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簡談城市軌道交通乘務(wù)派班管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)論文
隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，越來越多的城市開始了城市軌道交通的建設(shè)，城市軌道交通將成為人們出行重要的交通工具，因此，城市軌道交通的運營管理也將變得越來越重要。在軌道交通的運營管理中，乘務(wù)派班管理是一個重要的部分，派班管理的合理與否直接影響運營效率、列車運營安全性等，乘務(wù)派班管理主要包括乘務(wù)計劃編制與下發(fā)、出退勤管理、請銷假管理、信息統(tǒng)計等。目前，在我國城市軌道交通中，乘務(wù)派班管理的實現(xiàn)主要依靠人工進行，工作量大，耗時并且耗力。因此，如何科學(xué)、合理地安排乘務(wù)人員、編制司機的乘務(wù)計劃、管理乘務(wù)人員的出乘情況等是乘務(wù)派班管理中需要重點解決的問題。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
乘務(wù)派班管理系統(tǒng)采用C/S(客戶端/服務(wù)端)模式進行設(shè)計開發(fā)。該模式能夠滿足數(shù)據(jù)的實時共享，以及系統(tǒng)功能擴展的需要。系統(tǒng)不直接通過服務(wù)端與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，而是在服務(wù)端增加一層應(yīng)用服務(wù)器，客戶端通過指令發(fā)送到應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器通過分析指令與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換，再將數(shù)據(jù)返回給服務(wù)端。
2乘務(wù)派班管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程
乘務(wù)派班管理系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)流程如圖。
3系統(tǒng)功能模塊設(shè)計
根據(jù)作業(yè)需求，乘務(wù)派班管理系統(tǒng)功能模塊主要可分為：用戶權(quán)限管理模塊，乘務(wù)計劃編制模塊，銘牌管理模塊，司機管理模塊，工具管理模塊，查閱統(tǒng)計模塊等。
(1)用戶管理模塊：為了保障系統(tǒng)的安全性，只有相關(guān)人員才有權(quán)使用系統(tǒng)，所以需要進行用戶信息管理，包括用戶的系統(tǒng)登錄賬號和登錄密碼等信息管理。
(2)乘務(wù)計劃編制模塊：根據(jù)列車運行圖、地鐵作業(yè)相關(guān)約束自動生成乘務(wù)任務(wù)，再根據(jù)司機的狀態(tài)和輪班規(guī)則為每個司機安排乘務(wù)任務(wù)，最后將編制好的乘務(wù)計劃通過一定的方式下發(fā)給司機。
(3)銘牌管理模塊：通過銘牌了解司機的個人信息，同時，動態(tài)地掌握司機的工作狀態(tài)，比如司機出退勤等狀態(tài)，通過司機銘牌的摘掛實現(xiàn)司機的請銷假管理等。
(4)司機管理模塊：對于司機的個人信息進行管理，包括司機編號、職位、司機姓名、出生年月、司機的聯(lián)系方式以及司機所屬的機隊等。
(5)工具管理模塊：工具管理包括派班管理中涉及的工具基本信息管理，比如工具的型號、所屬的列車等信息。同時，司機出勤時需要借用工具，比如電臺、車鑰匙等，退勤時需要歸還工具，借用、歸還工具都需要進行登記管理。
(6)查詢統(tǒng)計管理：司機退勤后需要對于司機乘務(wù)相關(guān)的信息進行統(tǒng)計，包括司機駕駛時間、純駕駛里程和安全駕駛里程等，同時也可以對歷史乘務(wù)數(shù)據(jù)進行查詢，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明和共享。
4系統(tǒng)實現(xiàn)
系統(tǒng)基于C#編程語言，采用SQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)實現(xiàn)。
4.1乘務(wù)計劃編制
乘務(wù)計劃編制是派班管理系統(tǒng)中最重要的一個功能，是乘務(wù)派班管理一系列相互管理工作的起點，也是城市軌道交通運輸生產(chǎn)的核心和關(guān)鍵。其主要包括兩個部分：乘務(wù)交路計劃和乘務(wù)輪班計劃。
4.1.1乘務(wù)交路計劃
乘務(wù)交路計劃是根據(jù)運行圖和相關(guān)約束生成的乘務(wù)交路集合，每個乘務(wù)交路的具體信息包括交路中各任務(wù)段的起始、到達站的站名和時間等，一個交路就是一個乘務(wù)任務(wù)即一個司機一天的駕駛?cè)蝿?wù)，根據(jù)乘務(wù)交路集合中乘務(wù)交路的數(shù)量就可以確定擔(dān)任乘務(wù)任務(wù)所需要的司機數(shù)量。
要得到交路計劃，首先需要根據(jù)運行圖和確定好的的司機可換乘地點將列車運行任務(wù)劃分為司機需擔(dān)任的駕駛?cè)蝿?wù)段，記任務(wù)段集合V={vi|(no,r,tdi,tfi,ddi,dfi)}(i=1,2,…,n)，n為任務(wù)段數(shù)量;no為任務(wù)段編號;r為任務(wù)段i所屬的車次號;tdi為任務(wù)段i的開始時間;tfi為任務(wù)段i的結(jié)束時間;ddi為任務(wù)段i的到站站名，dfi為任務(wù)段i的出發(fā)站站名，同時記乘務(wù)交路集合為S。
4.1.1.1交路計劃計算的約束條件
根據(jù)相關(guān)作業(yè)規(guī)則，系統(tǒng)主要考慮以下幾種約束條件：
(1)時間約束，時間約束主要包括司機在各班次(早班、白班、夜班)的出勤、退勤時間段，司機的就餐時間段，就餐最小時間，司機連續(xù)駕駛的最大時間，司機一天最大工作時間，司機換乘過程中最小休息時間，其中任務(wù)段的結(jié)束時間和開始時間之差為司機在該任務(wù)段的駕駛時間，工作時間指司機退勤與出勤時間之差。
(2)地點約束，為了避免使司機在不同的地點換乘，增加了地點約束，即司機前一個值乘任務(wù)段的結(jié)束地點是下一個值乘任務(wù)段開始的地點。
(3)任務(wù)覆蓋約束，即每個任務(wù)段只屬于一個乘務(wù)交路即只能被一個司機執(zhí)行。
4.1.1.2乘務(wù)交路計劃的計算機實現(xiàn)
系統(tǒng)采用基于約束規(guī)則的啟發(fā)式搜索方法來求解交路集合，基于約束規(guī)則的啟發(fā)式搜索算法是指在狀態(tài)空間中按照相關(guān)約束條件進行搜索，直至搜索到滿足條件的結(jié)果為止，乘務(wù)交路計劃編制搜索的狀態(tài)空間就是任務(wù)段集合，具體實現(xiàn)步驟如下所示：
Step1：根據(jù)列車運行圖和換乘站信息，將列車運營計劃劃分為任務(wù)段，組成任務(wù)段集合V，并記錄集合中任務(wù)段數(shù)量n。
Stept2：以運行計劃中各車次的所有任務(wù)段中開始時間最早的任務(wù)段為交路的起始任務(wù)段，開始搜索可以與該任務(wù)段接續(xù)的下一個任務(wù)段，滿足以下所有條件則可以接續(xù)，否則不可以接續(xù)，如果可以接續(xù)，則將任務(wù)段從任務(wù)段集合中刪除，待選任務(wù)段數(shù)量為：n-1。
(1)前一個任務(wù)段的到達地點與后一個將與之接續(xù)任務(wù)段的開始地點相同。
(2)前一個任務(wù)段的結(jié)束時間與后一個將與之接續(xù)任務(wù)段的開始時間之差最小并且應(yīng)該滿足司機的最小換乘休息時間，如果兩個接續(xù)的任務(wù)段所屬的車次相同且滿足約束(4)，則兩個任務(wù)段接續(xù)時不安排司機休息。
(3)如果前一個任務(wù)段的結(jié)束時間在司機就餐時間段內(nèi)，則可以安排就餐，并且就餐時間需要滿足司機的最小就餐時間。
(4)前一個任務(wù)段與下一個將要接續(xù)的任務(wù)段所屬的車次一樣時，屬于同一車次的所有連續(xù)任務(wù)段的總駕駛時間不大于司機的最大連續(xù)駕駛時間。
Step3：一直搜索滿足條件的任務(wù)段，并將滿足條件的任務(wù)段相接，直到不滿足下列條件后停止搜索，得到一個乘務(wù)交路，放入交路集合S中。
(1)已經(jīng)連接的所有任務(wù)段的總工作時間不大于司機最大工作時間。
(2)將要接續(xù)的任務(wù)段的結(jié)束時間不大于最晚退勤時間。
Step4：從剩余任務(wù)段中起始時間最早的任務(wù)段開始，再依次進行接續(xù)判斷，執(zhí)行Step2和Sep3，直到所有的任務(wù)段被組合完，即n-n=0，就得到最終的乘務(wù)交路集合S。
Step5：根據(jù)各交路的最早出發(fā)時間和規(guī)定的各班次出勤時間段約束，將交路劃分到各班次的交路集合中，最終完成乘務(wù)交路計劃。
以成都地鐵某線路運行圖數(shù)據(jù)為算例，線路設(shè)置一個車輛段和兩個換乘站，相關(guān)約束參數(shù)設(shè)置為：早班出勤時間段5:00～7:30，退勤時間段10:00～11:30;白班出勤時間段9:00～12:00，退勤時間段15:00～19:00;夜班出勤時間段16:30～18:00，退勤時間段22:30～1:00;午餐時間段11:00～14:00，晚餐時間段16:30～19:30，最小就餐時間20min;最小換乘休息時間5min;最大連續(xù)駕駛時間1h;每天最大工作時間6h，運用上述計算方法得到最終的交路計劃，表中，(餐)代表為司機安排就餐;交路具體內(nèi)容欄中，一行代表一個乘務(wù)任務(wù)段，一個交路編號所對應(yīng)的內(nèi)容就是一個司機需要擔(dān)任乘務(wù)任務(wù)。
4.1.2乘務(wù)輪班計劃
乘務(wù)交路計劃得到了乘務(wù)交路的集合，就需要安排司機擔(dān)當(dāng)具體的乘務(wù)交路。乘務(wù)輪班就是基于交路計劃結(jié)果，為司機提供具有可操作性的乘務(wù)輪班方案，將乘務(wù)任務(wù)安排給具體的司機。根據(jù)各班次交路數(shù)量安排司機組成一個機隊，每個機隊固定擔(dān)任某一班次的任務(wù)，而每天需要進行機隊間的任務(wù)輪班。乘務(wù)輪班主要包括輪班模式的確定和輪班計劃的生成，常用的輪班模式主要包括三班二運轉(zhuǎn)、四班二運轉(zhuǎn)、四班三運轉(zhuǎn)和五班三運轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)采用的輪班模式為四班三運轉(zhuǎn)，即早班、白班、晚班、休息，就需要安排4個機隊，例如某機隊今天為早班任務(wù)，明天就擔(dān)任白班任務(wù)，以此類推循環(huán)執(zhí)行。而輪班計劃則采用單一循環(huán)的方式生成，即司機循環(huán)執(zhí)行某班次中乘務(wù)任務(wù)，例如，在輪班模式下，某司機所在機隊今天執(zhí)行白班任務(wù)，該司機今天執(zhí)行白班中編號為1的交路任務(wù)，下次輪班到該機隊再執(zhí)行白班任務(wù)時，該司機就執(zhí)行白班中編號為2的交路任務(wù)，以此類推循環(huán)執(zhí)行。
通過對交路計算和輪班的生成便得到了乘務(wù)計劃，系統(tǒng)根據(jù)得到的乘務(wù)計劃自動匹配司機執(zhí)行乘務(wù)任務(wù)，從而生成各司機的乘務(wù)計劃。
4.1.3乘務(wù)計劃下發(fā)
乘務(wù)計劃下發(fā)是將編制好的乘務(wù)計劃，下發(fā)給對應(yīng)的司機。傳統(tǒng)的乘務(wù)計劃下發(fā)完全依靠人工將全部乘務(wù)計劃以郵件等方式下發(fā)給司機，司機需要在眾多乘務(wù)計劃中尋找自己的出乘計劃。系統(tǒng)設(shè)計了微信通信接口，將每個司機的乘務(wù)計劃通過微信下發(fā)給對應(yīng)的司機，而與該司機不相關(guān)的計劃則不向其下發(fā)，同時系統(tǒng)會記錄司乘接收任務(wù)的確認(rèn)回執(zhí)信息。
4.2銘牌管理
系統(tǒng)為每位司機制作一個銘牌，銘牌主要用于查看司機的基本信息以及了解司機動態(tài)的工作狀態(tài)。當(dāng)司機需要請銷假時，則將司機銘牌從司機運用計劃列表中摘除或掛上，同時可以通過銘牌查看司機的乘務(wù)任務(wù)。當(dāng)司機出勤、退勤后相應(yīng)的銘牌會給與狀態(tài)顯示。
4.3工具管理
工具管理是采用數(shù)據(jù)庫進行工具的基本信息管理，為了管理方便，為每個工具制作并貼上條形碼條，并且在數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)工具后面記錄其條形碼以作為工具區(qū)分的信息。當(dāng)司機出勤和退勤時只需要用條形碼掃描槍掃描工具上的條形碼，系統(tǒng)會根據(jù)條形碼自動在數(shù)據(jù)庫中查找工具信息，在系統(tǒng)中自動完成工具借用、退還相關(guān)信息的登記，從而解決傳統(tǒng)的人工紙制登記作業(yè)效率低的問題。
4.4其他功能的實現(xiàn)
用戶管理和司機管理都采用數(shù)據(jù)庫進行，數(shù)據(jù)庫中設(shè)計了相關(guān)信息記錄數(shù)據(jù)表，系統(tǒng)設(shè)計了數(shù)據(jù)管理接口來完成用戶、司機基本信息的錄入和刪除。
查詢統(tǒng)計模塊主要是根據(jù)司機的出乘情況，以司機乘務(wù)任務(wù)的任務(wù)段信息為基礎(chǔ)，系統(tǒng)自動計算司機的駕駛時間等信息，同時生成相關(guān)日志記錄在數(shù)據(jù)庫中，并完成相關(guān)信息的統(tǒng)計，生成統(tǒng)計報表。同時供用戶查詢相關(guān)信息，如司機的駕駛時間等數(shù)據(jù)以及工具的借用情況等信息，實現(xiàn)信息的共享。
5結(jié)束語
乘務(wù)派班管理系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)研后研發(fā)的一個基于計算機的高效、簡便的管理系統(tǒng)，現(xiàn)場作業(yè)測試表明，該系統(tǒng)能夠較好地滿足乘務(wù)派班管理作業(yè)。系統(tǒng)采用計算機進行乘務(wù)派班工作的管理,避免傳統(tǒng)人工管理作業(yè)方式所存在的工作效率低下、人員勞動強度大等缺點。系統(tǒng)將在城市軌道交通乘務(wù)運輸管理中發(fā)揮重要作用。
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