導語：鐵路乘務排班管理系統研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：高速乘務排班管理系統的構建一直以來都是高鐵客運調度的核心內容。隨著“雙循環”新發展格局的逐步構建，以及我國高速鐵路路網的逐步擴張和客運量的逐年增加，給動車組運用、乘務計劃的編制等過程造成了很大的難度。針對傳統鐵路客運排班及管理存在的不足,為提高我國高鐵乘務員的管理水平，更好地為廣大旅客服務，以計算機網絡為輔助手段，針對高速鐵路乘務排班計劃的編制現狀，通過采用蟻群算法對高鐵乘務計劃編制問題進行分析優化，探討設計高速乘務排班管理系統，實現旅客乘務計劃、工時統計、工時強度自動顯示等功能，為加強高速列車乘務人員的管理，提高高速列車乘務人員的信息化管理水平。

關鍵詞：新發展格局；乘務計劃；系統設計

隨著我國“八縱八橫”高速鐵路運輸通道和城際快速運輸系統的建成，標識著我國高速鐵路成功步入網絡化運營時代。統籌推進現代流通體系建設，為構建2020年中國提出的構建國內國際“雙循環”發展新格局提供有力支撐[1]。但相較于在高速動車組、高鐵線路等“硬件”設施方面所取得的成果，高鐵動車組運用管理、高鐵乘計劃管理“軟件”方面尚未形成相對成熟的理論與方法，新增運用的動車組規模也變大，給動車組運用、乘務計劃的編制等過程造成了很大的難度[2]。因此高鐵乘務人員要適應新形勢，必須進一步重視信息化、自動化，提高人員規劃效率，一定要充分利用計算機網絡技術，優化乘務人員資源配置，降低運營成本[3]。同時提高新格局下高速客運列車運行計劃的信息化水平是必然趨勢，因此，對乘務編制計劃的信息化給予必要的探索研究。本文在新格局下高鐵高速動車組、高鐵線路等“硬件”設施方面基本完善的情形下，充分借助于當前計算機網絡技術和數據分析技術，主要針對高鐵“軟件”方面存在的問題，尤其是高鐵乘計劃編制方面的問題，充分考慮鐵路乘務調度計劃的安排和資源短缺情況，通過蟻群算法對高鐵乘務計劃編制問題進行分析優化，探討設計高速乘務排班管理系統，實現旅客乘務計劃、工時統計、工時強度自動顯示等功能，從而可有效加強高速列車乘務人員的管理，優化其組織結構，以及準確統計乘務人員人數提供了有效的平臺，以改善高速客運的服務。

1乘務計劃編制問題概述

1.1乘務計劃編制問題描述

乘務計劃優化的一個重要指標是用最少的調度員人數完成領導層分配的任務。編制列車乘務銜接計劃的主要步驟如下：（1）列車運行信息的收集。按照列車運行圖和機車運行路線圖，計算出列車車次、始發站、到達站和動車組在乘務基地所在車站和換乘車站的停站時間。（2）選擇中轉站。以列車運行圖資料為依據，研究對象為單線運行，然后對車站類型進行劃分，即有換乘條件的乘務基地站，有換乘條件的非乘務基站所在的車站和無換乘條件的非乘務基地站。（3）設立可行的乘務大區段。乘務人員在大型單元間完成值班任務的過程，是從乘務基地，到轉運單元所在站，經過一定的休息時間后返回乘務基地的過程。（4）根據單元連續原則，幾個可操作運行的單元段組成單元段過渡線，覆蓋整個乘務交路[4]。

1.2乘務交路計劃時空規則

（1）時序規則。連續的兩個乘務區段必須是時間連續的，即前一乘務組的到達時間必須嚴格早于下一乘務區段的出發時間。（2）空間繼承的規則。乘務區段之間必須保持空間連續性，即前一乘務區段的到達站必須是下一乘務區段的到達站，以確保所有乘務區段都能到達。

1.3乘務交路的優化算法算法

MTSP（多旅行商問題）問題是一個難問題，通常采用線性規劃法、分支定界法、動態規劃法進行求解。但是，由于高速鐵路規模的不斷擴大，造成了組合爆炸的情況，精確算法難以求解，啟發式算法在蟻群基本算法中具有獨特的優勢：蟻群基本算法多通過一條特定路徑，收集的信息素越多，信息素交叉就越少。第二，根據與信息素相關的傳播概率，計算選擇地點的傳播概率[5]。本文在MTSP的基礎上采用蟻群搜索效率和蟻群多樣性，采用蟻群算法對乘務員路徑進行了優化，并給出了相應的算法設計步驟。（1）產生解構圖。（2）解構空間。設到達站最多的一段是D，D=0表示到達站是乘務基地所在的站，否則D=1。當乘員交路滿足C·D=0時，乘員交路滿足時空限制。另外，蟻群不斷地尋找，直到達到了C·D=0。在解空間的構建中，通過螞蟻重復此過程來完成。在螞蟻成員遍歷區域節點時，通過算法完成構造解空間。（3）初始化及更新信息素。設全路徑信息素濃度為ij，螞蟻i在節點j時的信息素濃度用ij表示，其中路徑和節點的信息素初始濃度設定如下（1）在式（1）中，設定互異乘務各站位節點間的連續頻率A乘務參與設計的結點和路徑的優選，與信息素濃度成比例。對每個路徑和節點，在每次優化之后，都將信息素更新值設置為：（2）在該過程中，螞蟻在飛行階段以轉移概率（公式（4））繼續下一個飛行階段節點j。乘員區域節點越靠近目標節點，可連續預測的越大。隨著迭代次數的增加，設定的最大迭代次數為NCmax。（5）終止策略。蟻群搜索了幾次之后，當nc+1的值無限接近的nc值時，找到的解就基本不會再變了，并且所有的乘務段都會被遍歷，算法終止。

2高速乘務排班管理系統設計分析

基于前面對高鐵乘務排班計劃編制問題進行分析探討，通過常見的乘務排班計劃編制模型[6]，對乘務排班問題進行了描述并分析，根據蟻群算法的特性，采用蟻群算法對乘務員路徑進行了優化。基于以上的分析，本文針對MTSP問題是一個NP難問題，系統通過對接已有的乘務管理系統，乘務排班管理系統針對雙循環新格局下我國高鐵客運的特點，根據情況計算各乘務的實際工作時間，可以自動編制乘務計劃、自動進行數據分析等方面的功能。充分借鑒計算機網絡應用由知識庫、信息處理器和計算機三部分組成，乘務排班管理系統采用B/S結構，能夠有效地配套鐵路系統中的分布式網絡應用[7-8]，從而能夠實現“一鍵式”編出乘務排班、出勤、備班、乘務工具、工時自動統計以及基礎信息管理等功能。具體的結構見圖1。圖1系統總體結構設計

2.1數據層

數據層類似于計算機網絡中的知識庫，主要負責提供系統所需的基礎數據，實時更新人員數據、動車組運用計劃中的交路數據、列車運行時刻等，及時為系統的其他功能層提供所需的實時數據。

2.2業務層

業務層主要實現乘務排班管理以及自動調整等模塊功能，根據實際情況負責對鐵路乘務排班計劃進行編制與實時調整，并將準確數據反饋給數據層進行儲存，并根據用戶的要求提供給用戶層。（1）乘務計劃中的交路編制分析。根據上文對高速動車組乘務計劃編制的問題分析，以相鄰乘務人員之間的接續時間最短、乘務人員交路數最少為優化目標，并滿足乘務人員相關的作息時間要求，建立相關的數學模型同時用求解的蟻群算法來編制高鐵動車組乘務計劃，此部分的內容可參見文獻[9]。根據各乘務區段以及各乘務組的規則，一個乘務交路一般情況下是由1對“往返”的乘務區段組成，在此過程中包含1次間休。（2）乘務計劃的編制分析。根據上文對乘務排班計劃編制的復雜旅行商問題分析，在乘務排班計劃編制階段，以相鄰乘務人員之間的接續時間最短、乘務人員交路數最少為優化目標，并乘務人員相關的作息時間要求，構建了相應的數學模型及用于求解的蟻群算法。算法設定為當達到優化目標值時，乘務人員交路數最少者優先。系統從而可以快速編制出多個優化方案比選，可通過單擊“另存為”按鈕實現，并以Excel格式輸出編制結果，可便于日后查看和比選。（3）自動調整。乘務排班管理系統數據直接來源員工簽到數據，完全可以實時獲取員工的簽到、退勤信息，并且根據人員簽到信息自動調整乘務排班計劃，并自動計算乘務員的工時。當在系統自動排班結果不能滿足鐵路實際需要時，系統會彈框提示人工來進行調整來優化。同時該系統可以利用指紋或面部識別技術，提高系統的運行效率以及安全性，該方法克服了實際現場中人工記錄過程中造成的主觀誤差，相應提高了系統的穩定性。

2.3用戶層

用戶層主要實現乘務排班基礎數據、工時數據以及乘務排班結果的實時顯示、輸入與輸出，并可供人員對基礎信息、工時數據、排班計劃進行核對、管理和調整。

3系統功能模塊

高速乘務排班管理系統主要包括排班計劃管理、出勤管理、基礎數據管理、審核管理、統計管理等主要功能模塊[10]。

3.1排班管理

排班計劃管理功能中，通過出乘點名簽到系統，通過基本的乘務交路計劃自動生成每日的乘務排班計劃，通過乘務員請假、超出工時等信息可以實現乘務員工時數據的自動收集以及實時統計更新。系統在數據運行過程中，以車隊信息和線路信息為基礎，需要根據實際乘務員人員的信息和服務交路的變化、乘務員開始服務出發地點和服務時長進行規劃。常見影響乘務服務時間的因素有：區間運行時長、發車時間、到達時間、返程時間、中間接續等候時間等。鐵路工作人員一般只需輸入以上信息，就能自動準確計算處每個乘務交路的實際運行服務時間，實際運行服務時間與鐵路公司批準的班次時間一致，并與鐵路公司批準的乘務月工時174h＋5%進行相比較，以對實際運行班次進行調整乘務人員。

3.2出勤管理

3.2.1正常出勤乘務排班完成后，管理人員會對操作終端進行檢查，并根據實際運行交路的臨時加班、病假等情況進行調整，以確保實際服務列表中的個人信息與實際出勤信息一致。3.2.2備班出勤管理系統使用班內備班小組的功能，可以進行增加或者是刪除備班小組人員，以確保其與實際班內備班小組相匹配。

3.3基礎數據管理

基礎數據是指與動車組司機、乘務員履歷、乘務規則、列車時刻表動車組乘務組作息時間相關的規定和標準。輸入系統后除特殊情況外，一般不做修改，主要作為編制乘務交路的限制條件。

3.4審核管理

本管理系統提供審核管理功能，管理人員在班前、班中、班后必須在管理界面審核檢查才能生效完成。以保證乘務人員、列車運行交路安排合理，作業正確，乘務時間計算準確。

3.5統計管理

該模塊根據每個乘務人員的實際出勤情況以及出勤次數，對每個乘務人員的實際服務時間進行分析統計。具有乘務員月工時統計與分析、乘務員勞動實績統計、排班計劃兌現率評價等功能，系統能夠將排班計劃的各項指標自動統計出來，進而可以評價乘務計劃的編制質量，對后續排班計劃進行調整。

4結語

“雙循環”新發展格局下的高鐵乘務服務管理，應當要適應新發展格局，必須進一步重視乘務計劃編制的信息化、自動化，提高人員規劃效率，優化乘務人員資源配置，降低乘務人員運營成本以及車輛運用成本，為旅客運輸提供更舒適的出行方式。本文采用蟻群算法對高鐵乘務計劃編制問題進行分析優化，根據列車運行圖，要將各班次劃分為若干執行班次，將乘務任務按工作強度分配，制定出乘務時長最短和“用戶體驗”最好的乘務調度。實現了能夠快速編制和實時調整乘務排班計劃的系統開發，從而能夠實現“一鍵式”編出排班、出勤、備班、工時管理等功能，從而可以顯著提高高速列車乘務人員的信息化管理水平，可以降低運行成本，提高乘務效率。

作者：張園園 張睿 單位：西安交通工程學院 陜西國防工業職業技術學院