基于CTC/TDCS系统的现场作业管理和防护预警技术研究

陶有好 上海铁路局上海铁路轨道交通开发有限公司

基于CTC/TDCS系统的现场作业管理和防护预警技术研究

陶有好 上海铁路局上海铁路轨道交通开发有限公司

TDCS/CTC系统已经基本建成覆盖全路调度所、全路车站的行车指挥与控制网络，功能和数据已经涵盖列车计划、调度命令、调车作业、信号实时监视、列车实时跟踪、进路自动控制等方面，成为运输生产不可缺少的行车设备。因此，在无线通信和智能终端技术成熟的客观条件下，TDCS/CTC系统已经具备扩展无线移动信息平台的技术水平和开发能力，并据此平台开发现场作业管理和防护预警系统。

TDCS/CTC系统；现场作业管理；防护预警

随着铁路行车密度、行车速度的不断提高，营业线电务施工维修人员的人身安全受到越来越严重的威胁。因此迫切需要一种技术装备，能使现场施工人员及时得到列车接近报警提示，实时掌握列车走行情况和信号开放情况，从而提前预判、及时避让列车,避免人身伤害；另外，现场施工人员还需要随时了解施工计划信息、向调度或者把关干部报告施工实际进展情况，和驻站联络员、现场防护员沟通完成整个施工过程的防护盯控。

而目前整个过程还主要依靠人工卡控，由于人的疏忽误判，施工过程中施工人员安全事故依然频发，安全生产形势依然严峻。施工过程的沟通还停留对讲机和纸笔传递层面，缺乏沟通过程的数据留底。施工信息的填报大多发生施工完成之后，数据无法反映真实的施工过程，更无法为后续施工考核提供依据。

铁路业内在现场作业管理和安全防护方面进行了一些有意义的尝试，但或者局限于实现技术，或者局限于投入成本，未能有效产生系统性的产品。因此，将TDCS/CTC系统相关管理、监视功能扩展到室外工作组的移动终端上，并根据具体的施工和维修作业的业务性质实现监控、预警、管理等功能，则可以进一步发挥TDCS/CTC系统的信息资源优势，大大提高运输生产的效率和安全性。同时，现场作业管理和防护预警系统只有充分利用TDCS/CTC系统的信息资源，才能广泛地实时掌握列车动态、运行计划、施工计划等全方位信息，从而对现场作业进行有效地的安全防护和管理。

1 本项目研究重点

现场作业管理和防护预警系统要运行在广泛、复杂和开放的环境中，需要基于现有技术和平台，结合行业的安全需求和特定业务需求，研究出满足本系统要求的技术和方法。本项目的研究重点包括：

（1）开放网络环境下的安全通信技术。现场作业管理和防护预警系统要达到适用广泛、技术可行和成本允许的要求，应该充分利用现有的民用无线网络系统，不但可以降低投资成本和维护成本，而且具有广泛的适用性，易于推广。因此，在使用开放的互联网中传输满足安全要求的信息，需要研究一套可行的安全通信技术。

（2）云计算技术在系统中的应用。现场作业管理和防护系统中通信实体的网络环境复杂，通信实体的数量不固定和接入方式多样性，因此有必要将云计算技术应用于项目的服务器系统，使得服务器可以根据站段、通信实体的数量，灵活调整处理能力和通信吞吐量。

（3）系统与TDCS/CTC系统的安全接口。TDCS/CTC作为列车调度指挥系统，实现了铁路各级运输调度对列车运行实行透明指挥、实时调整、集中监控，因此它既是宝贵的信息源，又是关系列车安全运行的重要系统。现场作业管理和防护预警系统要根据站场状态和车次位置，做出实时自动智能预警，就必须要从TDCS/CTC系统获取数据。因此，在获取数据的同时必须保证TDCS/CTC系统的独立性和安全性，避免对行车造成影响。研究TDCS/CTC与现场作业管理和防护预警系统的安全接口技术是系统的必然要求。

（4）防护预警是本项目研究的主要内容。防护预警的研究包括两方面的内容：一是如何利用TDCS/CTC的站场信息、车次信息为现场作业人员提供防护预警，即防护预警的产生逻辑；二是如何管理组织防护预警传递、提示和反馈的流程，即防护预警的管理方法。

（5）现场作业管理。按照《铁路营业线施工安全管理办法》和路局、站段的标准作业流程要求，将作业相关人员按照角色和职能分配到施工工作流中，使施工人员按照标准流程在不同施工阶段做规定动作，逐步完成整个施工过程。施工流程产生的数据，可以作为施工考核和评比的依据。

（6）人员定位。在现场作业管理和防护预警系统中，实现施工人员的人员定位是确保施工人员安全一种有效手段。采集人员的实时位置信息，以图形化的方式直观的展现出来，便于单位领导和调度掌握现场施工人员的分布，做出合理的应急决策。

2 系统实现目标

现场作业管理和防护预警系统，将从以下几个方面实现现场作业管理和防护预警的要求：

（1）实现作业任务管理。作业任务管理的对象是施工任务，包括施工任务的生成、下发和删除。施工任务定义为关联相关角色人员的可执行作业流程单。生成施工任务是指中心盯控人员或施工负责人根据施工计划产生一项施工任务。下发施工任务是指施工任务生成后，系统能够将施工任务下发到相关角色的终端设备。删除施工任务是指施工任务的创建者或者盯控人员能够将建立的施工任务删除。现场作业管理及防护预警系统提供相关人员管理作业任务的图形化界面，服务器能够将施工任务下发到相关施工人员持有的设备。

（2）实现防护预警功能。系统实现自动防护预警和人工防护预警。系统能够根据当前的信号设备状态、施工位置和列车运行方向等信息，自动地向施工相关人员发出防护报警；同时，系统还要提供人工发送防护报警的功能，具有人工报警编辑操作界面。移动终端通过语音和震动等方式向施工相关人员提示报警，并为其提供确认防护报警操作界面。

（3）实现施工流程卡控功能。系统实现施工流程管理和角色权限卡控功能。施工相关人员根据施工推进情况，设置施工任务的状态，系统提供流程显示和操作界面。对于流程操作，系统要提供角色职能卡控功能，在不同施工阶段为不同角色人员提供不同的操作界面。对于流程状态，系统要提供管理和同步功能，在施工状态发生变化时向所有施工人员同步施工状态。

（4）开发TDCS/CTC安全隔离通信机。TDCS/CTC安全隔离通信机能够采用安全接口通信技术，实现外部系统USB/串口与TDCS/CTC通信，单向传输方式从TDCS/CTC获取站场表示等信息。安全隔离通信机获取信息可以能够保证一定的实时性。

（5）实现人员定位和位置显示。移动终端系统实现采集施工人员的位置信息并自动上报的功能。盯控终端可获取施工人员的位置，并用图形化方式展示出来，实现人员定位。移动终端要实现电子地图查看同一施工任务的角色位置的功能，实现组内监督。

（6）实现移动终端站场快照。移动终端通过图形化界面，显示站场和列车的快照信息。现场作业管理和防护预警系统，传输快照信息应采用的安全加密通信技术。站场快照能够方便作业人员了解当前列车的走行情况，实现作业人员的自我预警防护。

3 系统的硬件结构

现场作业管理和防护预警系统总体上是一个实时无线互联网系统，其物理设备结构如图1所示。从网络层次上可以划分为三部分：TDCS/CTC查询网、防护预警网、无线通信互联网。TDCS/CTC查询网内设有TDCS/CTC安全隔离通信机(内网)，防护预警网内设有盯控终端、防护预警服务器、TDCS/ CTC安全隔离通信机(外网)和其他查询管理终端，无线通信互联网内包括云服务器、移动终端等。

图1 现场作业管理和防护预警系统硬件结构图

TDCS/CTC安全隔离通信机是连接TDCS/CTC系统与防护预警系统的桥梁，做到系统之间完全的网络隔离，能够确保两个系统的网络安全，使得TDCS/CTC系统在不受外部系统的影响下，将站场和车次等信息提供给现场作业管理和防护预警系统使用。

防护预警服务器是作业管理和防护预警系统核心逻辑处理设备。其功能包括防护报警逻辑、内网通信服务和外网通信服务。防护预警服务器通过内网通信服务获取安全隔离通信机的TDCS/CTC信息，通过外网通信服务获取施工作业位置信息，根据以上两种信息经过逻辑运算产生防护报警，由外网通信服务发送到无线通信互联网。

云服务器是无线通信互联网的数据交换和存储中心。首先，云服务器是数据交换中心，提供了移动终端互联服务、施工任务状态广播服务和防护报警分发服务；其次云服务器是数据存储中心，施工任务和防护预警在云服务器上实现了数据的持久化。

盯控终端是作业管理和防护预警系统的监督管理终端，由中心盯控人员使用。盯控人员可通过盯控终端监督当前正在施工的施工项目，查询施工任务的分布和施工人员配备情况，实时盯控各施工任务的进度、查询施工过程数据。盯控终

端还提供了施工计划导入、施工任务管理的功能。

移动终端是信息显示和报警提示的终端，同时也是信息采集终端，由施工相关人员使用。施工人员可以通过移动终端获取施工需要的信息，同时移动终端又可以汇报现场施工的状态和施工位置。移动终端实时采集上报当前的位置信息，是作为人员定位的原始数据。移动终端还能将中心的防护报警信息，通过声音、震动等多种形式向施工人员报警，并将施工人员的确认信息反馈至中心。

4 系统的软件结构

图2 系统数据流图

如图2所示，现场作业管理和防护预警系统从TDCS/ CTC系统获取站场表示信息，从段施工计划系统获取施工计划。中心盯控人员或者施工负责人根据施工计划中的施工地点、施工人员创建施工任务。表示信息可以为盯控人员提供站场的实时信号显示，也防护预警功能提供实时数据。防护预警功能根据施工任务信息和站场显示信息产生防护预警，分发到盯控终端和施工现场的移动终端。现场施工人员通过移动终端汇报施工状态，同时施工状态发生变化后，也广播给施工相关人员。

5 系统主要功能实现

5.1 施工任务管理

盯控终端和移动终端均可以生成施工任务。

5.2 施工流程管理

施工流程管理是将施工过程分成若干个阶段，每个阶段内又包含了若干个操作，系统根据各施工阶段执行的先后顺序，依次完成施工阶段内的操作。

图3中每个虚线方框表示施工的一个阶段，整个施工流程共包括:“人员到岗”、“施工准备”、“等待命令”、“施工开始”、“施工过程”、“人员撤离”、“施工销记”和“施工结束”这8个阶段。每个施工阶段中方框表示该阶段的操作项，包含施工负责人、驻站联络员以及现场防护员的操作项。

5.3 施工防护预警

施工防护预警是系统自动或者人工产生报警信息，广播给相应移动终端，移动终端收到报警后产生声音、震动向用户报警，用户阅读报警并确认签收的过程。根据施工防护预警的逻辑大致分为三部分：自动防护预警、人工防护预警和报警确认流程。

图3 施工流程图

6 结束语

现场作业管理和防护预警系统为铁路沿线施工提供了施工管理和防护预警的新装备，系统的应用将在以下几个方面发挥积极作用。

（1）提高了现场施工的安全性。系统提供的自动防护报警，能够自动向施工人员的手持终端提供来车报警，降低了人为因素对施工安全的威胁，是人工防护的有益补充，提高了铁路沿线施工的安全性。

（2）提高现场作业标准化水平。系统提供的施工任务流程管理功能，引导施工人员按照施工步骤逐步完成整个施工过程。施工过程中采集的节点时间、图片和位置信息，为事后施工考核提供数据依据，也进一步促进了施工过程的标准化。

随着施工安全的重视和施工作业标准化要求的严格，本课题研究成果具有广阔应用前景，不仅适用用于电务施工过程防护，还可以推广到工务施工防护系统。

责任编辑：万宝安

来稿日期：2016-11-07