以提高數 據的存儲效率，同時可以保證數據的完整和一致［30］。
本系統可以將數據分為基礎數據表、業務數據表和歷史數據表。基礎數據表是指系
統運行過程中的基礎數據，主要包括車輛段內線路基礎信息表、車輛信息表等，作業數 據表則是在計劃編制信息傳遞中產生的生產作業數據。歷史數據表的表結構內容和業務 數據表一致，一方面是為了提高作業數據表的查詢效率，另一方面是為了便于數據的統 計與查詢分析。
(1)線路基礎信息表 線路信息表屬于基礎數據表，為其他作業業務表提供數據支持。其中線路 ID 為該 表的主鍵，同時還有線路名稱、所屬場別ID、線路端口屬性，線路順序，線路長度和 是否刪除等字段，線路所屬場別 ID 關聯 JC_YARD 表內字段。其具體字段的說明如表
3.1所示。該表為計劃編制提供股道信息。
表3.1 JC_RAIL-線路基礎信息表
字段名 字段類型 含義 備注
RAILID VARCHAR2(10) 線路 ID 主鍵
RAILNAME VARCHAR2(20) 線路名 如股道 18AG、19BG
YARDID VARCHAR2(6) 所屬場別 ID 關聯JC YARD表中的YARDID
字段
SORTORDER INTEGER 線路順序
LINEUSETYPE INTEGER 線路端口 1 左端可用、2-右端可用、3-兩 端可用
RAILLENGHT NUMBER(6,2) 線路長度
NOTE VARCHAR2(80) 備注
ISDEL INTEGER 是否已刪除 1-刪除，0-未刪除
(2)場別基礎信息表
場別表屬于基礎數據表，為其他業務提供數據支持。其中主鍵為場別ID,同時其 中還有場別名稱、場別代號、順序、有效狀態、是否刪除等字段。其具體字段的說明如 表 3.2 所示。
表3.2 JC_YARD-場別基礎信息表
字段名 字段類型 含義 備注
YARDID
YARDNAME
CODENAME VARCHAR2(6)
VARCHAR2(16)
INTEGER 場別 ID
場別名
場別代號 主鍵
雙周三月檢庫、停車檢修庫等
1- 停車檢修庫、2 雙周三月檢庫、
3材料裝卸線等
表3.2 JC_YARD-場別基礎信息表 續表 3.2
字段名 字段類型 含義 備注
SORTORDER INTEGER 順序
YARDSTATE INTEGER 場別有效狀態 1-場別使用，0-場別撤銷
NOTE VARCHAR2(80) 備注
ISDEL INTEGER 是否己刪除 1-刪除，0-未刪除
(3)運行圖信息表
運行圖信息表屬于基礎數據表。其如表 3.3 所示，運行圖信息表為收發車計劃的編 制提供車次信息和車次順序等重要信息，是非常關鍵的信息表。運行計劃 ID 是主鍵， 該表中還包括出段時間、出段地點、入段時間、入段地點、圖號、車次號、運行類型等。 該表是編制收發車計劃的數據來源之一。
表3.3 JC_TRAINSCHEDULE-運行圖信息表
字段名 字段類型 含義 備注
SCHEDULEID VARCHAR2(16) 計劃ID 主鍵
EDITTIME DATE 編輯時間
SPLANID VARCHAR2(16) 運行圖計劃編號
DEDEPOTTIME DATE 出段時間
EDDEPOTPLACE VARCHAR2(20) 出段地點
ENDEPOTTIME DATE 入段時間
ENDEPOTPLACE VARCHAR2(20) 入段地點
WEEKNO VARCHAR2(30) 圖號
TRAINNO INTEGER 車次號
TRAINTYPE INTEGER 運行類型 1-正線運行、2-早高峰
RUNNUMBER INTEGER 車程
NOTE VARCHAR2(80) 備注信息
ISDEL INTEGER 是否己刪除 1-刪除，0-未刪除
(4)車輛信息表 車輛信息表屬于基礎數據表，為其他業務表提供基礎數據支持，車輛 ID 作為該表 的主鍵，其中還包括車號、車輛類型字段。其具體字段的說明如表 3.4 所示。該表作為 數據基礎表格為計劃的編制提供車輛信息依據。
表3.4 JC_CAR-車輛信息表
字段名 字段類型 含義 備注
CARID VARCHAR2(16) 車輛 ID 主鍵
CARNUM INTEGER 車號 電客車車號，如“100301”
CARTYPE VARCHAR2(16) 車輛類型 KC：客車GC：工程車等
NOTE VARCHAR2(80) 備注信息
ISDEL INTEGER 是否已刪除 1-刪除，0-未刪除
(4) 列車計劃表 列車計劃表屬于業務數據表，負責存儲列車計劃編制中產生的收發車計劃信息。其 中計劃ID,屬于該表的主鍵。該表中還包含車次號、計劃類型、列車類型、計劃狀態 等信息。其具體內容如表3.5所示。
表3.5 YW_TRAINPLAN-列車計劃表
字段名 字段類型 含義 備注
PLANTRAINID VARCHAR2(20) 計劃 ID 主鍵
TRAINNO INTEGER 車次號
PLANLIST VARCHAR2(16) 計劃單號
DIRECTION INTEGER 計劃類型 1-發車， 2-收車
SWITCHLINEI
D VARCHAR2(20) 轉換軌線
LINEID VARCHAR2(20) 計劃到發線 ID 參考JC_RAIL線路表
RAILID 字段
ACLINEID VARCHAR2(20) 實際到發線
TRAINTYPE INTEGER 列車類型 1-正線運行， 2-早高峰， 3-
晚高峰， 5-工程車， 6-其他
PLANSTATE INTEGER 計劃狀態 1-等待， 2-確認發車， 3-完成
BEGINTIME DATE 計劃開始時間 計劃起始時間
ENDTIME DATE 報點時間 實際時間
CARID VARCHAR2(16) 車輛 ID 參考JC_CAR車輛表
CARID 字段
DEPOTINFO VARCHAR2(20) 場段信息
DISPATCHERI
D INTEGER 調度員 ID 編制調車單人員，關聯
JC_USER 表
SHIFTID INTEGER 班次 關聯 JC_SHIFT 表
NOTE VARCHAR2(80) 備注信息
表3.5 YW_TRAINPLAN-列車計劃表 續表 3.5
字段名 字段類型 含義 備注
ISDEL INTEGER 是否己刪除 1-刪除，0-未刪除
(5)調車計劃表 調車計劃表屬于數據業務表，其主鍵為調車計劃單單號，其內容包括作業單流水號、 場別ID、車輛ID、調度員ID、班次信息、計劃開始時間、作業單狀態等字段。其具體 內容如表 3.6 所示。
表 3.6 YW_SHUNTINGPLAN-調車計劃表
字段名 字段類型 含義 備注
SHUNTINGPLANNO VARCHAR2(20) 調車計劃單單 號 主鍵
FLOWNO INTEGER 作業單流水號
EDITINYARDID VARCHAR2(6) 場別 ID 編輯作業單所在場別ID,關
聯 JC_YARD 表
CARID VARCHAR2(16) 車輛 ID 車輛ID,關聯JC_CAR表
DISPATCHERID INTEGER 調度員ID 編制調車單人員,關聯 JC USER 表
SHIFTID INTEGER 班次 關聯 JC_SHIFT 表
PLANDATETIME DATE 計劃開始時間
TRIPAMOUNT INTEGER 調車鉤數
NOTE VARCHAR2(80) 備注
EDITDATETIME DATE 編制時間
SENDDATETIME DATE 發送時間
COMPLETEDATETIME DATE 完成時間
PLANSTATUS INTEGER 作業單狀態 0-未發送, 2-發送失敗, 3- 已發送, 4-手工發送成功,
5-正在執行, 6-已完成
REALBEGINTIME DATE 實際開始時間
(6)鉤計劃表
鉤計劃表是為了滿足調車鉤計劃數據的處理設立的表格，其與調車計劃表關系密 切。每一個調車計劃由一個或多個鉤計劃信息組成，鉤計劃表屬于業務數據表，該表包 括鉤計劃順序、鉤所在場別ID、牽出線ID、運行方向、車數和鉤計劃的作業時間等內
容組成，具體由表 3.7 所示。
表3.7 YW_TRIPPLAN-鉤計劃表
字段名 字段類型 含義 備注
SHUNTINGPLANNO VARCHAR2(20) 調車作業計劃
單單號 主鍵
ORDERNO INTEGER 鉤計劃順序
YARDID VARCHAR2(6) 鉤所在場別ID
RAILID VARCHAR2(10) 牽出線 ID 關聯JC_RAIL表
REALDIRECTION VARCHAR2(10) 方向
OPERATION VARCHAR2(10) 掛甩方式
AMOUNT INTEGER 車數
TIMECOSTINGPLAN INTEGER 計劃作業用時 單位分鐘
BEGINTIMEPLAN DATE 計劃開始時間
TIMECOSTING INTEGER 實際作業用時 單位分鐘
BEGINTIME DATE 實際開始時間
TRCOMPLETETIME DATE 鉤完成時間
UPOROFFVEHICLE VARCHAR2(10) 摘掛車號 0-未執行， 1-正在執行，
TRIPSTATUS INTEGER 鉤狀態 2-已完成， 3-手動完成，
4-外部接口反饋完成
NOTE VARCHAR2(80) 備注
(7)檢修計劃表 檢修計劃表屬于業務數據表格。該表的作用是存儲車輛檢修計劃編制過程中產生的 各類業務數據。檢修計劃編號為該表的主鍵，該表還包括車輛ID、線路ID、檢修作業 類型等字段。其具體內容如表3.8所示。
表 3.8 YW_MAINTENANCEPLAN-檢修計劃表
字段名 字段類型 含義 備注
PLANID VARCHAR2(6) 檢修計劃編號 主鍵
CARID INTEGER 車輛 ID 參考JC_CAR車輛表
MAINTENANC
ESTATE INTEGER 計劃狀態 1-草稿、2-確認、3-執行中、
4-結束完成
MAINTENANC
ETYPE INTEGER 檢修作業類型 1-日檢、2-雙周檢、3-三月檢、
等
表 3.8 YW_MAINTENANCEPLAN-檢修計劃表 續表 3.8
字段名 字段類型 含義 備注
RAILID VARCHAR2(10) 線路ID 關聯 JC_RAIL
BEGINTIME DATE 計劃開始時間
ENDTIME DATE 計劃結束時間
ACBEGINTIME DATE 實際開始時間
ACENDTIME DATE 實際結束時間
DISPATCHERI D INTEGER 調度員 ID 編制調車單人員,關聯
JC_USER表
SHIFTID INTEGER 班組 關聯 JC_SHIFT 表
NOTE VARCHAR2(80) 備注信息
除了上面列出的數據表格之外,系統還有其他數據表格,例如班組信息表
JC_SHIFT、用戶信息表JC_USER等，在此不再贅述。各數據表之間的關系可以由圖3.3 進行表示。基礎數據表為業務數據表提供數據支持,業務數據表是系統數據讀取與存儲 最頻繁的表,歷史數據表的設立是為了防止業務數據存儲過大,導致的軟件操作緩慢, 業務數據表的內容會定期的轉存到歷史數據表中,保證數據讀取和存儲的流暢度。
圖 3.3 數據表總體結構
3.4系統功能設計
根據需求分析將本系統分為三部分,包括場調信息管理模塊、檢調信息管理模塊和 技術作業圖表顯示模塊。場調信息管理模塊的功能包括對運行圖模板的維護、收發車計 劃管理和調車計劃管理；檢調信息管理模塊的功能包括對檢修計劃的綜合管理、當日檢 修計劃的管理和故障修的管理；技術作業圖表顯示模塊是對站內各作業計劃的顯示，包 括收發車作業計劃、調車作業計劃和檢修作業計劃，通過技術作業圖表底圖、計劃線、 實績線和作業線標注的方式集中直觀的展現段內生產活動。系統功能模塊分類圖如圖 3.4 所示。
調度信息管理系統
3.4.1場調信息管理模塊設計說明
場調信息管理模塊由收發車計劃管理、調車計劃管理、運行圖模板維護功能組成。 其中運行圖模板維護功能的目標是實現對正線運行圖計劃的維護和管理，收車計劃管理 模塊和發車計劃管理模塊的目標是實現對列車作業的信息化管理，并且實現計劃的自動 生成。
(1)運行圖模板維護功能 該模塊實現對系統中列車運行圖的查看和編輯功能，其通過輸入圖號對其進行查 詢，或顯示所有現有的運行圖計劃，選擇對應的圖號可對該運行圖進行修改和查看，實 現對運行圖模板的維護。
(2)調車計劃管理 地鐵車輛段調車作業服務的主要對象為轉線作業和洗車作業，轉線調車可以根據類
型分為接觸網供電區車組自行轉線和段內工程車牽引轉線。調車計劃由一條或多條鉤計 劃組成，列車根據計劃進行作業，鉤計劃內應該包含目標調車線、甩掛類型和運行方向 等內容。同時應該支持對調車作業單的打印等操作。
(3)收發車計劃的管理
本功能的目標是實現對列車計劃的綜合管理，實現對計劃的制定、編制和查看。如
果需要對計劃的添加、修改等操作,直接點擊對應按鈕即可。若需要實現對計劃的快速 生成,則通過計劃模板編輯按鈕,進入編輯界面,選擇自動填入功能,以生成計劃。該 模塊的流程圖大體如圖 3.5 所示。
圖 3.5 收發車計劃管理流程
3.4.2檢調信息管理模塊設計說明 檢調信息管理模塊是為了協助檢修調度對車輛段車輛檢修計劃的編排和管理,本系 統中將細分為當日檢修計劃管理、檢修計劃綜合編制和故障修管理。
(1)檢修計劃的綜合編制 該模板的目標是協助用戶完成各類計劃性檢修計劃和臨修計劃的查看和編排,便于 用戶從整體上掌握檢修計劃的完成情況。該功能可以按時間段對計劃進行劃分,制定某 一時間段內所有車輛的檢修方案。對計劃的編號、檢修機車號、檢修類型、計劃開始時 間、計劃結束時間、實際完成時間等進行綜合記錄。為用戶對車輛的運行狀態提供分析 依據,也為各類決策做數據支撐。
(2)當日檢修計劃管理 該模塊的目標是協助用戶完成對當日檢修計劃的管理。檢修調度日常管理的檢修活 動一般包括計劃性檢修、車輛臨修和車輛故障修，檢調需要對當日的檢修任務進行掌控， 把握該日的檢修任務完成情況，記錄計劃開始時間與結束時間，以便于日常的運營決策。 該界面為用戶展現當日的計劃修、臨修和故障修，并且用戶可以對計劃的完成進度進行 把握，添加開始時刻、結束時刻，還可以對計劃進行延期操作，其流程如圖 3.6 所示。
圖 3.6 當日檢修計劃管理
(3)故障修管理
該模塊的目標是幫助檢調完成對車輛故障修的管理，以往傳統車輛段內管理故障修 的方式是通過電子表格的方式對車輛故障進行記錄，在故障檢修完畢之后再對該表格進 行補充和說明，這樣對于數據的規范和統計存在極大的不便。該模塊的作業便是規范這 一過程,將錄入和銷記得流程規范,使故障修的過程得到跟蹤記錄,其管理的過程如圖
3.7 所示。
圖 3.7 故障修管理流程
3.4.3技術作業圖表功能模塊設計說明
技術作業圖表功能模塊是表參考編組站技術作業圖表［31］和動車段（所）技術作業圖 表［32］的設計思想,將車輛段內的關鍵調度信息進行圖形化綜合顯示,在滿足各項規則制 度的情況下,對計劃數據進行繪制,保證數據的可讀性,為用戶呈現一個友好的顯示界 面,以達到集中且直觀的展現車輛段內各個時間段的生產作業信息的目的。
綜合顯示模塊通過對作業線的繪制和特殊標記,可以實現信息共享,準確的掌握段 內各股道的作業情況、直觀的為用戶呈現段內的生產作業信息,為車輛段精細化管理、 生產運營決策提供依據。
本模塊中技術作業圖表與編組站技術作業圖表的構成相似,由時間軸、股道軸、技 術作業圖表底圖、計劃線和實際線組成。股道軸包含車輛段所有的股道,還包含與正線 相鄰的轉換軌,并且對其所屬的場別進行分類標記。底圖由橫豎交叉的細線構成。其中 豎線的含義是列車的動作,橫線的含義代表列車在股道中的停留時間。通過豎線和橫線 的相連可以看出列車的活動軌跡。計劃線和實際線由收發車計劃、調車計劃、檢修計劃
相關的數據組成，并且通過在線上的不同標注來區分各類型的計劃，技術作業圖表的繪 制流程大體上如圖 3.8 所示。
圖 3.8 技術作業圖表繪制流程示意圖
總體上來說，繪制技術作業圖表的過程是定時從數據庫內讀取計劃數據，將計劃數 據保存到結構體數組內，然后通過轉換的計算得到繪制線路的坐標數組，接著通過對數 組的的遍歷，判斷坐標數組的數據類型，通過坐標值完成對作業線的繪制。當時間發生 變化或者鼠標滾動時候，重新對生產任務節點的坐標值進行計算，然后對所有的計劃進 行重新繪制。
3.5本章小結
本章實現對地鐵車輛段調度信息管理系統的系統設計，首先介紹了系統的總體設計 和系統界限，然后分析系統的網絡結構、數據庫結構，最后詳細的介紹了本系統的各個 功能模塊，對場調信息管理、檢調信息管理和信息綜合顯示進行詳細的介紹，為后續的 系統實現打下堅實的基礎。
4地鐵車輛段調度信息管理系統計劃編制算法模型
收發車計劃的自動編制是地鐵車輛段調度信息管理系統重要的一環。本章在前文對 收發車流程分析的基礎之上，完成計劃編制的模型建立和算法研究，并且基于數據進行 算例的求解和分析，為車輛段的運營管理提供決策的支持。
4.1發車計劃編制模型和算法研究
發車計劃編輯需要將狀態良好的列車分配給車次任務，以完成運行圖中的運營任 務，該過程即為發車計劃的編制。當前場段調度編制計劃的方式仍然停留在手動編制的 基礎之上，即根據當前可運用車信息、車輛股道停放信息進行編制，由于受主觀因素的 限制，手動編制的計劃不夠客觀，較為繁瑣。本節針對發車計劃的編制問題，將其歸結 為一類指派問題，采用一種基于成本矩陣的蟻群算法對模型進行求解，通過列車計劃合 理的編排提高車輛段運營管理的效率，進一步減輕調度人員的勞動負擔。
4.1.1 模型的建立
發車計劃的編制問題，概況的來說就是在次日正線列車運行計劃確定，在滿足檢修 要求、股道位置要求等一定的條件之下，選擇段內合適的車輛去完成次日正線運行計劃 的過程，因此，發車計劃的編制問題可以視為一類指派問題。
編制計劃的過程中，選取合適的車號對車次進行匹配，其車次號與電客車的匹配程 度最大，運營成本便越低。假設可擔任運行計劃中的車輛集合為{Ni,i = 1,2,...,m},其 中m代表可運用車輛的總量，運行計劃中車次號總體集合為(M" = 1,2,...,n}, n代表需 要擔任計劃的車次總量，其中m> n ,即可運用車數量應該大于運行圖需求數量。為保 證運營成本最低，其目標函數如(4.1)式所示：
m -p n -p
Min(為乞(CijXij)), i = 1,2,3,..., m — p, j = 1,2,3,..., n — p (4」)
i=1j=1
其中，p代表指定車次任務的車輛數量；C代表N車輛承擔Mj車次任務的匹配成本值, 該匹配值越小，代表N車輛承擔Mj車次任務的代價越低；Xtj代表車次與車輛的匹配 關系，X寸為0-1變量，當Xy. = 0時，代表車輛N未指派給Mj車次任務，X = 1時，代 表車輛N指派給車次Mj任務。
在此基礎之上，同時應該滿足計劃編制的約束條件，首先保證每一車次任務只由一 輛列車承擔，保證任務的唯一性：
n
工 兀=1, j = 1,2,...,n - p
i=1
(4.2)
此外還應當保證，同一列車至多承擔一個車次任務：
m
工Xij <1,i = 1,2,...,m — p
j=1
(4.3)
受高峰制定車次分配的影響，應該保證指定車次任務可以得到執行，因此需要滿足 以下約束：
MS = MCS (4.4)
其中，Ms代表指定車次任務，包括高峰車次和特定任務車次；代表分配給車次任務 的車輛數.
由于發車線路存在AG、BG現象，二者之間應該滿足股道停放約束，BG的發車時 間應該晚于AG的發車時間，即優先考慮AG可運用車輛。
< 0, TBGi =1
1,TBGi =0
(4.5)
其中，4代表車輛Tig,是否可以安排車次，當其為A = 0時，代表該車輛TBGi= 1當 前不能分配車次，當A, = 1時，代表車輛Tbg,= 0可以分配車次。
因此可以得到發車計劃編制的數學模型為：
m -p n -p
Min(工工(CjXj)),i = 1,2,...,m -p, j = 1,2,...,n-p i=1j=1
n
工 Xij =1, j = 1,2,..., n - p
i=1
m
工Xj <1,i = 1,2,...,m -p
j=1
4.6)
s.t.\Ms = Mcs
a=Kg'=0
[Xj G [0,1]
該模型可描述為，在滿足段內可用車輛大于計劃編制需求車次、一個車次計劃只安 排一輛列車、一輛列車最多安排一個車次計劃、滿足高峰車次等特殊任務的條件下，優 先考慮AG可運用車輛，以車次與車號匹配成本最低為目標的數學模型。
4.1.2 人工蟻群算法概述
對于發車計劃編制是屬于指派問題。指派問題是較為常見的優化組合問題，其求解 方法比較廣泛，通常可以采用匈牙利算法、分支定界發等方法實現，但基于對計算機編 程的考慮，越來越多的指派問題考慮采用智能啟發算法的方式實現［33,34］。啟發式算法通 過啟發式的策略對問題進行規則約束，以指導算法對可行解進行搜索，其通用性強，啟 發式算法較為常用的包括模擬退火算法、粒子群算法、神經網絡等［35］。由于計劃編制過 程中按照車次順序進行車號匹配，考慮到車次與車號之間存在的匹配成本問題，因此考 慮采用人工蟻群算法求解。
蟻群算法［36,37］是由 Marco Dorigo 等人提出的一種智能算法，其靈感來源于螞蟻的食 物尋覓行為。一群螞蟻從一個未經歷的岔口出發，開始時所有螞蟻都隨機選擇路徑行走， 在行走的過程中每一只螞蟻都會在走過的路徑上留下信息素，幫助螞蟻進行路徑的決 策。由于各個路徑之間的距離不相同，在螞蟻不斷周游過程中，各個路徑上留下的信息 素含量便會有所差異，當信息素含量差異足夠大時，選擇同一路徑的螞蟻便會越來越多， 通過正反饋的調節，最終所有的螞蟻都會選擇同一路徑。
人工蟻群算法便是基于該原理。通過螞蟻之間狀態轉移規則的建立和對信息素的不 斷更新，最終得到通往食物的最佳路徑來實現對模型的求解。每只人工螞蟻根據狀態轉 移策略反復的選擇未訪問過的地點，直到完成全部地點的訪問以形成一次周游。一旦所 有的螞蟻都完成周游，通過一種信息素更新規則，對螞蟻訪問的路徑上的信息素數量進 行更新，作為螞蟻下一次周游選擇訪問地點的依據［38］。該模型由兩個階段組成：適應階 段和協作階段。協作階段是指各備選解之間通過信息的積累對自身的結構進行持續調 整；協作階段是通過備選解之間的信息交流以產生更優的解。算法通過不斷的迭代直到 達到終止條件，從而搜索得到最優解［39-41］。
在基本人工蟻群算法中，螞蟻訪問地點的狀態轉移策略如式(4.7)所示：
0, other 其中，pk(t)代表在t時刻的螞蟻k由位置i轉選擇位置j的可能性；allowed代表螞蟻k 未訪問地點的集合；％ = 1/色•是位置i與位置j之間距離djj的倒數，a代表信息素的相 對重要程度，0代表啟發式因子。
隨著時間的推進，螞蟻搜索過程中，之前路徑留下的信息逐漸消失，需要對螞蟻走 過路徑上的信息素進行更新，以加強螞蟻探索其他路徑的可能性。用參數p表示信息素 的消失程度，螞蟻每經歷 n 時刻，完成一次循環，路徑上的信息調整策略為：
巧(+ n) =(1-P)©(t ) + PF(t) PG [0,1] (4.8)
m
“"=工辺(t) (4.9)
k=1
其中，△疥(t)代表第k只螞蟻在該循環中留下的路徑信息量，△©表示該路徑的信息素 增量。對于信息素增量△己j (t)有三種不同計算式，分別為Ant Cycle System, Ant Quantity System和Ant Density System。后兩者中主要利用局部信息進行搜索，前者考慮的則是 整體信息，這里列出前者的表達式[42]：
, —，第k只螞蟻在本次循環中經過j;
AT(t) = \ Lk (4.10)
ij
、0，否則
其中，參數 Q 為信息素強度，其影響模型的收斂度， Lk 代表第 k 只螞蟻在本次循環中路 徑總長度。
4.1.3基于成本節點的蟻群算法模型
基于對發車計劃編制模型的建立和對蟻群算法原理的介紹，構建基于成本矩陣節點 的人工蟻群算法模型，使其滿足解決發車計劃的編制問題的需要。其主要包括成本矩陣 的獲得和算法模型的設計兩部分。
(1)成本矩陣的建立
通過前章的分析可知，基于成本矩陣的蟻群算法求解指派問題的前提是構建合理的 成本矩陣，通過調研發現，檢調為保證車輛之間的均衡運用，在其編制過程中會根據車 輛的運行狀態和運用公里數，對計劃進行統籌安排。在發車計劃編制過程中，將車輛當 前總里程較小的車輛匹配給車次任務最重的車次任務，從而保證每一輛車輛運行總里程 的同步，減少重復性的檢修，從而保證資源不被浪費。
因此，獲取運行圖車次任務信息和車輛的狀態信息，將車輛的運行里程和車次任務 的總里程數作為依據，最理想的情況下是將運行里程最小的列車安排車次里程最大的任 務，運行里程第二小的列車安排給車次任務里程第二的方式，將兩者的排序對位匹配得 到最優。
但是受股道位置，檢修計劃等因素的約束，往往不能滿足要求。現在通過車次與車 號里程排序之間的距離，對成本矩陣進行構建。用Sj = a,a = 1,2,...,n -p代表車次單程 數的排序，Sj = a代表車次j單程數排名為a。用H = b,b = 1,2,...,m-p代表車號運行公 里數的排名，Hi = b代表車號i的總里程排名為b。通過車次排名與最適合列車的之間 相差程度，得到成本矩陣C的計算公式如下：
ij
Cij =|Sj-Hi|,i=1,2,...,m-p, j=1,2,...,n-p (4.11)
通過上述方法完成成本矩陣的構建，得到的成本矩陣的行代表車號，列代表車次任 務，成本矩陣中的節點Vj，表示第j個車次任務被分配給第i輛列車擔任任務，編制計 劃時按時間車次的時間順序，從左往右順序選去車號完成節點路徑的構建，構建的過程 就是計劃的編制過程，路徑的總長度就是該計劃的總成本。
(2)算法設計
基于成本矩陣節點的人工蟻群算法是將成本矩陣中每一個值作為一個節點Vj。當做 一個無向圖，該無向圖的任意兩個節點之間的連通，將成本值和信息素都放置于節點之 上,通過二維數組對其進行表示，代表其第i項任務由第j個單位的完成，其每一節點 都與成本矩陣中的元素對應。通過狀態轉移和信息素的更新逐步完成迭代得到結果［43］。 將該方法應用于發車計劃的編制問題，其建立過程如下：
①初始化信息。由于本問題基于構建得到的成本矩陣，因此將信息素也放置在各 節點之上，用©代表第i輛列車擔任第j項車次的信息素含量，初始化時，賦予每個節 點相同的信息素大小©(0) = C，其中C為常數。
②創建禁忌表。根據車輛狀態信息，對車輛禁忌表進行初始化，明確可用車輛集 合U和暫時不可用列車集合W，已安排車次的列車集合V。
③狀態轉移策略。在初始時刻，螞蟻隨機選擇第一趟車次，然后更新車輛禁忌表， 由于當同一發車線的AG和BG都停放可運用車輛時候，需先考慮AG車輛，因此更新 車輛禁忌時，同時檢查暫不可用列車是否可解除約束條件。然后，根據節點信息素含量 和啟發信息計算轉移概率選擇下一個列車。為了避免螞蟻的搜索陷入局部較長的幾條路 徑之內，因此，考慮引入閾值因子q0和隨機變量q ［43,44］，其節點的選擇的策略如式(4.12) 所示：
argmax^% ()]0}, q < q°
(i,丿)=1 s w (4.12)
(l, m)， other
其中，偽(t)代表該節點的啟發信息，其大小為成本的倒數；q是(0,1)內服從均勻分布 的隨機變量；q°為給定參數值，0 <q° < 1 ； (l,m)則按照以下概率進行選擇：
% (t)『嘰(t)卩$ “
P：m(t) = 1 工畤(呃(t) 9 11
、0, other
其中，%為節點上的信息素濃度，% = 1/ J代表各節點的啟發信息，其值越大代節點 的能見度越高，節點成本越低；a代表信息素的相對重要程度；0表示啟發信息相對重 要程度。
在上述的狀態轉移策略中，可以表述為，在選擇列車擔任車次的過程中，產生一個 隨機數q (0 < q < 1)。當q < q0時，選擇當前能見度最大的節點，否則計算(t)隨機選擇 下一個節點。其中，參數 q0 的值越大則越傾向選擇能見度高的節點，反之參數 q0 的值越 小則越傾向于對新路徑的探索。
④信息素更新規則。螞蟻每選擇一個節點 vij ，便對所選擇的節點進行信息素的更 ij
新，其局部更新信息素的策略為：
巧(t) = (1 -皿(t) + 叫(0) r g [0,1] (4.14)
其中， r 為局部更新揮發系數。通過局部更新策略減少節點上的信息素，增加螞蟻選擇 其他節點的概率。
當全部螞蟻完成所有的節點搜索之后，各螞蟻分別得到局部最優解，之后應該全局 對節點上的信息素進行更新，其更新策略為，
巧=(1-P)巧 +P△瞪,V( i, jG Tbs (4.15)
其中，p是全局更新揮發系數，0<p<1 ；壯；=1/cbb表示該路徑的信息素增量；Cb 表示當前循環找到的最優解成本值之和，Tbb表示局部最優解的路徑節點。
4.1.4算例分析
(1) 某車輛段部分列車運營計劃如表 4.1 所示，其主要包括車次、出車時間、轉換軌、 車程數、運行類型。運營車次對應的里程為單程數目與里程相乘，單程數越大，說明該
車次任務運營的里程越長。
表 4.1 列車運營計劃
序號 車次 出車時間 單程數 運行類型
1 101 4： 40 24 正線運行
2 102 4：43 32 正線運行
3 103 4： 47 22 正線運行
4 104 4： 53 32 正線運行
5 105 4： 55 14 早高峰
6 106 5： 00 18 正線運行
7 107 5： 05 18 正線運行
8 108 5： 10 14 早高峰
9 109 5： 15 42 正線運行
10 110 5： 20 18 正線運行
11 111 5： 25 42 正線運行
12 112 5： 30 22 正線運行
13 113 5： 35 14 早高峰
14 114 5： 40 14 早高峰
15 115 5： 45 24 正線運行
16 120 6： 10 16 正線運行
車輛股道停放情況如表4.2所示，其主要包括車號、總運行公里數、車輛狀態、停 放股道等。
運用車輛可以擔任車次任務，檢修狀態車輛為不可用車輛，不能擔任車次任務，部 分車輛需要擔任特定的車次任務。
表 4.2 車輛狀態信息
車號 狀態 指定車次 運行總里程 停放股道
10101 檢修 1352479 63G
10102 運用 1542347 7AG
10103 運用 1541214 19AG
10104 運用 105 1431245 8AG
10105 運用 1411453 13BG
10106 運用 1531451 14BG
表 4.2 車輛狀態信息 續表 4.2
車號 狀態 指定車次 運行總里程 停放股道
10107 運用 1401441 9BG
10108 運用 1510216 13BG
10110 運用 1396622 18AG
10111 運用 1403454 6BG
10112 運用 1433415 5AG
10113 運用 113 1542144 15AG
10114 運用 1439981 14AG
10115 檢修 1345471 8BG
10116 運用 1541991 14BG
10117 運用 114 1647116 17AG
10118 運用 1405123 13BG
10120 運用 1521211 5BG
10121 檢修 1625487 15BG
10122 運用 108 1325413 6AG
20126 檢修 1345211 67G
10118 運用 1555142 13BG
(2) 將特定車次任務進行預先分配。然后，將除制定任務外的車次任務根據里程數 進行排序，得到車次任務代價表見表 4.3，其中排名越前的運行里程越大，以考慮給其 分配狀態更好的車輛完成任務。
表 4.3 車次任務代價表
排序 車次 排序 車次
1 109 7 103
1 111 7 112
3 102 9 106
3 104 9 107
5 115 9 110
5 101 12 120
考慮車輛運行公里數，按照運行公里數將車輛的狀態進行排序，車輛狀態代價表見
表 4.4 所示，其中排名越前的車輛運行公里數越小，以考慮給其安排更多的任務，實現
車輛之間的均衡運用。
表 4.4 車輛狀態序列表
排序 車號 排序 車號
1 10110 8 10108
2 10107 9 10120
3 10111 10 10106
4 10118 11 10103
5 10105 12 10116
6 10112 13 10102
7 10114 14 10118
根據表 4.3 和表 4.4，結合公式(4.11)可以得到車次與車輛的成本矩陣，其如表 4.5 所示。
表 4.5 成本代價矩陣
\車次
車號、\ 101 102 103 104 106 107 109 110 111 112 115 120
10102 8 10 6 10 4 4 3 4 11 6 8 1
10103 6 8 4 8 2 2 10 2 10 4 6 1
10105 0 2 2 2 4 4 4 4 4 2 0 7
10106 5 7 3 7 1 1 9 1 9 3 5 2
10107 3 1 5 1 7 7 1 7 1 5 3 10
10108 3 5 1 5 1 1 7 1 7 1 3 4
10110 4 2 6 2 8 8 0 8 0 6 4 11
10111 2 0 4 0 6 6 1 6 2 4 2 9
10112 1 3 1 3 3 3 5 3 5 1 1 6
10114 2 4 0 4 2 2 6 2 6 0 2 5
10116 7 9 5 9 3 3 11 3 11 5 7 0
10118 1 1 3 1 5 5 3 5 3 3 1 8
10120 4 6 2 6 0 0 8 0 8 2 4 3
10118 9 11 7 11 5 5 13 5 13 7 9 2
(3)根據車輛的位置信息，創建車輛初始禁忌表。得到車輛初始禁忌矩陣U其中
狀態為1 的為可用車輛，狀態為 0但是有約束條件的代表暫時不可用車輛，在約束車號 被分配任務之后才更新狀態為1，狀態為 0的列車為不可用車輛。
(4)通過C++語言編程實現，利用算法對模型進行求解。設置初始螞蟻種群的數量 為35,對路徑上的信息素初始化©(0) = 2,a = 1,0=4保證狀態轉移過程中啟發因子的影 響程度大于信息素含量；消逝因子r = 0.2,p = 0.9 ,選取較小的r值，以增強局部搜索的 隨機性，選取值較大的p值以提高全局搜索的收斂性。取閾值因子弘=0.4 ,加強蟻群的 探索能力，避免陷入局部最優解。
根據表4.5得到C］成本代價矩陣，其中行代表列車車號，列代表車次任務，矩陣 中節點值得大小代表匹配度的高低，其值越小代表匹配程度越高。根據表4.2創建初始 禁忌矩陣每指派一次車次任務需要對U矩陣進行更新，將滿足條件的暫不可用車輛狀態 變為 1，已用車輛狀態變成 0。
算法每次循環執行50代，由圖4.1 發車計劃編制迭代圖所示可以看到本算法大約在 30代左右收斂趨于穩定，最優解為7，螞蟻路徑為｛9，12，6，8，13，4，7，2，5, 10，3，11｝，執行時間 1673ms。
圖 4.1 發車計劃編制迭代曲線
由此，得到的發車計劃如表4.6所示，其中105，108，113，114車次任務安排制定 的車輛，對于處于檢修的 10115、10121 等車輛未安排車次任務，在同一到發車線的 AG 和BG都停放可用車輛時，滿足AG車輛先分配的規則。
因此，用本方法生成的計劃可以滿足發車計劃的編制需求。同時，在滿足編制要求 的基礎之上，保證了總里程數較高的車次任務安排車輛狀態相對更優的列車，優化了計 劃的編制。
表 4.6 計劃編制結果
序號 車次號 車號 停放股道 類型
1 101 10112 5AG
2 102 10118 4AG
3 103 10108 13AG
4 104 10111 14AG
5 105 10104 8AG 早高峰
6 106 10120 13BG
7 107 10106 7AG
8 108 10122 6AG 早高峰
9 109 10110 18AG
10 110 10103 19AG
11 111 10107 9BG
12 112 10124 5BG
13 113 10113 15AG 早高峰
14 114 10117 17AG 早高峰
15 115 10105 13BG
16 120 10116 14BG
4.2收車計劃編制模型和策略研究
車輛段當日運營計劃完成后，需要將列車停放回庫以便于檢修作業與次日出庫運 營，列車回庫股道停放位置對提高車輛段的運營管理效率具有重要意義。傳統車輛段計 劃的編制為根據檢調的檢修需求和次日計劃人工決策、手動編制，作業量大效率低［45］。 本節根據收車計劃的編制問題，提出一種計算機輔助的收車計劃編制方式，經算例分析， 該方式滿足場調對計劃編制的需要，減低了作業強度，提供了車輛的作業效率。
4.2.1模型的建立
通過對車輛段運營流程的分析可以得知，收車計劃的編制是場調根據實際運行圖， 結合列車檢修需求和段內現車情況對回庫列車股道位置的分配問題，其分配過程中應該
保證車輛停放的股道與其要求作業的股道類型匹配度最高，因此，該問題同樣可以歸為 指派問題。
本問題中，用｛G，i = 1,2,...,m｝代表車輛段內股道的集合，其中m為股道的總數； 用｛TJ = 1,2,..., 代表正線運營車輛的集合，其中n代表運營車輛的總數；設0-1變量 打作為車輛與股道的決策變量，當Y = 0時，代表運營列車T,未分配給股道G’，Yj = 1 時，代表運營列車T分配給股道Gt ；用C代表運營列車T分配到股道Gt的成本費用， 成本費用的大小由股道是否滿足列車檢修需求、股道是否可以停放列車、是否滿足次日 運行作業計劃等因素決定；由此可以得到收車計劃編制的目標函數如下：
mn
Min(工工(CYJ), i = 1,2,3,..., m, j = 1,2,3,..., n (4.17)
i=1j=1
在此基礎之上，同時應該滿足計劃編制的約束條件，首先保證每一輛列車只分配一 個接車股道，保證接車股道分配的唯一性：
n
工 Yj=1, j =1,2,...,n
i=1
此外還應當保證，接車股道只能接一輛車或者不接收列車：
m
工Yj <1,i = 1,2,...,m
j=1
由于同一接車股道存在AG、BG情況，二者之間應該滿足股道停放約束，AG的接 車時間應該晚于BG的接車時間，即優先考慮BG的股道分配。
其中，GA：代表股道GAGi是否可以安排回庫車輛，當GA = 0時，代表該股道GAGi= 1同 一接車線的AG可以安排回庫車輛，當GA = 1時，GAGi= 0代表同一接車線的AG不可 以安排回庫車輛。
4.2.2基于計算機輔助的編制策略
該問題的模型與發車計劃的模型在形式上類似，也可采用相似方法進行求解，通過 構建車次與所安排回庫股道之間的成本矩陣，來實現成本最小得到最優解。但由于段內 回庫股道數量冗余度較高，可以較好的滿足車次停放檢修需求，會使成本矩陣節點之間 的費用較為接近，可行解和最優解的總費用差異較小，本系統的主要目標是提高段內效 率，改善人工編制計劃、手動編制的方式。蟻群算法求解模型過程中存在計劃的編碼與 解碼過程，因此，對算法進行簡化，側重得到計劃的可行解，提出一種計算機輔助的收 車計劃編制策略。
根據前章節的分析，收車計劃的編制主要滿足以下三點：入庫車輛停放股道應該滿 足次日檢修計劃和當夜的日檢計劃需要；檢修庫AG占用時，不能將列車停放到BG上; 適當考慮次日發車需求，不能將次日的運用車輛安排到待檢車輛的內方。
在滿足這三個條件的基礎之上進行可行性約束：保證一個股道只能占用一輛列車； 一輛列車只能編制一條計劃；AG占用時，不能將列車安排置BG。
根據列車回庫的時間順序，實現對計劃的編制。同時，滿足優化規則：對于有檢修 需求的列車，優先考慮滿足檢修條件的BG，且AG無車占用的股道；當BG停放列車 屬于次日運用首班車時，避免統一到發線的AG安排列車；對于部分特殊的AG股道， 將其進行預留處理。例如有部分AG可滿足登頂作業需求，部分沒有登頂作業的條件， 該類特殊AG預留至BG安排滿之后［46］。
計劃編制的具體步驟表述為：
Step1：獲取當日列車運行圖、車輛檢修計劃和股道占用信息。結合當日列車運行圖 與車輛檢修計劃生成收車計劃初始表，收車計劃初始表根據列車回庫時間進行排序，并 且保留列車的檢修與運用需求。結合股道占用信息生成股道狀態列表，股道狀態列表根 據優化規則的條件進行排序，序號越靠前的股道越優先安排回庫列車。
Step2：根據收車計劃初始表安排行列車回庫股道；
Step3：搜索股道狀態列表排序中AG的占用狀態，若空閑轉step3,若占用則將股 道狀態列表加一，搜索下一股道；
Step4：判斷同一到發線的BG的是占用，若占用則轉Step4，若不占用則轉Step5；
Step5:根據檢修需求判斷同一到發線的AG是否滿足回庫需求，若滿足則轉step7, 不滿足則將股道列表加一，轉step3；
Step6：根據檢修需求判斷同一到發線的BG是否滿足回庫需求，若滿足則轉step7, 不滿足則將股道列表加一，轉step3；
Step7：得到滿足要求的股道信息，完成該條收車計劃的編制。更新收車計劃列表和 股道狀態列表；
Step8：判斷收車計劃初始表內的的計劃編制是否完成，完成若完成則轉step9,未 完成則將收車計劃初始列表加一，轉 Step2；
Step10 :完成收車計劃的編制。
總體上來說，基于計算機輔助的收車計劃編制方法通過生成的收車計劃初始表滿足 收車計劃編制條件的約束，通過生成的股道狀態列表滿足計劃編制的優化約束，通過列 表遍歷和條件判斷完成對收車計劃的編制。其策略編制如圖 4.3 所示。
圖 4.3 收車計劃編制流程
4.2.3算例分析
某車輛段的某一正線車輛運營數據和檢修需求如表4.7所示，為了滿足車輛檢修的 需求和次日車次任務需求，其主要包括車號、車次、計劃收車時間、檢修需求、特殊說 明等信息。
表 4.7 回庫車輛信息
序號 車次號 車號 收車時間 檢修需求 特殊說明
1 101 10108 21:55
2 102 10112 22:00
3 103 10111 22:10 次日雙周檢
4 104 10104 22:15
5 105 10120 22:20 雙日檢
6 106 10118 22:30 次日高峰
7 107 10103 22:35
8 108 10107 22:45 雙日檢
9 109 10106 22:55
10 110 10122 23:00
11 111 10110 23:05
12 112 10124 23:10 次日高峰
13 113 10105 23:20
14 114 10116 23:25 次日雙周檢
15 115 10113 23:30
16 120 10117 23:35
此時，統計段內股道的狀態信息，具體如表4.8所示，其信息包括股道名稱、股道 占用狀態、股道的類型等信息。股道占用狀態決定是否可以停放列車，同時根據檢修需 求，將車輛停放到對應作業的股道類型。
表 4.8 股道狀態信息
序號 股道名稱 類型 占用狀態 序號 股道名稱 類型 占用狀態
1 17BG 1 否 20 8AG 1 否
2 17AG 1 是 21 7BG 1 否
3 16BG 1 否 22 7AG 1 否
表 4.8 股道狀態信息 續表 4.8
序號 股道名稱 類型 占用狀態 序號 股道名稱 類型 占用狀態
4 16AG 1 否 23 6BG 1 否
5 15BG 1 否 24 6AG 1 否
6 15AG 1 否 25 5BG 1 否
7 14BG 1 否 26 5AG 1 否
8 14AG 1 否 27 D45G 3 否
9 13BG 1 否 28 D47G 4 是
10 13AG 1 否 29 23G 2 否
11 12BG 1 否 30 22G 2 否
12 12AG 1 是 31 21G 2 是
13 11BG 1 否 32 20G 2 否
14 11AG 1 否 33 67G 5 是
15 10BG 1 否 34 65G 5 否
16 10AG 1 否 35 63G 5 否
17 9BG 1 是 36 71G 7 否
18 9AG 1 否 37 69G 7 是
19 8BG 1 是
其中，接車股道類型中停車檢修線類型為1、雙周三月檢庫為 2、材料裝卸線為3、 璇修庫為4、廠架修庫為5、調機庫為6、定臨修庫為7等。
應用計算機輔助策略編制生成計劃的股道位置，如表4.9所示。由該結果可知，計 劃的編制會自動避開已占用股道，并且，次日需要進行雙周檢的列車被分配到雙周檢修 庫股道，次日高峰需求列車被被分配到接車線AG，避免次日高峰發車，因此，該策略 生成的收車計劃可以較好的滿足入庫股道分配需求。
表 4.9 收車計劃編制建議股道
車次號 車號 建議股道 車次號 車號 建議股道
101 10108 5BG 109 10106 13BG
102 10112 6BG 110 10122 14BG
103 10111 22G 111 10110 15BG
104 10104 8AG 112 10124 13AG
105 10120 7BG 113 10105 14AG
表 4.9 收車計劃編制建議股道 續表 4.9
車次號 車號 建議股道 車次號 車號 建議股道
106 10118 9AG 114 10116 23G
107 10103 10BG 115 10113 11BG
108 10107 16BG 120 10117 11AG
4.3本章小結
本章針對發車計劃和收車計劃的編制問題，分別建立二者的指派模型，對其目標函 數和約束條件進行了研究，在此基礎上采用一種基于成本矩陣節點的人工蟻群算法對發 車計劃編制模型進行求解，根據車號與車次生成的成本矩陣，對結果進行分析；采用一 種計算機輔助策略的收車計劃編制方法，對其結果進行分析，經過算例的分析，兩者可 以滿足各自計劃編制的需要，并且對計劃的編制進行了優化，為實現系統功能的實現打 下良好的基礎。
5地鐵車輛段調度信息管理系統的實現
5.1 系統開發環境
本系統以Microsoft Visual C++ 6.0編程環境為平臺，以C++為開發語言進行軟件實 現。采用基于微軟基礎類庫(MFC, Microsoft Foundation Classes)開發架構。系統數據庫采 用 Oracle10g 數據庫。采用 FarPointSpread 控件作為軟件表格展現的功能控件。 VC++6.0 是微軟公司推出的以C++語言為基礎的Windows軟件，其編譯效率高，占用資源較少, 操作方便［47］。
MFC是微軟基礎類庫的簡稱，是為了簡化Windows編程開發工作的一套C++類的 集合，是一套面向對象的函數庫，主要封裝了大部分Windows API函數。通過類的方式 給用戶使用，例如，其 MFC 通過 CWind 類對窗口界面進行管理。 MFC 還具有消息映 射、消息傳遞等機制，可以有效的協助用戶完成對系統的開發［48,49］。
采用的 FarPointSpread 是一款功能強大的第三方電子表格組件。該控件自由度較高， 其功能無比的靈活，功能強大。包括定義多個字表，定義表格風格，排序，分組等各類 工作，并且該表格通VC++6.0環境的兼容性較好，通過使用該控件，得到的表格界面簡 潔且美觀。
Oracle 數據庫是一種結構化查詢數據庫，其穩定性強，數據處理速度非常快、安全 級別高。支持對數據的完美恢復，即使硬件損壞也可以恢復到故障前的狀態。其對數據 庫的管理、完整性檢查、安全性和一致性檢測方面都有優秀的表現［50］。
本系統采用 C/S 結構，由客戶端和服務器端組成。服務器負責完成系統和數據庫的 數據交互，客戶端實現系統界面的顯示和人機交互。 C/S 結構可以充分發揮客戶端的處 理管理，極大的降低通信成本，保證本地數據處理的高效，有效的降低應用服務器的數 據負載，其數據的存儲管理功能較為透明［51］。
5.2系統模塊實現
5.2.1場調信息管理模塊
(1)運行圖模板管理
列車運行圖模板管理是提供對列車運行圖的查詢、刪除、新建、新建等功能。左方 的 FarPointSpread 表格是顯示運行圖的圖號、備注等基本信息。點擊某欄之后可以在右 側的 FarPointSpread 表中顯示運行圖的詳細信息。用戶雙擊左側表格欄后彈出新建窗口， 在窗口內填寫運行圖模板的名稱、創建時間和列車運行圖的詳細內容等信息，保存之后
模板信息便可以進行顯示。其系統界面如圖 5.1 所示。
圖 5.1 模板管理界面
(2)收發車計劃管理 系統提供對收發車計劃的查詢與編輯功能，其主界面如圖5.2所示。界面中可以選 擇時間日期直接進行查詢。該界面由計劃管理、計劃模塊編輯、發車計劃管理和收車計 劃管理四個部分組成。
圖 5.2 收發車計劃管理界面
點擊界面右上角的計劃模板編制按鈕，選擇對應收車計劃或者發車計劃，進入計劃
模板編輯界面，該界面如圖5.3 所示。界面顯示與發車計劃相關的運行圖模板信息，該
界面可以通過選擇圖號載入對應的運行圖模板，并且對計劃內容進行編輯修改，將對應 的車號進行安排，由于車號與股道的關聯，停放股道會自動填入。保存后可直接導入收 發車計劃管理界面。
圖 5.3 發車計劃模板編輯界面
同時，該模塊提供收發車計劃的自動編排功能，點擊自動填入按鈕，系統會根據選 擇的運行圖號的內容。首先識別早高峰車完成早高峰任務的車號安排，然后根據車輛狀 態信息和車輛的位置信息，應用前章所描述的方法進行車號的匹配，用戶可以對生成的 計劃進行修改，對于收車計劃的管理也如此。保存后系統直接將計劃載入收發車計劃管 理功能界面，如圖 5.4 所示。
圖 5.4 發車計劃自動編制界面
(3)調車計劃管理 調車計劃管理功能是提供對調車計劃的新建、修改、刪除、發送、取消發送、打印 等操作，其界面如圖 5.5 所示。點擊新建之后進入新建界面，如圖 5.6 所示，支持對調 車作業單的新建，填入場別、線名、運行方向、甩掛信息等內容，并且支持對作業勾的 校驗；點擊發送則代表將調車作業單傳遞給車場調車組；點擊執行代表辦理進路完成， 完成調車作業單；點擊刪除對應刪除計劃；打印瀏覽可以預覽需要打印的調車計劃通知 單；打印直接通過打印機可以打印調車作業通知單。
圖 5.5 調車計劃管理界面
圖 5.6 新建調車計劃界面
5.2.2檢調信息管理模塊
(1)當日檢修計劃管理
用戶可點擊進入當日檢修計劃管理界面，該模塊目標是協助用戶對當日檢修計劃進 行管理和檢修臺賬提供依據。該界面直接顯示當日需完成或待完成的系統修、臨修、故 障修計劃。檢修任務開始時，選擇對應任務點擊開始按鈕，記錄開始時間，結束時錄入 結束時間，實現對完成時間段進行記錄，同時，支持對計劃的刪除和延期執行操作，今 日未完成計劃，會自動延期到次日，該界面如圖5.7和圖 5.8 所示。
圖 5.7 當日計劃性檢修管理界面
圖 5.8 當日故障修管理界面
(2)檢修計劃綜合管理
用戶可點擊進入檢修計劃綜合管理界面。其如圖 5.9 所示，左側的 FarPointSpread
表格提供每月的檢修計劃單，并且顯示計劃的完成情況等信息供用戶參考。右側的 FarPointSpread 表格提供該計劃的詳細信息。用戶可以通過雙擊左側表格創建計劃作業 單，對計劃的內容進行編輯。同時，可以通過編號信息實現對計劃的查詢功能。
圖 5.9 檢修計劃綜合管理界面
(3)故障修管理
用戶可點擊進入故障修管理界面，如圖 5.10 所示。實現對列車故障的查詢、創建和 銷記。創建過程中根據創建時間形成故障編號，記錄當前調度員信息，支持對故障的來 源根據駐站報活、列檢報活等進行分類處理，同時可以對故障的內容進行分類管理，對 故障信息進行描述等功能。檢修故障完成之后應該對信息進行銷記處理，記錄消記人、 處理說明等信息。界面可直接進入，也可通過當日檢修計劃管理界面點擊信息進入。
圖 5.10 故障修管理界面
5.2.3技術作業圖表
系統自動繪制底圖、時間軸和股道軸，結合收到的計劃自動繪制技術作業圖表中的 實績線和計劃線。其中豎線的含義是列車的動作，橫線的含義代表列車在股道中的停留 時間。通過豎線和橫線的相連可以看出列車的活動軌跡。
如圖5.11所示為技術作業圖表功能界面，該功能界面由底圖、股道軸、時間軸、計 劃線、實績線和功能欄組成，通過上方工具欄可以對作業圖表進行滑動顯示與刷新對作 業線的篩選。
圖 5.11 技術作業圖表界面
(1)底圖、時間軸和股道軸 股道軸包括車輛段內所有的股道和轉換軌股道，并且按區域類型進行分類，左側顯 示股道名稱。股道軸上按照庫、線類型劃分，如停車檢修庫內有 15AG、15BG、16AG 等檢修線；時間軸中每一大格為一小時，每一小格為 5 分鐘；底圖由橫豎的交叉的網格 線構成，本系統中設置為黑色的虛線，橫線代表場別、股道，豎線代表小時、分鐘。
(2)計劃線
收發車計劃線。收發車計劃線如圖 5.12 所示，通過收發車計劃的數據繪制而成，其 繪制所用的顏色是黑色，用來代表該計劃還未執行。在相關節點處標明車次號、車號和 時間為該計劃進行詳細的表示說明。如圖所示的含義為車號 10201 的列車于 4點 30 分 時從5AG經過ZHG1作為101號列車出發。
轉換軌：IHG1
ZHG2
材料裝卸線:D45G- 璇輪庫:D47G- 停車檢修庫:5AG-
5BG
圖 5.12 列車作業計劃線
調車作業。調車作業線如圖 5.13 所示，其同樣由豎線和橫線構成，橫線黑色代表列 車所在股道，豎線代表調車作業的進行，通過節點表示作業的開始，在起始位置標明車 號信息、轉折位置標注作業時間，所示代表含義為20201號機車由14AG在8點5分時 調車至 20G。
13BG-
14AG-
14BG-
15AG-
15BG-
16AG-
16BG-
17AG-
17BG- 5?周三月檢庫：20G- 21G- 圖5.13調車作業計劃線
檢修計劃。檢修計劃線如圖5.14所示。由對應的檢修股道上的紫色橫線表示，在檢 修的開始時刻和結束時刻用實心圈隔開，同時在相應的位置標注時間。如圖所示代表的 含義為車號20203在14BG的日檢作業，其計劃開始時間為8點10分，結束時間為9 點 20 分。
14AG- 「 「
20203 08:10 日檢 09:20
14BG > • —
15AG--
圖5.14檢修計劃作業線
(3)實績線 系統用紅色畫筆繪制收車計劃和發車計劃的實績線，用計劃的時間報點時間表示完 成時的各種屬性，這些屬性的屬性的繪制和表達方式和計劃線一致。如圖5.15 所示。
圖 5.15 發車計劃實績線
(4)功能菜單 系統支持對各類計劃線的單獨顯示、對車號的單獨顯示查詢和手動刷新界面。日期 選擇控件對技術作業圖表的顯示日期進行選擇，默認為當日日期；車號選取控件對車號 進行選擇，實現對作業線的篩選；計劃的單獨顯示控件對某一類型的計劃進行單獨的篩 選顯示。界面的功能欄如圖 5.16 所示。
日期：|2020-02-24耳 車號： 3 廠顯示發車計劃 廠顯示收車計劃 廠顯示調車計劃 廠顯示檢修計劃 17顯示實績線 |刷新|
圖5.16功能欄
5.3本章小結
本章實現對地鐵車輛段調度信息管理系統的系統開發實現，首先介紹了系統的開發 工具、采用的軟件架構和系統的運行環境，然后對系統功能進行了實現，主要包括列車 計劃信息的管理、檢修調度信息的管理和作業圖表的顯示。系統界面簡潔，操作簡單， 直觀，可以滿足地鐵車輛段調度信息管理系統的需求。
結 論
隨著我國城市軌道交通技術的迅速發展，車輛段信息管理水平不斷與正線拉開差 距，提高車輛段信息化運營管理水平至關重要。本論文以“地鐵車輛段綜合自動化系統” 為依托，完成對地鐵車輛段調度信息管理系統的設計與實現，
本文研究的主要成果如下：
(1)對地鐵車輛段調度管理的現狀進行綜合的調研，對地鐵車輛段生產運營的流程 進行詳細分析，通過對現有存在的問題得到系統的總體需求。進一步以需求分析為基礎 完成對系統功能的設計，并且對系統功能進行劃分，對各功能模塊的原理進行詳細的描 述。
(2)針對發車計劃編制問題，將發車計劃的編制轉化為一個指派問題。通過分析檢 調分配車次任務的特點，設計車次與車號匹配成本的生成策略，得到發車計劃編制的成 本矩陣。采用一種基于成本矩陣節點的人工蟻群算法對發車計劃模型進行求解，經算例 分析，得到的解滿足計劃編制要求。
(3)針對收車計劃的編制問題，將收車計劃的編制轉化為一個指派問題。結合收車 計劃編制的特點，采用一種計算機輔助策略對計劃進行編制，經過算例分析得到的解滿 足計劃編制要求。
(4)借鑒編組站技術作業圖表的設計思想，通過橫豎相連的直線對車輛段內的生產 作業任務進行展現，直觀集中的展現車輛段內生產運營情況。
(5)通過 MFC 編程對系統功能實現，對場調信息管理功能、檢調信息管理功能和技 術作業圖表功能進行系統實現，為調度員提供信息的管理支持，減輕了用戶的工作負擔， 提供生產運營效率。
隨著對調度信息管理系統的不斷深入研究和開發，受時間和本人知識體系的限制， 該系統還可以從下幾個方面進行改進與完善：
(1)發車計劃的編制問題中，對成本矩陣的計算策略較為簡單，對車輛狀態的判斷 是通過車輛的總里程進行判斷，這種方法較為片面，應該綜合考慮車輛的檢修狀態，在 下一步的研究過程中，可以通過應用層次分析法，設子目標層為運行公里數和車輛各部 件的檢修次數或檢修狀態等，通過這種方式對車輛狀態進行打分，進行排序然后計算成 本矩陣，這種策略得到的矩陣方法或許更科學。
(2)技術作業圖表功能不夠完善，下一步的開發過程中，應該添加手動繪制作業線 直接生成生產作業的功能，并且對繪制的作業線進行沖突檢測。這樣可以進一步軟件的 可用性。
(3)系統功能還不夠完善，例如對施工計劃的登記、對交接班信息的交接、對車輛 備件信息的管理等業務還有所欠缺。
(4)目前本系統還未投入到現場進行運營使用，只是通過數據進行模擬分析，在下 一步的發展過程中，通過投入實際使用產生反饋環節，便可以不斷的對功能進行完善。
致 謝
時光飛逝，三年的研究生生涯轉眼將結束，回憶起剛剛進入碩士階段的我，還是一 個懵懂青年，研一在學校的課程讓我受益良多，從教室到宿舍充滿了活躍的學術氛圍， 周圍的小伙伴都刻苦努力。后來的兩年都在北京度過，在北京實習的兩年里我成長了許 多。對計算機聯鎖系統、CTC系統、鐵路信息化系統、地鐵車輛段綜合自動化系統都有 了較為深刻的理解；編程能力、專業業務水平也有了進一步的提升；同時，在多個項目 中扮演著不同的角色；在不斷的與項目人員溝通的過程中，讓我的溝通能力也有了些許 提升；也曾多次去現場參與項目的施工、調試與開通，有兩次甚至在現場待了超過一個 月。
感謝肖寶弟老師對我的培養，如果不是因為肖寶弟老師，我也不會有這么好的機會 參與實習，接觸如此多的項目。感謝公司饒克克經理對我的照顧，讓我有這么多深入接 觸項目的機會。感謝論文撰寫過程中各位師弟的幫助。感謝學院和學校的領導，如果沒 有你們我也沒有機會留下來繼續我的學業。感謝我父母的鼓勵與支持，為我創建這么良 好的學習環境，感謝他們一直對我的培養。
最后，由衷感謝各位參加論文評審和答辯的各位專家老師，由于我專業知識有限， 論文中難免會有許多不足，感謝各位專家老師的知道和批評。
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