铁路乘务排班管理系统研究

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摘要：高速乘务排班管理系统的构建一直以来都是高铁客运调度的核心内容。随着“双循环”新发展格局的逐步构建，以及我国高速铁路路网的逐步扩张和客运量的逐年增加，给动车组运用、乘务计划的编制等过程造成了很大的难度。针对传统铁路客运排班及管理存在的不足,为提高我国高铁乘务员的管理水平，更好地为广大旅客服务，以计算机网络为辅助手段，针对高速铁路乘务排班计划的编制现状，通过采用蚁群算法对高铁乘务计划编制问题进行分析优化，探讨设计高速乘务排班管理系统，实现旅客乘务计划、工时统计、工时强度自动显示等功能，为加强高速列车乘务人员的管理，提高高速列车乘务人员的信息化管理水平。

关键词：新发展格局；乘务计划；系统设计

随着我国“八纵八横”高速铁路运输通道和城际快速运输系统的建成，标识着我国高速铁路成功步入网络化运营时代。统筹推进现代流通体系建设，为构建2020年中国提出的构建国内国际“双循环”发展新格局提供有力支撑[1]。但相较于在高速动车组、高铁线路等“硬件”设施方面所取得的成果，高铁动车组运用管理、高铁乘计划管理“软件”方面尚未形成相对成熟的理论与方法，新增运用的动车组规模也变大，给动车组运用、乘务计划的编制等过程造成了很大的难度[2]。因此高铁乘务人员要适应新形势，必须进一步重视信息化、自动化，提高人员规划效率，一定要充分利用计算机网络技术，优化乘务人员资源配置，降低运营成本[3]。同时提高新格局下高速客运列车运行计划的信息化水平是必然趋势，因此，对乘务编制计划的信息化给予必要的探索研究。本文在新格局下高铁高速动车组、高铁线路等“硬件”设施方面基本完善的情形下，充分借助于当前计算机网络技术和数据分析技术，主要针对高铁“软件”方面存在的问题，尤其是高铁乘计划编制方面的问题，充分考虑铁路乘务调度计划的安排和资源短缺情况，通过蚁群算法对高铁乘务计划编制问题进行分析优化，探讨设计高速乘务排班管理系统，实现旅客乘务计划、工时统计、工时强度自动显示等功能，从而可有效加强高速列车乘务人员的管理，优化其组织结构，以及准确统计乘务人员人数提供了有效的平台，以改善高速客运的服务。

1乘务计划编制问题概述

1.1乘务计划编制问题描述

乘务计划优化的一个重要指标是用最少的调度员人数完成领导层分配的任务。编制列车乘务衔接计划的主要步骤如下：（1）列车运行信息的收集。按照列车运行图和机车运行路线图，计算出列车车次、始发站、到达站和动车组在乘务基地所在车站和换乘车站的停站时间。（2）选择中转站。以列车运行图资料为依据，研究对象为单线运行，然后对车站类型进行划分，即有换乘条件的乘务基地站，有换乘条件的非乘务基站所在的车站和无换乘条件的非乘务基地站。（3）设立可行的乘务大区段。乘务人员在大型单元间完成值班任务的过程，是从乘务基地，到转运单元所在站，经过一定的休息时间后返回乘务基地的过程。（4）根据单元连续原则，几个可操作运行的单元段组成单元段过渡线，覆盖整个乘务交路[4]。

1.2乘务交路计划时空规则

（1）时序规则。连续的两个乘务区段必须是时间连续的，即前一乘务组的到达时间必须严格早于下一乘务区段的出发时间。（2）空间继承的规则。乘务区段之间必须保持空间连续性，即前一乘务区段的到达站必须是下一乘务区段的到达站，以确保所有乘务区段都能到达。

1.3乘务交路的优化算法算法

MTSP（多旅行商问题）问题是一个难问题，通常采用线性规划法、分支定界法、动态规划法进行求解。但是，由于高速铁路规模的不断扩大，造成了组合爆炸的情况，精确算法难以求解，启发式算法在蚁群基本算法中具有独特的优势：蚁群基本算法多通过一条特定路径，收集的信息素越多，信息素交叉就越少。第二，根据与信息素相关的传播概率，计算选择地点的传播概率[5]。本文在MTSP的基础上采用蚁群搜索效率和蚁群多样性，采用蚁群算法对乘务员路径进行了优化，并给出了相应的算法设计步骤。（1）产生解构图。（2）解构空间。设到达站最多的一段是D，D=0表示到达站是乘务基地所在的站，否则D=1。当乘员交路满足C·D=0时，乘员交路满足时空限制。另外，蚁群不断地寻找，直到达到了C·D=0。在解空间的构建中，通过蚂蚁重复此过程来完成。在蚂蚁成员遍历区域节点时，通过算法完成构造解空间。（3）初始化及更新信息素。设全路径信息素浓度为ij，蚂蚁i在节点j时的信息素浓度用ij表示，其中路径和节点的信息素初始浓度设定如下（1）在式（1）中，设定互异乘务各站位节点间的连续频率A乘务参与设计的结点和路径的优选，与信息素浓度成比例。对每个路径和节点，在每次优化之后，都将信息素更新值设置为：（2）在该过程中，蚂蚁在飞行阶段以转移概率（公式（4））继续下一个飞行阶段节点j。乘员区域节点越靠近目标节点，可连续预测的越大。随着迭代次数的增加，设定的最大迭代次数为NCmax。（5）终止策略。蚁群搜索了几次之后，当nc+1的值无限接近的nc值时，找到的解就基本不会再变了，并且所有的乘务段都会被遍历，算法终止。

2高速乘务排班管理系统设计分析

基于前面对高铁乘务排班计划编制问题进行分析探讨，通过常见的乘务排班计划编制模型[6]，对乘务排班问题进行了描述并分析，根据蚁群算法的特性，采用蚁群算法对乘务员路径进行了优化。基于以上的分析，本文针对MTSP问题是一个NP难问题，系统通过对接已有的乘务管理系统，乘务排班管理系统针对双循环新格局下我国高铁客运的特点，根据情况计算各乘务的实际工作时间，可以自动编制乘务计划、自动进行数据分析等方面的功能。充分借鉴计算机网络应用由知识库、信息处理器和计算机三部分组成，乘务排班管理系统采用B/S结构，能够有效地配套铁路系统中的分布式网络应用[7-8]，从而能够实现“一键式”编出乘务排班、出勤、备班、乘务工具、工时自动统计以及基础信息管理等功能。具体的结构见图1。图1系统总体结构设计

2.1数据层

数据层类似于计算机网络中的知识库，主要负责提供系统所需的基础数据，实时更新人员数据、动车组运用计划中的交路数据、列车运行时刻等，及时为系统的其他功能层提供所需的实时数据。

2.2业务层

业务层主要实现乘务排班管理以及自动调整等模块功能，根据实际情况负责对铁路乘务排班计划进行编制与实时调整，并将准确数据反馈给数据层进行储存，并根据用户的要求提供给用户层。（1）乘务计划中的交路编制分析。根据上文对高速动车组乘务计划编制的问题分析，以相邻乘务人员之间的接续时间最短、乘务人员交路数最少为优化目标，并满足乘务人员相关的作息时间要求，建立相关的数学模型同时用求解的蚁群算法来编制高铁动车组乘务计划，此部分的内容可参见文献[9]。根据各乘务区段以及各乘务组的规则，一个乘务交路一般情况下是由1对“往返”的乘务区段组成，在此过程中包含1次间休。（2）乘务计划的编制分析。根据上文对乘务排班计划编制的复杂旅行商问题分析，在乘务排班计划编制阶段，以相邻乘务人员之间的接续时间最短、乘务人员交路数最少为优化目标，并乘务人员相关的作息时间要求，构建了相应的数学模型及用于求解的蚁群算法。算法设定为当达到优化目标值时，乘务人员交路数最少者优先。系统从而可以快速编制出多个优化方案比选，可通过单击“另存为”按钮实现，并以Excel格式输出编制结果，可便于日后查看和比选。（3）自动调整。乘务排班管理系统数据直接来源员工签到数据，完全可以实时获取员工的签到、退勤信息，并且根据人员签到信息自动调整乘务排班计划，并自动计算乘务员的工时。当在系统自动排班结果不能满足铁路实际需要时，系统会弹框提示人工来进行调整来优化。同时该系统可以利用指纹或面部识别技术，提高系统的运行效率以及安全性，该方法克服了实际现场中人工记录过程中造成的主观误差，相应提高了系统的稳定性。

2.3用户层

用户层主要实现乘务排班基础数据、工时数据以及乘务排班结果的实时显示、输入与输出，并可供人员对基础信息、工时数据、排班计划进行核对、管理和调整。

3系统功能模块

高速乘务排班管理系统主要包括排班计划管理、出勤管理、基础数据管理、审核管理、统计管理等主要功能模块[10]。

3.1排班管理

排班计划管理功能中，通过出乘点名签到系统，通过基本的乘务交路计划自动生成每日的乘务排班计划，通过乘务员请假、超出工时等信息可以实现乘务员工时数据的自动收集以及实时统计更新。系统在数据运行过程中，以车队信息和线路信息为基础，需要根据实际乘务员人员的信息和服务交路的变化、乘务员开始服务出发地点和服务时长进行规划。常见影响乘务服务时间的因素有：区间运行时长、发车时间、到达时间、返程时间、中间接续等候时间等。铁路工作人员一般只需输入以上信息，就能自动准确计算处每个乘务交路的实际运行服务时间，实际运行服务时间与铁路公司批准的班次时间一致，并与铁路公司批准的乘务月工时174h＋5%进行相比较，以对实际运行班次进行调整乘务人员。

3.2出勤管理

3.2.1正常出勤乘务排班完成后，管理人员会对操作终端进行检查，并根据实际运行交路的临时加班、病假等情况进行调整，以确保实际服务列表中的个人信息与实际出勤信息一致。3.2.2备班出勤管理系统使用班内备班小组的功能，可以进行增加或者是删除备班小组人员，以确保其与实际班内备班小组相匹配。

3.3基础数据管理

基础数据是指与动车组司机、乘务员履历、乘务规则、列车时刻表动车组乘务组作息时间相关的规定和标准。输入系统后除特殊情况外，一般不做修改，主要作为编制乘务交路的限制条件。

3.4审核管理

本管理系统提供审核管理功能，管理人员在班前、班中、班后必须在管理界面审核检查才能生效完成。以保证乘务人员、列车运行交路安排合理，作业正确，乘务时间计算准确。

3.5统计管理

该模块根据每个乘务人员的实际出勤情况以及出勤次数，对每个乘务人员的实际服务时间进行分析统计。具有乘务员月工时统计与分析、乘务员劳动实绩统计、排班计划兑现率评价等功能，系统能够将排班计划的各项指标自动统计出来，进而可以评价乘务计划的编制质量，对后续排班计划进行调整。

4结语

“双循环”新发展格局下的高铁乘务服务管理，应当要适应新发展格局，必须进一步重视乘务计划编制的信息化、自动化，提高人员规划效率，优化乘务人员资源配置，降低乘务人员运营成本以及车辆运用成本，为旅客运输提供更舒适的出行方式。本文采用蚁群算法对高铁乘务计划编制问题进行分析优化，根据列车运行图，要将各班次划分为若干执行班次，将乘务任务按工作强度分配，制定出乘务时长最短和“用户体验”最好的乘务调度。实现了能够快速编制和实时调整乘务排班计划的系统开发，从而能够实现“一键式”编出排班、出勤、备班、工时管理等功能，从而可以显著提高高速列车乘务人员的信息化管理水平，可以降低运行成本，提高乘务效率。

作者：张园园 张睿 单位：西安交通工程学院 陕西国防工业职业技术学院