CTC/TDCS調(diào)度命令內(nèi)容安全卡控技術(shù)研究

游 政，趙全賞，姚大鵬，費(fèi)振豪

調(diào)度命令作為列車行車指揮的重要指令，對(duì)保障鐵路運(yùn)輸安全具有重要意義。調(diào)度命令具有嚴(yán)肅性、規(guī)范性、單一性、即時(shí)性等特點(diǎn)，行車人員必須嚴(yán)格執(zhí)行列車調(diào)度員的命令、指示，故對(duì)調(diào)度命令文本內(nèi)容準(zhǔn)確性的要求極為嚴(yán)格［1］。CTC/TDCS系統(tǒng)通過調(diào)度命令軟件終端實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令的擬寫、編輯、下達(dá)、接收等功能，將命令復(fù)誦核對(duì)及主任審核等流程固化入軟件中實(shí)現(xiàn)安全卡控，但該方式依然需要人工識(shí)別調(diào)度命令的準(zhǔn)確性，易導(dǎo)致錯(cuò)發(fā)、漏發(fā)等問題［2］。

目前，通過智能算法識(shí)別調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)列車調(diào)度指揮數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用和分析，成為智能調(diào)度集中系統(tǒng)的重要補(bǔ)充［3-4］。彭其淵等［5］基于長(zhǎng)短時(shí)記憶（LSTM）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的序列-序列（seq2seq）模型算法可識(shí)別車站信息；袁楓等［6］基于生成式摘要模型和知識(shí)蒸餾算法，研究了符合鐵路專業(yè)場(chǎng)景調(diào)度命令的解析方法；陳嘯等［7］基于知識(shí)圖譜識(shí)別CTC 系統(tǒng)故障日志文本，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷和分析；李新琴等［8］基于多維字符特征表示方法以及Transformer 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了鐵路設(shè)備故障文本對(duì)象識(shí)別提取。但上述模型、算法與既有系統(tǒng)融合存在識(shí)別響應(yīng)延時(shí)，在當(dāng)前CTC/TDCS 系統(tǒng)架構(gòu)與業(yè)務(wù)要求范疇內(nèi)，無法完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

為提高調(diào)度命令文本的準(zhǔn)確性，基于調(diào)度命令信息的校核規(guī)則，研究能夠準(zhǔn)確識(shí)別調(diào)度命令關(guān)鍵信息和檢驗(yàn)反饋錯(cuò)誤原因的策略，并應(yīng)用于調(diào)度命令程序，以期進(jìn)一步降低調(diào)度員的工作強(qiáng)度，提升鐵路運(yùn)輸組織效率。

1 調(diào)度命令內(nèi)容卡控策略

綜合考慮系統(tǒng)功能性、可靠性、兼容性、可維護(hù)性等要求［9］，提出調(diào)度命令業(yè)務(wù)類型識(shí)別、文本識(shí)別、業(yè)務(wù)邏輯檢查3 方面的技術(shù)策略，并通過實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。調(diào)度命令內(nèi)容卡控策略架構(gòu)見圖1。

圖1 調(diào)度命令內(nèi)容卡控策略架構(gòu)

1）調(diào)度命令業(yè)務(wù)類型識(shí)別。由于調(diào)度命令種類繁多，其文本內(nèi)容正確性的判斷方法也隨著業(yè)務(wù)類型不同而變化，因此需結(jié)合檢查需求進(jìn)行針對(duì)性分析。

2）調(diào)度命令文本識(shí)別。在明確調(diào)度命令業(yè)務(wù)類型后，結(jié)合CTC/TDCS 系統(tǒng)特點(diǎn)和調(diào)度命令性質(zhì)，基于正則表達(dá)式、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匹配、關(guān)鍵詞輔助定位等算法，實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令文本信息識(shí)別，針對(duì)性地提取各類命令信息。

3）調(diào)度命令業(yè)務(wù)邏輯檢查。結(jié)合靜態(tài)線路里程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置、實(shí)時(shí)運(yùn)行圖數(shù)據(jù)以及調(diào)度命令程序的實(shí)際操作狀態(tài)，完成調(diào)度命令內(nèi)容校核與卡控。若調(diào)度命令內(nèi)容有誤，用戶界面（UI）應(yīng)彈窗警告提示，且不允許調(diào)度員直接下發(fā)調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令下發(fā)的事前安全保障。

2 調(diào)度命令業(yè)務(wù)類型識(shí)別

調(diào)度員主要通過2 種方式編輯調(diào)度命令：①根據(jù)預(yù)制命令模板填充命令內(nèi)容；②根據(jù)既有命令修改。第一種方式使用命令模板進(jìn)行業(yè)務(wù)類型關(guān)聯(lián)最為準(zhǔn)確；第二種方式無法通過命令模板識(shí)別業(yè)務(wù)類型，可通過設(shè)置一個(gè)或一組特殊業(yè)務(wù)關(guān)鍵詞進(jìn)行命令類型識(shí)別。

分別設(shè)計(jì)模板編號(hào)與業(yè)務(wù)類型代號(hào)、業(yè)務(wù)關(guān)鍵詞與業(yè)務(wù)類型代號(hào)之間的映射關(guān)系。如圖2 所示，模板1～模板n組成調(diào)度命令模板庫，關(guān)鍵詞庫則由單個(gè)詞語和關(guān)鍵詞組（如“封鎖…救援”）組成。識(shí)別調(diào)度命令業(yè)務(wù)類型時(shí)，優(yōu)先將當(dāng)前調(diào)度命令所使用的模板文本與模板庫文本進(jìn)行匹配，若匹配成功，則可直接通過模板庫中的編號(hào)映射業(yè)務(wù)類型；若未匹配成功，再通過業(yè)務(wù)關(guān)鍵詞獲取指定的業(yè)務(wù)類型代號(hào)。

圖2 調(diào)度命令業(yè)務(wù)類型識(shí)別策略

3 調(diào)度命令文本識(shí)別

3.1 正則表達(dá)式識(shí)別

調(diào)度命令信息主要包括車次號(hào)、限速值、公里標(biāo)值、行別方向、時(shí)間等5 種類型，這些數(shù)據(jù)均有固定的表述組合。由于正則表達(dá)式可以相對(duì)快速地獲取固定格式的文本信息，因此本文使用正則表達(dá)式進(jìn)行信息提?。?0］。

1）車次號(hào)。調(diào)度命令文本中的車次號(hào)通常僅由字母和數(shù)字組成（如“0G123 次列車”），因此可通過正則表達(dá)式“ ［0-9］｛0，2｝［a-zA-Z］｛0，2｝［0-9］*次”提取車次號(hào)信息。

2）限速值。調(diào)度命令中的限速值通常有具體范圍要求，普速與高鐵依據(jù)的限速值范圍也不相同，而且限速值通常以5 km/h遞增或遞減；限速命令中的限速信息均需嚴(yán)格按照要求填寫，以“km/h”為單位，因此可以通過正則表達(dá)式“d+km/h”提取限速值，且限速值需為5 的整數(shù)倍，并在指定的范圍內(nèi)，否則報(bào)警提示調(diào)度員進(jìn)行校核。

3）公里標(biāo)值。公里標(biāo)通常為“12 km 3 m”或者“k12+3”格式的標(biāo)準(zhǔn)表述，公里標(biāo)值則為數(shù)字類型，可以使用正則表達(dá)式“［0-9］｛1，10｝km［0-9］｛1，10｝m|k［0-9］｛1，10｝+［0-9］｛1，10｝”提取，并根據(jù)文本中公里標(biāo)出現(xiàn)的先后順序，依次判定為開始公里標(biāo)值或結(jié)束公里標(biāo)值。

4）行別方向。行別方向是純中文的固定表述，因此可通過正則表達(dá)式“上行|下行|上、下行|上下行”提取，表達(dá)式中覆蓋所有行別方向，確保提取準(zhǔn)確結(jié)果。

5）時(shí)間。調(diào)度命令中的時(shí)間主要有2 種表述形式，“5 日10 時(shí)10 分”或者“10 時(shí)10 分”，后一種表述是前一種表述的真子集，對(duì)于此類型數(shù)據(jù)，通過正則表達(dá)式提取日期信息時(shí)將獲得重復(fù)數(shù)據(jù)，因此需先以“［0-9］｛0，2｝日［0-9］｛0，2｝時(shí)［0-9］｛0，2｝分”提取含日期的時(shí)間，然后剔除已識(shí)別的時(shí)間信息，再以“ ［0-9］｛0，2｝ 時(shí)［0-9］｛0，2｝分”提取不含日期的時(shí)間［11］。由于不含日期的時(shí)間并不是精確的時(shí)間表達(dá)，因此程序計(jì)算時(shí)自動(dòng)將該結(jié)果認(rèn)定為當(dāng)天日期的時(shí)間。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匹配

調(diào)度命令中也包含了大量的基礎(chǔ)要素信息，主要有線路名稱、車站名稱、調(diào)度臺(tái)名稱。這些行車指揮要素指定了具體的作業(yè)范圍、作業(yè)負(fù)責(zé)單位等信息，且以變量的形式存在于不同的調(diào)度命令中。對(duì)于這類非確定值的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可通過設(shè)計(jì)各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)詞典的配置信息，將詞典中的固定名稱依次與文本內(nèi)容進(jìn)行字符串匹配，從而實(shí)現(xiàn)以確定值查找非確定值的策略。如圖3所示，依次將配置的線路名詞典、車站名詞典、調(diào)度臺(tái)名詞典與文本內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)識(shí)別，并最終提取出線路名“甲”、車站名“A”和“B”、調(diào)度臺(tái)名“a”。

圖3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)詞典的文本匹配

3.3 關(guān)鍵詞輔助定位

由于調(diào)度命令由人工靈活擬定，而非格式化輸入，通常涵蓋若干組有效業(yè)務(wù)信息，因此調(diào)度命令內(nèi)容卡控技術(shù)需根據(jù)業(yè)務(wù)信息，針對(duì)性地進(jìn)行邏輯校核計(jì)算，識(shí)別各組業(yè)務(wù)信息之間的關(guān)聯(lián)性，以正確理解調(diào)度命令語義。

調(diào)度命令文本通常以標(biāo)準(zhǔn)的行為動(dòng)詞或連接詞來指揮現(xiàn)場(chǎng)施工或者運(yùn)輸組織，因此可基于文本中各類指揮業(yè)務(wù)關(guān)鍵詞的位置進(jìn)行輔助定位，分別發(fā)掘前方或者后方的文本業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象，形成一組有效關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)信息，為后續(xù)調(diào)度命令卡控校核提供可靠輸入。常見的調(diào)度命令指揮行為關(guān)鍵詞見表1。

表1 常見的調(diào)度命令指揮行為關(guān)鍵詞

4 調(diào)度命令業(yè)務(wù)邏輯檢查

在識(shí)別調(diào)度命令業(yè)務(wù)類型并提取車次號(hào)、限速值等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后，即可對(duì)調(diào)度命令的文本內(nèi)容進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯校核計(jì)算。調(diào)度命令正確性主要包含所表述業(yè)務(wù)信息的準(zhǔn)確性、有效性及所涉及的業(yè)務(wù)傳達(dá)操作的規(guī)范性。

4.1 業(yè)務(wù)信息準(zhǔn)確性計(jì)算

首先需設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為業(yè)務(wù)信息準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)的參照依據(jù)，然后再設(shè)計(jì)相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯校核算法。本文以調(diào)度命令中最復(fù)雜、最常見的線路里程信息為例來闡述校核算法的設(shè)計(jì)。

4.1.1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)配置

線路里程信息準(zhǔn)確性的參照依據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)工程的線路里程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)目前以零散的靜態(tài)配置數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)在CTC 系統(tǒng)中。為實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令軟件系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算，設(shè)計(jì)了以車站為節(jié)點(diǎn)的線路里程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，見圖4?；谠撏?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立靜態(tài)配置數(shù)據(jù)文件用于程序讀取與計(jì)算，配置規(guī)則如下。

圖4 線路里程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1）以車站為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)車站節(jié)點(diǎn)用站號(hào)表示，一個(gè)車站包含若干個(gè)出入口，每個(gè)出入口對(duì)應(yīng)一個(gè)向外連接的車站站號(hào)及該連接車站的出入口號(hào)。

2）鐵路線路將各個(gè)站號(hào)連接，在出入口數(shù)據(jù)中體現(xiàn)連接關(guān)系，每條出入口數(shù)據(jù)包含中心公里標(biāo)與出入口公里標(biāo)的數(shù)值、線路名稱、公里標(biāo)系、行別號(hào)。

3）以車站各出入口為紐帶連接各個(gè)車站節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，從而組成整體鐵路線路網(wǎng)絡(luò)，最終以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)建立完整的里程信息配置規(guī)則，準(zhǔn)確描述線路區(qū)間范圍的精準(zhǔn)位置。

4.1.2 數(shù)據(jù)校核算法設(shè)計(jì)

基于線路里程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將調(diào)度命令文本中提取的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組與線路配置數(shù)據(jù)依次進(jìn)行邏輯比較運(yùn)算，逐步校核各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并通過調(diào)度命令程序彈窗警告提示調(diào)度員，校核流程見圖5。

圖5 線路里程信息校核流程

Step 1檢查公里標(biāo)值的升降順序是否與調(diào)度命令文本中開始、終止公里標(biāo)值的升降順序一致，如不一致則退出檢查，提示“請(qǐng)核對(duì)行別方向”。

Step 2檢查文本中開始公里標(biāo)與結(jié)束公里標(biāo)的升降順序是否與起、止車站節(jié)點(diǎn)在線路數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的順序一致，如不一致則退出檢查，提示“請(qǐng)核對(duì)車站區(qū)間方向”。

Step 3檢查起、止公里標(biāo)與起、止車站描述范圍是否一致，若完全沒有交集，則退出檢查，提示“公里標(biāo)與區(qū)間范圍完全不一致”。

Step 4將起始公里標(biāo)與起始車站所對(duì)應(yīng)的車站范圍進(jìn)行數(shù)值校核，如不一致則退出檢查，提示“請(qǐng)核對(duì)開始公里標(biāo)”。

Step 5將終止公里標(biāo)與終止車站所對(duì)應(yīng)的車站范圍進(jìn)行數(shù)值校核，若一致則此調(diào)度命令中線路里程信息準(zhǔn)確無誤，若不一致則不進(jìn)行其他檢查并提示“請(qǐng)核對(duì)終止公里標(biāo)”。

4.2 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有效性評(píng)判

CTC/TDCS 各子系統(tǒng)不斷地產(chǎn)生和更新運(yùn)輸調(diào)度數(shù)據(jù)，且各種數(shù)據(jù)之間存在著緊密的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，可通過增設(shè)共享數(shù)據(jù)服務(wù)器來訪問各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)輸調(diào)度數(shù)據(jù)，并對(duì)外提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，調(diào)度命令程序子系統(tǒng)僅需向后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求，即可獲取各類實(shí)時(shí)公共業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

調(diào)度命令中的車次信息是重要的行車指揮對(duì)象，在實(shí)際作業(yè)過程中，通常應(yīng)先在實(shí)時(shí)運(yùn)行圖中繪制列車運(yùn)行線，再擬制包含列車車次的調(diào)度命令文本，因此依據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行圖，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令文本中車次號(hào)的比對(duì)校核。調(diào)度命令與運(yùn)行圖分別使用2 套子系統(tǒng)處理，調(diào)度命令程序向共享數(shù)據(jù)服務(wù)器請(qǐng)求實(shí)時(shí)運(yùn)行線信息，并在實(shí)時(shí)運(yùn)行線數(shù)據(jù)指定時(shí)間范圍內(nèi)檢索調(diào)度命令中的車次信息。若提取的車次信息為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，則無法從運(yùn)行圖數(shù)據(jù)中獲取指定的運(yùn)行線數(shù)據(jù)，系統(tǒng)即可判斷該車次號(hào)為無效的錯(cuò)誤輸入，并通過警告信息提示調(diào)度員校核。

4.3 業(yè)務(wù)傳達(dá)操作的規(guī)范性檢查

調(diào)度命令業(yè)務(wù)傳達(dá)操作的規(guī)范性主要指調(diào)度員規(guī)范設(shè)置調(diào)度命令需發(fā)送的收令單位以及無線收令車次。基于調(diào)度命令文本識(shí)別策略可獲得關(guān)聯(lián)車站及調(diào)度臺(tái)等信息，即為調(diào)度命令需設(shè)置的收令單位。將提取的收令單位與當(dāng)前調(diào)度員實(shí)際設(shè)置的收令單位列表進(jìn)行比對(duì)分析，判斷是否存在多發(fā)、漏發(fā)、錯(cuò)發(fā)的情況。此外，根據(jù)調(diào)度命令內(nèi)容中提取的車次信息，可檢查調(diào)度員是否設(shè)置了無線收令車次，從而檢查該調(diào)度命令是否已傳達(dá)至列車。

5 實(shí)例驗(yàn)證

5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1）試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文以鐵路局集團(tuán)公司的實(shí)際調(diào)度命令數(shù)據(jù)為例，來驗(yàn)證調(diào)度命令內(nèi)容卡控技術(shù)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)見表2。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

2）試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。本文構(gòu)建了富拉爾基、富拉爾基西場(chǎng)、虎爾虎拉站三站二區(qū)間的公里標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)命令文本的校核參考依據(jù)，見圖6。

圖6 試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

5.2 結(jié)果分析

將調(diào)度命令輸入程序后，獲得調(diào)度命令內(nèi)容識(shí)別結(jié)果和卡控結(jié)果，見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知，該命令為限速類調(diào)度命令，限速值為45 km/h，車次號(hào)為12345，時(shí)間為10 日10 時(shí)10 分，文本中包含富拉爾基與虎爾虎拉2 個(gè)車站，限速范圍是富拉爾基站（含）至虎爾虎拉上行183 km 500 m至189 km 050 m。以上識(shí)別結(jié)果可卡控收令車站、檢測(cè)實(shí)時(shí)車次信息、評(píng)判命令有效時(shí)間、限速值合法檢查、校核線路里程范圍及該范圍內(nèi)的隱含車站?；跇?biāo)準(zhǔn)里程數(shù)據(jù)評(píng)判，調(diào)度命令文本內(nèi)容中三站二區(qū)間所描述的線路范圍正確，但漏寫“富拉爾基西場(chǎng)”，且未勾選虎爾虎拉站，限速時(shí)間晚于當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間。

基于校驗(yàn)結(jié)果，通過調(diào)度命令程序UI 界面彈窗警告，提示內(nèi)容為“命令時(shí)間晚于當(dāng)前時(shí)間、限速范圍漏寫富拉爾基西場(chǎng)、收令人未選擇虎爾虎拉站”。調(diào)度命令程序不允許直接下發(fā)有誤的調(diào)度命令，調(diào)度員可根據(jù)提示信息修改命令內(nèi)容，從而達(dá)到調(diào)度命令校核、卡控一體化的目標(biāo)。

6 結(jié)論

1）經(jīng)過10 000 條以上的調(diào)度命令實(shí)例數(shù)據(jù)測(cè)試驗(yàn)證，該調(diào)度命令內(nèi)容識(shí)別與卡控策略的準(zhǔn)確度達(dá)到98%以上，符合調(diào)度命令內(nèi)容卡控的實(shí)際需求。

2）結(jié)合鐵路局實(shí)際應(yīng)用情況，可持續(xù)補(bǔ)充卡控場(chǎng)景并優(yōu)化檢查策略。

未來再結(jié)合更加穩(wěn)定的人工智能語義分析技術(shù)，可進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)度命令內(nèi)容識(shí)別與卡控策略的應(yīng)用范圍，為CTC/TDCS 系統(tǒng)智能化發(fā)展提供技術(shù)支撐。