李繼東

無線調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)（STP）是調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)的輔助設(shè)備，通過無線方式在地面設(shè)備和車載設(shè)備間傳輸調(diào)車作業(yè)相關(guān)的車站聯(lián)鎖信息，通過列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）實(shí)現(xiàn)調(diào)車機(jī)車的信號(hào)安全防護(hù)［1］。STP的主要用戶對(duì)象是機(jī)務(wù)部門和車務(wù)部門，機(jī)務(wù)部門的人機(jī)接口是LKJ顯示器，車務(wù)部門的人機(jī)接口為STP車務(wù)終端，這些用戶接口在設(shè)備使用過程中起著非常重要的作用。

目前，全路大多數(shù)車務(wù)段內(nèi)調(diào)車作業(yè)組織方式仍然以站為單位進(jìn)行，調(diào)車區(qū)長(zhǎng)和調(diào)車組分散在各車站負(fù)責(zé)調(diào)車作業(yè)，車務(wù)段不參與班計(jì)劃的編制，調(diào)度所的班計(jì)劃直接下達(dá)給車站，計(jì)劃兌現(xiàn)全部依靠中間站獨(dú)立完成［2］。按照國(guó)鐵集團(tuán)以及鐵路局深化內(nèi)部改革，創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)機(jī)制和統(tǒng)籌資源配置要求，沈陽車務(wù)段對(duì)運(yùn)輸組織指揮架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，將原有中間站調(diào)車區(qū)長(zhǎng)進(jìn)行整合，統(tǒng)一到車務(wù)段管控大廳進(jìn)行合署辦公；各中間站的固定調(diào)車組改為流動(dòng)調(diào)車組，跟隨調(diào)車機(jī)一起進(jìn)行流動(dòng)調(diào)車作業(yè)。這種運(yùn)輸組織方式解決了原有架構(gòu)下路局調(diào)度所、車務(wù)段、中間站三方信息不對(duì)稱、調(diào)車機(jī)利用效率低、車務(wù)段不能從整體上把握各中間站調(diào)車作業(yè)，存在運(yùn)輸資源浪費(fèi)等問題［2］。運(yùn)輸組織改革前，各中間站調(diào)車計(jì)劃編制以及執(zhí)行情況，由各站駐站調(diào)車區(qū)長(zhǎng)直接掌握，車務(wù)段只起到信息收集作用，職能被弱化。運(yùn)輸組織改革后，由車務(wù)段統(tǒng)管各中間站班計(jì)劃、階段計(jì)劃、調(diào)車作業(yè)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)車務(wù)段對(duì)中間站從調(diào)車作業(yè)計(jì)劃編制開始到調(diào)車計(jì)劃執(zhí)行結(jié)束的全過程控制，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌調(diào)車資源，總體把握調(diào)車進(jìn)度，提高了調(diào)車作業(yè)效率［2］。

目前，沈陽車務(wù)段的36個(gè)車站和所有專用調(diào)車機(jī)車都已經(jīng)安裝STP設(shè)備，有效防止了調(diào)車作業(yè)過程中“擠”“沖”“脫”等事故的發(fā)生，解決了調(diào)車安全防護(hù)的死角問題［3］。車務(wù)段對(duì)調(diào)車作業(yè)進(jìn)行集中管理后，將原來分散在各個(gè)車站的STP車務(wù)終端集中到車務(wù)段進(jìn)行管理，通過搭建各站到車務(wù)段的安全通信網(wǎng)絡(luò)，形成了車務(wù)段綜合管控技術(shù)方案。該方案不僅滿足了車務(wù)段日常調(diào)車作業(yè)管理需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了基于STP的車站調(diào)車分析系統(tǒng)的部分功能，提高了車務(wù)段調(diào)車作業(yè)管理水平。

1 車務(wù)段集中管理的技術(shù)需求

沈陽車務(wù)段主要管轄京哈線、沈山線、沈吉線、沈大線4條干線和多個(gè)編組站的調(diào)車作業(yè)［4］。作為管理各站調(diào)車作業(yè)的直接責(zé)任人，調(diào)車區(qū)長(zhǎng)的主要職責(zé)為準(zhǔn)確及時(shí)地編制調(diào)車計(jì)劃，并向調(diào)車組作業(yè)人員準(zhǔn)確布置工作重點(diǎn)，準(zhǔn)確掌握現(xiàn)車情況，確認(rèn)SMIS系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)一致，加強(qiáng)與車站值班員、貨運(yùn)人員聯(lián)系，加快取送速度［5］。進(jìn)行車務(wù)段綜合管控后，由原有的一個(gè)區(qū)長(zhǎng)負(fù)責(zé)一個(gè)站的調(diào)車作業(yè)計(jì)劃編制和調(diào)車進(jìn)度監(jiān)督工作，變更為一個(gè)區(qū)長(zhǎng)管理一條鐵路線路上若干個(gè)車站的調(diào)車作業(yè)工作。車務(wù)段內(nèi)調(diào)車區(qū)長(zhǎng)作業(yè)臺(tái)既有SMIS現(xiàn)車終端分布見圖1。其中北部一臺(tái)負(fù)責(zé)雙廟子、中固等6站的調(diào)車作業(yè)管理工作；北部二臺(tái)負(fù)責(zé)亂石山、大青等6站；北部三臺(tái)負(fù)責(zé)新城子、虎石臺(tái)、輝山站；樞紐一臺(tái)負(fù)責(zé)大成、于洪；樞紐二臺(tái)負(fù)責(zé)沙嶺、沈陽內(nèi)陸港；樞紐三臺(tái)負(fù)責(zé)沈陽東；沈吉臺(tái)負(fù)責(zé)東陵、前甸等11站；蘇撫臺(tái)負(fù)責(zé)深井子、孤家子等5站。調(diào)車區(qū)長(zhǎng)工作任務(wù)重，安全壓力大，通過在各區(qū)長(zhǎng)臺(tái)設(shè)置STP車務(wù)終端后，可以方便調(diào)車區(qū)長(zhǎng)掌握各站調(diào)車作業(yè)執(zhí)行情況，減輕調(diào)車區(qū)長(zhǎng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高車務(wù)段調(diào)車作業(yè)管理信息化水平。

圖1 SMIS現(xiàn)車終端分布

車務(wù)段成為各站調(diào)車作業(yè)指揮中心后，STP車務(wù)終端的主要技術(shù)需求如下。

1）調(diào)車機(jī)調(diào)車作業(yè)執(zhí)行進(jìn)度監(jiān)督功能。調(diào)車區(qū)長(zhǎng)需要實(shí)時(shí)掌握調(diào)車機(jī)調(diào)車作業(yè)執(zhí)行情況，根據(jù)調(diào)車進(jìn)度調(diào)整調(diào)車計(jì)劃。通過STP車務(wù)終端能夠及時(shí)將調(diào)車機(jī)車的位置、速度、限速以及工況等信息實(shí)時(shí)顯示在車務(wù)終端顯示器上，調(diào)車區(qū)長(zhǎng)能夠第一時(shí)間獲取調(diào)車機(jī)車的實(shí)時(shí)信息。

2）各流動(dòng)調(diào)車長(zhǎng)取送作業(yè)單需求。各站取消固定調(diào)車區(qū)長(zhǎng)后，調(diào)車計(jì)劃單的取送成為影響調(diào)車效率的一個(gè)大問題。調(diào)車長(zhǎng)需要到原有車站作業(yè)單打印點(diǎn)取調(diào)車計(jì)劃，取完調(diào)車計(jì)劃并通過電話和區(qū)長(zhǎng)核對(duì)后再進(jìn)行調(diào)車作業(yè)。調(diào)車機(jī)車安裝STP車載設(shè)備后，可以通過車載作業(yè)單打印機(jī)直接將車務(wù)段下達(dá)的調(diào)車計(jì)劃在機(jī)車上進(jìn)行打印，降低調(diào)車長(zhǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高調(diào)車效率。

3）調(diào)車機(jī)作業(yè)分析統(tǒng)計(jì)功能。調(diào)車作業(yè)繁忙，車務(wù)系統(tǒng)需要及時(shí)對(duì)每鉤作業(yè)執(zhí)行時(shí)間、調(diào)車作業(yè)量等實(shí)際調(diào)車機(jī)使用效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)調(diào)整調(diào)車作業(yè)策略。多個(gè)車站STP系統(tǒng)成網(wǎng)后，掌握了大量的車站調(diào)車機(jī)作業(yè)信息，能夠?qū)⒏髡菊{(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)上傳至車務(wù)段STP數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，部署在車務(wù)段的調(diào)車數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)車效率分析、作業(yè)量統(tǒng)計(jì)、調(diào)車員操作分析、運(yùn)輸能力查定、過程優(yōu)化建議和事故分析等功能［6］。

4）特殊作業(yè)授權(quán)功能。采用車務(wù)段調(diào)車作業(yè)模式后，車務(wù)段需要對(duì)調(diào)車機(jī)在站內(nèi)的特殊作業(yè)進(jìn)行授權(quán)確認(rèn)，包括機(jī)車入網(wǎng)、越出站界調(diào)車等授權(quán)確認(rèn)等［1］。

2 車務(wù)段集中管理的實(shí)現(xiàn)

為了滿足沈陽車務(wù)段集中管理STP車務(wù)終端的技術(shù)需求，在該車務(wù)段運(yùn)營(yíng)管理中心共設(shè)置STP車務(wù)終端區(qū)長(zhǎng)臺(tái)8個(gè)，STP車務(wù)終端監(jiān)控臺(tái)6個(gè)，共計(jì)14個(gè)終端，管理36個(gè)車站。

車務(wù)段集中管理的STP車務(wù)終端（以下簡(jiǎn)稱“STP車務(wù)段終端”）是將獨(dú)立的各個(gè)STP車站整合成一個(gè)STP管理網(wǎng)絡(luò)，將原來的分散管理功能集中到車務(wù)段統(tǒng)一進(jìn)行管理。

2.1 STP車務(wù)段終端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前沿線車站到車務(wù)段的網(wǎng)絡(luò)主要為鐵路2 M網(wǎng)和車務(wù)辦公網(wǎng)。考慮到STP設(shè)備的安全性以及實(shí)時(shí)性，本次各站到車務(wù)段采用的是專用光纜通道。在各站通信機(jī)房采用專用的光交換機(jī)，通過傳輸設(shè)備配置業(yè)務(wù)，將36個(gè)車站以及車務(wù)段STP數(shù)據(jù)中心連接成星型網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)隔離，保證STP網(wǎng)絡(luò)的安全性。

STP車務(wù)段終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為3層，分別為STP車站傳輸網(wǎng)絡(luò)層、車務(wù)段STP數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)層和SMIS信息網(wǎng)絡(luò)層。各站信號(hào)機(jī)房到車務(wù)段STP數(shù)據(jù)中心機(jī)房處，利用光通道傳輸STP控制信息，組成STP車站傳輸網(wǎng)絡(luò)層。各調(diào)車區(qū)長(zhǎng)處STP終端和STP數(shù)據(jù)中心服務(wù)器組成車務(wù)段STP數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)層［7］。SMIS信息網(wǎng)絡(luò)層為既有鐵路車站綜合管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

作為保障車站調(diào)車作業(yè)安全的重要設(shè)備，新設(shè)置的STP車務(wù)段終端在獲取相關(guān)顯示、實(shí)時(shí)狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)、作業(yè)單數(shù)據(jù)等信息時(shí)，都需要在不影響車站STP系統(tǒng)正常工作的前提下進(jìn)行。為此，需要在以上3層網(wǎng)絡(luò)接口之間增加相應(yīng)隔離設(shè)備，如網(wǎng)閘、防火墻等［8］，防止病毒攻擊、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等情況影響自身以及接口系統(tǒng)的正常運(yùn)行。車務(wù)段STP數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)層與其上下兩層網(wǎng)絡(luò)之間使用網(wǎng)絡(luò)防火墻進(jìn)行隔離［9］。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖2。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

2.2 通信方案

1）STP車務(wù)段終端與各站STP地面機(jī)柜的通信。如圖3所示，首先，各站STP地面主機(jī)將本站地面顯示數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、調(diào)車數(shù)據(jù)匯集到STP數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，由數(shù)據(jù)中心服務(wù)器對(duì)各站STP調(diào)車數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類和整合，實(shí)現(xiàn)調(diào)車數(shù)據(jù)分析功能。其次，由數(shù)據(jù)中心服務(wù)器根據(jù)STP車務(wù)段終端的調(diào)車作業(yè)車站申請(qǐng)，建立起車務(wù)終端至對(duì)應(yīng)車站的數(shù)據(jù)通道連接。

STP車務(wù)段終端和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器之間的通信采取主動(dòng)申請(qǐng)方式和被動(dòng)更新方式。當(dāng)調(diào)車區(qū)長(zhǎng)在顯示界面上選擇某車站時(shí)，STP車務(wù)段終端將顯示界面切換到對(duì)應(yīng)的車站，并向數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主動(dòng)申請(qǐng)對(duì)應(yīng)車站的數(shù)據(jù)。當(dāng)調(diào)車機(jī)車跨站作業(yè)時(shí)，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器監(jiān)測(cè)到調(diào)車機(jī)車作業(yè)站場(chǎng)發(fā)生變化，會(huì)主動(dòng)向?qū)?yīng)的STP車務(wù)段終端發(fā)送新站數(shù)據(jù)，STP車務(wù)段終端會(huì)自動(dòng)切換作業(yè)站場(chǎng)。

2）STP車務(wù)段終端與SMIS車站綜合管理信息系統(tǒng)的通信。如圖3所示，在STP車務(wù)段終端與SMIS系統(tǒng)之間設(shè)置防火墻，并配置通信規(guī)則。STP車務(wù)段終端通過訪問SMIS車站綜合管理信息系統(tǒng)開放的數(shù)據(jù)庫端口，獲取調(diào)車計(jì)劃單。調(diào)車作業(yè)計(jì)劃單從現(xiàn)車系統(tǒng)下發(fā)到各站作業(yè)機(jī)車的作業(yè)過程見圖4。

圖3 通信方案

圖4 調(diào)車作業(yè)計(jì)劃單從現(xiàn)車系統(tǒng)下發(fā)到各站作業(yè)機(jī)車作業(yè)過程

2.3 功能實(shí)現(xiàn)

STP車務(wù)段終端的功能實(shí)現(xiàn)分為STP車務(wù)終端部分和調(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)分析部分。STP車務(wù)終端部分主要實(shí)現(xiàn)車務(wù)終端的基本功能以及調(diào)車數(shù)據(jù)分析查詢界面；調(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)分析部分主要是實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)的各種分析功能。下面分別對(duì)這兩部分進(jìn)行說明。

2.3.1 STP車務(wù)終端部分

1）調(diào)車作業(yè)監(jiān)督模塊。該模塊主要是向車務(wù)人員提供調(diào)車作業(yè)的實(shí)時(shí)信息，主要包括機(jī)車位置、機(jī)車速度、當(dāng)前限速、當(dāng)前鉤號(hào)等信息。通過該模塊，車務(wù)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)督調(diào)車作業(yè)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)進(jìn)度監(jiān)督功能，通過向車務(wù)人員提供各站存車線車列占用情況、各站信號(hào)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)等，方便車務(wù)人員及時(shí)了解調(diào)車作業(yè)相關(guān)信息。由于一個(gè)STP車務(wù)終端負(fù)責(zé)管轄多站，車務(wù)終端的站場(chǎng)圖顯示不僅能夠自動(dòng)追蹤調(diào)車機(jī)，還能夠由區(qū)長(zhǎng)手動(dòng)選擇車站。該模塊利用MySQL數(shù)據(jù)庫將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、回放和分析。

2）調(diào)車作業(yè)計(jì)劃模塊。該模塊的主要功能是將調(diào)度所下達(dá)的調(diào)車計(jì)劃，按照作業(yè)車站和作業(yè)機(jī)車下達(dá)至STP地面主機(jī)，STP地面主機(jī)將接收到的調(diào)車計(jì)劃發(fā)送至機(jī)車上進(jìn)行顯示和打印。調(diào)車作業(yè)計(jì)劃功能模塊能夠按照調(diào)車計(jì)劃中的站名和機(jī)車號(hào)，自動(dòng)將計(jì)劃下達(dá)給對(duì)應(yīng)的車站和機(jī)車，同時(shí)也能夠由區(qū)長(zhǎng)手動(dòng)將指定計(jì)劃下達(dá)至對(duì)應(yīng)的調(diào)車機(jī)車。采用指定機(jī)車號(hào)下達(dá)時(shí)，該模塊能夠自動(dòng)判斷調(diào)車機(jī)車所在車站，并將調(diào)車計(jì)劃下達(dá)給對(duì)應(yīng)的STP地面主機(jī)。

3）調(diào)車作業(yè)分析統(tǒng)計(jì)模塊。該模塊主要利用數(shù)據(jù)服務(wù)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)調(diào)車作業(yè)，將調(diào)車作業(yè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)圖形化。通過該功能，車務(wù)作業(yè)人員能夠直觀地看到調(diào)車效率、調(diào)車作業(yè)量、調(diào)車員操作、運(yùn)輸能力查定、作業(yè)過程優(yōu)化建議等。

2.3.2 調(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)分析部分

調(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)分析主要部署在STP數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，該服務(wù)器接收來自各站STP地面主機(jī)發(fā)送的調(diào)車作業(yè)數(shù)據(jù)，并利用回歸分析、聚類分析、SVM算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化算法、深度學(xué)習(xí)等工具對(duì)各站STP調(diào)車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析［6］。同時(shí)，在車務(wù)終端界面上顯示分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)車分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持。具體體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)從各個(gè)車站STP主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、編碼、特征值提取，按照調(diào)車作業(yè)相關(guān)的各個(gè)關(guān)鍵元素進(jìn)行歸類處理。比如，對(duì)每一張調(diào)車計(jì)劃單的執(zhí)行時(shí)間、每一鉤調(diào)車計(jì)劃的執(zhí)行時(shí)間、鉤計(jì)劃中平均每輛調(diào)車作業(yè)的執(zhí)行時(shí)間、平均每一鉤計(jì)劃調(diào)車機(jī)走行里程等進(jìn)行歸類，并且對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2）數(shù)據(jù)運(yùn)算。數(shù)據(jù)服務(wù)器上進(jìn)行的運(yùn)算包括：對(duì)調(diào)車作業(yè)效率進(jìn)行回歸分析，預(yù)測(cè)完成當(dāng)前調(diào)車計(jì)劃需要的時(shí)間；對(duì)調(diào)車員操作進(jìn)行聚類分析，分析調(diào)車組車列連掛時(shí)在無線調(diào)車燈顯系統(tǒng)上提示車輛間距的準(zhǔn)確性；利用SVM算法對(duì)相近條件的調(diào)車作業(yè)進(jìn)行分析，在調(diào)車機(jī)走行距離、車輛數(shù)等近似的條件下對(duì)調(diào)車機(jī)車的作業(yè)特性進(jìn)行SVM分析，發(fā)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)中能夠提高效率的關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)，給車務(wù)部門提供優(yōu)化建議等。

3）數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)。數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)模塊能夠根據(jù)車務(wù)人員的日常操作，提前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的操作，節(jié)省車務(wù)查詢等待時(shí)間。例如，如果車務(wù)人員經(jīng)常進(jìn)行作業(yè)效率的查詢，該模塊會(huì)對(duì)調(diào)車作業(yè)效率相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵事件節(jié)點(diǎn)等分類因素進(jìn)行分類，在進(jìn)行相關(guān)查詢時(shí)，可以直接調(diào)用學(xué)習(xí)模塊前期處理的內(nèi)容。

3 結(jié)語

STP車務(wù)段終端方案充分考慮了車務(wù)段的調(diào)車作業(yè)管理業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)了STP車務(wù)段終端的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能模塊，實(shí)現(xiàn)了車務(wù)段對(duì)調(diào)車作業(yè)綜合管控的需求；將分散在各站的STP車務(wù)終端集中到車務(wù)段統(tǒng)一進(jìn)行部署，降低了成本，提高了設(shè)備利用效率和調(diào)車作業(yè)效率。該方案既滿足了車務(wù)段對(duì)調(diào)車作業(yè)進(jìn)度、調(diào)車作業(yè)安全的整體把控要求，實(shí)現(xiàn)了調(diào)車計(jì)劃直接在機(jī)車上打印，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率，又能夠結(jié)合海量調(diào)車數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)分析功能，給車務(wù)部門優(yōu)化調(diào)車方案、優(yōu)化運(yùn)輸組織等提供技術(shù)支持。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)車務(wù)段調(diào)車作業(yè)的實(shí)際作業(yè)情況，在保證設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)安全的前提下，STP車務(wù)段終端方案提高了車務(wù)段調(diào)車作業(yè)的集中管理水平。同時(shí)由于調(diào)車數(shù)據(jù)集成化程度的提高，實(shí)現(xiàn)了調(diào)車作業(yè)信息化［4］，并且為調(diào)車作業(yè)軌跡自動(dòng)分析［2］等大數(shù)據(jù)系統(tǒng)搭建了數(shù)據(jù)平臺(tái)。