简谈城市轨道交通乘务派班管理系统设计与实现

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随着我国城市轨道交通的快速发展，越来越多的城市开始了城市轨道交通的建设，城市轨道交通将成为人们出行重要的交通工具，因此，城市轨道交通的运营管理也将变得越来越重要。在轨道交通的运营管理中，乘务派班管理是一个重要的部分，派班管理的合理与否直接影响运营效率、列车运营安全性等，乘务派班管理主要包括乘务计划编制与下发、出退勤管理、请销假管理、信息统计等。目前，在我国城市轨道交通中，乘务派班管理的实现主要依靠人工进行，工作量大，耗时并且耗力。因此，如何科学、合理地安排乘务人员、编制司机的乘务计划、管理乘务人员的出乘情况等是乘务派班管理中需要重点解决的问题。

1系统结构设计

乘务派班管理系统采用C/S(客户端/服务端)模式进行设计开发。该模式能够满足数据的实时共享，以及系统功能扩展的需要。系统不直接通过服务端与数据库系统进行数据交换，而是在服务端增加一层应用服务器，客户端通过指令发送到应用服务器，应用服务器通过分析指令与数据库服务器进行数据交换，再将数据返回给服务端。

2乘务派班管理系统业务流程

乘务派班管理系统的主要业务流程如图。

3系统功能模块设计

根据作业需求，乘务派班管理系统功能模块主要可分为：用户权限管理模块，乘务计划编制模块，铭牌管理模块，司机管理模块，工具管理模块，查阅统计模块等。

(1)用户管理模块：为了保障系统的安全性，只有相关人员才有权使用系统，所以需要进行用户信息管理，包括用户的系统登录账号和登录密码等信息管理。

(2)乘务计划编制模块：根据列车运行图、地铁作业相关约束自动生成乘务任务，再根据司机的状态和轮班规则为每个司机安排乘务任务，最后将编制好的乘务计划通过一定的方式下发给司机。

(3)铭牌管理模块：通过铭牌了解司机的个人信息，同时，动态地掌握司机的工作状态，比如司机出退勤等状态，通过司机铭牌的摘挂实现司机的请销假管理等。

(4)司机管理模块：对于司机的个人信息进行管理，包括司机编号、职位、司机姓名、出生年月、司机的联系方式以及司机所属的机队等。

(5)工具管理模块：工具管理包括派班管理中涉及的工具基本信息管理，比如工具的型号、所属的列车等信息。同时，司机出勤时需要借用工具，比如电台、车钥匙等，退勤时需要归还工具，借用、归还工具都需要进行登记管理。

(6)查询统计管理：司机退勤后需要对于司机乘务相关的信息进行统计，包括司机驾驶时间、纯驾驶里程和安全驾驶里程等，同时也可以对历史乘务数据进行查询，实现数据的透明和共享。

4系统实现

系统基于C#编程语言，采用SQL数据库开发实现。

乘务计划编制

乘务计划编制是派班管理系统中最重要的一个功能，是乘务派班管理一系列相互管理工作的起点，也是城市轨道交通运输生产的核心和关键。其主要包括两个部分：乘务交路计划和乘务轮班计划。

乘务交路计划

乘务交路计划是根据运行图和相关约束生成的乘务交路集合，每个乘务交路的具体信息包括交路中各任务段的起始、到达站的站名和时间等，一个交路就是一个乘务任务即一个司机一天的驾驶任务，根据乘务交路集合中乘务交路的数量就可以确定担任乘务任务所需要的司机数量。

要得到交路计划，首先需要根据运行图和确定好的的司机可换乘地点将列车运行任务划分为司机需担任的驾驶任务段，记任务段集合V={vi|(no,r,tdi,tfi,ddi,dfi)}(i=1,2,…,n)，n为任务段数量;no为任务段编号;r为任务段i所属的车次号;tdi为任务段i的开始时间;tfi为任务段i的结束时间;ddi为任务段i的到站站名，dfi为任务段i的出发站站名，同时记乘务交路集合为S。

交路计划计算的约束条件

根据相关作业规则，系统主要考虑以下几种约束条件：

(1)时间约束，时间约束主要包括司机在各班次(早班、白班、夜班)的出勤、退勤时间段，司机的就餐时间段，就餐最小时间，司机连续驾驶的最大时间，司机一天最大工作时间，司机换乘过程中最小休息时间，其中任务段的结束时间和开始时间之差为司机在该任务段的驾驶时间，工作时间指司机退勤与出勤时间之差。

(2)地点约束，为了避免使司机在不同的地点换乘，增加了地点约束，即司机前一个值乘任务段的结束地点是下一个值乘任务段开始的地点。

(3)任务覆盖约束，即每个任务段只属于一个乘务交路即只能被一个司机执行。

乘务交路计划的计算机实现

系统采用基于约束规则的启发式搜索方法来求解交路集合，基于约束规则的启发式搜索算法是指在状态空间中按照相关约束条件进行搜索，直至搜索到满足条件的结果为止，乘务交路计划编制搜索的状态空间就是任务段集合，具体实现步骤如下所示：

Step1：根据列车运行图和换乘站信息，将列车运营计划划分为任务段，组成任务段集合V，并记录集合中任务段数量n。

Stept2：以运行计划中各车次的所有任务段中开始时间最早的任务段为交路的起始任务段，开始搜索可以与该任务段接续的下一个任务段，满足以下所有条件则可以接续，否则不可以接续，如果可以接续，则将任务段从任务段集合中删除，待选任务段数量为：n-1。

(1)前一个任务段的到达地点与后一个将与之接续任务段的开始地点相同。

(2)前一个任务段的结束时间与后一个将与之接续任务段的开始时间之差最小并且应该满足司机的最小换乘休息时间，如果两个接续的任务段所属的车次相同且满足约束(4)，则两个任务段接续时不安排司机休息。

(3)如果前一个任务段的结束时间在司机就餐时间段内，则可以安排就餐，并且就餐时间需要满足司机的最小就餐时间。

(4)前一个任务段与下一个将要接续的任务段所属的车次一样时，属于同一车次的所有连续任务段的总驾驶时间不大于司机的最大连续驾驶时间。

Step3：一直搜索满足条件的任务段，并将满足条件的任务段相接，直到不满足下列条件后停止搜索，得到一个乘务交路，放入交路集合S中。

(1)已经连接的所有任务段的总工作时间不大于司机最大工作时间。

(2)将要接续的任务段的结束时间不大于最晚退勤时间。

Step4：从剩余任务段中起始时间最早的任务段开始，再依次进行接续判断，执行Step2和Sep3，直到所有的任务段被组合完，即n-n=0，就得到最终的乘务交路集合S。

Step5：根据各交路的最早出发时间和规定的各班次出勤时间段约束，将交路划分到各班次的交路集合中，最终完成乘务交路计划。

以成都地铁某线路运行图数据为算例，线路设置一个车辆段和两个换乘站，相关约束参数设置为：早班出勤时间段5:00～7:30，退勤时间段10:00～11:30;白班出勤时间段9:00～12:00，退勤时间段15:00～19:00;夜班出勤时间段16:30～18:00，退勤时间段22:30～1:00;午餐时间段11:00～14:00，晚餐时间段16:30～19:30，最小就餐时间20min;最小换乘休息时间5min;最大连续驾驶时间1h;每天最大工作时间6h，运用上述计算方法得到最终的交路计划，表中，(餐)代表为司机安排就餐;交路具体内容栏中，一行代表一个乘务任务段，一个交路编号所对应的内容就是一个司机需要担任乘务任务。

乘务轮班计划

乘务交路计划得到了乘务交路的集合，就需要安排司机担当具体的乘务交路。乘务轮班就是基于交路计划结果，为司机提供具有可操作性的乘务轮班方案，将乘务任务安排给具体的司机。根据各班次交路数量安排司机组成一个机队，每个机队固定担任某一班次的任务，而每天需要进行机队间的任务轮班。乘务轮班主要包括轮班模式的确定和轮班计划的生成，常用的轮班模式主要包括三班二运转、四班二运转、四班三运转和五班三运转，本系统采用的轮班模式为四班三运转，即早班、白班、晚班、休息，就需要安排4个机队，例如某机队今天为早班任务，明天就担任白班任务，以此类推循环执行。而轮班计划则采用单一循环的方式生成，即司机循环执行某班次中乘务任务，例如，在轮班模式下，某司机所在机队今天执行白班任务，该司机今天执行白班中编号为1的交路任务，下次轮班到该机队再执行白班任务时，该司机就执行白班中编号为2的交路任务，以此类推循环执行。

通过对交路计算和轮班的生成便得到了乘务计划，系统根据得到的乘务计划自动匹配司机执行乘务任务，从而生成各司机的乘务计划。

乘务计划下发

乘务计划下发是将编制好的乘务计划，下发给对应的司机。传统的乘务计划下发完全依靠人工将全部乘务计划以邮件等方式下发给司机，司机需要在众多乘务计划中寻找自己的出乘计划。系统设计了微信通信接口，将每个司机的乘务计划通过微信下发给对应的司机，而与该司机不相关的计划则不向其下发，同时系统会记录司乘接收任务的确认回执信息。

铭牌管理

系统为每位司机制作一个铭牌，铭牌主要用于查看司机的基本信息以及了解司机动态的工作状态。当司机需要请销假时，则将司机铭牌从司机运用计划列表中摘除或挂上，同时可以通过铭牌查看司机的乘务任务。当司机出勤、退勤后相应的铭牌会给与状态显示。

工具管理

工具管理是采用数据库进行工具的基本信息管理，为了管理方便，为每个工具制作并贴上条形码条，并且在数据库的相应工具后面记录其条形码以作为工具区分的信息。当司机出勤和退勤时只需要用条形码扫描枪扫描工具上的条形码，系统会根据条形码自动在数据库中查找工具信息，在系统中自动完成工具借用、退还相关信息的登记，从而解决传统的人工纸制登记作业效率低的问题。

其他功能的实现

用户管理和司机管理都采用数据库进行，数据库中设计了相关信息记录数据表，系统设计了数据管理接口来完成用户、司机基本信息的录入和删除。

查询统计模块主要是根据司机的出乘情况，以司机乘务任务的任务段信息为基础，系统自动计算司机的驾驶时间等信息，同时生成相关日志记录在数据库中，并完成相关信息的统计，生成统计报表。同时供用户查询相关信息，如司机的驾驶时间等数据以及工具的借用情况等信息，实现信息的共享。

5结束语

乘务派班管理系统是根据现场实际调研后研