基于條形碼技術確認匯報道岔開通位置的研究

王立松，葉偉勇

WANG Lisong，YE Weiyong

（南京鐵道職業(yè)技術學院 運輸管理學院，江蘇 南京 210031)

(School of Transportation & Management， Nanjing Institute of Railway Technology， Nanjing 210031， Jiangsu， China)

接發(fā)列車進路準備是保證接發(fā)列車安全的一項關鍵作業(yè)。在正常接發(fā)列車工作中，操作人員通過聯鎖控制臺排列進路，遠程電動轉換道岔，并通過聯鎖控制臺上道岔定反位表示燈的顏色和進路的光帶確認道岔開通的位置。根據鐵路行車規(guī)章和接發(fā)列車作業(yè)標準要求，在無聯鎖的線路上接發(fā)列車時，車站值班員需要指派有關人員擔任扳道員，由扳道員到鐵路現場人工準備進路，確認道岔開通位置和加鎖情況，并通過電話向車站值班員匯報[1-2]。如果在道岔特定位置設置條形碼，將扳道員的人工確認匯報情況與條形碼掃描輸入信息進行校核將有效提高人工準備進路的可靠性。

1 條形碼識別確認匯報道岔開通位置分析

1.1 人工確認匯報道岔開通位置安全隱患

接發(fā)列車進路準備時，當道岔故障失去定反位表示、軌道電路故障后道岔經過人工轉換或聯鎖設備停電時，電動道岔就會因聯鎖失效處在無聯鎖狀態(tài)，操作人員無法通過聯鎖控制臺操作道岔并確認道岔的開通位置，需由扳道員到現場人工操作。由于扳道員確認無聯鎖道岔開通位置是基于人的主觀判斷，不一定能準確反映設備的客觀狀態(tài)，存在人因失誤導致錯辦進路的安全隱患[3]。

（1）人工操作準確性有待提升。為防止人為差錯導致事故，針對聯鎖失效或聯鎖設備停電時接發(fā)列車進路準備，鐵路制訂了嚴格的“雙人確認”和“再度確認”制度?！半p人確認”是指有條件的車站在扳道員準備好進路向車站值班員匯報后，車站值班員再命令另外一位作業(yè)人員再確認匯報一次?！霸俣却_認”是指人員緊張的條件下，扳道員準備好進路向車站值班員匯報后，車站值班員必須再命令扳道員確認匯報一次。但是，這些確認制度均沒有擺脫對人的依賴。由于車站值班員不在作業(yè)現場，如果作業(yè)人員未能向車站值班員正確匯報進路準備情況，車站值班員根據錯誤的進路準備信息安排作業(yè)，可能會導致嚴重的安全事故。由于接發(fā)列車工作事關列車的安全、正點，責任重大，在設備突發(fā)故障的情況下，作業(yè)人員處在應急心理狀態(tài)，而且人工準備進路是野外作業(yè)，作業(yè)環(huán)境、氣候條件也會對扳道員的心理產生較大影響，從而影響操作的正確性。因此，應采用先進的技術手段減少人工操作，加強“技防”“物防”手段應用，提高鐵路行車安全管理[4-5]。

（2）進路準備難度較高。扳道員準備進路的過程為“一看、二扳(搖)、三確認、四匯報”。在車站道岔區(qū)布局比較復雜的情況下，或多組道岔無聯鎖需要多人準備的情況下，確認道岔開通位置和股道比較困難。較大的車站存在變通進路和交分道岔，在夜間和氣候條件影響下，即使站在道岔上，扳道員也可能無法判定道岔開通方向和股道。目前，我國高速鐵路使用了大量可動心軌道岔，人工準備進路時，除了準備尖軌，還必須準備可動心軌，并且需要確保尖軌與心軌開通方向一致，否則將導致嚴重后果。正線和到發(fā)線上的道岔均為普通單開道岔，在信號樓控制臺上，道岔的開通位置分為“定位”和“反位”，但在道岔較多的情況下，難以要求每個扳道員準確記住道岔“定位”和“反位”的開通方向。為便于扳道員作業(yè)，人工準備進路時，扳道員一般采用便于現場確認的“直股(直向)”和“曲股(側向)”向車站值班員匯報道岔開通位置。由于道岔的“定位”和“反位”與道岔的“直股(直向)”和“曲股(側向)”不是完全的對應關系，車站值班員需要面向控制臺或占線板對扳道員匯報道岔開通位置進行二次確認。由于站場圖形布局的需要，有少數車站存在控制臺上顯示開通直向(側向)與現場實際開通不一致的特殊情況。這些因素增加了進路確認匯報的難度，成為行車安全隱患。

（3）員工技能難以達到要求。在集中聯鎖車站，大部分鐵路局集團公司取消了專職扳道員(清掃員)，人工準備進路時，需要由助理值班員擔任扳道員。而目前大部分助理值班員沒有經過嚴格的人工準備進路訓練，沒有扳動手動道岔或搖動電動道岔的經歷。雖然很多車務站段建有模擬接發(fā)列車訓練設備，但由于受客觀條件限制，模擬人工準備進路操作大多停留在程序和口頭演練上。由于道岔的類型、轉轍機型號和數量上的差異，模擬人工準備進路與實際人工準備進路有較大的差距。因此，亟需加快提高員工人工準備進路的能力和可靠性[6]。

（4）作業(yè)管理難度較大。道岔區(qū)位于車站兩端，照明條件普遍較差，大多沒有良好的監(jiān)控條件。在非正常作業(yè)時，信號樓需要有值班領導把關，因而在夜間作業(yè)時，車站(特別是人員配備較少的中間站)很難安排更多的人員監(jiān)督和協助扳道員作業(yè)。在此情況下，主要依靠扳道員自覺嚴格按規(guī)章和標準辦理作業(yè)。由于作業(yè)時間緊，有關人員催促，加上天氣等原因，作業(yè)人員簡化作業(yè)程序，違規(guī)操作的概率較大[7]。調度集中區(qū)段的作業(yè)組織工作由鐵路局集團公司調度所的列車調度員負責，部分小站和工作量較少的高鐵車站只安排一位應急值守人員并無車站值班員，作為指揮者的列車調度員遠離車站作業(yè)現場，對車站設備及作業(yè)狀態(tài)的掌握不如車站值班員準確，在人工準備進路方面的安全風險更高。

1.2 條形碼確認匯報道岔開通位置優(yōu)勢

條形碼技術集光、機、電和計算機技術為一體，是計算機自動采集、錄入數據的重要方法和手段。條形碼自動識別技術利用光電掃描設備識讀條形碼符號實現機器的自動識別，并快速、準確地把數據錄入計算機進行數據處理，從而達到自動管理的目的，可以有效避免人工錯辦進路的安全隱患。采用條形碼技術確認匯報道岔開通位置具有以下優(yōu)勢。

（1）高可靠性。采用條形碼掃描輸入數據出錯率低于0.000 1%。二維條形碼還具備一定的自動糾錯能力，其高可靠性符合鐵路檢查確認道岔開通位置的安全要求[8]。

（2）實現信息化管理。條形碼技術采集信息量大，占用空間小，傳輸速度快。通過在道岔的特定位置設置條形碼標簽，理論上可以實現每一組道岔(包括非集中道岔)開通方向與特定條形碼之間的對應關系，實現道岔無聯鎖狀態(tài)下開通位置的信息化管理，避免過度依賴人工操作，也為防止作業(yè)人員簡化作業(yè)程序提供了可靠的技術管理手段，從根本上解決人工準備進路的安全隱患。

（3）應用成本較低。條形碼標簽易于制作，耐高溫、耐腐蝕的陶瓷條形碼和不銹鋼條形碼在生產和生活中已被廣泛使用。條形碼識別設備操作容易，手機作為條形碼掃描輸入設備已在人們的日常生活中普遍使用，有關人員不需要特殊培訓。因此，掃描條形碼確認道岔位置是一種非常經濟實用的方法。我國無線通信網絡高度發(fā)達，條形碼的無線掃描輸入通信手段可以根據車站無線網絡覆蓋情況、車站和調度指揮信號設備特點選用。優(yōu)先考慮鐵路專用數字移動通信網絡。對于鐵路專用無線網絡不完備的車站或地區(qū)可利用公用無線通信網絡。

2 條形碼識別確認匯報道岔開通位置技術

將道岔的尖軌和可動心軌開通位置進行編碼并在特定位置設置條形碼，建立進路與道岔開通位置編碼關聯數據庫和確認匯報系統(tǒng)，通過無線掃描條形碼輸入的方式對道岔開通位置進行確認匯報。

2.1 條形碼編碼方法

條形碼的編碼方法可以全國鐵路統(tǒng)一編碼，也可以根據需要按鐵路局集團公司、調度集中區(qū)段或車站統(tǒng)一編碼。下面以車站為單位建立道岔開通位置條形碼的6 位數編碼方法。

（1）第1 位數代表車場號。鐵路大站往往有數個車場。鐵路道岔編號規(guī)定，當一個車站有數個車場時，每一車場的道岔應單獨編號。

（2）第2 至第4 位數代表道岔編號。鐵路車站道岔編號是從車站兩端開始，由外向內、依次編號。上行列車到達端編為雙數，下行列車到達端編為單數。道岔編號應與車站實際編號完全一致，只是用3 位數表示。

（3）第5 位數代表道岔的類型。根據道岔的轍叉心是否可以轉換，道岔有普通固定轍叉道岔和可動心軌道岔2 種類型。

（4）第6 位數代表道岔的開通位置。用于接發(fā)列車的道岔均為普通單開道岔，有2 種不同的開通方向，分別叫道岔的“定位”和“反位”。普通固定轍叉道岔只需描述尖軌開通位置，因而只需要1個編碼；可動心軌道岔要描述尖軌和可動心軌2 個開通位置，因而需要2 個編碼。

車站道岔開通位置編碼方法如表1 所示。

如表1 所示，編碼“000312”表示車站不分場，3 號道岔為固定轍叉道岔，尖軌開通反位。編碼“202421”和“202423”為1 組，表示車站2 車場24 號可動心軌道岔的尖軌、可動心軌開通定位。以上2 個道岔開通位置一維條形碼和二維碼如圖1所示。

圖1 2 個道岔開通位置一維條形碼和二維碼Fig.1 One dimensional barcode and two dimensional barcode of two switch’s direction state

表1 車站道岔開通位置編碼方法Tab.1 Numbering of switch direction state in station

2.2 條形碼位置設置

道岔尖軌和可動心軌均有定位和反位2 種開通方向，即道岔開通位置編碼第6 位為1 (尖軌開通定位)和2 (尖軌開通反位)，3 (可動心軌開通定位)和4 (可動心軌開通反位)。為了確保扳道員在掃描條形碼匯報道岔開通位置時該條形碼所代表的尖軌或可動心軌所開通的位置與實際所開通的位置完全一致，必須將條形碼設在道岔的固定部件(基本軌、岔枕、轉轍機固定座等)與道岔的活動部件(尖軌、可動心軌、轉轍機連桿等)在垂直方向相重疊的位置，以確保道岔尖軌和可動心軌開通特定的位置時扳道員只能掃描到開通此位置的條形碼，另一位置的條形碼因上方部件遮擋而無法掃描到。可動心軌道岔條形碼設置位置如圖2 所示。無論道岔開通哪個位置，由于尖軌的遮擋，扳道員只能看到并掃描匯報與道岔開通方向相對應的條形碼。

圖2 可動心軌道岔條形碼設置位置示例Fig.2 Example of barcode position of movable-point switch

2.3 確認匯報系統(tǒng)設計

（1）編碼關聯數據庫設計。主要考慮3 部分內容：①描述進路的特征信息。進路特征信息包括方向、上下行和用于接發(fā)列車的股道。如果存在變通進路還需特別描述。②建立列車進路與道岔的關聯。進路與道岔的關聯包含3 個層面，一是關聯道岔號碼，二是關聯道岔的類型，三是關聯道岔的開通位置。這3 種關聯均可以用道岔開通位置編碼來代替。③建立道岔開通位置定反位顯示數據庫。為了使接發(fā)列車指揮人能直觀地確定道岔的開通位置，還要建立道岔開通位置定反位顯示數據庫，定位顯示綠色，反位顯示黃色，與聯鎖設備的顯示方式一致。

（2）工作流程設計。確認匯報系統(tǒng)工作流程主要包括輸入方向、上下行、股道及無聯鎖道岔號碼并確認、調用進路與無聯鎖道岔開通位置關系數據庫信息、掃描無聯鎖道岔開通位置條形碼輸入編碼并進行比對、顯示道岔位置顏色等，具體步驟如下。①輸入用于接發(fā)列車的進路特征信息。②確認無聯鎖道岔的號碼。道岔故障導致聯鎖失效往往是個別道岔故障，故此時需確認故障道岔的號碼。如果是聯鎖控制臺停電必須確認全部道岔故障。③調用無聯鎖道岔號碼相對應的數據庫中道岔開通位置編碼及顯示。④通過無線網絡接收無聯鎖道岔開通位置條形碼掃描輸入。⑤條形碼掃描輸入數據與調用數據庫數據比對。信息接收平臺將接收到道岔開通位置條形碼編碼與數據庫調用的道岔開通位置編碼逐一進行比對。如果從數據庫調用同一道岔只有1 個編碼且比對正確，則實際道岔開通位置顯示將由紅色變?yōu)榈啦黹_通位置的顏色，即最后1 位編碼是1 顯示綠色，是2 顯示黃色。如果從數據庫調用同一道岔有2 個編碼且只有1 個比對正確，則道岔開通位置顯示將由紅色變?yōu)榧t閃。如果從數據庫調用同一道岔有2 個編碼且2 個編碼比對均正確，則實際道岔開通位置顯示將由紅色變?yōu)榈啦黹_通位置的顏色，即輸入編碼的最后1 位是1 或3 顯示綠色，是2 或4 顯示黃色。⑥操作人員將道岔實際開通位置的定反位顏色與系統(tǒng)事先調用正確的道岔開通位置定反位顏色進行比對，顏色相同說明現場道岔開通位置正確，否則開通錯誤。

確認匯報道岔掃描條形碼系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖3 確認匯報道岔掃描條形碼系統(tǒng)工作流程Fig.3 Workflow of bar code confirmation report system for non-interlocked switch

圖4 某雙線自動閉塞鐵路車站控制臺示意圖Fig.4 Schematic diagram of station console of a double track automatic block line

3 案例分析

某雙線自動閉塞鐵路車站控制臺示意圖如圖4所示。車站道岔均為可動心軌道岔，且開通正線為定位。以9#道岔故障導致聯鎖失效，由北京方向接入的G705 次列車需要進3 道停車事件為案例，闡述操作過程。

（1）編制并設置車站道岔開通位置條形碼。如9#道岔為可動心軌道岔，有4 個條形碼，編碼分別為：尖軌開通定位000921、尖軌開通反位000922、心軌開通定位000923、心軌開通反位000924。按前述要求在車站每個道岔上設置相對應的條形碼。

（2）建立接發(fā)車進路與道岔開通位置關系數據庫。以北京方向下行線接車進1 道、3 道和4 道為例建立數據庫。接發(fā)車進路與道岔開通位置關系數據庫舉例如表2 所示。

（3）輸入方向、上下行、股道及無聯鎖道岔號碼并確認。確認用于接發(fā)列車的進路特征信息為北京方向開來的下行列車進3 道，9#道岔為無聯鎖道岔。系統(tǒng)調用9#道岔對應的接發(fā)車進路與道岔開通位置關系數據庫信息如表3 所示。此時，系統(tǒng)平臺顯示道岔開通位置表示為紅色，表示鐵路現場9#道岔實際開通位置還未確定。

（4）掃描條形碼輸入9#道岔開通位置并進行比對。扳道員在鐵路現場按規(guī)定準備好9#道岔并確認道岔開通反位，利用條形碼掃描輸入設備掃描可以看到的第1 個道岔開通位置條形碼后，系統(tǒng)直接通過數字無線網絡將掃描得到的編碼發(fā)送到信號樓信息接收平臺。由于9#道岔為可動心軌道岔，此時系統(tǒng)平臺上的道岔表示紅燈變?yōu)榧t閃。繼續(xù)掃描可以看到的第2 個道岔開通位置條形碼后，系統(tǒng)平臺上的紅閃變?yōu)辄S燈。此時，車站值班員通過平臺確認實際道岔位置顯示與系統(tǒng)給定的正確的顯示一致，表明鐵路現場9#道岔位置正確。

為了適應不同車站要求，系統(tǒng)采用表格化比對方式比對實際道岔位置顯示與系統(tǒng)給定的正確的顯示。不同的車站只需要建立各自接發(fā)車進路與道岔開通位置關系數據庫，而系統(tǒng)平臺是統(tǒng)一的。如果車站存在變通進路，則在建立接發(fā)車進路與道岔開通位置關系數據庫時應特殊處理。

表2 接發(fā)車進路與道岔開通位置關系數據庫舉例Tab.2 An example of database with the relationship between route and switch direction state

表3 9#道岔對應的接發(fā)車進路與道岔開通位置關系數據庫信息Tab.3 Information in the database showing the of relationship between route and switch direction state of No.9 switch

4 結束語

引入新技術、新設備和新的管理手段來強化鐵路行車安全管理是行業(yè)發(fā)展的趨勢。通過以上研究，將道岔開通位置條形碼化，通過建立進路與道岔開通位置編碼關聯數據庫和進路確認匯報系統(tǒng)，利用無線掃描條形碼輸入的方式確認道岔開通位置具有較好的客觀性，避免了人為差錯，有利于非正常接發(fā)列車作業(yè)安全，也為鐵路行車安全管理提供了新的科技手段。目前，此項研究處在實驗室階段，在投入生產研究和運用前，還需要進一步研究無線掃描輸入工具的選擇、通訊方式和系統(tǒng)窗口設計等問題。