铁路货运通道是铁路网络的骨干，具有车流强度大、易形成拥堵、车流结构简单等特点，货运通道能力的优化运用对于畅通整个铁路网具有重要意义。由于运输生产计划编制质量决定了调度指挥水平^[1]，也反映了铁路运输工作质量的高低，因此，生产计划的一体化编制是提升货运通道能力的重要手段。当前，铁路运输生产计划按区域（一般以铁路局集团公司（简称：铁路局）为单位）由各调度工种通过运输调度管理系统（TDMS5.0）分别进行编制，由于不同子系统间无法直接进行数据交互，中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）和铁路局间数据交互的及时性、完整性和数据粒度都不能很好地满足精细化调度指挥的要求^[2]，导致计划编制效率和计划兑现质量不高。尽管目前在主要货运通道浩（勒报吉）吉（安）线上应用了智能浩吉运输生产调度计划编制平台^[3]，已基本实现了跨铁路局列车计划的协同编制、铁路局间一体化及铁路局站计划协同编制等目标，但随着运输组织创新的不断推进，以及运量大幅增长，一些问题呈显性化，如运输关键环节信息协同性不够，装卸进度和能力利用不协调，自动化、智能化程度不高等，影响计划编制的效率和质量。

本文以主要货运通道为工作场景，从服务运输全过程维度，对计划编制模式进行优化，构建了铁路主要货运通道生产计划一体化编制系统（简称：本文系统），实现对运输组织全流程和调度指挥全过程的协同控制，以期进一步从整体通道能力利用的角度，统筹车流组织，实现列车工作计划与货运、施工、机车等调度生产计划的全程贯通，提升主要货运通道铁路调度的精细化水平，提升调度指挥的效率和效益。

1   系统设计

1.1   系统范围

本文系统涵盖三级调度全业务应用场景，其中国铁集团级包括生产主任、值班主任、行车、机车、车辆、车流、统计分析等调度岗位；铁路局级包括值班主任、计划、货运、施工、机车、车辆、统计分析等调度岗位；站段级主要包括调度主任（值班主任）、调度值站长、货运调度等调度岗位。

1.2   系统架构

本文系统架构如图1所示。

图  1  铁路主要货运通道生产计划一体化编制系统架构

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1.2.1   数据接入层

通过数据库共享、Web Service接口、消息队列、文件共享等方式实现本文系统内部数据的汇集，以及与外部相关系统数据集中接入，为本文系统应用提供数据来源。

1.2.2   数据中台层

对从数据接入层汇集的动态和静态数据进行集中处理，按业务场景进一步清洗、处理、融合和存储，形成服务运输全过程的数据环境。

1.2.3   业务中台层

将数据中台层提供的数据提炼成支撑本文系统功能应用的公共服务，如支撑计划编制和空车运用分析功能的车流径路和车流推算服务、服务于车流综合分析的路网能力利用分析、服务于铁路网（简称：路网）综合展示的编组计划和运行图综合查询服务等。

1.2.4   系统应用层

为用户提供主要应用功能服务，主要包括路网综合展示、计划编制辅助、计划执行盯控、空车运用分析、车流综合分析和计划兑现评价等。

1.2.5   用户接入层

通过客户端、浏览器及大屏等形式为用户展现本文系统功能。

2   系统功能

本文系统为国铁集团调度中心、铁路局调度所和车站调度提供关于路网综合展示、计划辅助编制、计划执行盯控、车流综合分析及计划兑现评价等功能。实现国铁集团分界口交接计划、铁路局日班计划协同编制与执行的全过程管理^[4]。本文系统功能架构如图2所示。

图  2  铁路主要货运通道生产计划一体化编制系统功能架构

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2.1   路网综合展示

2.1.1   施工限速

在地图上展示限速慢行、封锁处所等信息，包括施工维修、灾害等引发的慢行、封锁，点击相应处所，显示包含施工时间、施工类型等详细内容，便于各级调度员既能从宏观上整体掌握管辖范围内的施工处所分布，又能从微观掌握每一处所具体的施工详情。

2.1.2   车站现车

综合显示车站的现车实时动态分布，包括重车、空车及车流去向的分析，为计划调度员进行计划编制提供车流来源信息。

2.1.3   通道能力

对主要线路区段、重点装卸车的能力及利用情况进行监控，显示该区段基本图客货列数、实际过车列数/车数、日计划（全日）列数，便于各级调度员实时掌握通道的能力利用率，为下一步的计划调整提供决策支持。

2.1.4   列车动态

提供对在途列车的实时查询，包括列车当前位置、列车编组、列车去向等信息，为计划编制和计划调整活动提供数据输入。

2.2   计划辅助编制

2.2.1   出发计划预编制

按照一列车一条线的原则，根据当天货运调度员批准的货运装车日计划、车流径路、基本运行图等规则，自动生成主要货运通道上的装车站列车出发计划，该列车计划设有一个全程计划ID，车辆编组信息都与该ID关联，车站值班员调整确认后提报至铁路局计划调度员审核。

铁路局端计划调度员利用业务中台提供的计划协同管理服务^[5]，对车站预编的出发计划进行汇总和审核，根据列车基本运行图和列车开行方案给出开行车次，并以列车计划运行图的方式在车站和铁路局同时展示，即完成出发计划在车站和铁路局端的协同编制。

2.2.2   计划自动调整与确认

根据列车最新的运行状态及位置，结合作业标准、施工限速及重车积压等信息，进行后续计划的自动调整，对难以确定、需要人为干预的部分，进行标识和提示，经主办人员确认后，形成最终计划。

2.2.3   次日分界口计划审核与下达

系统将车站出发列车计划和分界口接入列车计划进行汇总，结合车流径路和车流推算服务，自动预计次日分界口重车交接情况，并提交至国铁集团调度中心生产主任，系统根据次日施工日计划测算剩余运力，根据施工影响推算列车运行延误时间，根据机车机班分布、上线情况分析动力适应情况，辅助国铁集团生产主任审批分界口重车计划，将计划的内容下达至相关的铁路局。

2.3   计划执行盯控

2.3.1   分界口执行监控

利用地图展示形式，展示各分界口日计划和实际、预计、图定、图剩交接车列数，实时分析分界口已交接列数、列差、辆差，并按照在途车流、图定剩余时间两种方法预测18点前该分界口交接车总列数、列差、辆差，对预计不能及时完成计划的分界口进行预警提示。

2.3.2   班计划进度监控

按日期和计划台，对各区段班计划执行情况进行监控，包括兑现的列数、车数。

2.3.3   货运计划完成盯控

实时展示货运计划的完成情况，包括当日货运订车数、装车数、卸车数、开行货运列数、分界口交接列数、在途在站车数、品名超装卸能力预警等，从货运全过程的角度对货运计划的执行情况进行盯控。

2.4   空车运用分析

2.4.1   装车登记

根据股道现车及货运需求中的发货单位，以及装车专用线等信息，由车站值班员安排制定装车计划，并登记装车信息，包含货运计划ID、装车地点、作业股道、配车车种、配车辆数，实现货物与空车的关联，便于从货物和车辆的角度对货物运输全过程进行追踪。

2.4.2   配空需求汇总

提供区段、车务段、车站、专用线空车需求的汇总功能，便于掌握全局、各地区空车缺口，统筹安排空车余缺。

2.4.3   空车追踪

对分界口接入的空列车进行追踪，从接入分界口、交出分界口或到达装车站或交出主要货运通道等节点进行追踪。

2.4.4   空车到达预测

根据在途重车、卸车作业历史时间，以及配空计划，预测空车到达车站的时间，为编制车站装车出发计划提供依据。

2.4.5   运用过程管理

对配空计划的执行过程进行记录和反馈，对每一辆空车从到达装车站、关联货运日计划、开始装车、完成装车、重车出发等运用过程进行管理。

2.5   车流综合分析

2.5.1   全程运行图查询

提供主要货运通道列车运行计划和实际查询，按基本图、计划运行图、实际运行图信息的综合查询，包括列车运行时刻，列车编组、所挂机车等信息，从多维的角度对列车运行状况进行掌握。

2.5.2   C80运用效率分析

对C80车辆状态进行可视化展示，明晰车体运用情况，自动监控重点车辆运用全流程各项作业时间，对周转不流畅环节提示预警，为铁路局管控重点车辆提供数据支撑。

2.5.3   积压预警

根据历史数据分析，自动计算各装/卸车站各品类别的装卸车能力。对卸车积压提供预警功能，自动展示在站/在途车流情况，并能将预警信息发送至装车局和装车站。

2.5.4   车流来源分析

对一段时间范围内主要货运通道上主要车流来源的变化情况进行监控，包括发局、发站、上一个编组站、上一个分界站等。

2.5.5   车流去向分析

对一段时间范围内主要货运通道车流去向进行监控，按去向局和重点到站的分析，可以对集中去向的车流进行提前干预。

2.6   计划兑现评价

提供对计划兑现及执行效率进行综合分析的功能，从计划的时间兑现、编组兑现等角度对分界口交接、本线出发计划等进行质量评价^[6]。

2.6.1   出发计划兑现评价

从开行列数、开行时间、列车编组等不同维度对出发重车计划的兑现情况进行评价，帮助提升计划自动编制的准确度。

2.6.2   分界口计划评价

从交出列数、交出时间、编组等不同维度对分界口交接计划的兑现进行评价。

3   关键技术

铁路货物运输过程核心内容是车流组织工作，车流组织包括货流—车流—列流的组织。车流管理用于铁路运输网络整体的调度和运行，列流管理更加专注于单个货物列车或列车组的有效配置和运作，两者的协调和优化是确保铁路货物运输高效运行的重要因素之一。因此，本文设计了车流推算+计划编制模型的方式，从整体货运通道能力合理利用的思路出发，尽可能满足货运通道本线货运任务的完成，同时也能兼顾通道在路网中对于部分平行通道重车流的疏解，最大程度发挥货运通道的作用与效能。

车流推算模型研究从货流到车流的转换，具体包括从货运需求到车流形成的过程，以及在途车流在路网上的走行规律；车流到列流的形成通过两阶段计划一体化自动编制模型求解。

3.1   主要货运通道的车流推算

货运通道上运输的货物大多数为大宗或集装箱，本线车流以整列为主，其车流的来源与去向相对比较固定，如浩吉线上的车流来源于靖神线从靖边北接入或本线几个固定装车站发出的车流，车种别以C80或C70为主，其去向大多为电厂如江陵、分宜北、吉安等地方，同理，唐（山）包（头）线类似，去向均为曹妃甸港口车流。所以，主要货运通道的车流推算基本思路是采用历史数据分析、平均旅速计算、动态预计和迭代修正等方法，对主要货运通道的车流实现详细推算，通过分析货运装车日计划、运行径路、到达时间等多个维度的数据，实现对列车运行状态的准确预测。

（1）历史数据分析^[7]：实现对货流转换车流过程所需要的作业过程进行预测。对大量车辆运行历史数据进行分析后，形成车辆运行历史经验库，包含装车站装车作业时间标准、出发时间、周走行频率高的径路、月走行频率高的径路，以及区段运行时间和技术站停留时间等信息。

（2）径路预测：实现对货流转换车流后的运行径路进行预测^[8]。根据车辆运行历史经验库，对货物运输的始发和终到站（OD）进行分析和匹配，预测指定OD的车流运行径路（包含技术站、分界站、装卸站等支点）。

（3）时间预测：使用历史经验库中的区间运行时间、车站停留时间，结合当前作业时间，对运行径路中各支点的到、发时间进行匹配，预测该OD车辆在每个支点的到发时间。

（4）迭代修正：根据重车运行的最新位置、状态和时间信息，迭代更新运行支点径路上后续支点并修正预测时间。

经过上述过程，即可根据主要货运通道的货流，推算有具体运行径路和运行时间的车流。

3.2   生产计划一体化编制

生产计划编制主要是为了实现车流—列车流的转化，为提高生产计划编制效率，现构建两阶段模型。第1阶段模型是基于前期预测的车流求解得到货物列车开行方案；第2阶段模型主要是基于车站作业时间、区间运行时间等基本图参数，确定具体列车的开行时刻。

3.2.1   开行方案编制

主要货运通道的车流类型可以分为以下4种类型：

（1）装车和卸车作业都在本线；

（2）装车作业在本线，但卸车作业不在本线；

（3）装车作业不在本线，卸车作业在本线；

（4）装卸作业均不在本线。

根据主要货运通道车流及列车运行的特点，假设跨线列车车流经由最近的跨线站上线运行，装卸车站相同车流整列成组装车的编组辆数固定（一般为50～55辆之间），跨线开行的列车不占用上/下线站的车站装卸能力，车流推算的结果误差在可接受范围内等约束，即可构建次日货物列车开行方案编制模型。

3.2.2   开行方案转化为列车运行计划

考虑区间运行时间、车站停站时间、列车安全间隔、区间防越行等一系列约束，利用时空网络图来实现开行方案转化成有具体开行时刻的列车运行计划。

4   系统应用

设计开发的本文系统分别在浩吉、唐包、瓦（塘）日（照）线进行了应用，应用岗位主要包含武汉、西安、北京和呼和浩特等铁路局的计划调度和货运调度台，调度员通过本文系统进行车流、货运计划的协同编制，在调度指挥效率提升、降低生产成本等方面取得显著效果。

（1）提升了计划编制效率。铁路局计划编制过程由过去几个小时，缩小到几十分钟或十几分钟，计划编制由电话咨询及确认的过程变成系统提示、查询的过程，实现计划编制效率的大幅度提升。

（2）提高了计划编制质量。通过对计划执行过程的监测预警等功能，自动反馈调度计划执行过程中的兑现问题，不仅有效降低了调度人员的劳动强度， 同时促进了问题的及时协调，确保了计划的兑现，进一步精细化了调度日（班）计划编制管理，提高了调度计划的合理性。

5   结束语

本文设计铁路主要货运通道生产计划一体化编制系统，并对主要货运通道车流推算和计划一体化编制的关键技术进行了研究。该系统在唐包、瓦日、浩吉等线路的应用，可对建立生产计划一体化协同编制实施的调度指挥新模式提供经验，通过计划编制、执行、评价等全过程的管理，将运输能力、货运需求、调度计划和评价分析等环节的信息融合，实现面向运输全过程一体化、各岗位协同工作的闭环管理。下一步将围绕全国铁路生产计划一体化计划编制需要，识别关键作业环节，补强数据项点，优化完善货物运输全过程数据链条，提高数据精准度，总结唐包、瓦日、浩吉线的应用实践经验，逐步将该系统推广至大（同）秦（皇岛）线、侯（马）月（山）线、石（家庄）太（原）线等主要货运通道，促进整体生产计划编制效率和质量的提升。