銀川站施工維修及接發(fā)列車安全智能提示系統(tǒng)的研究

萬鑫興

(中國鐵路蘭州局集團有限公司 銀川車站，寧夏 銀川750011)

0 引言

國內(nèi)針對鐵路施工維修作業(yè)安全及優(yōu)化已有較多研究[1-2]，但仍具有一定的局限性。例如，在普速鐵路車站日常工作中，施工維修作業(yè)(專指V型天窗區(qū)間的施工維修或天窗點外的施工維修，因為矩形天窗不涉及接發(fā)列車作業(yè)，文中所研究均指非矩形天窗)與接發(fā)列車作業(yè)往往產(chǎn)生交叉干擾影響彼此作業(yè)效率，同時降低作業(yè)安全系數(shù)。由于技術(shù)條件的限制，現(xiàn)場針對施工維修與接發(fā)列車作業(yè)同時進行的安全卡控提示，通常是施工方的駐站聯(lián)絡(luò)員聯(lián)系現(xiàn)場聯(lián)絡(luò)員、車站值班員聯(lián)控相關(guān)列車司機來實現(xiàn)的，卡控提示環(huán)節(jié)單一薄弱。

在施工維修與接發(fā)列車作業(yè)同時進行時，根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》[3]《蘭州局集團公司鐵路營業(yè)線施工管理實施細則》《蘭州局集團公司車機聯(lián)控管理細則》及《蘭州局集團公司普速鐵路人員上道作業(yè)安全防控辦法》等規(guī)章制度，在施工維修期間遇接發(fā)以下3種情況的列車，均需車站值班員與該列車的司機聯(lián)控防護：①區(qū)間內(nèi)有人員上道作業(yè)時，本線及鄰線的列車；②站內(nèi)岔區(qū)有人員上道作業(yè)時，需經(jīng)過該岔區(qū)或相鄰區(qū)段的列車；③站內(nèi)正線、到發(fā)線有人員上道作業(yè)時，本線及鄰線(與有人員上道作業(yè)的正線、到發(fā)線間有硬隔離設(shè)施、站臺或線間距在6 500 mm以上的除外)所接發(fā)的列車。

車站值班員在辦理接發(fā)列車作業(yè)的過程中，需要判斷施工維修地點與每趟列車排列的相關(guān)進路沖突與否的邏輯關(guān)系，并與列車司機進行聯(lián)控防護，以確保作業(yè)安全。而這一過程使得車站值班員的工作量驟然加重，且容易出現(xiàn)漏報、誤報的情況。在現(xiàn)場，值班員通常采用“逢車即報”的聯(lián)控方式以避免施工命令漏報、漏傳，但這樣就容易使得所有司機在區(qū)間及咽喉區(qū)提前進行減速，進而影響車站的通過能力，最終將2類作業(yè)的干擾擴大。此外，現(xiàn)有電子占線板由于智能程度不高，需要內(nèi)勤助理值班員頻繁操控。

1 需求分析

從施工維修和接發(fā)列車作業(yè)交叉產(chǎn)生安全影響、作業(yè)效率及接發(fā)列車提示產(chǎn)生的工作量3個方面對系統(tǒng)的研發(fā)需求進行深入分析。

1.1 作業(yè)交叉產(chǎn)生的安全影響

采用駐站聯(lián)絡(luò)員聯(lián)系現(xiàn)場防護員的單一防護體系時，現(xiàn)場施工維修作業(yè)人員的具體動態(tài)位置只有現(xiàn)場防護員與駐站防護員知曉，而車站值班員只能通過駐站聯(lián)絡(luò)員或施工維修計劃表獲取，無法直接從“電子占線板”或“站場示意圖”中直接獲悉，與相關(guān)列車司機聯(lián)控防護缺少便利的圖示參照和接發(fā)列車進路的邏輯推算時間，即車站值班員在防護體系中必須掌握所有駐站防護員需要掌握的全部施工動態(tài)信息。

由于現(xiàn)場使用的列車調(diào)度集中CTC3.0系統(tǒng)的站場示意圖界面和《鐵路接發(fā)列車作業(yè)》(TB/T 30001—2020)標準規(guī)定的占線板示意圖界面上不存在針對施工維修地點及區(qū)間智能化精準即時提示和顯示的功能[4-6]，也不存在施工維修地點與接發(fā)列車進路沖突與否的邏輯運算提示功能[7]，同時現(xiàn)有的施工電子登銷類的軟件也不具備上述功能[8-9]，這就使得在施工維修單位和地點較多、接發(fā)列車與調(diào)車作業(yè)非常繁忙的情況下，車站值班員因精力有限，難以精準掌握所有施工維修地點，因而降低了施工維修作業(yè)的安全系數(shù)。

此外，駐站防護員和現(xiàn)場防護員是目前施工維修作業(yè)安全最重要的一環(huán)，如果因為各種意外或不履職的行為，未及時將接發(fā)列車信息反饋給施工維修人員，則可能造成嚴重的后果。

綜上分析，提高車站值班員的工作效率是降低安全風險的有效途徑。因此，可以考慮研發(fā)施工維修智能提示系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)以圖形、文字、語音及計算出來的進路邏輯關(guān)系提示來輔助車站值班員的工作，同時還可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)駐站防護員間的補位防護。

1.2 作業(yè)效率的影響

由于在施工維修作業(yè)期間，車站值班員需要同時掌握多個單位的施工維修具體位置，而現(xiàn)場除了施工維修表之外沒有可以快速獲取施工維修具體位置的輔助工具或系統(tǒng)，車站值班員需要花費較多的時間來重復性地完成此項工作，接發(fā)列車與調(diào)車作業(yè)必然受到影響。此外，在作業(yè)過于繁忙時，車站值班員為保證安全，通?！胺贶嚰磮蟆?，從而使得列車在區(qū)間或咽喉區(qū)提前減速，進而降低車站通過能力。

因此，決定車站值班員工作效率的2個新增要素為計算列車進路邏輯關(guān)系和與列車司機聯(lián)控，研發(fā)的施工維修智能提示系統(tǒng)需要代替或轉(zhuǎn)移這2個新要素。

1.3 接發(fā)列車工作量的影響

在施工維修作業(yè)過程中，車站值班員需要同時掌握所有施工單位的施工維修動態(tài)信息，與每趟途經(jīng)施工維修地點或其鄰線的列車進行聯(lián)控防護，并判斷施工維修地點與每趟列車排列的相關(guān)進路沖突與否的邏輯關(guān)系。顯而易見，車站值班員工作量驟然加重。

雖然占線板不斷更新改進[3]，但現(xiàn)有電子占線板需要內(nèi)勤助理值班員對每趟列車操作至少8次，而每趟列車內(nèi)勤助理值班員排列進路2次，占工作頻率近八成，過分占用和耗費內(nèi)勤助理值班員的精力和時間。在作業(yè)特別繁忙的多條接發(fā)列車進路與調(diào)車進路同時存在又同時涉及行車、調(diào)車聯(lián)控的關(guān)鍵時段，排列進路和盯控站場示意圖上的光帶、進路顯示對安全行車的作用極為重要，而此時的電子占線板還需要內(nèi)勤助理值班員不斷分心去更改操控，一方面造成內(nèi)勤助理值班員的工作負擔，另一方面也存在一定的安全隱患。

因此，在研發(fā)施工維修系統(tǒng)時，可將現(xiàn)有電子占線板系統(tǒng)集成其中，將繁瑣的人工重復操控工作交給系統(tǒng)去完成。為此，需要研發(fā)一套具備接發(fā)列車進路與施工維修沖突與否的邏輯計算，利用圖形、文字和語音來智能輔助提示車站值班員的施工維修及接發(fā)列車智能提示系統(tǒng)，以此達到提高施工維修安全系數(shù)，降低車站值班員工作量，提高車站通過能力的目的。

2 系統(tǒng)設(shè)計思路

針對系統(tǒng)構(gòu)建的需求分析，以大幅降低現(xiàn)場行車工作人員的勞動強度作為設(shè)計理念，對施工維修及接發(fā)列車智能提示系統(tǒng)進行設(shè)計。即首先利用較低頻次提前輸入的施工維修和接發(fā)列車數(shù)據(jù)表，通過系統(tǒng)運算從而高頻次精確即時智能地輸出工作所需提示的文字、圖形和語音，從而減輕現(xiàn)場工作人員的勞動強度，施工維修及接發(fā)列車智能提示思路架構(gòu)如圖1所示。其次，將接發(fā)列車進路與施工維修的道岔、信號機的邏輯計算關(guān)系以JavaScripe腳本語言編入系統(tǒng)，在系統(tǒng)智能提示時計算調(diào)用，系統(tǒng)邏輯計算流程如圖2所示。最后，將行車工作中的防溜交接簿、客運作業(yè)提示、交接班簿也集成在施工維修與接發(fā)列車智能提示系統(tǒng)之中，提高數(shù)據(jù)信息的重用率，減輕工作人員的工作量。

圖1 施工維修及接發(fā)列車智能提示思路架構(gòu)Fig.1 Framework of the intelligent prompt system for construction/maintenance and train arrivals/departures

圖2 系統(tǒng)邏輯計算流程Fig.2 Logical flow chart of the system

為實現(xiàn)上述系統(tǒng)，首先需配置系統(tǒng)運行的環(huán)境，搭建局域網(wǎng)服務器環(huán)境；第二，編寫靜態(tài)網(wǎng)頁，對網(wǎng)頁界面進行規(guī)劃和美工；第三，在靜態(tài)網(wǎng)頁上調(diào)試連接數(shù)據(jù)庫，形成動態(tài)網(wǎng)頁；最后，對整個系統(tǒng)所有功能的實現(xiàn)進行梳理調(diào)試。

3 系統(tǒng)的構(gòu)建

系統(tǒng)的構(gòu)建首先考慮系統(tǒng)工作所需的硬件配置，以及系統(tǒng)工作的服務器及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。然后依據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)建需求，實現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)時間變化智能地提取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行運算，并將運算結(jié)果通過文字、圖形和語音方式輸出在主界面之上的功能，同時實現(xiàn)與其他子系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的功能。

3.1 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成及服務器的選擇

該系統(tǒng)屬于安全提示性系統(tǒng)，為方便現(xiàn)場使用和節(jié)約系統(tǒng)軟件的研發(fā)成本，系統(tǒng)硬件由系統(tǒng)服務器和連接在同一局域網(wǎng)絡(luò)的若干計算機共同組成，即系統(tǒng)服務器可以為所有連接在同一局域網(wǎng)絡(luò)的計算機提供系統(tǒng)服務。系統(tǒng)使用時只需系統(tǒng)服務器24 h開機服務，然后在其他計算機上通過各種瀏覽器訪問系統(tǒng)服務器的IP地址即可獲取系統(tǒng)主界面網(wǎng)頁，并通過賬戶登錄后對系統(tǒng)服務器中的數(shù)據(jù)進行讀寫操作，進而實現(xiàn)施工維修及接發(fā)列車智能提示等研發(fā)目標。

系統(tǒng)硬件的構(gòu)成決定系統(tǒng)必須具備自己的服務器。由于PHP編程語言能夠很方便地調(diào)用MySql數(shù)據(jù)庫，且能夠與HTML超文本標記語言、JavaScript編程腳本語言混合使用，使得編程控制更加靈活。因此，選擇搭建IIS+PHP+MySql網(wǎng)站服務器[10]。以Windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，然后加載IIS服務器并配置PHP環(huán)境，最后將MySql數(shù)據(jù)庫安裝在服務器上，完成系統(tǒng)環(huán)境的配置。

3.2 系統(tǒng)編程語言的組合

在系統(tǒng)服務器的支持下，為快速簡潔地實現(xiàn)系統(tǒng)所需求的功能，系統(tǒng)編程語言的組合主要通過以下3種方式來實現(xiàn)。第一，在數(shù)據(jù)交互操作時，利用PHP編程語言連接MySql數(shù)據(jù)庫，并通過PHP結(jié)合表單工具將控制動態(tài)網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，并隨時被動態(tài)網(wǎng)頁寫入、修改和刪除，而數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為動態(tài)網(wǎng)頁中圖形、文字、語音控制的唯一元素，可保證動態(tài)網(wǎng)頁的精準提示。第二，在PHP編程語言從MySql數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)的過程中，這些數(shù)據(jù)同時用以控制JavaScript編程語言中相關(guān)函數(shù)的執(zhí)行，完成系統(tǒng)在接發(fā)列車進路與施工地點的邏輯計算，并將計算結(jié)果反饋顯示在主界面上。第三，在動態(tài)繪制車站站場示意圖時，以HTML超文本標記語言為載體，通過JavaScript編程語言控制Canvas元素[11]實現(xiàn)車站站場示意圖的智能動態(tài)繪制，而通過Canvas元素動態(tài)繪制的站場示意圖不僅美觀大方，而且對服務器負荷小，網(wǎng)頁加載速度快、流暢度也高。

3.3 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

施工維修及接發(fā)列車智能提示系統(tǒng)主要通過文字、圖形和語音的方式進行智能提示。此外還有防溜交接簿、客運作業(yè)提示、交接班簿3個共享了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)的相關(guān)功能。系統(tǒng)主界面效果圖如圖3所示，圖中繪制了所有股道、股道編號、股道車次欄、道岔、道岔編號、區(qū)間、施工文字提示欄、區(qū)間車次提示欄、客運提示字樣等圖形和文字。

圖3 系統(tǒng)主界面效果圖Fig.3 System main interface

（1）施工維修智能提示。系統(tǒng)文字提示功能主要通過系統(tǒng)的邏輯計算將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成文字信息并智能顯示在對應的文字提示欄內(nèi)，以便直接快速地提示車站值班員。系統(tǒng)圖形提示功能主要通過系統(tǒng)的邏輯計算將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成圖形信息并突出顯示(紅色加粗)在對應道岔、信號機所在位置。系統(tǒng)語音提示功能主要通過系統(tǒng)的邏輯計算將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成語音信息并智能地精準提示車站值班員、內(nèi)勤助理值班員以及駐站聯(lián)絡(luò)員等行車及施工相關(guān)人員。通過文字具體提示、圖形直觀提示及語音強行提示的三重提示方式，確保施工維修地點的最新信息被所有人熟知以保證施工安全防護萬無一失。

（2）接發(fā)列車智能提示。系統(tǒng)主界面內(nèi)的股道車次欄、區(qū)間車次提示欄內(nèi)的車次信息，在列車正點時，應能根據(jù)每季度調(diào)整的列車運行圖，依據(jù)時間變化動態(tài)更新于股道車次欄、區(qū)間車次提示欄內(nèi)。列車晚點時也可以直接通過界面對數(shù)據(jù)庫中的列車車次、到發(fā)時間進行增刪查改，進而提高接發(fā)列車智能提示系統(tǒng)操控的靈活性。

（3）數(shù)據(jù)庫共享子系統(tǒng)?？瓦\提示操控界面能夠靈活更改主界面車次欄內(nèi)車次的工作狀態(tài)，如客運作業(yè)、上水作業(yè)、行包裝卸作業(yè)、列檢作業(yè)。鐵鞋防溜交接簿操控界面能夠操控主界面車次欄兩側(cè)的鐵鞋號碼和鐵鞋防溜狀態(tài)，并可以通過該界面查詢所有的防溜交接簿的防溜記錄。行車交接班簿則可以智能生成電子交接班簿以節(jié)約交接班時間和交接班簿的紙質(zhì)資源。

3.4 系統(tǒng)實施效果

從車站施工維修與接發(fā)列車作業(yè)的安全系數(shù)、作業(yè)效率及作業(yè)人員的工作量3個方面對系統(tǒng)實施前后進行效果評估。

（1）施工維修與接發(fā)列車作業(yè)的安全系數(shù)。通過對施工維修及接發(fā)列車作業(yè)同時進行的安全卡控環(huán)節(jié)進行分析，安全卡控關(guān)系圖如圖4所示，藍色線條為未實施該系統(tǒng)時安全卡控流程，紅色箭頭為實施該系統(tǒng)后新增的安全卡控流程，圖中舉例的施工單位為3個。

圖4 安全卡控關(guān)系圖Fig.4 Diagram of safety control

以一條能夠?qū)ⅰ笆┕ぞS修作業(yè)地點”到“車站值班員”之間相互流轉(zhuǎn)的施工維修提示信息作為安全傳送線，并設(shè)其安全系數(shù)τ為1。則未實施該系統(tǒng)前整個安全卡控系統(tǒng)的安全系數(shù)τ為2，而實施該系統(tǒng)后整個安全卡控系統(tǒng)的安全系數(shù)τ為5，施工維修與接發(fā)列車作業(yè)的安全系數(shù)大幅增加。此外，將駐站聯(lián)絡(luò)員補位防護計算在內(nèi)，系統(tǒng)的整體安全系數(shù)τ將為2+3×n，其中n為駐站聯(lián)絡(luò)員的數(shù)量。

（2）接發(fā)列車作業(yè)效率。對影響接發(fā)列車作業(yè)效率的列車在區(qū)間平均速度、列車在咽喉區(qū)平均速度、機外停車時間、車站值班員計算判斷時間4個因素進行統(tǒng)計計算，對比該系統(tǒng)實施前后的數(shù)據(jù)指標變化，接發(fā)列車作業(yè)效率對比如表1所示，容易得出該系統(tǒng)提高了車站的接發(fā)列車作業(yè)效率，進而提高了車站的通過能力。

表1 接發(fā)列車作業(yè)效率對比Table.1 Comparison of operation efficiencies upon train arrivals/departures

（3）行車人員的工作量。對影響行車人員工作量的內(nèi)勤助理值班員操控鼠標平均頻次、內(nèi)勤助理值班員操控鍵盤平均頻次、車站值班員獲取施工信息的平均時間、車站值班員推算進路邏輯時間、車站值班員通知防護員的時間5個因素進行了統(tǒng)計計算，行車人員工作量前后對比如表2所示，可知該系統(tǒng)大幅減輕了行車人員的工作量。

表2 行車人員工作量前后對比Table.2 Comparison of the staff workload

4 結(jié)束語

銀川站施工維修及接發(fā)列車智能提示系統(tǒng)將施工維修系統(tǒng)與接發(fā)列車控制系統(tǒng)合二為一，并集成了其他與行車相關(guān)的子系統(tǒng)，最終組合成為一個功能強大的輕量級系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入使用后明顯減輕了現(xiàn)場工作人員的勞動量，大幅提高了施工維修的安全系數(shù)(尤其是天窗點外的施工維修)，并在一定程度上提高了車站的通過能力，保障了車站的暢通性。該系統(tǒng)通過PHP編程語言、JavaScript編程腳本語言以及SQL查詢語句的混合使用，實現(xiàn)了系統(tǒng)的低成本研發(fā)、高穩(wěn)定性輸出的效果，且對普速鐵路適用性強，具有較高的推廣價值。系統(tǒng)設(shè)計中充分利用了數(shù)據(jù)智能運算技術(shù)，對后續(xù)類似系統(tǒng)的研發(fā)在技術(shù)和思路上具有重要的參考價值。