基于DMR的成都地鐵5號線車輛基地數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)

范 琪，虞 凱，汪 崢，王孔明

地鐵車輛基地是全線列車的運營保障基地，承擔(dān)了全線列車的停放、收發(fā)車、車輛檢修、洗車、調(diào)試、鏇輪、施工維修等生產(chǎn)作業(yè)［1］。因不同的生產(chǎn)作業(yè)對列車停放股道有不同的需求，所以需要通過調(diào)車轉(zhuǎn)軌作業(yè)對車輛基地內(nèi)列車停放股道重新安排。調(diào)車作業(yè)是銜接車輛基地內(nèi)各類生產(chǎn)作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若調(diào)車作業(yè)效率低，將直接影響車輛基地內(nèi)收發(fā)車作業(yè)效率，會降低車輛基地對正線故障的處理及救援響應(yīng)速度，影響正線行車［2］。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 調(diào)車作業(yè)

車輛基地內(nèi)調(diào)車作業(yè)包括調(diào)車計劃編制和調(diào)車作業(yè)執(zhí)行2個過程。

調(diào)車計劃編制階段由檢修調(diào)度和車場調(diào)度共同完成。檢修調(diào)度根據(jù)場段內(nèi)的車輛檢修作業(yè)、洗車作業(yè)等需求，編制人工調(diào)車申請單，簽字確認(rèn)后提交給車場調(diào)度；車場調(diào)度根據(jù)調(diào)車申請單，并結(jié)合場段內(nèi)當(dāng)前車輛的停放情況、調(diào)機資源、收發(fā)車空窗時段等信息，人工編制紙質(zhì)調(diào)車作業(yè)通知單，包含調(diào)車日期、班組等記錄內(nèi)容，以及每一鉤調(diào)車作業(yè)的詳細(xì)信息。

調(diào)車作業(yè)執(zhí)行階段由車場調(diào)度、信號樓值班員、調(diào)車司機共同完成。車場調(diào)度在編制完成調(diào)車作業(yè)通知單后，將紙質(zhì)調(diào)車通知單分別下發(fā)給調(diào)車司機和信號樓值班員；調(diào)車司機需前往DCC（Depot Control Center，車輛基地控制中心）領(lǐng)取并向車場調(diào)度復(fù)誦作業(yè)內(nèi)容；信號樓值班員在調(diào)車司機整備完成后，按調(diào)車通知單內(nèi)容人工開放調(diào)車進(jìn)路，并在每一鉤進(jìn)路開放前和調(diào)車司機進(jìn)行聯(lián)控，確保調(diào)車進(jìn)路開放正確。調(diào)車作業(yè)過程中，調(diào)車司機需在調(diào)車通知單上記錄每一鉤的開始和完成時間，以及作業(yè)過程；調(diào)車完成后，調(diào)車司機需填寫調(diào)車回執(zhí)單反饋給檢修調(diào)度，至此完成調(diào)車作業(yè)。

1.2 存在問題

傳統(tǒng)車輛基地內(nèi)的調(diào)車作業(yè)存在以下問題。

1）調(diào)車作業(yè)管理信息化水平低。在傳統(tǒng)車輛基地的調(diào)車作業(yè)中，檢修調(diào)度編制的調(diào)車申請單、車輛調(diào)度編制的調(diào)車作業(yè)通知單、調(diào)車司機完成調(diào)車作業(yè)后反饋的調(diào)車回執(zhí)單都是人工編制或填寫的紙質(zhì)單據(jù)。調(diào)車作業(yè)依賴這些紙質(zhì)單據(jù)在各個生產(chǎn)崗位之間流轉(zhuǎn)完成，缺乏信息化、數(shù)字化的管理方式，造成調(diào)車作業(yè)信息鏈容易脫節(jié)，調(diào)車作業(yè)管理困難［3］。

2）調(diào)車計劃信息流轉(zhuǎn)困難。傳統(tǒng)車輛基地的調(diào)車作業(yè)內(nèi)容是通過紙質(zhì)調(diào)車通知單傳達(dá)，無法實時下達(dá)至調(diào)車司機，造成作業(yè)效率低下。據(jù)調(diào)研，對于一般中等規(guī)模的車輛基地，調(diào)車司機需從工程車庫前往DCC 人工領(lǐng)取調(diào)車通知單，調(diào)車完畢后需要返回DCC填寫調(diào)車回執(zhí)單，耗時30 min以上，甚至超過調(diào)車作業(yè)本身所需時間［4］。若在調(diào)車作業(yè)過程中，因特殊原因，車場調(diào)度需更改調(diào)車計劃，調(diào)車司機需終止當(dāng)前作業(yè)，返回DCC 重新獲取最新的調(diào)車通知單，按最新調(diào)車通知單繼續(xù)調(diào)車作業(yè)，降低了場段內(nèi)調(diào)車作業(yè)效率［5］。

3）調(diào)車作業(yè)自動化程度低。在傳統(tǒng)車輛基地內(nèi)，調(diào)車司機需和車場調(diào)度復(fù)誦調(diào)車計劃信息；信號樓值班員需和調(diào)車司機核對調(diào)車進(jìn)路，以避免調(diào)車計劃信息在流轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生錯誤。信號樓值班員需人工同調(diào)車司機確認(rèn)調(diào)車整備情況，并手動排列調(diào)車進(jìn)路。同時，在調(diào)車過程中，調(diào)車司機需不斷確認(rèn)調(diào)車進(jìn)路中的信號機亮燈狀態(tài)及道岔開向，確保調(diào)車進(jìn)路正確。因調(diào)車全過程由人工完成，自動化程度低，為避免人為疏忽引發(fā)安全事故，必然增加各個環(huán)節(jié)的確認(rèn)次數(shù)，導(dǎo)致作業(yè)效率低下。

4）缺乏實時作業(yè)進(jìn)度監(jiān)控。傳統(tǒng)的車輛基地內(nèi)，車場調(diào)度無法實時掌握調(diào)車作業(yè)進(jìn)度，對車輛基地內(nèi)當(dāng)前調(diào)車作業(yè)進(jìn)度掌握不及時，將降低車輛基地處置突發(fā)事件的應(yīng)急反應(yīng)能力。例如，當(dāng)正線臨時有列車需要下線回段，當(dāng)前場段內(nèi)正在調(diào)車時，車場調(diào)度需要通過語音和司機確認(rèn)調(diào)車情況后才能對調(diào)車作業(yè)后續(xù)鉤的執(zhí)行做出決策。

2 解決方案

在成都地鐵5 號線設(shè)計建設(shè)過程中，首次提出建設(shè)車輛基地綜合自動化系統(tǒng)（以下簡稱“MDIAS”）的目標(biāo)。該系統(tǒng)包含收發(fā)車平臺、站場監(jiān)控與現(xiàn)車、檢車平臺、派班平臺、統(tǒng)計報表、系統(tǒng)設(shè)置、技術(shù)作業(yè)大表等功能模塊，實現(xiàn)了車輛基地收發(fā)車作業(yè)、派班計劃等關(guān)鍵計劃信息的自動編制，提高了車輛基地內(nèi)信息化、自動化水平，進(jìn)一步提高了場段作業(yè)效率。

數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)是MDIAS 系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)之一。針對傳統(tǒng)車輛基地調(diào)車作業(yè)信息流轉(zhuǎn)不暢的問題，打破了信息傳遞的最后一道屏障，直接將調(diào)車作業(yè)信息從調(diào)度崗位傳遞至調(diào)車司機；同時實現(xiàn)調(diào)車進(jìn)路的自動排列與調(diào)車作業(yè)狀態(tài)的實時反饋，打通車輛基地調(diào)車作業(yè)的各個環(huán)節(jié)；實現(xiàn)車輛基地內(nèi)調(diào)車作業(yè)的數(shù)字化管控和精細(xì)化管理，直接提高了調(diào)車作業(yè)效率。具體方案如下。

1）搭建數(shù)字化調(diào)車信息化平臺。數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，實現(xiàn)調(diào)車申請單管理、調(diào)車通知單管理、調(diào)車回執(zhí)單管理、調(diào)車過程監(jiān)控、調(diào)程管理、調(diào)車語音通知、工程車狀態(tài)維護(hù)等，將車輛基地內(nèi)調(diào)車所有流程及作業(yè)單據(jù)全部實現(xiàn)數(shù)字化、信息化管理；同時結(jié)合站場平面信號設(shè)備布置、股道資源及調(diào)車作業(yè)需求，實現(xiàn)調(diào)車計劃自動編制算法，可根據(jù)調(diào)車申請單、檢修計劃、收車要求等自動編制調(diào)車計劃。

2）實現(xiàn)調(diào)車通知單的無線傳輸。DCC 控制中心的調(diào)度人員，可在數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)的BS 終端中，實時將確認(rèn)完畢后的調(diào)車作業(yè)通知單發(fā)送至調(diào)車司機的手持臺，無需調(diào)車司機前往DCC 獲取紙質(zhì)調(diào)車通知單。

3）實現(xiàn)進(jìn)路的自動排列。MDIAS 系統(tǒng)已具備進(jìn)路控制功能，數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)實現(xiàn)與進(jìn)路控制功能接口，由進(jìn)路控制功能將調(diào)車計劃轉(zhuǎn)化為調(diào)車進(jìn)路排列指令下發(fā)給聯(lián)鎖，聯(lián)鎖完成進(jìn)路的自動排列。調(diào)車進(jìn)路的觸發(fā)時機，由調(diào)車司機在整備作業(yè)完畢后，通過手持臺按鍵觸發(fā)調(diào)車進(jìn)路開放申請。

4）實現(xiàn)作業(yè)狀態(tài)的實時反饋。利用MDIAS系統(tǒng)的進(jìn)路控制功能獲取調(diào)車計劃的實時狀態(tài)，將實時狀態(tài)消息反饋至調(diào)車作業(yè)監(jiān)控，顯示給用戶查看，并同步至調(diào)車司機手持臺。在自動反饋功能失效的情況下，支持司機通過手持臺實時反饋作業(yè)狀態(tài)。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

成都地鐵5 號線為南北走向的主干線路，從南到北依次設(shè)回龍停車場、元華車輛段和大豐停車場。其中，系統(tǒng)中心機房設(shè)置于元華車輛段。

本文將以成都地鐵5 號線數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)為例，闡述該系統(tǒng)的無線傳輸需求及方案、構(gòu)成、功能以及軟件實現(xiàn)等。

3.1 無線傳輸需求及方案

數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)的無線傳輸方案需滿足以下需求。

1）支持語音通信。在車輛基地內(nèi)進(jìn)行調(diào)車作業(yè)的過程中，調(diào)車司機需與車場調(diào)度、信號樓值班員等關(guān)鍵崗位人員進(jìn)行實時語音通話，系統(tǒng)應(yīng)支持實時語音通信功能，具備一定的抗干擾能力；同時，系統(tǒng)需能對語音通話內(nèi)容進(jìn)行錄音，便于事故追溯分析。

2）支持短數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)需支持短數(shù)據(jù)傳輸功能。調(diào)車通知單可通過無線傳輸?shù)姆绞酵扑椭了緳C手持臺，并在手持臺上顯示。調(diào)車通知單數(shù)據(jù)均為文本數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量極小，一般每個調(diào)車通知單的大小約為1 kB，對無線傳輸方案的帶寬無特殊要求。

目前，軌道交通領(lǐng)域中無線傳輸技術(shù)主要包括400 MHz 模擬對講系統(tǒng)、WLAN 無線局域網(wǎng)、TETRA 數(shù)字集群通信系統(tǒng)、TD-LTE（分時長期演進(jìn)）寬帶移動通信技術(shù)和DMR 數(shù)字通信技術(shù)等。針對上述無線傳輸需求，不同的無線傳輸方案比選見表1。

表1 無線傳輸方案比選

400 MHz 模擬對講系統(tǒng)無法承擔(dān)短數(shù)據(jù)傳輸，且該模擬頻率范圍易受到其他民用設(shè)備干擾［5］，通信不穩(wěn)定；全場段覆蓋WLAN 信號的實施工程量大，容易受到其他同頻段無線信號影響，且越區(qū)切換時通信不穩(wěn)定［6］；TETRA、TD-LTE 的設(shè)備成本較高，這些通信技術(shù)方案均不適用于本系統(tǒng)。

基于DMR 的數(shù)字通信技術(shù)可承載信令及語音傳輸［7］，抗干擾能力強，無線覆蓋范圍廣，可降低越區(qū)切換頻率［8］，減少設(shè)備數(shù)量及工程實施量，且設(shè)備成本相對較低，系統(tǒng)整體成本可控，可實施性強［9］。

綜合上述因素，DMR 數(shù)字通信技術(shù)是最適用于本系統(tǒng)的無線通信方案。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)包括設(shè)置于元華車輛段的調(diào)車數(shù)據(jù)服務(wù)器、有線調(diào)度臺和設(shè)置于各個場段內(nèi)的無線信道機、射頻控制單元、天饋系統(tǒng)和手持臺等設(shè)備。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。調(diào)車數(shù)據(jù)服務(wù)器用于實現(xiàn)和MDIAS 系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器接口及向用戶提供服務(wù)；有線調(diào)度臺將DMR 格式語音解密轉(zhuǎn)碼為WAV 格式，實現(xiàn)通話錄音回放功能；無線信道機實現(xiàn)信號的調(diào)制解調(diào)，將調(diào)制后的數(shù)據(jù)通過天饋系統(tǒng)發(fā)送至空中，并將從天饋系統(tǒng)獲取的無線數(shù)據(jù)解調(diào)后返回給調(diào)車數(shù)據(jù)服務(wù)器；射頻控制單元布設(shè)于無線信道機及天饋系統(tǒng)中間，實現(xiàn)信號的穩(wěn)定及放大；手持臺實現(xiàn)調(diào)車司機與調(diào)度的語音通話，調(diào)車計劃的顯示及進(jìn)路申請、調(diào)車狀態(tài)燈信令消息的收發(fā)和顯示。

圖1 數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)架構(gòu)

通信方面，各場段的無線信道機和本場段MDIAS 核心網(wǎng)絡(luò)交換機連接；各場段MDIAS 核心網(wǎng)絡(luò)交換機通過通信專業(yè)預(yù)留的光纖通道實現(xiàn)與元華車輛段通信，從而實現(xiàn)各場段無線信道機與元華車輛段調(diào)車數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信貫通。

接口方面，由元華車輛段調(diào)車數(shù)據(jù)服務(wù)器實現(xiàn)和MDIAS 系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器接口，通過該接口交換調(diào)車計劃信息、調(diào)車計劃狀態(tài)信息、進(jìn)路觸發(fā)申請等信令信息及心跳對時信息。

3.3 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)功能主要包括BS 信息化部分功能和手持臺終端功能。

3.3.1 BS信息化部分功能

1）調(diào)車申請單管理。支持檢修調(diào)度在系統(tǒng)中編制轉(zhuǎn)軌、洗車等各種類型的調(diào)車申請單，并發(fā)送至車場調(diào)度審批。

2）調(diào)車通知單管理。實現(xiàn)調(diào)車通知單的自動編制和人工編制。車場調(diào)度可將調(diào)車通知單發(fā)送給指定手持臺，手持臺可實時同步顯示調(diào)車通知單內(nèi)容；系統(tǒng)支持撤回尚未作業(yè)及正在作業(yè)過程中的調(diào)車通知單，車場調(diào)度對調(diào)車通知單修改后，再次發(fā)送給手持臺，大幅減少了調(diào)車作業(yè)通知單流轉(zhuǎn)的時間，提高了調(diào)車效率。

3）調(diào)車過程監(jiān)控。將調(diào)車作業(yè)狀態(tài)實時更新至BS 終端，供車場調(diào)度查看；同時更新至司機手持臺，使司機手持臺具備自動更新調(diào)車作業(yè)狀態(tài)的功能。

4）調(diào)車回執(zhí)單管理。當(dāng)根據(jù)調(diào)車申請單生成的調(diào)車計劃完成時，系統(tǒng)自動生成調(diào)車回執(zhí)單，車場調(diào)度可一鍵反饋給檢修調(diào)度，作為本輪調(diào)車作業(yè)的閉口環(huán)節(jié)。

5）調(diào)程管理。實現(xiàn)自動統(tǒng)計調(diào)車每一鉤里程及調(diào)車總里程的功能。

6）調(diào)車語音通知。實現(xiàn)調(diào)車作業(yè)關(guān)鍵狀態(tài)信息的語音提示，避免車場調(diào)度遺漏重要調(diào)度信息。

7）手持臺管理?？蓪崿F(xiàn)手持臺新增或刪減，便于系統(tǒng)擴(kuò)容及手持臺維護(hù)。

3.3.2 手持臺終端功能

手持臺終端基于摩托羅拉P8860 進(jìn)行二次開發(fā)，具備語音通話及調(diào)車通知單的接收操作功能。

調(diào)車司機主要使用手持臺接收調(diào)車通知單，觸發(fā)調(diào)車進(jìn)路，獲取調(diào)車作業(yè)實時狀態(tài)。手持臺的顯示內(nèi)容及方式，符合用戶習(xí)慣的自定義顯示及操作，完成調(diào)車通知單的顯示、調(diào)車狀態(tài)的自動更新，調(diào)車進(jìn)路的開放申請等功能。

1）手持臺目錄界面。手持臺目錄界面清晰顯示手持臺適用崗位，調(diào)車批數(shù)及調(diào)車通知單目錄。調(diào)車通知單目錄顯示每個調(diào)車通知單的概要信息，包括班組、批次、鉤數(shù)及狀態(tài)信息。調(diào)車通知單狀態(tài)包括：未申請、已申請、申請失敗、第X鉤（調(diào)車作業(yè)正進(jìn)行到的鉤順號）、作業(yè)完、已撤回，共6種狀態(tài)。

2）手持臺正文界面。手持臺正文界面需顯示日期及該批次作業(yè)的鉤詳細(xì)信息，每鉤分2 行顯示，第一行顯示順號、股道、摘掛、車數(shù)、鉤狀態(tài)；第二行顯示注意事項。

鉤狀態(tài)包括3 種狀態(tài)：“已”表示本鉤作業(yè)已完成；“正”表示正在進(jìn)行本鉤作業(yè)；“未”表示本鉤作業(yè)未開始。

3）手持臺安全提示界面。手持臺安全提示界面用于顯示調(diào)車注意事項內(nèi)容。場調(diào)需要向調(diào)車司機傳達(dá)的重要安全提示也可通過安全提示界面提示司機。

手持臺按鈕操作功能及界面的流轉(zhuǎn)關(guān)系可通過人機交互流程圖清晰展示，見圖2。

圖2 手持臺人機交互流程

4 系統(tǒng)應(yīng)用

成都地鐵5 號線是全國范圍內(nèi)第一個使用數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)的線路。經(jīng)過數(shù)月的試用，各崗位的磨合，管理流程的調(diào)整，將運用數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)后的調(diào)車作業(yè)流程總結(jié)如下。數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)中調(diào)車作業(yè)流程見圖3。

圖3 數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)中調(diào)車作業(yè)流程

1）調(diào)車計劃編制階段。檢修調(diào)度在系統(tǒng)內(nèi)編制調(diào)車申請單，提交車場調(diào)度審核；車場調(diào)度根據(jù)實際作業(yè)情況，選擇同意或者不同意該調(diào)車申請；被駁回的調(diào)車申請單，檢修調(diào)度可以在系統(tǒng)內(nèi)繼續(xù)修改后提交；車場調(diào)度可以自動或者手動編制調(diào)車通知單，并將調(diào)車通知單發(fā)布至調(diào)車司機的手持臺及信號樓值班員終端；調(diào)車司機在工程車隊辦公室通過手持臺接收調(diào)車通知單，檢查、復(fù)誦并核對調(diào)車作業(yè)內(nèi)容。

2）調(diào)車計劃調(diào)整階段。若因其他作業(yè)條件發(fā)生變化，在調(diào)車計劃編制發(fā)布后，需要調(diào)整調(diào)車計劃，系統(tǒng)允許車場調(diào)度一鍵同時撤回工程車司機手持臺及信號樓調(diào)度終端內(nèi)的調(diào)車通知單，重新修改完成后，再次發(fā)送給工程車司機及信號樓調(diào)度。

3）調(diào)車計劃執(zhí)行階段。

調(diào)車司機按手持臺內(nèi)的調(diào)車通知單內(nèi)容，前往指定股道，對被調(diào)車輛進(jìn)行調(diào)車前的整備工作；調(diào)車司機整備完成后，通過手持臺申請觸發(fā)調(diào)車進(jìn)路。

信號樓值班員在系統(tǒng)選擇是否同意該調(diào)車進(jìn)路開放的申請，若點擊“是”，在符合信號開放的條件下，則系統(tǒng)立即自動辦理該調(diào)車進(jìn)路；若點擊“否”，則調(diào)車司機后續(xù)可繼續(xù)申請開放調(diào)車進(jìn)路。

調(diào)車司機根據(jù)信號機指示，開始調(diào)車作業(yè)；在調(diào)車作業(yè)過程中，調(diào)車司機每完成一鉤任務(wù)，均會給信號樓值班員提示當(dāng)前作業(yè)狀態(tài)，并提示是否自動辦理下一鉤進(jìn)路；手持臺均會自動播報下一鉤調(diào)車目的地；場調(diào)可通過調(diào)車作業(yè)監(jiān)控實時觀察調(diào)車作業(yè)完成狀態(tài)。

在成都地鐵5 號線一段兩場運用該系統(tǒng)后，與傳統(tǒng)的調(diào)車模式相比，在調(diào)車計劃編制階段，系統(tǒng)可取消紙質(zhì)的調(diào)車申請單、調(diào)車作業(yè)通知單等，減少紙質(zhì)單據(jù)的流轉(zhuǎn)時間，特別是減少了調(diào)車司機從工程車隊前往DCC 領(lǐng)取調(diào)車作業(yè)通知單的時間；在調(diào)車計劃調(diào)整階段，通過調(diào)車計劃的遠(yuǎn)程變更和推送，大大降低了調(diào)車通知單內(nèi)容變更所需的時間；在調(diào)車作業(yè)執(zhí)行階段，系統(tǒng)可實現(xiàn)調(diào)車進(jìn)路的自動排列，減少信號樓值班員人工出現(xiàn)誤操作的概率，提高作業(yè)安全性和準(zhǔn)確率。

5 結(jié)語

本文從傳統(tǒng)車輛基地的調(diào)車作業(yè)現(xiàn)狀和問題切入，介紹了數(shù)字化調(diào)車系統(tǒng)解決方案、詳細(xì)的系統(tǒng)實現(xiàn)以及應(yīng)用情況。本系統(tǒng)在成都地鐵5號線車輛基地中的應(yīng)用，可為其他城市車輛基地類似系統(tǒng)的實施提供技術(shù)經(jīng)驗及參考。