铁路行车作业自动揭示监控系统的研究

金树桥，郝艳华

（北京铁路局 天津货运中心，天津 300142）

1 概述

1.1 系统功能目标

铁路生产新技术、新设备的不断推广应用，给行车作业管理提出更高的要求和标准[1]。作为铁路运输中最重要的因素，行车作业安全成为车务段安全管理的重中之重。由于目前车务站段大多存在点多、线长、中间站数量庞大、人员素质参差不齐的特点，行车班组及岗位数量的上升使生产组织过程更加繁杂，加大行车作业管理难度。因此，行车作业管理必须实现以下功能目标。

（1）建立一个“高效、有序、机动性强、适应性强、协调性强，指挥灵活”的行车组织体系和行车管理体系。从生产指挥、设备质量监控、作业过程控制等方面完善行车作业管理，并作为重点内容纳入现场控制中，实现行车管理的适度集中，使专业管理加强、管理层次清晰、管理效能提高。

（2）提供多种控制方法，实现管理层次的延伸，增强现场作业的控制力度。由于传统的工作方式已经不适应高科技条件下行车作业管理的需要，迫切需要一种自动化、智能化的作业模式和监管方法来替代原有的手工模式，以适应新的发展需求。

1.2 系统设计思想与原则

铁路行车作业自动揭示监控系统是基于上述需求利用计算机网络在现场作业和管理指挥间建立的一个远程管理平台。通过采用先进技术设备改变现有行车管理和作业模式，实现揭示信息的自动揭示和监控、人身安全提示信息的自动实时警示广播、防撤溜作业环节全过程跟踪监控、非正常及故障处理过程的程序化指挥，达到人机互控，确保行车作业安全。

图 1 行车作业自动揭示监控系统框架

在宏观上，该系统可以接收提交的不同类型用户数据，根据规范的处理流程和模式智能、动态地选择相关要素，并行处理和管理各个作业流程，同时自动管理相应数据库中的资料数据，最后向作业人员和管理者提供实时的作业情况；在微观上，各个模块之间彼此相互独立，利用网络交互和修改信息。

2 系统结构设计

由于行车业务部门的实际情况比较复杂，现场需求范围较广，作业过程中涉及的管理层次也相当多，为提高系统程序设计的稳定性与可扩展性，对系统模型进行以下设计与研究。

2.1 系统模型的组织结构

行车作业自动揭示监控系统模型结构设计参考了 TOM 模型，结合行车作业及管理部门对行车揭示管理的需求，采用分层次的架构体系，设计行车作业自动揭示监控的支撑系统模型如下。

行车作业自动揭示监控系统模型共包括 3 个管理层、1 个数据中心和 1 个处理系统，自上而下分别为界面管理层、作业服务层、车站数据中心、监控管理层及工作流处理系统。其中，工作流处理系统是整个模型的核心，是行车作业揭示管理自动化的基础。该模型的基本作业框架如图 1 所示。

（1）界面管理层。界面管理层作为承上启下的一层，将用户和系统联结起来，用户可以通过该管理层执行系统所提供的服务，包括行车揭示，车次、股道、接发选择，时刻表的分享，以及系统的各种配置等。界面管理层的主要工作是将用户所提出的要求转化成相应的“事件”。

（2）作业服务层。作业服务层主要为行车作业人员提供各种功能，包括系统的用户帮助、接发车、站存车、防溜、停电、封锁、列车时刻等功能。用户帮助功能指导作业人员进行具体操作以满足用户的需要；接发车功能负责正常和非正常列车办理从列车预告到列车发车的整个办理流程，并跟踪办理过程；站存车用于车站现车清空的管理并揭示、复示用户；防溜功能管理记录防溜设备的安放类型、号码、说明、时间、地点、作业人等信息，代替纸质防溜作业登记本；停电、封锁功能用于记录有电区停电、区间或线路封锁的指令接收输入与显示；列车时刻功能完成车站固定揭示列车表的管理，提供数据的导入、导出、修改及重点提示的输入、显示等功能[2-3]。

（3）车站数据中心。车站数据中心存储车站的行车基本资料，包括用户资料、站场信息、股道、防溜设备、列车接发信息、防溜信息等，并且建立统一的用户视图和用户信息数据库，提供给不同模块的管理系统集中共享。

（4）监控管理层。监控管理层主要为行车管理及系统管理人员提供各种功能，包括用户管理、基础资料、揭示、作业过程管理、发布指令等功能。用户管理负责整个系统的登录用户的权限管理；基础资料指对车站的车场、股道、安全日历、作业人等基础资料的设置工作；揭示同步复示对行车、配车信息的揭示功能；作业过程管理根据行车作业揭示流程自动生成的日志信息，分析行车作业人员的历史作业过程是否符合规章要求，起控制与考核的作用；发布指令指行车管理人员根据行车作业的办理过程和实际情况对作业人员发布指令进行指导的功能。

（5）工作流处理系统。工作流处理系统作为整个行车作业自动揭示监控系统模型的核心，负责在不同模块之间传递行车作业过程中涉及的各种资源管理内容和最终揭示结果，从而掌握行车作业的类型、内容和结果，还可以通过历史记录查询以往作业的处理内容，为考核与分析提供依据。

2.2 系统模型的功能结构

行车作业自动揭示监控系统实现以下 5 大功能：行车揭示，TDCS、现车、防溜采集，自动语音，管理监控，作业复示交互，系统模型的功能结构如图 2 所示。

2.3 系统程序的结构设计

在功能结构上，行车作业自动揭示监控系统主要包括以下 5 大功能模块。

图 2 行车作业自动揭示监控系统结构图

（1）行车揭示模块。该模块提供正常和非正常作业的各种接发作业办理流程和显示；根据数据库现车信息进行占线板的实时更新；自动轮询智能防溜设备信息进行揭示的更新；对图定列车的通停变化、电力机车的接发作业、办理业务的客运列车设置专门的控制警示；对非正常行车和故障处理的流程进行自动提示；实现铁路局、车务段、车站安全日历、时钟的自动计算显示功能；对图定客货、临客列车时刻表内容显示定时滚动功能；各种揭示卡、揭牌在重点提示栏进行滚动显示。

（2）TDCS、现车、防溜采集模块。该模块可以对车站揭示的现车信息和远程现车管理数据库实现同步更新，根据股道的不同自动生成车辆索引。通过 USB_HID 设备接收智能防溜设备返回的无线信息，揭示其工作，并按照工作人员的实时操作内容向防溜设备发送无线指令。

（3）自动语音模块。该模块提供的自动语音播报功能可以在列车办理过程中自动生成作业警示和相关播报信息，并且根据设置的时间段和次数自动进行室外播报。

（4）管理监控模块。该模块通过软件管理可以实时刷新远程揭示板，监控作业人员的操作流程。管理人员可以远程修改、指挥作业、设置重点提示和广播信息，实现对任一车站的远程指令发布，指令信息直接显示在车站行车室电子揭示板和时刻表显示系统上，同时可以直接调用任一车站行车作业的日志信息对作业流程进行分析考核。

（5）作业复示交互模块。该模块可以实现行车作业揭示内容的远程实时复示，并按照用户赋予的权限进行内容回示或相关信息的输入修改，实现行车作业人员之间或作业人员与管理指挥人员之间的远程交互。行车作业自动揭示监控系统在 PowerBuilder[4]、VS2005[5]集成开发环境及SQLserver 分布式数据库下开发完成，是基于计算机网络、关系数据库的分布式系统。在物理组织结构上，该系统包括占线板、时刻表、现车同步、TDCS 获取、远程监控管理、分布输入点 6 种信息管理终端及 1 个共享的数据库，以储存通信资料。上述要素通过计算机网络相互联接，在 Windows 环境上运行享有各自相应权限的系统终端程序，在通信业务流程处理过程中执行不同的操作。

图 3 作业流程中各个岗位的业务范围与信息交互示意图

3 程序的设计与实现

3.1 行车作业揭示流程模块的设计与实现

行车作业揭示流程模块作为整个管理系统的核心，是实现行车作业揭示监控管理自动化的基础，贯穿于整个行车作业过程。因此，工作流技术是行车作业自动揭示监控系统研制过程中需要解决的核心问题。

3.1.1 行车作业揭示流程分析

行车作业揭示流程主要分为正常列车接发、非正常列车接发、站存车、防溜、停电、封锁、重点提示、列车时刻表 8 类，涉及站长室、调车区长、行车室、外勤、段监控中心、货运、远程复示等通信要素。在作业流程中，各要素之间信息交互情况如图 3 所示。

3.1.2 功能模块设计

分布式数据库技术是实现工作流的常用方法，也是实现系统行车作业工作流运转的基础。以 SQLserver 数据库为基础，在 PowerBuilder 和VS2005 集成开发环境实现对系统自动揭示监控工作流的处理如下。

（1）占线板揭示的功能实现。①各种揭示信息的远程实时监控：在数据库中按顺序写入列车接发操作，如记录股道、车次、操作分类等内容；对定时轮询防溜、车辆等信息进行数据库更新，远程监控连接本地 SQLserver 读取相关内容进行定时循环刷新。②作业流程的自动动态设置：对操作流程进行编号，在作业过程中系统自动按编号选择作为下一步操作的缺省命令。③各种揭示图片和符号的显示。

（2）时刻表揭示的功能实现。实现铁路局、车务段、车站安全日历的自动计算显示功能，信息修改后自动刷新；图定客货列车、临客时刻表内容显示定时滚动功能；时钟显示功能；各种揭示卡揭牌在重点提示栏的滚动显示功能。

3.2 TDCS 和现车同步模块的设计与实现

现车信息的揭示通过同步模块同步现车系统信息，并按照重车分去向、空车分车种、待卸分品名的原则自动生成股道车辆信息的索引。现车同步模块运行环境配置如图 4 所示。

图 4 现车同步模块运行环境配置图

3.3 智能防溜设备交互模块的设计与实现

智能防溜设备交互模块主要实现智能防溜设备的无线通信。通过计算机 USB 接口连接通信设备的发送接收设备，采用 C# 编写的 USB_HID 设备实现计算机与通信设备的驱动，并通过该驱动连接无线通信设备，实现其与防溜设备的交互。该模块将接收设备信息写入本地数据中心，读取其存储的行车作业人员对防溜设备操作的指令，向 USB 端口发送，从计算机的设备管理器获取 USB_HID 的“Device Vendor ID”和“Device Product ID”。

3.4 自动语音模块的设计与实现

列车开行密度的提高对旅客和室外工作人员的人身安全影响越来越大。尽管系统可以通过网络数据库集中式数据存储的方式作为工作流自动处理过程中的信息交流，但是只依靠电台呼唤与人工广播不能从根本上解决问题。自动语音模块可以根据列车的运行和设置条件自动进行语音生成，实现对现场作业人员和旅客的广播，从而最大限度保证现场作业人员和旅客的人身安全。

3.5 远程复示管理模块的设计与实现

远程复示管理模块通过网络连接车站数据中心，发布指令写入车站数据中心刷新至远程揭示板和复示终端，实现本地实时刷新显示车站行车作业流程，指挥行车作业人员。根据用户权限的不同，管理监控可以复示不同的内容输入修改相应权限的信息。系统可以对任意时间段的作业流程进行查询分析，方便管理部门及时掌握现场作业人员的工作情况。由于系统采用集中式数据存储方式，只要权限许可，指挥管理终端还可以通过网络数据库和系统管理工具直接调阅车站的所有行车信息和配车情况以检查各项运输指标的完成情况。

4 系统特征分析

4.1 作业模式和管理模式的改变

目前，铁路系统执行行车作业揭示的中间站仍然停留在手工揭示，其人工成本的浪费、作业效率的低下、管理模式的落后直接影响铁路运输生产效率。行车作业自动揭示监控系统改变了目前的行车管理和作业模式，实现揭示信息的自动揭示和监控、人身安全提示信息的自动实时警示广播、防撤溜作业环节全过程跟踪监控及非正常及故障处理过程的程序化指挥，达到人机互控，确保行车作业安全。

（1）实现对行车作业安全的预防。系统在现场作业、管理控制、作业指挥的应用过程中提前预防，增加多种控制管理手段，将安全管理的控制环节向前推进，在可能发生问题的关键点提前进行预警，具有预防性控制功能。

（2）体现对行车作业的可控。传统的行车作业和管理方法相对比较粗放，控制手段单一、主观因素多、可控性差，行车作业自动揭示监控系统的应用改变了以往的工作思路，实现了人控、设备控、信息系统控的协调统一，可以实现作业、管理和监控的全覆盖。作业流程的模块化管理可以实现行车作业流程的系统控制及作业流程的完整记录。

4.2 分层的模块化综合设计

行车作业自动揭示监控系统按照实际作业管理的不同自上而下分为 3 个管理层与 1 个数据中心，从而将系统的界面管理层、作业服务层、监控管理层分开，提高了系统的适应性、扩展性及数据安全性。在分层的基础上行车作业自动揭示监控系统以工作流处理系统为核心分为行车揭示，TDCS、现车、防溜采集，自动语音，管理监控，作业复示交互 5 个模块，实现了揭示管理、智能设备通信、语音播放和数据安全与分析 4 大功能。

4.3 工作流业务处理机制

行车作业自动揭示监控系统通过工作流处理机制，对行车作业管理中的固定作业程序和作业岗位进行分解定义，按照一定的规则和过程对作业流程进行监控，从而达到提高工作效率和行车作业安全管理水平的目的。因此，借助于工作流业务处理机制，行车作业自动揭示监控系统可以在各个行车岗位之间建立行车作业揭示管理平台，通过网络将各个独立的行车作业和管理岗位连接起来组成完整的自动揭示监控系统。

4.4 分布式环境下多任务的并行实时处理

行车作业自动揭示监控系统以行车作业为中心，围绕揭示监控展开，其各个模块能够在分布式网络环境下完成通知、反馈内容的实时传递，同时实现多种作业流程、信息揭示的并发处理。

4.5 支持远程作业监控与管理

系统远程管理的应用可以实现由段技术专业人员统一自动生成调图产生的时刻表揭示，不需车站专人负责调图修改揭挂。段管理值班室和车站管理人员可以实时监控行车作业流程揭示，发布指令信息，抽查行车作业日志及检查作业内容、过程和时机等，为保证行车安全提供新的管理途径。

5 结束语

行车作业自动揭示监控系统研制完成后在天津车务段和沧州车务段的独流、静海、唐官屯等站安装应用，并推广至衡水车务段、塘沽站、唐山车务段、唐山站、邯郸站管内的部分车站。系统运行稳定，功能正常。该系统涉及行车作业的揭示、语音提示、远程管理、现车获取、防溜监控、非正常行车组织等多方面，不再局限于传统作业中的手工作业与人工联系，实现对各方面信息的集中管理与自动生成，并且综合考虑了信息的共享、交互、功能和稳定性，系统性强。行车作业自动揭示监控系统采用多模块共享信息的工作方式，可以满足行车、调车、配车、语音警示、安全广播等方面共同协作的需要，实现行车作业安全管理的最佳化。从管理体系的构成分析，行车作业自动揭示监控系统将逐级负责、岗位负责、分工负责、专业负责等管理思想贯穿于行车作业管理全过程，对行车作业管理起到全方位规范约束作用。

[1] 杨 捷，孙雁胜. 新设备条件下行车作业安全的实践与启示[J]. 铁道运输与经济，2008，30(2)：33-34.

[2] 王立松. 铁路行车技术管理[M]. 北京：中国铁道出版社，2008.

[3] 彭乾炼，石 瑛. 铁路行车组织[M]. 成都：西南交通大学出版社，2008.

[4] Bruce Armstrong，Millard F.Brown III. PowerBuilder 高级客户服务器开发[M]. 李洪发，傅 蓉，杨 毅，译. 北京：机械工业出版社，2004.

[5] Christian Nagel，Bill Evjen，Jay Glynn. C#高级编程[M]. 6版. 李 铭，译. 北京：清华大学出版社，2008.