馮振興

（1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京100081；2 中國(guó)鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京100844）

運(yùn)用與檢修

基于信息集成技術(shù)的動(dòng)車組司機(jī)操控信息分析系統(tǒng)方案研究

馮振興1，2

（1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京100081；2 中國(guó)鐵路總公司 運(yùn)輸局，北京100844）

伴隨中國(guó)高速鐵路迅猛發(fā)展，動(dòng)車組列車大面積開行，高鐵安全問題越來(lái)越得到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。動(dòng)車組司機(jī)作為動(dòng)車組列車的直接操控者，是高鐵作業(yè)安全最重要、最關(guān)鍵、最核心的一線崗位，加強(qiáng)動(dòng)車組司機(jī)管理、規(guī)范其操控行為至關(guān)重要。目前，我國(guó)高速鐵路還沒有專門的信息系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組司機(jī)操控信息的記錄和分析，國(guó)外高速鐵路也無(wú)相應(yīng)的分析手段?，F(xiàn)通過(guò)分析動(dòng)車組已有車載設(shè)備記錄信息項(xiàng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合動(dòng)車組司機(jī)操控要求，借鑒列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（以下簡(jiǎn)稱LKJ）運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)分析管理模式，提出動(dòng)車組司機(jī)操控信息分析系統(tǒng)研制方案，為規(guī)范動(dòng)車組司機(jī)操控行為提供信息化手段。

高鐵；動(dòng)車組；司機(jī)操控；信息化

2008年以來(lái)，京津城際、武廣、鄭西、杭深、滬寧、滬杭、京滬、京廣等多條高速鐵路相繼開通運(yùn)營(yíng)。與既有的內(nèi)燃、電力機(jī)車相比，動(dòng)車組具有控制技術(shù)先進(jìn)、集成化程度高、運(yùn)行速度快等顯著特點(diǎn)。

伴隨動(dòng)車組列車大面積開行，動(dòng)車組司機(jī)隊(duì)伍不斷壯大。目前，擔(dān)當(dāng)動(dòng)車組值乘任務(wù)的鐵路局13個(gè)、機(jī)務(wù)段25個(gè)，動(dòng)車組司機(jī)5 000余名，日均擔(dān)當(dāng)乘務(wù)3 000多人。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃、電力機(jī)車司機(jī)相比，動(dòng)車組司機(jī)的操控要求和職責(zé)范圍都發(fā)生了根本性變化。

針對(duì)機(jī)車司機(jī)，機(jī)務(wù)部門通過(guò)對(duì)安裝在機(jī)車上LKJ記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)行退勤、日勤、專題3級(jí)分析，已實(shí)現(xiàn)機(jī)車司機(jī)操控行為的追溯管理，達(dá)到規(guī)范其作業(yè)行為的目的。但由于動(dòng)車組上無(wú)專用的司機(jī)操控信息采集設(shè)備，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組司機(jī)操控信息的采集和存儲(chǔ)。如何掌握和分析動(dòng)車組司機(jī)操控行為，監(jiān)督和掌握動(dòng)車組司機(jī)工作狀態(tài)，利用信息化手段加強(qiáng)對(duì)動(dòng)車組司機(jī)的業(yè)務(wù)指導(dǎo)與管理，是機(jī)務(wù)部門急需解決的課題。

1 需求分析

1.1 動(dòng)車組司機(jī)操控信息采集需求

（1）動(dòng)車組司機(jī)直接操控信息采集需求

動(dòng)車組司機(jī)直接操控信息是指司機(jī)在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中進(jìn)行的具體操作，主要包括司機(jī)代碼輸入信息，車次號(hào)輸入信息，列控等級(jí)選擇信息，上下行選擇信息，牽引、制動(dòng)手柄操作信息，主斷路器斷開、閉合操作信息，受電弓升、降操作信息和車門開/關(guān)操作信息等。此類信息直接反應(yīng)動(dòng)車組司機(jī)的操控行為，是分析司機(jī)操控是否規(guī)范的基本依據(jù)。

（2）與動(dòng)車組司機(jī)操控相關(guān)信息采集需求

與動(dòng)車組司機(jī)操控相關(guān)的信息是指不屬于司機(jī)的直接操作，但結(jié)合該類信息進(jìn)行分析后能夠反映司機(jī)操控行為的信息，主要包括動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)間、速度、限速、運(yùn)行位置、列控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)車組各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及需要司機(jī)參與處理的列車設(shè)備故障和報(bào)警信息等。此類信息為動(dòng)車組司機(jī)操控行為分析提供客觀證據(jù)信息，是分析司機(jī)操控是否規(guī)范的重要依據(jù)。

（3）動(dòng)車組司機(jī)作業(yè)環(huán)境信息采集需求

動(dòng)車組司機(jī)作業(yè)環(huán)境信息是指動(dòng)車組司機(jī)室環(huán)境信息及動(dòng)車組運(yùn)行前方的線路、接觸網(wǎng)信息，主要包括動(dòng)車組司機(jī)語(yǔ)音、司機(jī)室環(huán)境音信息、司機(jī)室操縱臺(tái)附近的視頻信息和動(dòng)車組運(yùn)行前方線路、接觸網(wǎng)視頻信息等。此類信息能夠比較直觀反映動(dòng)車組司機(jī)整個(gè)作業(yè)過(guò)程中的工作狀態(tài)及環(huán)境情況，是分析司機(jī)操控行為是否規(guī)范的輔助手段。

1.2 動(dòng)車組司機(jī)操控信息實(shí)時(shí)監(jiān)控需求

為及時(shí)掌握動(dòng)車組司機(jī)操控情況，應(yīng)采用信息化技術(shù)手段，在動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)一些關(guān)鍵的司機(jī)操控信息通過(guò)車對(duì)地?zé)o線傳輸通道實(shí)時(shí)傳輸至地面，并結(jié)合地面配套的分析、監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集中處理和顯示，為異常情況下對(duì)動(dòng)車組司機(jī)的遠(yuǎn)程指導(dǎo)和應(yīng)急指揮提供手段。實(shí)時(shí)傳輸至地面進(jìn)行處理和顯示的信息應(yīng)包括手柄位置信息、列車運(yùn)行速度信息、位置信息、常用制動(dòng)信息、緊急制動(dòng)信息及動(dòng)車組司機(jī)必要的基本信息等。

1.3 動(dòng)車組司機(jī)操控信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)分析需求

比照既有機(jī)車通過(guò)LKJ運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)司機(jī)操控信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)分析的方式，需要建立一套車載和地面相互配合的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組司機(jī)值乘時(shí)操控信息的全記錄，同時(shí)支持動(dòng)車組司機(jī)操控信息的退勤、日勤、專題三級(jí)分析。動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中，司機(jī)所有操控信息、相關(guān)信息及司機(jī)作業(yè)環(huán)境信息應(yīng)實(shí)現(xiàn)完整的存儲(chǔ)，支持?jǐn)?shù)據(jù)從車載到地面的轉(zhuǎn)儲(chǔ)，同時(shí)配合地面分析設(shè)備實(shí)現(xiàn)分析、處理、存儲(chǔ)和顯示。

2 現(xiàn)狀分析

目前動(dòng)車組上并未安裝司機(jī)操控信息采集、記錄和轉(zhuǎn)儲(chǔ)的專用設(shè)備，但動(dòng)車組已有車載設(shè)備已經(jīng)分別記錄了司機(jī)操控及相關(guān)信息。

2.1 列控車載設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置

列控車載設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置（簡(jiǎn)稱DMS：Dynamic Monitoring System）安裝在動(dòng)車組上，通過(guò)與列控車載設(shè)備（簡(jiǎn)稱ATP：Automatic Train Protection）接口，采集列車運(yùn)行狀態(tài)信息和列控車載設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及報(bào)警信息，同時(shí)將所采集信息通過(guò)鐵路GSM－R（GSM for Railway）網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸至地面進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和顯示，為電務(wù)部門進(jìn)行列控車載設(shè)備的維修、維護(hù)和應(yīng)急指揮提供依據(jù)。DMS所采集信息中，包含了部分動(dòng)車組司機(jī)操控信息和部分與動(dòng)車組司機(jī)操控相關(guān)的信息。動(dòng)車組司機(jī)操控信息主要有司機(jī)代碼輸入信息、車次號(hào)輸入信息、列控車載設(shè)備等級(jí)選擇信息和上下行選擇信息等。司機(jī)操作相關(guān)信息主要有列車運(yùn)行速度信息、位置信息、列控車載設(shè)備的限速信息、常用制動(dòng)信息、緊急制動(dòng)信息和報(bào)警信息等。

2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸裝置

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸裝置（簡(jiǎn)稱WTD）安裝在動(dòng)車組上，通過(guò)與動(dòng)車組車輛各設(shè)備或車輛總線接口，采集車輛各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及報(bào)警信息，并通過(guò)公網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸或進(jìn)動(dòng)車所后無(wú)線傳輸?shù)姆绞较螺d至地面，為車輛部門進(jìn)行動(dòng)車組各設(shè)備維修提供依據(jù)。WTD所采集信息中，牽引、制動(dòng)手柄位置，受電弓升、降，主斷路器斷開、閉合，車門開、關(guān)，牽引電流，制動(dòng)力和各車輛設(shè)備的報(bào)警等信息，屬于動(dòng)車組司機(jī)操控及相關(guān)信息。

2.3 機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備

機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備（簡(jiǎn)稱CIR：Cab Integrated Radio communication equipment）安裝在動(dòng)車組上，負(fù)責(zé)動(dòng)車組列車無(wú)線車次號(hào)注冊(cè)、進(jìn)路預(yù)告接收、調(diào)度命令接收和調(diào)度語(yǔ)音通話等工作。CIR所記錄信息中與司機(jī)操控相關(guān)的信息，調(diào)度命令及簽收信息、進(jìn)路預(yù)告及簽收信息和司機(jī)調(diào)度通話語(yǔ)音信息等。

3 方案提出

3.1 系統(tǒng)總體方案及設(shè)計(jì)原則

結(jié)合信息化技術(shù)在鐵路系統(tǒng)的發(fā)展和運(yùn)用，同時(shí)參考既有LKJ運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)的分析管理模式，動(dòng)車組司機(jī)操控信息分析系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：（1）應(yīng)根據(jù)總公司、鐵路局、機(jī)務(wù)段3級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)依托鐵路系統(tǒng)既有的安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)架構(gòu)可由信息采集、存儲(chǔ)的車載設(shè)備及鐵路總公司地面設(shè)備、鐵路局地面設(shè)備和機(jī)務(wù)段地面設(shè)備4部分組成。其中車載設(shè)備主要負(fù)責(zé)信息采集和傳輸；鐵路總公司地面設(shè)備負(fù)責(zé)全鐵路動(dòng)車組司機(jī)操控相關(guān)數(shù)據(jù)分析及管理工作的集中監(jiān)督；鐵路局地面設(shè)備負(fù)責(zé)本鐵路局動(dòng)車組司機(jī)操控相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理、存儲(chǔ)和分發(fā)；機(jī)務(wù)段地面設(shè)備負(fù)責(zé)動(dòng)車組司機(jī)操控相關(guān)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、上傳和分析。系統(tǒng)架構(gòu)方案示意圖如圖1。

3.2 車載方案

鑒于動(dòng)車組已有車載設(shè)備對(duì)動(dòng)車組司機(jī)操控及相關(guān)信息進(jìn)行了采集和記錄，可研制動(dòng)車組司機(jī)操控及相關(guān)信息采集專用車載設(shè)備，并與已有車載設(shè)備分別接口，對(duì)已經(jīng)記錄的信息進(jìn)行提取、集成和綜合處理，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組司機(jī)操控及相關(guān)信息的采集和存儲(chǔ)。可在動(dòng)車組司機(jī)室安裝攝像頭和攝像機(jī)，完成司機(jī)作業(yè)環(huán)境視頻信息的采集工作。專用設(shè)備采集的司機(jī)操控關(guān)鍵信息，通過(guò)鐵路GSM－R網(wǎng)或3G網(wǎng)絡(luò)同步傳輸至地面，支撐實(shí)時(shí)監(jiān)控分析；專用設(shè)備采集的全部信息計(jì)入專用數(shù)據(jù)卡后，通過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的方式下車，支撐退勤、日勤、專題3級(jí)分析。車載方案示意圖如圖2。

3.3 地面方案

（1）鐵路總公司地面設(shè)備

為實(shí)現(xiàn)車載采集專用設(shè)備所采集動(dòng)車組司機(jī)關(guān)鍵操控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)落地，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，可在鐵路總公司集中設(shè)置一套數(shù)據(jù)接收、處理服務(wù)器設(shè)備。該設(shè)備需具備以下3大功能：①實(shí)時(shí)接收全鐵路動(dòng)車組車載采集專用設(shè)備通過(guò)GSM－R網(wǎng)或公網(wǎng)GPRS/3G發(fā)送的數(shù)據(jù)；②完成所有數(shù)據(jù)的集成、處理和存儲(chǔ)；③通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)連接各鐵路局服務(wù)器設(shè)備，一方面按照各鐵路局的數(shù)據(jù)權(quán)限，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)至各鐵路局，一方面可調(diào)閱和查詢各鐵路局上傳的分析結(jié)果和退勤意見。鐵路總公司也可在相關(guān)業(yè)務(wù)處室或調(diào)度大廳配置分析終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全鐵路任意動(dòng)車組司機(jī)操控信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）鐵路局地面設(shè)備

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架方案

圖2 車載方案示意圖

為實(shí)現(xiàn)鐵路局動(dòng)車組司機(jī)操控?cái)?shù)據(jù)分析、運(yùn)用情況的管理，鐵路局應(yīng)設(shè)置服務(wù)器處理設(shè)備。該設(shè)備需具備以下功能：①通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)連接總公司服務(wù)器，接收各鐵路局動(dòng)車組司機(jī)操控的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中處理、分析和存儲(chǔ)后提供給機(jī)務(wù)段的分析終端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；②通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)接收機(jī)務(wù)段上傳的動(dòng)車組司機(jī)操控?cái)?shù)據(jù)文件，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)，支持分析終端對(duì)數(shù)據(jù)的查詢和下載。鐵路局也可在相關(guān)業(yè)務(wù)處室設(shè)置分析終端，對(duì)機(jī)務(wù)段動(dòng)車組司機(jī)操控信息分析、運(yùn)用情況進(jìn)行檢查和管理，實(shí)現(xiàn)本鐵路局任意動(dòng)車組司機(jī)操控信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）機(jī)務(wù)段地面設(shè)備

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能需求，機(jī)務(wù)段應(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備、音頻、視頻存儲(chǔ)設(shè)備及分析終端。其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)以轉(zhuǎn)儲(chǔ)方式帶至地面的專用數(shù)據(jù)卡中所有數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，并支持通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)將動(dòng)車組司機(jī)操控?cái)?shù)據(jù)文件上傳至鐵路局服務(wù)器，將司機(jī)室音頻、視頻文件和前方線路視頻文件傳輸給音頻、視頻存儲(chǔ)設(shè)備。音頻、視頻存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)實(shí)現(xiàn)司機(jī)室音頻、視頻數(shù)據(jù)文件和前方線路視頻文件的統(tǒng)一存儲(chǔ)，同時(shí)支持分析終端對(duì)文件的查詢和分析。分析人員可利用分析終端，通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)連接鐵路局服務(wù)器和機(jī)務(wù)段音頻、視頻存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)退勤、日勤和專題3級(jí)安全分析，實(shí)現(xiàn)本段任意動(dòng)車組司機(jī)操控信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 應(yīng)用設(shè)想

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控分析

設(shè)定固定條件，自動(dòng)將動(dòng)車組司機(jī)操控關(guān)鍵信息分發(fā)至相關(guān)鐵路局、機(jī)務(wù)段。通過(guò)用戶終端實(shí)時(shí)對(duì)動(dòng)車組途中運(yùn)行情況實(shí)施動(dòng)態(tài)分析，對(duì)于系統(tǒng)警示信息、司機(jī)報(bào)告的運(yùn)行途中發(fā)生的設(shè)備故障、重要情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)動(dòng)車組司機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

4.2 轉(zhuǎn)儲(chǔ)分析

動(dòng)車組司機(jī)操控?cái)?shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)儲(chǔ)至地面后，實(shí)行退勤、日勤、專題分析。退勤檢索分析由機(jī)務(wù)派班室退勤調(diào)度員負(fù)責(zé)，分析結(jié)果作為辦理動(dòng)車組司機(jī)退勤的依據(jù)；日勤分析由專職分析人員負(fù)責(zé)，針對(duì)存在的問題，查找原因，落實(shí)考核，提出改進(jìn)建議；專題分析由相關(guān)部門按分工負(fù)責(zé)，查找傾向性問題，制定整治措施并組織落實(shí)。

4.3 音頻、視頻分析

對(duì)動(dòng)車組司機(jī)的作業(yè)行為和精神狀態(tài)，動(dòng)車組列車運(yùn)行前方的線路、接觸網(wǎng)及兩側(cè)情況，動(dòng)車組司機(jī)行車作業(yè)的全程語(yǔ)音，可根據(jù)需要或日常按比例進(jìn)行分析。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)高速鐵路營(yíng)運(yùn)里程的不斷增加、動(dòng)車組列車開行數(shù)量的不斷增多和鐵路運(yùn)輸安全要求的不斷增高，充分借鑒LKJ運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)分析方法，借助信息集成技術(shù)，建立動(dòng)車組司機(jī)操控信息分析系統(tǒng)，為強(qiáng)化動(dòng)車組司機(jī)管理、規(guī)范其操控行為提供信息化手段，顯得越來(lái)越重要，也越來(lái)越迫切。

［1］ 鐵道部運(yùn)輸局.列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）運(yùn)用維護(hù)規(guī)則［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］ 楊志剛.LKJ列控技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

Study of EMU Driver Manipulation Information Analysis System Scheme Based on Information Integration Technology

FENG Zhenxing1，2
（1 Graduate Facyty，China Academy of Railway Science，Beijing 100081，China；2 Transportation Bureau of China Railway，Beijing 100844，China）

With the rapid development of high－speed railway in China，the EMU safety issue gets increasingly concerns in the community.As the direct manipulator，EMU driver is the most important，the most critical and the core front-line positions of the high-speed rail safety work.It is essential to strengthen the management and standardization of the drivers’manipulation.Nowadays，there is no specialized information systems which can record and analyze EMU driver control information yet in China high-speed railway area，neither in the foreign high-speed rail area.This article aims to analyze the existing information recorded by EMU on-board equipment，with combination of EMU driver manipulation requirements，using the train operation monitoring device（short for LKJ）log data analysis and management model for reference.EMU driver control information analysis system development program is proposed to provide information technology means of the EMU driver manipulation regulation.

high-speed railway；EMU；driver control；information

U260

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.21

1008－7842（2014）03－0084－04

5—）男，碩士生（

2014－04－18）