黄骅港站作业组织智能优化探讨

段蕴桔，刘 青，王宏嘉，田 宇

(中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081)

黄骅港站是朔黄铁路(朔州—黄骅港)的终端站，是煤炭下水的最后环节，主要办理货物列车的接发、卸车、空重车取送及编组解体等工作，2021 年黄骅港站年累计煤炭下水量达到2.15 亿t，煤炭下水量连续3 年位居国内首位。然而随着我国经济和产业结构逐步优化，铁路货运将加快从规模速度型向质量效益型转变[1]，港站对基础设施建设、系统信息化、作业智能化的需求逐步增加。如何基于黄骅港站现有的装备进行设备和系统技术改造，通过港站设备系统智能化应用，提高人工作业效率成为了黄骅港站铁路生产组织的新主题。

1 黄骅港站现状分析

1.1 作业组织及系统现状

黄骅港站技术作业过程不同于编组站及区段站，受车站地理条件和煤炭下水作业的影响，黄骅港站拥有自身独特的作业组织模式和作业流程，具体包括以下几个方面。

（1）港前港口作业及人员配置。黄骅港站包含港前和港口2 个作业区，港前作业区主要负责空车技检、站修车取送、重车到达、空车始发等作业，港口作业区负责重车到达、翻车机卸翻、空车编组等作业。港前按照接重车、发空车为主分为上行场和下行场，接重车的股道(1 至13 道)为上行场，发空车的股道(14 至26 道)为下行场，上行场进行重车的接车作业、重车转场作业、调车取车作业、重车分解作业，下行场进行空车的组合作业以及发车作业。港口作业区包括Ⅱ场、Ⅲ场、Ⅳ场和Ⅴ场，车列在Ⅱ场和Ⅳ场进行翻车机前对位作业，在Ⅲ场和Ⅴ场进行翻后空车的编组作业。

从人员配置看，港前作业区和港口作业区相同的作业岗位包括值班员、助理值班员、信号员、统计员等，港口作业区由于特殊的作业内容，还设置了重空车调度员、翻前翻后调车组人员、道口人员、外勤人员等，由于列检和清煤作业需求，外勤岗位中的列检作业和清煤人员人数较多。

（2）列车种类和翻车机作业。朔黄铁路运行2万t列车、1.6 万t 列车、单元万吨列车和小列车4 种类型，黄骅港站作业人员根据不同列车类型选择直接卸车或是进行分解作业方式。在列车分解方面，同编组站相比，黄骅港站没有驼峰解体作业，而是通过在港前站进行列车分解作业将一列车分成不同小列再推送至翻车机房进行卸车。

黄骅港站内作业过程根据翻车机的种类包括大翻车机作业流程和小翻车机作业流程。大翻车机作业流程分为港前到达、列车分解、翻前对位、翻后转场、清煤线牵出、列车出发等作业过程，大部分作业由本务机完成，但在列车到达后由机务段指派站内调车司机进行换乘后完成调车作业。小翻车机作业流程分为港前到达、列车分解、翻前到达、翻前对位、翻后转场、清煤线取送、列车组合、列车出发等作业过程，除到达、出发由本务机完成，其他作业环节大部分由站内14 台调车机进行。黄骅港站根据到达列车的类型，结合翻车机的运用，将到达列车分解成不同车列进行翻卸作业。黄骅港站不同列车类型卸车作业方法如表1所示。

表1 黄骅港站不同列车类型卸车作业方法Tab.1 Unloading methods for different train types at Huanghua Port Railway Station

（3）技术作业过程。受重载列车运行组织和港站布局影响，黄骅港站作业组织存在一定特殊性，由于列车编组辆数多、作业体量大，各项作业对人员作业强度、人员数量、作业复杂程度都有更高要求[2]。黄骅港站属于重载列车港口站，需要利用调车机进行牵引工作以及翻车机进行卸车工作，受到发线长度、翻车机能力、调度组织安排等方面影响，不同类型列车的技术作业存在一定的区别。根据黄骅港站到达列车技术作业内容，将其分为5 000 t 列车、10 000 t 列车整列卸车、10 000 t 列车分解卸车、1+1 万吨列车分解卸车、2万t 列车分解卸车共5种类型，对其存在特殊作业模式的情况进行分析。

列车到达作业有2 种情况。一是5 000 t 列车和10 000 t 列车整列卸车均由本务机牵引列车从港前作业区转至港口作业区办理到达作业；二是10 000 t 列车分解卸车、1+1 万吨列车分解卸车、2 万t 列车分解卸车在港前作业区分解为2 列车，间隔一定时间发车。列车到达取送对位有2 种情况。一是5 000 t 列车和在到达港前或Ⅰ场进行分解后的10 000 t 列车、1+1 万吨列车，由连结员负责摘调车机转线对位，领车连结员通知调车长推进并指挥车列对位，需由调车机推进车列到Ⅱ场进行翻前对位等待卸车；二是10 000 t 列车整列和分解后的2 万t 列车不经由港前或Ⅰ场分解，直接由本务机送至Ⅳ场进行翻前对位等待卸车，不需要调车组人员参与。列车卸车完毕后换挂调车机，并由调车机牵引空车进行编组作业，编组完成后进行清煤作业，清煤作业完毕后连挂本务机至Ⅰ场或港前作业区，摘掉本务机进行技术检查作业，后又连挂本务机车完成票据交接等准备工作后等待出发。

（4）信息和控制现状。黄骅港站现有信息化系统包括铁路车号自动识别(ATIS)系统、综合调度系统、港务公司一体化系统、机务运安系统等，由于这些系统分别由不同的岗位进行操作，相互之间缺少信息互联互通，需要作业人员通过电话或者电台的方式进行沟通。现有的黄骅港站控制系统由不同的岗位通过各自的终端及设备进行作业，车站值班员通过CTC/TDCS 终端、综合调度系统来综合控制列车到发作业，信号员通过微机联锁控制站内设备，车号员通过车号微机和综合调度微机进行车号核对，其他外勤作业人员通过电台与车站其他岗位进行作业联系。

1.2 存在的问题

黄骅港站作业组织受作业系统信息化不足、自动化水平较低等影响因素制约[3]，车站作业主要依靠人工操作、盯控，作业岗位之间主要依靠电话沟通，现有作业系统相互孤立脱节，信息沟通不畅，加之作业节点多、流程链条长，导致作业人员多，且作业调度人员、行车指挥人员长时间精神高度集中，既容易引发安全事故，也无法贯彻好提质增效措施，其存在的问题具体如下。

（1）设施设备落后。黄骅港站受设施设备落后的影响，部分作业还采用人工作业手段，容易对作业人员人身安全造成伤害，同时影响作业效率、提高作业成本。试风方面，由于列车启动需要简易试风作业，目前采用安排尾部试风人员查看制动缸再通知司机的方式，增加室外人工作业量和作业时间；推进方面，目前列车前往小翻车机房的推进作业，受设备制约司机无法观察运行前方状况，故设置领车员岗位，在车列前方进行观察，如发现异常情况可拉制动阀门进行列车制动，但该方式增加了人员劳动强度，并且领车员需悬挂在列尾探出头进行观察，造成作业危险性极高。

（2）信息化水平落后。调车方面，调度指挥工作缺少信息化、自动化的手段，完全依靠个人经验，作业单传递链条多，影响车站的作业效率，编制计划时，调度人员通过电话与港务公司、机务段等部门联系，用纸笔记录联系内容，再进行人工编制调车计划；下达计划时，港口作业区与车站调度员之间通知单交接没有信息化手段而使用纸质票据交接，交接后进行现场核对，票据获取时间长、过程繁琐；港前作业区由车站调度员传达，内勤助理值班员利用纸质调车作业通知单并与相关人员核对。控制方面，目前黄骅港行车、调车作业进路办理方式还是以人工办理、盯控为主，导致作业效率低、缺少安全流程卡控，人员介入控制系统导致人员劳动强度大，对列车控制安全性产生一定的隐患，车站值班员在作业过程中对到发列车站内时间、取车作业时间、翻前对位时间、翻后编组时间、取车时间等各项作业始末时刻均需进行人工记录，影响作业效率和数据质量；车站值班员与港务公司、技术作业岗位以及机务段等岗位的作业办理主要通过电话通知，造成不必要的时间浪费。

（3）系统传输不透明。系统间存在信息不透明的情况，ATIS 系统、综合调度系统、港务公司一体化系统、机务运安系统等相互信息不透明，不能形成共享关联查询与匹配，作业人员需要在几个系统间频繁切换查找相关信息，造成重复劳动，影响作业效率。同时各部门间沟通不畅，特别是港务公司与港前站，目前列车阶段计划、调车计划、卸车计划等重要信息依靠电话沟通，造成双方计划编制效率低下、作业可行性低。

2 黄骅港站作业组织智能优化措施

为解决黄骅港站作业组织存在的问题，提出建设黄骅港站智能化体系方案，在考虑黄骅港站特有的技术作业流程的基础上，通过搭建智能调度与控制系统，结合室外智能设备，将车站与设备、设备与人工间作业进行整合，将信息化、智能化技术或方法渗透到港口站管理决策、调度指挥、执行控制、运行维护等多个业务层面，以提高作业效率、降低作业人员数量和劳动强度、降低作业安全风险为目标，构建基于新设备新功能的智能化场站[4]。

2.1 智能调度与控制系统

基于黄骅港站功能特点和车站作业流程建立智能调度与控制系统，覆盖黄骅港站日常生产作业的调度指挥与进程控制，包括智能调度子系统、智能控制子系统、作业评价子系统，实现调车作业计划自动编制与调整、站内资源管理、调车作业过程动态追踪、进路自动排列、作业安全综合防护、作业指标统计分析等功能[5]。智能调度与控制系统功能架构如图1所示。

图1 智能调度与控制系统功能架构Fig.1 Functional architecture of intelligent scheduling and control system

（1）智能调度子系统。智能调度子系统以黄骅港站日常作业为核心进行设计，协调站区内车、机、工、电、辆等专业的调度部门，共享各专业阶段内工作安排内容与相关资料。智能调度子系统以行调下发的到发计划、港务调度下发的翻车机运用计划和机调下发的机车运用计划等资料为主导[6]，以高质量、高可兑现性的调度作业计划引领、协同、指挥车站内不同部门之间的作业，建立起更为统一的作业节奏，确保作业班组与设备均衡运用，顺畅整个作业流程，防止作业衔接时错漏事故发生。

（2）智能控制子系统。智能控制子系统对象为车站调度员、值班员、信号员等车站管理人员，起到智能调车系统与现场设备间衔接控制的作用。智能控制子系统采用集中—分布式控制模式，基于自动化的作业进路自动排列以及其他作业设备自动控制，通过将作业计划直接自动转换成设备控制流，按照标准与规范自动触发控制指令，有利于贯彻调度管理层的指挥意图，保证作业紧凑有序进行，保障作业安全，降低作业人员劳动强度，整体上提高枢纽内人员和设备使用效率，提升作业运转速度。

（3）作业评价子系统。作业评价子系统包括车站运输能力自动查定和车站运输能力综合评价2 个模块，基于自动化作业数据采集和智能化的作业能力查定、作业过程评价与分析。车站运输能力自动查定模块，通过实时采集黄骅港站综合自动化范围内的作业轨迹和计划信息，形成连续的车站完整作业数据，并根据公式计算出车站各类型作业能力。作业评价子系统功能通过对黄骅港站作业信息数据加工、组合、挖掘，自动计算生成车站各项作业过程的可视化指标，对车站各项作业进行综合分析与评价[7]。

以上系统均采用贯穿全程全域的人工智能与机器学习算法运用，实现对作业过程中各个环节数据、经验、智慧的不断积累、不断学习、不断优化，实现作业“计划—执行—反馈”整体上的闭环、滚动的智能升华，逐步形成自我进化的车站智能生态体系。

2.2 室外智能设备

基于全站的智能调度与控制系统对室外智能感知设备的需求，增设适应智能化车站的室外设施设备，解决解体、取送等流程中存在的人工试风、车列推送等方面问题，减少室外作业岗位，降低人员作业危险性。智能设备配有传感装置，能将列车、车辆的作业信息及时准确地反馈给作业人员，并上传到信息系统，为全流程作业提供主动实时获取信息的渠道，便于其他作业岗位流程的优化衔接。

试风作业方面，可在列尾增设由司机远程控制的自动试风装置，并通过无线设备将制动缸风压传输给司机，通过该方式可以减少列尾人员试风作业流程和试风岗位，列车的列检作业和试风作业可同时进行，节约试风作业时间。

推进作业方面，通过增设图像识别、自动感应等设施设备，向司机实时提供推送前方场景并进行测距和安全警告，通过该方式可以减少领车员岗位，在节约人工成本和人员事故可能性的同时，也便于调度岗位及时了解列车推进作业进度，利于后续调车作业安排。

2.3 优化效果分析

通过以上系统与设备，对黄骅港站到达、翻前、翻后、出发等作业场景进行优化，实现信息一次输入全作业系统内共享，自动追踪站内调车机、本务机的实际位置，用数字化手段代替人工重复作业，用自动化手段减少人员违章操作、人工错误操作，用智能感知代替人工安全防护，用智能化代替人员的体力劳动，将调度指挥人员从繁忙、冗余的作业过程中解放出来，全身心地投入到调度指挥生产中，从而达到资源合理调配，提高作业质量的目标，优化效果主要有以下几个方面。

（1）提升作业效率。建立全方位的信息共享机制，打通车站与调度中心、车站与港务公司的信息通道，自动接收朔黄调度中心下达的调度计划并自动向调度中心共享列车、调车等作业进度和站场信息，与港务公司之间通过信息交互代替传统的人工口头通知，港务公司将每日卸车计划共享给车站，而车站将列车阶段计划和调车计划的实时进度与异常提示推送给港务公司。通过以上方式，将各岗位从以往的电话联系和手工记录中解放出来，解决岗位间沟通频繁、信息错听错报等问题，保障调度指挥、作业生产、资源调配的合理性，提高作业效率。

（2）降低劳动成本。利用高效的设备尽量减少或替代信息的人工收集与确认，取消作业单据人工传输改为线上传输方式，自动进行数据统计和填记减少人工纸质记录，通过增设室外设备以减少列尾、调车组等作业岗位人员配置。通过以上方式，预计可以优化黄骅港站室内外作业人员配置，室内方面对港前运转、港口运转、统计岗位进行优化，合计可减少人员7 人；室外方面对港前列尾作业、港口调车组、列尾、清煤等岗位进行优化，合计可减少人员约20 人。在降低人员劳动强度的同时做到减员增效，降低黄骅港站作业劳动成本，减少室外作业事故发生的可能性。

（3）提升作业安全防护水平。在作业安全防护方面侧重于事前卡控、事中提示报警，自动排列作业进路前或者进路占用过程中对涉及安全的事件与设备进行综合性判断与检查，通用安全防护方面提供包括计划与进路一致性校核、区域校核、锁岔保护等功能，列车作业特定安全防护方面提供接发列车防错办、超限列车接发校核、技检作业进度卡控等功能，调车作业特定安全防护方面提供调机位置以及停稳条件校核、压岔折返调车防护等功能。通过对进路、列车、调车3 方面进行综合安全防护，保证作业进路、机车、车辆、其它设备安全，保障车站运输组织生产有序进行。

3 结束语

黄骅港站智能调度与控制系统设计围绕“路港一体化”“调车-翻车控制一体化”“中心-车站一体化”“室外作业少人化”的理念，坚持“统一规划、统一平台、统一标准”的原则，以信息整合、完善、流畅与共享为核心，重建作业场景，优化岗位与人员，设计全新的综合智能调度控制系统。面向黄骅港站作业组织需求，加强自动化功能与车站特殊作业结合应用，实现黄骅港站运输生产作业向数字化、自动化、智能化的转型，为全面推动黄骅港站智能化发展，提高设施设备信息化和自动化水平，大幅度降低作业人员劳动强度，降低作业安全风险提供技术支持[8]。