基于CTC/TDCS系統(tǒng)的現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警技術(shù)研究

陶有好 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開發(fā)有限公司

基于CTC/TDCS系統(tǒng)的現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警技術(shù)研究

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TDCS/CTC系統(tǒng)已經(jīng)基本建成覆蓋全路調(diào)度所、全路車站的行車指揮與控制網(wǎng)絡(luò)，功能和數(shù)據(jù)已經(jīng)涵蓋列車計劃、調(diào)度命令、調(diào)車作業(yè)、信號實時監(jiān)視、列車實時跟蹤、進路自動控制等方面，成為運輸生產(chǎn)不可缺少的行車設(shè)備。因此，在無線通信和智能終端技術(shù)成熟的客觀條件下，TDCS/CTC系統(tǒng)已經(jīng)具備擴展無線移動信息平臺的技術(shù)水平和開發(fā)能力，并據(jù)此平臺開發(fā)現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)。

TDCS/CTC系統(tǒng)；現(xiàn)場作業(yè)管理；防護預(yù)警

隨著鐵路行車密度、行車速度的不斷提高，營業(yè)線電務(wù)施工維修人員的人身安全受到越來越嚴(yán)重的威脅。因此迫切需要一種技術(shù)裝備，能使現(xiàn)場施工人員及時得到列車接近報警提示，實時掌握列車走行情況和信號開放情況，從而提前預(yù)判、及時避讓列車,避免人身傷害；另外，現(xiàn)場施工人員還需要隨時了解施工計劃信息、向調(diào)度或者把關(guān)干部報告施工實際進展情況，和駐站聯(lián)絡(luò)員、現(xiàn)場防護員溝通完成整個施工過程的防護盯控。

而目前整個過程還主要依靠人工卡控，由于人的疏忽誤判，施工過程中施工人員安全事故依然頻發(fā)，安全生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻。施工過程的溝通還停留對講機和紙筆傳遞層面，缺乏溝通過程的數(shù)據(jù)留底。施工信息的填報大多發(fā)生施工完成之后，數(shù)據(jù)無法反映真實的施工過程，更無法為后續(xù)施工考核提供依據(jù)。

鐵路業(yè)內(nèi)在現(xiàn)場作業(yè)管理和安全防護方面進行了一些有意義的嘗試，但或者局限于實現(xiàn)技術(shù)，或者局限于投入成本，未能有效產(chǎn)生系統(tǒng)性的產(chǎn)品。因此，將TDCS/CTC系統(tǒng)相關(guān)管理、監(jiān)視功能擴展到室外工作組的移動終端上，并根據(jù)具體的施工和維修作業(yè)的業(yè)務(wù)性質(zhì)實現(xiàn)監(jiān)控、預(yù)警、管理等功能，則可以進一步發(fā)揮TDCS/CTC系統(tǒng)的信息資源優(yōu)勢，大大提高運輸生產(chǎn)的效率和安全性。同時，現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)只有充分利用TDCS/CTC系統(tǒng)的信息資源，才能廣泛地實時掌握列車動態(tài)、運行計劃、施工計劃等全方位信息，從而對現(xiàn)場作業(yè)進行有效地的安全防護和管理。

1 本項目研究重點

現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)要運行在廣泛、復(fù)雜和開放的環(huán)境中，需要基于現(xiàn)有技術(shù)和平臺，結(jié)合行業(yè)的安全需求和特定業(yè)務(wù)需求，研究出滿足本系統(tǒng)要求的技術(shù)和方法。本項目的研究重點包括：

（1）開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安全通信技術(shù)?，F(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)要達到適用廣泛、技術(shù)可行和成本允許的要求，應(yīng)該充分利用現(xiàn)有的民用無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不但可以降低投資成本和維護成本，而且具有廣泛的適用性，易于推廣。因此，在使用開放的互聯(lián)網(wǎng)中傳輸滿足安全要求的信息，需要研究一套可行的安全通信技術(shù)。

（2）云計算技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用。現(xiàn)場作業(yè)管理和防護系統(tǒng)中通信實體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，通信實體的數(shù)量不固定和接入方式多樣性，因此有必要將云計算技術(shù)應(yīng)用于項目的服務(wù)器系統(tǒng)，使得服務(wù)器可以根據(jù)站段、通信實體的數(shù)量，靈活調(diào)整處理能力和通信吞吐量。

（3）系統(tǒng)與TDCS/CTC系統(tǒng)的安全接口。TDCS/CTC作為列車調(diào)度指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了鐵路各級運輸調(diào)度對列車運行實行透明指揮、實時調(diào)整、集中監(jiān)控，因此它既是寶貴的信息源，又是關(guān)系列車安全運行的重要系統(tǒng)?，F(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)要根據(jù)站場狀態(tài)和車次位置，做出實時自動智能預(yù)警，就必須要從TDCS/CTC系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。因此，在獲取數(shù)據(jù)的同時必須保證TDCS/CTC系統(tǒng)的獨立性和安全性，避免對行車造成影響。研究TDCS/CTC與現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)的安全接口技術(shù)是系統(tǒng)的必然要求。

（4）防護預(yù)警是本項目研究的主要內(nèi)容。防護預(yù)警的研究包括兩方面的內(nèi)容：一是如何利用TDCS/CTC的站場信息、車次信息為現(xiàn)場作業(yè)人員提供防護預(yù)警，即防護預(yù)警的產(chǎn)生邏輯；二是如何管理組織防護預(yù)警傳遞、提示和反饋的流程，即防護預(yù)警的管理方法。

（5）現(xiàn)場作業(yè)管理。按照《鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法》和路局、站段的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程要求，將作業(yè)相關(guān)人員按照角色和職能分配到施工工作流中，使施工人員按照標(biāo)準(zhǔn)流程在不同施工階段做規(guī)定動作，逐步完成整個施工過程。施工流程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以作為施工考核和評比的依據(jù)。

（6）人員定位。在現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)中，實現(xiàn)施工人員的人員定位是確保施工人員安全一種有效手段。采集人員的實時位置信息，以圖形化的方式直觀的展現(xiàn)出來，便于單位領(lǐng)導(dǎo)和調(diào)度掌握現(xiàn)場施工人員的分布，做出合理的應(yīng)急決策。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)

現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)，將從以下幾個方面實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警的要求：

（1）實現(xiàn)作業(yè)任務(wù)管理。作業(yè)任務(wù)管理的對象是施工任務(wù)，包括施工任務(wù)的生成、下發(fā)和刪除。施工任務(wù)定義為關(guān)聯(lián)相關(guān)角色人員的可執(zhí)行作業(yè)流程單。生成施工任務(wù)是指中心盯控人員或施工負(fù)責(zé)人根據(jù)施工計劃產(chǎn)生一項施工任務(wù)。下發(fā)施工任務(wù)是指施工任務(wù)生成后，系統(tǒng)能夠?qū)⑹┕と蝿?wù)下發(fā)到相關(guān)角色的終端設(shè)備。刪除施工任務(wù)是指施工任務(wù)的創(chuàng)建者或者盯控人員能夠?qū)⒔⒌氖┕と蝿?wù)刪除。現(xiàn)場作業(yè)管理及防護預(yù)警系統(tǒng)提供相關(guān)人員管理作業(yè)任務(wù)的圖形化界面，服務(wù)器能夠?qū)⑹┕と蝿?wù)下發(fā)到相關(guān)施工人員持有的設(shè)備。

（2）實現(xiàn)防護預(yù)警功能。系統(tǒng)實現(xiàn)自動防護預(yù)警和人工防護預(yù)警。系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前的信號設(shè)備狀態(tài)、施工位置和列車運行方向等信息，自動地向施工相關(guān)人員發(fā)出防護報警；同時，系統(tǒng)還要提供人工發(fā)送防護報警的功能，具有人工報警編輯操作界面。移動終端通過語音和震動等方式向施工相關(guān)人員提示報警，并為其提供確認(rèn)防護報警操作界面。

（3）實現(xiàn)施工流程卡控功能。系統(tǒng)實現(xiàn)施工流程管理和角色權(quán)限卡控功能。施工相關(guān)人員根據(jù)施工推進情況，設(shè)置施工任務(wù)的狀態(tài)，系統(tǒng)提供流程顯示和操作界面。對于流程操作，系統(tǒng)要提供角色職能卡控功能，在不同施工階段為不同角色人員提供不同的操作界面。對于流程狀態(tài)，系統(tǒng)要提供管理和同步功能，在施工狀態(tài)發(fā)生變化時向所有施工人員同步施工狀態(tài)。

（4）開發(fā)TDCS/CTC安全隔離通信機。TDCS/CTC安全隔離通信機能夠采用安全接口通信技術(shù)，實現(xiàn)外部系統(tǒng)USB/串口與TDCS/CTC通信，單向傳輸方式從TDCS/CTC獲取站場表示等信息。安全隔離通信機獲取信息可以能夠保證一定的實時性。

（5）實現(xiàn)人員定位和位置顯示。移動終端系統(tǒng)實現(xiàn)采集施工人員的位置信息并自動上報的功能。盯控終端可獲取施工人員的位置，并用圖形化方式展示出來，實現(xiàn)人員定位。移動終端要實現(xiàn)電子地圖查看同一施工任務(wù)的角色位置的功能，實現(xiàn)組內(nèi)監(jiān)督。

（6）實現(xiàn)移動終端站場快照。移動終端通過圖形化界面，顯示站場和列車的快照信息。現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)，傳輸快照信息應(yīng)采用的安全加密通信技術(shù)。站場快照能夠方便作業(yè)人員了解當(dāng)前列車的走行情況，實現(xiàn)作業(yè)人員的自我預(yù)警防護。

3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)總體上是一個實時無線互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其物理設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。從網(wǎng)絡(luò)層次上可以劃分為三部分：TDCS/CTC查詢網(wǎng)、防護預(yù)警網(wǎng)、無線通信互聯(lián)網(wǎng)。TDCS/CTC查詢網(wǎng)內(nèi)設(shè)有TDCS/CTC安全隔離通信機(內(nèi)網(wǎng))，防護預(yù)警網(wǎng)內(nèi)設(shè)有盯控終端、防護預(yù)警服務(wù)器、TDCS/ CTC安全隔離通信機(外網(wǎng))和其他查詢管理終端，無線通信互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)包括云服務(wù)器、移動終端等。

圖1 現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

TDCS/CTC安全隔離通信機是連接TDCS/CTC系統(tǒng)與防護預(yù)警系統(tǒng)的橋梁，做到系統(tǒng)之間完全的網(wǎng)絡(luò)隔離，能夠確保兩個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，使得TDCS/CTC系統(tǒng)在不受外部系統(tǒng)的影響下，將站場和車次等信息提供給現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)使用。

防護預(yù)警服務(wù)器是作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)核心邏輯處理設(shè)備。其功能包括防護報警邏輯、內(nèi)網(wǎng)通信服務(wù)和外網(wǎng)通信服務(wù)。防護預(yù)警服務(wù)器通過內(nèi)網(wǎng)通信服務(wù)獲取安全隔離通信機的TDCS/CTC信息，通過外網(wǎng)通信服務(wù)獲取施工作業(yè)位置信息，根據(jù)以上兩種信息經(jīng)過邏輯運算產(chǎn)生防護報警，由外網(wǎng)通信服務(wù)發(fā)送到無線通信互聯(lián)網(wǎng)。

云服務(wù)器是無線通信互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換和存儲中心。首先，云服務(wù)器是數(shù)據(jù)交換中心，提供了移動終端互聯(lián)服務(wù)、施工任務(wù)狀態(tài)廣播服務(wù)和防護報警分發(fā)服務(wù)；其次云服務(wù)器是數(shù)據(jù)存儲中心，施工任務(wù)和防護預(yù)警在云服務(wù)器上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的持久化。

盯控終端是作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)督管理終端，由中心盯控人員使用。盯控人員可通過盯控終端監(jiān)督當(dāng)前正在施工的施工項目，查詢施工任務(wù)的分布和施工人員配備情況，實時盯控各施工任務(wù)的進度、查詢施工過程數(shù)據(jù)。盯控終

端還提供了施工計劃導(dǎo)入、施工任務(wù)管理的功能。

移動終端是信息顯示和報警提示的終端，同時也是信息采集終端，由施工相關(guān)人員使用。施工人員可以通過移動終端獲取施工需要的信息，同時移動終端又可以匯報現(xiàn)場施工的狀態(tài)和施工位置。移動終端實時采集上報當(dāng)前的位置信息，是作為人員定位的原始數(shù)據(jù)。移動終端還能將中心的防護報警信息，通過聲音、震動等多種形式向施工人員報警，并將施工人員的確認(rèn)信息反饋至中心。

4 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

如圖2所示，現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)從TDCS/ CTC系統(tǒng)獲取站場表示信息，從段施工計劃系統(tǒng)獲取施工計劃。中心盯控人員或者施工負(fù)責(zé)人根據(jù)施工計劃中的施工地點、施工人員創(chuàng)建施工任務(wù)。表示信息可以為盯控人員提供站場的實時信號顯示，也防護預(yù)警功能提供實時數(shù)據(jù)。防護預(yù)警功能根據(jù)施工任務(wù)信息和站場顯示信息產(chǎn)生防護預(yù)警，分發(fā)到盯控終端和施工現(xiàn)場的移動終端?，F(xiàn)場施工人員通過移動終端匯報施工狀態(tài)，同時施工狀態(tài)發(fā)生變化后，也廣播給施工相關(guān)人員。

5 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

5.1 施工任務(wù)管理

盯控終端和移動終端均可以生成施工任務(wù)。

5.2 施工流程管理

施工流程管理是將施工過程分成若干個階段，每個階段內(nèi)又包含了若干個操作，系統(tǒng)根據(jù)各施工階段執(zhí)行的先后順序，依次完成施工階段內(nèi)的操作。

圖3中每個虛線方框表示施工的一個階段，整個施工流程共包括:“人員到崗”、“施工準(zhǔn)備”、“等待命令”、“施工開始”、“施工過程”、“人員撤離”、“施工銷記”和“施工結(jié)束”這8個階段。每個施工階段中方框表示該階段的操作項，包含施工負(fù)責(zé)人、駐站聯(lián)絡(luò)員以及現(xiàn)場防護員的操作項。

5.3 施工防護預(yù)警

施工防護預(yù)警是系統(tǒng)自動或者人工產(chǎn)生報警信息，廣播給相應(yīng)移動終端，移動終端收到報警后產(chǎn)生聲音、震動向用戶報警，用戶閱讀報警并確認(rèn)簽收的過程。根據(jù)施工防護預(yù)警的邏輯大致分為三部分：自動防護預(yù)警、人工防護預(yù)警和報警確認(rèn)流程。

圖3 施工流程圖

6 結(jié)束語

現(xiàn)場作業(yè)管理和防護預(yù)警系統(tǒng)為鐵路沿線施工提供了施工管理和防護預(yù)警的新裝備，系統(tǒng)的應(yīng)用將在以下幾個方面發(fā)揮積極作用。

（1）提高了現(xiàn)場施工的安全性。系統(tǒng)提供的自動防護報警，能夠自動向施工人員的手持終端提供來車報警，降低了人為因素對施工安全的威脅，是人工防護的有益補充，提高了鐵路沿線施工的安全性。

（2）提高現(xiàn)場作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平。系統(tǒng)提供的施工任務(wù)流程管理功能，引導(dǎo)施工人員按照施工步驟逐步完成整個施工過程。施工過程中采集的節(jié)點時間、圖片和位置信息，為事后施工考核提供數(shù)據(jù)依據(jù)，也進一步促進了施工過程的標(biāo)準(zhǔn)化。

隨著施工安全的重視和施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求的嚴(yán)格，本課題研究成果具有廣闊應(yīng)用前景，不僅適用用于電務(wù)施工過程防護，還可以推廣到工務(wù)施工防護系統(tǒng)。

責(zé)任編輯：萬寶安

來稿日期：2016-11-07