基于信息集成技術的動車組司機操控信息分析系統方案研究

馮振興

（1 中國鐵道科學研究院 研究生部，北京100081；2 中國鐵路總公司 運輸局，北京100844）

運用與檢修

基于信息集成技術的動車組司機操控信息分析系統方案研究

馮振興1，2

（1 中國鐵道科學研究院 研究生部，北京100081；2 中國鐵路總公司 運輸局，北京100844）

伴隨中國高速鐵路迅猛發展，動車組列車大面積開行，高鐵安全問題越來越得到社會各界的廣泛關注。動車組司機作為動車組列車的直接操控者，是高鐵作業安全最重要、最關鍵、最核心的一線崗位，加強動車組司機管理、規范其操控行為至關重要。目前，我國高速鐵路還沒有專門的信息系統，無法實現動車組司機操控信息的記錄和分析，國外高速鐵路也無相應的分析手段。現通過分析動車組已有車載設備記錄信息項點的基礎上，結合動車組司機操控要求，借鑒列車運行監控裝置（以下簡稱LKJ）運行記錄數據分析管理模式，提出動車組司機操控信息分析系統研制方案，為規范動車組司機操控行為提供信息化手段。

高鐵；動車組；司機操控；信息化

2008年以來，京津城際、武廣、鄭西、杭深、滬寧、滬杭、京滬、京廣等多條高速鐵路相繼開通運營。與既有的內燃、電力機車相比，動車組具有控制技術先進、集成化程度高、運行速度快等顯著特點。

伴隨動車組列車大面積開行，動車組司機隊伍不斷壯大。目前，擔當動車組值乘任務的鐵路局13個、機務段25個，動車組司機5 000余名，日均擔當乘務3 000多人。與傳統的內燃、電力機車司機相比，動車組司機的操控要求和職責范圍都發生了根本性變化。

針對機車司機，機務部門通過對安裝在機車上LKJ記錄的相關數據，實行退勤、日勤、專題3級分析，已實現機車司機操控行為的追溯管理，達到規范其作業行為的目的。但由于動車組上無專用的司機操控信息采集設備，無法實現動車組司機操控信息的采集和存儲。如何掌握和分析動車組司機操控行為，監督和掌握動車組司機工作狀態，利用信息化手段加強對動車組司機的業務指導與管理，是機務部門急需解決的課題。

1 需求分析

1.1 動車組司機操控信息采集需求

（1）動車組司機直接操控信息采集需求

動車組司機直接操控信息是指司機在整個作業過程中進行的具體操作，主要包括司機代碼輸入信息，車次號輸入信息，列控等級選擇信息，上下行選擇信息，牽引、制動手柄操作信息，主斷路器斷開、閉合操作信息，受電弓升、降操作信息和車門開/關操作信息等。此類信息直接反應動車組司機的操控行為，是分析司機操控是否規范的基本依據。

（2）與動車組司機操控相關信息采集需求

與動車組司機操控相關的信息是指不屬于司機的直接操作，但結合該類信息進行分析后能夠反映司機操控行為的信息，主要包括動車組運行時間、速度、限速、運行位置、列控設備運行狀態、動車組各設備運行狀態，以及需要司機參與處理的列車設備故障和報警信息等。此類信息為動車組司機操控行為分析提供客觀證據信息，是分析司機操控是否規范的重要依據。

（3）動車組司機作業環境信息采集需求

動車組司機作業環境信息是指動車組司機室環境信息及動車組運行前方的線路、接觸網信息，主要包括動車組司機語音、司機室環境音信息、司機室操縱臺附近的視頻信息和動車組運行前方線路、接觸網視頻信息等。此類信息能夠比較直觀反映動車組司機整個作業過程中的工作狀態及環境情況，是分析司機操控行為是否規范的輔助手段。

1.2 動車組司機操控信息實時監控需求

為及時掌握動車組司機操控情況，應采用信息化技術手段，在動車組運行過程中，實現一些關鍵的司機操控信息通過車對地無線傳輸通道實時傳輸至地面，并結合地面配套的分析、監控系統進行集中處理和顯示，為異常情況下對動車組司機的遠程指導和應急指揮提供手段。實時傳輸至地面進行處理和顯示的信息應包括手柄位置信息、列車運行速度信息、位置信息、常用制動信息、緊急制動信息及動車組司機必要的基本信息等。

1.3 動車組司機操控信息轉儲分析需求

比照既有機車通過LKJ運行記錄數據實現司機操控信息轉儲分析的方式，需要建立一套車載和地面相互配合的信息系統，實現動車組司機值乘時操控信息的全記錄，同時支持動車組司機操控信息的退勤、日勤、專題三級分析。動車組運行過程中，司機所有操控信息、相關信息及司機作業環境信息應實現完整的存儲，支持數據從車載到地面的轉儲，同時配合地面分析設備實現分析、處理、存儲和顯示。

2 現狀分析

目前動車組上并未安裝司機操控信息采集、記錄和轉儲的專用設備，但動車組已有車載設備已經分別記錄了司機操控及相關信息。

2.1 列控車載設備動態監測裝置

列控車載設備動態監測裝置（簡稱DMS：Dynamic Monitoring System）安裝在動車組上，通過與列控車載設備（簡稱ATP：Automatic Train Protection）接口，采集列車運行狀態信息和列控車載設備運行狀態、數據及報警信息，同時將所采集信息通過鐵路GSM－R（GSM for Railway）網實時傳輸至地面進行實時處理和顯示，為電務部門進行列控車載設備的維修、維護和應急指揮提供依據。DMS所采集信息中，包含了部分動車組司機操控信息和部分與動車組司機操控相關的信息。動車組司機操控信息主要有司機代碼輸入信息、車次號輸入信息、列控車載設備等級選擇信息和上下行選擇信息等。司機操作相關信息主要有列車運行速度信息、位置信息、列控車載設備的限速信息、常用制動信息、緊急制動信息和報警信息等。

2.2 無線數據傳輸裝置

無線數據傳輸裝置（簡稱WTD）安裝在動車組上，通過與動車組車輛各設備或車輛總線接口，采集車輛各設備運行狀態、數據及報警信息，并通過公網實時傳輸或進動車所后無線傳輸的方式下載至地面，為車輛部門進行動車組各設備維修提供依據。WTD所采集信息中，牽引、制動手柄位置，受電弓升、降，主斷路器斷開、閉合，車門開、關，牽引電流，制動力和各車輛設備的報警等信息，屬于動車組司機操控及相關信息。

2.3 機車綜合無線通信設備

機車綜合無線通信設備（簡稱CIR：Cab Integrated Radio communication equipment）安裝在動車組上，負責動車組列車無線車次號注冊、進路預告接收、調度命令接收和調度語音通話等工作。CIR所記錄信息中與司機操控相關的信息，調度命令及簽收信息、進路預告及簽收信息和司機調度通話語音信息等。

3 方案提出

3.1 系統總體方案及設計原則

結合信息化技術在鐵路系統的發展和運用，同時參考既有LKJ運行記錄數據的分析管理模式，動車組司機操控信息分析系統的方案設計應遵循以下原則：（1）應根據總公司、鐵路局、機務段3級進行系統架構設計；（2）系統設計應依托鐵路系統既有的安全數據網絡。

系統架構可由信息采集、存儲的車載設備及鐵路總公司地面設備、鐵路局地面設備和機務段地面設備4部分組成。其中車載設備主要負責信息采集和傳輸；鐵路總公司地面設備負責全鐵路動車組司機操控相關數據分析及管理工作的集中監督；鐵路局地面設備負責本鐵路局動車組司機操控相關數據的統一處理、存儲和分發；機務段地面設備負責動車組司機操控相關數據的轉儲、上傳和分析。系統架構方案示意圖如圖1。

3.2 車載方案

鑒于動車組已有車載設備對動車組司機操控及相關信息進行了采集和記錄，可研制動車組司機操控及相關信息采集專用車載設備，并與已有車載設備分別接口，對已經記錄的信息進行提取、集成和綜合處理，即可實現動車組司機操控及相關信息的采集和存儲。可在動車組司機室安裝攝像頭和攝像機，完成司機作業環境視頻信息的采集工作。專用設備采集的司機操控關鍵信息，通過鐵路GSM－R網或3G網絡同步傳輸至地面，支撐實時監控分析；專用設備采集的全部信息計入專用數據卡后，通過轉儲的方式下車，支撐退勤、日勤、專題3級分析。車載方案示意圖如圖2。

3.3 地面方案

（1）鐵路總公司地面設備

為實現車載采集專用設備所采集動車組司機關鍵操控數據的實時落地，同時實現數據的統一管理，可在鐵路總公司集中設置一套數據接收、處理服務器設備。該設備需具備以下3大功能：①實時接收全鐵路動車組車載采集專用設備通過GSM－R網或公網GPRS/3G發送的數據；②完成所有數據的集成、處理和存儲；③通過鐵路內部網連接各鐵路局服務器設備，一方面按照各鐵路局的數據權限，將實時數據分發至各鐵路局，一方面可調閱和查詢各鐵路局上傳的分析結果和退勤意見。鐵路總公司也可在相關業務處室或調度大廳配置分析終端設備，實現全鐵路任意動車組司機操控信息的實時監控。

（2）鐵路局地面設備

圖1 系統構架方案

圖2 車載方案示意圖

為實現鐵路局動車組司機操控數據分析、運用情況的管理，鐵路局應設置服務器處理設備。該設備需具備以下功能：①通過鐵路內部網連接總公司服務器，接收各鐵路局動車組司機操控的實時數據，進行集中處理、分析和存儲后提供給機務段的分析終端，實現實時監控；②通過鐵路內部網接收機務段上傳的動車組司機操控數據文件，并實現數據的分類存儲，支持分析終端對數據的查詢和下載。鐵路局也可在相關業務處室設置分析終端，對機務段動車組司機操控信息分析、運用情況進行檢查和管理，實現本鐵路局任意動車組司機操控信息的實時監控。

（3）機務段地面設備

根據系統架構設計和系統功能需求，機務段應設置數據轉儲設備、音頻、視頻存儲設備及分析終端。其中數據轉儲設備應實現以轉儲方式帶至地面的專用數據卡中所有數據的導出，并支持通過鐵路內部網將動車組司機操控數據文件上傳至鐵路局服務器，將司機室音頻、視頻文件和前方線路視頻文件傳輸給音頻、視頻存儲設備。音頻、視頻存儲設備應實現司機室音頻、視頻數據文件和前方線路視頻文件的統一存儲，同時支持分析終端對文件的查詢和分析。分析人員可利用分析終端，通過鐵路內部網連接鐵路局服務器和機務段音頻、視頻存儲設備，實現退勤、日勤和專題3級安全分析，實現本段任意動車組司機操控信息的實時監控。

4 應用設想

4.1 實時監控分析

設定固定條件，自動將動車組司機操控關鍵信息分發至相關鐵路局、機務段。通過用戶終端實時對動車組途中運行情況實施動態分析，對于系統警示信息、司機報告的運行途中發生的設備故障、重要情況等進行實時監控，對動車組司機進行遠程指導。

4.2 轉儲分析

動車組司機操控數據文件轉儲至地面后，實行退勤、日勤、專題分析。退勤檢索分析由機務派班室退勤調度員負責，分析結果作為辦理動車組司機退勤的依據；日勤分析由專職分析人員負責，針對存在的問題，查找原因，落實考核，提出改進建議；專題分析由相關部門按分工負責，查找傾向性問題，制定整治措施并組織落實。

4.3 音頻、視頻分析

對動車組司機的作業行為和精神狀態，動車組列車運行前方的線路、接觸網及兩側情況，動車組司機行車作業的全程語音，可根據需要或日常按比例進行分析。

5 結束語

隨著中國高速鐵路營運里程的不斷增加、動車組列車開行數量的不斷增多和鐵路運輸安全要求的不斷增高，充分借鑒LKJ運行記錄數據分析方法，借助信息集成技術，建立動車組司機操控信息分析系統，為強化動車組司機管理、規范其操控行為提供信息化手段，顯得越來越重要，也越來越迫切。

［1］ 鐵道部運輸局.列車運行監控裝置（LKJ）運用維護規則［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［2］ 楊志剛.LKJ列控技術與應用［M］.北京：中國鐵道出版社，2012.

Study of EMU Driver Manipulation Information Analysis System Scheme Based on Information Integration Technology

FENG Zhenxing1，2
（1 Graduate Facyty，China Academy of Railway Science，Beijing 100081，China；2 Transportation Bureau of China Railway，Beijing 100844，China）

With the rapid development of high－speed railway in China，the EMU safety issue gets increasingly concerns in the community.As the direct manipulator，EMU driver is the most important，the most critical and the core front-line positions of the high-speed rail safety work.It is essential to strengthen the management and standardization of the drivers’manipulation.Nowadays，there is no specialized information systems which can record and analyze EMU driver control information yet in China high-speed railway area，neither in the foreign high-speed rail area.This article aims to analyze the existing information recorded by EMU on-board equipment，with combination of EMU driver manipulation requirements，using the train operation monitoring device（short for LKJ）log data analysis and management model for reference.EMU driver control information analysis system development program is proposed to provide information technology means of the EMU driver manipulation regulation.

high-speed railway；EMU；driver control；information

U260

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.21

1008－7842（2014）03－0084－04

5—）男，碩士生（

2014－04－18）