高铁调度与运行管理系统分析与设计

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摘要：随着我国高铁交通网络基础设施快速普及，高速铁路客车在我国大范围内展开应用，高铁调度与运行管理系统在高铁管理中起到非常关键性的作用，高铁调度管理工作，它是由调度管理、信号传输、数据统计分析、数据综合管理等于一体的智能化高铁调度管理系统。系统通过建立高速铁路列车模拟运行图的数字控制模型，最后能够实现自动生成高速铁路列车的调度与运行图，并通过高速铁路专网实现了数据的通信与采集工作，对整个系统通过对调度管理的具体分析、详细设计、系统编程实现及运行测试等工作。高铁调度与运行管理系统具有操作简便、调度准确、系统运行稳定等优点。经过系统运行测试分析表明，高铁调度与运行管理系统具有实用价值和现实意义。
关键词：高铁；调度；运行管理；数据统计分析
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0003-03
随着中国经济增长，通过高速铁路运载人和物资的方式成为主流，由此带来的是运行高铁列车量的倍增、高铁网络逐渐复杂以及高铁调度需要及时性，均对高铁调度与运行管理提出了新的需求。因此。既要保证系统能够高效实施调度，又能够满足高铁调度的实时性。本文的研究是信息技术应用到高铁调度系统，通过程序编排、修改高铁运行的时间表，并集中管理其他设备，提高高铁调度效率。
高铁调度与运行管理系统是中国铁路公司的高铁信息化解决方案，通过整合了铁路系统的全部应用系统，提高了高铁调度与运行效率，系统采用了服务器热备技术、数据冗余技术等，系统运行具有非常高的安全性。本文介绍了高铁调度与运行管理系统的设计与实现，对高铁调度与运行管理系统的技术结构、主要功能模块以及系统开发过程中涉及的关键性问题，系统的实现能够有效地完成高铁调度管理工作，提高高铁在运行过程中的管理问题。
高铁的调度包括对人、车以及信号之间的管理，这些要素都是在高铁调度系统的指挥下有序地完成各项调度。高铁的调度管理已经有许多辅助应用系统，但是，这些辅助应用系统之间缺乏数据调用与访问交互关系，仍需在关键节点上实施人工调度，这样对高速铁路客车的运行管理是极其不便的，高铁部门迫切开发一种安全可靠的调度与运行管理系统。
长期以来，我国铁路运输一直采用人工运输调度方式， 调度效率相对较低。
1 系统总体需求分析
本文模拟了高铁列车实时调度与运行的全过程，其主要研究内容包括：运行时刻表的编排、设备信号的传递、快速处理事故的能力和动态的数据显示等。高铁调度与运行管理系统运用集中高鐵调度的概念，通过采集整个铁路专网络中高铁运行状态、下一个达到车站、线路是否通畅等状态数据，对数据采集后再进行集中处理，调度所有的信号资源，从而实现更合理的高铁调度程序。
1.1 系统功能结构需求分析
高铁调度与运行管理系统主要由 6 个功能模块组成：
高铁地理信息管理模块、自动生成运行图管理模块、高铁自动调度管理模块、运行状态监控管理模块和网络传输管理模块。
1.2 系统的子功能需求分析
1.2.1 地理信息子功能模块
本文设计与实现的高铁调度与运行管理系统，由高铁站点数据库与高铁线路数据库共同组成，其实时数据是为了生成高铁运行路线的功能与实时数据显示功能。地理信息子系统具有丰富的电子地图管理功能和数据库检索功能，为高铁调度与运行管理系统的建立提供了巨大的帮助。
1.2.2 自动生成运行图子功能模块
本子系统采用自动编制高铁的运行时间表，各个子系统之间通过接口 1 调用或者访问数据，从高铁调度与运行管理系统中获得高铁的实时线路数据和高铁当前所在的地理信息数据，经运行图生成算法处理， 自动生成高铁运行的全部数据，再通过接口 2 将参数传递给高铁自动调度子系统。自动生成高铁运行图功能的关键是运行图算法的生成，该系统的核心。
1.2.3 高铁自动调度子功能模块
高铁运行的调度中心设计主要分为：自动调度和人工调度。人工调度方式为了解决自动调度过程中存在的缺陷，辅助自动调度的目的，由系统发出高铁调度命令，并控制高铁运行与管理。高铁运行与调度主要处理高铁的调度冲突与运行管理，因此，高铁始发调度管理、运行状态管理、高铁调度、运行冲突与冲突消解等模块。高铁始发调度是由时刻表中的开始时间出发，则向调度中心发送某某高铁已发出的状态消息，调度中心负责人接收信号并等待处理调度信息数据。
运行冲突与冲突消解在分析高铁发出时间、站点数据和线路图等之后，再判断冲突消解的方法，若有冲突出现则根据冲突方式进行冲突消解算法的构造过程，再向相应高铁、车站发出高铁调度指令，调度中心通过指令传递数据。
1.2.4 运行状态监控子功能模块
把3 台主机串联组成一个小型的网络，分别构成系统运行的监控机、高铁调度的调度机和数据传输的交换控制机。数据传输的交换控制机主要完成对数据交换，保持外围设备与调度中心的数据一致。
1.2.5 网络传输管理子功能模块
本文的系统采用TCP/IP 网络数据传输协议，这是一种面向可靠连接的传输协议，能够保证高铁调度与运行过程中的数据安全性。
1.2.6 高铁动态运行日常管理
采集、处理和上报高铁运行日记统计，其中包括：到站时间、铁路重大事故、系统的调度故障、重大自然灾害、高铁行车的时间表等情况。
1.2.7 高铁调度值班日记管理
由高铁值班人编写的工作总结、数据统计分析、高铁运行记事本等。
1.2.8 系统维护功能模块
包括数据库管理和系统初始化等子模块。利用系统维护模块，利用系统初始化办法对系统的参数重新设置，并赋予新的操作权限；允许随时备份数据，一旦硬盘发送故障时，可以从某个节点进行恢复数据。
1.2.9 系统帮助模块
帮助使用者使用系统的功能，介绍软件安装步骤、系统的主要功能、实际操作说明及其其他帮助功能。
1.3 系统非功能需求分析
1） 界面需求：风格一致，界面统一；2） 异步扩展需求：远程扩展系统功能；3） 多任务、多用户同时访问需求；4） 性能需求：长期稳定运行无故障。
2 系统设计
根据高铁调度与运行管理系统总体结构和业务需求，采取IT 技术和SOA技术架构，设计高铁调度与运行管理系统，系统采用面向服务的技术体系，在统一调度业务模型和技术架构上，构建统一、有机高铁调度系统。
高铁调度与运行管理系统由调度系统、电力远动系统和终端系统组成。高铁调度与运行管理系统通过数据共享和数据交换与共享。高铁调度与运行管理系统适用于铁路总公司调度指挥中心和各个节点。
2.1 总体设计
高铁调度与运行管理系统的总体设计包括：逻辑结构设计、调度数据分布设计和系统技术架构设计。
2.1.1 逻辑结构设计
根据高铁调度与运行管理系统的需求分析和总体设计要求，根据高度节点数、系统承载的压力设计。
2.1.2 系统技术架构设计
本文主要采用一种基于B/S的合计模式和SQL数据库相结合的高铁调度与运行管理系统。该系统采用分层设计原则进行架构设计，主要包括：
1） 视图层：对应于MVC设计模式中的视图层（View） ；
2） 控制层：基于MVC设计模式的控制层（Controller） 框架；
3） 业务逻辑层：采用逻辑建模和设计的方法。
4） 数据访问层：数据存取控制、数据存储原则等。
2.2 系统的数据库设计
根据高铁调度与运行管理系统的需求所述，高铁调度与运行管理系统数据表的概念结构设计，本文利用Oracle 数据库作为数据存储工具，为企业提供管理后台及PLSQL等开发工具，便于对数据库进行设计、开发和管理工作。使用可视化的数据库的开发工具。高铁调度与运行系统的数据库中有运行时间表、调度数据表、统计分析数据表、用户数据表、地理信息数据表等。
下面介绍与本文系统相关的数据库表结构设计。
1） 机房数据表，字段包括：表的序号、机房编号、管理人、所在位置、其他。
2） 设备数据表，字段包括：表的序号、设备名称、购进日期、规格型号、编号、保管人、上次检修日期和其他。
3） 维修巡检数据表，字段包括：表的序号、记录人、记录时间、内容、注意事项、和其他。
2.3 建设系统的关键技术
铁路总公司、分局、调度中心三级之间通过高铁专网进行数据传输，采用通信服务器的调度远程数据。各级调度中心的客户端通过本文的高铁调度与运行管理系统数据传输队列中传输，调度中心作为接收调度数据再进行处理与转发，在传输过程中会造成数据丢失的现象，不能满足数据传输一致性的问题。
3 系统实现与测试
3.1 应用程序环境配置
3.1.1 高铁调度与运行管理系统的硬件开发环境
1） 中央处理器：I7双核配置；2） 内存空间（单位：GB）：8；3） 硬盘存储空间：520GB；4） 显卡空间大小：515MB。
3.1.2 高铁调度与运行管理系统的软件开发环境
系统采用.NET 框架的C# 语言进行开发的软件系统。NET 框架具有非常重要的组件：公共语言运行库和系统类库两种。公共语言运行库是本文使用框架的基础。在这里，可以将公共运行库视为可执行代码，框架能够提供内存管理和进程处理服务，因此，代码是公共运行库的基本。.NET框架的另一个则类库。
3.2 测试
3.2.1 系统测试目的
高铁调度与运行管理系统完成自身的功能性测试和接口集成测试，另外，为了完善整个系统而做出的测试，还需要引进其他的测试工具，第三方测试方法配合系统测试。高铁调度与运行管理系统的主要测试目标：
1） 系统的测试目标：完成功能性测试之后在完成高铁调度与运行管理系统的接口集成测试，无严重运行错误即可通过系统测试。
2） 系统的性能测试：要求高铁调度与运行管理系统性能测试要达到测试目标，并能够快速响应高铁调度请求。
3.2.2 测试方案
高铁调度与运行管理系统的主要测试方案：高铁调度与运行管理系统为了保证其完整的为铁路总公司提供调度服务，为了保证应用程序能够稳定运行。本文涉及的测试内容：1） 调度与运行系统的参数初始化设置；2） 高铁运行时间表的设置；3） 高铁运行监控状态设置；4） 高铁信息采集加工功能正常；5） 统计分析数据准确无误；6） 数据结果显示正常。
4 本文结论
本文实现对高铁的运行与调度管理系统的设计与实现工作，因此，并对高铁调度信息采集的各个功能模块进行单元测试。最后，该文的总结工作主要包括：
通过高铁调度与运行管理系统是一个高铁调度与运行的信息化解决方案，在以高铁调度为中心的技术架构下，高铁调度与运行管理系统整合了对高速列车的实时跟踪、高铁信息台、车辆号识别、远程设备管理、数据显示、高铁专网等系统。虽然完成，高铁调度与运行管理系统中的基本功能，但是有时间紧任务重，本文仍然存在的不足之处：需求分析存在遗漏之处，急于系统设计与实现工作，势必后期的设计与实现工作，为了促进了，高铁调度与运行管理系统的进一步完善和改进，提升了高铁调度与运行系统的稳定性，使高铁系统的运输，服务效率更高，缓解了我国铁路运力不足的难题，国内各大城市之间的联系更加紧密，人們的出行更加方便。
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