軌行區(qū)施工調(diào)度系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

范文杰，鮑 榴，楊 威，李瑞婷

（1.西成鐵路客運專線陜西有限責(zé)任公司，西安 710043；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081；3.北京華鐵信息技術(shù)有限公司， 北京 100081）

鐵路軌行區(qū)施工組織與行車安全管理是介于工程施工和營業(yè)線施工之間的一個過渡期間管理，過渡期間為鐵路鋪軌開工后至線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試前，是以鐵路站前施工單位為管理主體，上道作業(yè)的各參建單位為管理客體開展的管理活動[1]。為了確保行車組織、施工作業(yè)安全有序，通常會成立調(diào)度中心，負(fù)責(zé)施工計劃監(jiān)督及問題協(xié)調(diào)。由于環(huán)境條件和施工條件等各方面因素的制約，軌行區(qū)施工組織與行車安全管理手段信息化程度不高，行車組織效率低；調(diào)度命令等指示不能及時、有效地傳達至行車作業(yè)人員；空間與時間不能有機結(jié)合，降低了管理的時效性，損失了時間價值；施工計劃以人為收集排查為主要手段，特別是作業(yè)面存在重疊，加大了潛在的安全風(fēng)險；人員、車輛不能準(zhǔn)確定位，在緊急情況下不能有效地疏散。

目前，全路對于軌行區(qū)管理應(yīng)用系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，尤其是在二維車站圖形化與機車定位追蹤技術(shù)方面的研究與應(yīng)用寥寥無幾。有必要對軌行區(qū)施工管理現(xiàn)狀、特點進行分析，研發(fā)軌行區(qū)施工調(diào)度系統(tǒng)，以提高軌行區(qū)施工調(diào)度信息化、數(shù)字化與精細(xì)化管理水平[2]，為鋪軌作業(yè)安全管理提供信息技術(shù)支撐，以達到“精品工程、智能鐵路”的建設(shè)目標(biāo)[3]。

1 軌行區(qū)調(diào)度管理概述

1.1 軌行區(qū)概述

軌行區(qū)包括建設(shè)中的所有正線線路及其他支線、聯(lián)絡(luò)線等兩側(cè)圍欄內(nèi)區(qū)域[4]。軌行區(qū)調(diào)度負(fù)責(zé)上述區(qū)域的調(diào)度管理。各工程車司機、施工負(fù)責(zé)人必須絕對服從軌行區(qū)調(diào)度的統(tǒng)一指揮，任何人員進入軌行區(qū)必須得到軌行區(qū)調(diào)度許可。

1.2 人員職責(zé)概述

實施軌行區(qū)調(diào)度管理的組織包括工程運輸管理領(lǐng)導(dǎo)小組、鋪軌基地中心調(diào)度室和建設(shè)單位督導(dǎo)檢查組。

（1）調(diào)度主任

負(fù)責(zé)全線行車組織、協(xié)調(diào)相關(guān)單位施工和調(diào)度室的全面工作，對軌行區(qū)的運輸、行車和全線運輸安全工作進行管理，定期或不定期對各站室的工作進行檢查，對發(fā)現(xiàn)或上報的違章行為進行處理。

（2）調(diào)度員

負(fù)責(zé)制定合理的行車計劃，每日 18：00前下達次日行車計劃，并指揮和督促各站兌現(xiàn)日計劃。及時、正確下達各項調(diào)度命令，在不影響安全和正常行車的前提下，合理安排各站的施工申請，不得推諉拖延。積極協(xié)調(diào)行車與施工的矛盾，盡量滿足施工生產(chǎn)需要。

（3）車站值班員

負(fù)責(zé)本站的行車業(yè)務(wù)及調(diào)度室安排的其他工作，合理安排人員，分工協(xié)作。加強與施工單位的橫向聯(lián)系，和與調(diào)度員的縱向聯(lián)系，在確保行車安全的前提下，積極為施工單位請點施工，做到行車與施工兼顧，并做好請銷點登記。

（4）駐站聯(lián)絡(luò)員

負(fù)責(zé)本單位施工要點登記手續(xù)，了解車站值班員辦理列車閉塞，接到鄰站發(fā)車，辦理本站發(fā)車前、開車后等手續(xù)以及臨時變更的情況，確認(rèn)后立即向本單位工地防護員發(fā)出預(yù)報、確報或變更通知。

（5）現(xiàn)場防護員

負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場的安全防護工作。在列車確報通知下道時做到三看：一看作業(yè)人員是否下道完畢，二看使用的設(shè)備是否帶到安全處所，三看機具、材料是否侵限，并向駐站（調(diào)度室）聯(lián)絡(luò)員通報，同時密切注意線路情況，直至列車通過防護地段。

（6）各標(biāo)段主管生產(chǎn)副經(jīng)理

負(fù)責(zé)確認(rèn)本標(biāo)段每日上報的施工計劃并簽字，協(xié)調(diào)本標(biāo)段與其他各施工單位的接口事宜。

（7）各標(biāo)段監(jiān)理

負(fù)責(zé)對本標(biāo)段每日上報的施工計劃進行審核簽字，并對其重點工程進行監(jiān)控、旁站。督促施工單位對安全風(fēng)險較大的施工作業(yè)項目制定相應(yīng)的應(yīng)急方案及防范措施，確保鋪軌施工順利進行。在臨近既有線進行鋪軌作業(yè)的地段，要督促施工單位進行物理隔離，做好各項防護工作。各監(jiān)理單位要積極配合鋪軌單位及主管鋪軌監(jiān)理單位做好各施工單位的協(xié)調(diào)工作，確保鋪軌施工工程順利進行[5]。

1.3 業(yè)務(wù)概述

以鋪軌基地為核心成立鋪軌作業(yè)調(diào)度指揮中心，負(fù)責(zé)日常的施工組織和行車組織。

1.3.1 施工組織工作

（1）收集、匯總各施工單位上報的周（日）計劃；

（2）協(xié)調(diào)和審批周、日計劃及臨時補充計劃，組織監(jiān)督有關(guān)單位執(zhí)行審批的周（日）計劃和臨時補充計劃；

（3）合理安排、協(xié)調(diào)、指揮各參建單位對線路和機車、軌道車等車輛的使用；

（4）調(diào)查、分析、處理、上報與軌行區(qū)相關(guān)的事故及違反施工計劃的行為。

1.3.2 行車組織工作

（1）指揮行車，下達調(diào)度命令，安排及協(xié)調(diào)軌行區(qū)行車及施工的其他事宜；

（2）編訂軌行區(qū)行車的列車車次；

（3）監(jiān)督機車運行情況，防止超速行駛。

1.4 調(diào)度作業(yè)流程

（1）施工單位每月9日前提報次月施工計劃。

（2）施工單位每日14：00前將有施工負(fù)責(zé)人簽字的次日施工計劃以書面形式上報調(diào)度室。

（3）調(diào)度室根據(jù)鋪軌進度及施工單位提出的施工申請計劃，結(jié)合工程運輸情況編制管內(nèi)日施工計劃，于當(dāng)日 18：00 公布下達。

（4）各站及各施工單位接到調(diào)度員下達的日班計劃后，由各駐中心調(diào)度室聯(lián)絡(luò)員簽字確認(rèn)，并將計劃傳真回各施工單位。

（5）施工現(xiàn)場負(fù)責(zé)人圍繞日班計劃進行作業(yè)，加強現(xiàn)場施工防護，按計劃完成現(xiàn)場施工作業(yè)。

（6）施工完畢后，施工單位向調(diào)度中心請求施工銷點管理。

（7）調(diào)度中心經(jīng)與現(xiàn)場確認(rèn)進行施工銷點閉環(huán)處理。

調(diào)度作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 調(diào)度作業(yè)流程

2 軌行區(qū)調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

軌行區(qū)施工調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)體系包含6層，從下到上依次為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和訪問層， 如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框架圖

2.1.1 感知層

感知層是軌行區(qū)調(diào)度獲取現(xiàn)場信息的重要途徑。該層基于物聯(lián)網(wǎng)、北斗導(dǎo)航等新一代感知技術(shù)，通過傳感器、電子標(biāo)簽、北斗定位設(shè)備、手持讀入設(shè)備、視頻監(jiān)控等終端設(shè)備，采用人工結(jié)合自動的方式，動態(tài)、實時、智能化地識別、感知、定位、跟蹤、采集、監(jiān)控、管理軌行區(qū)施工和運輸?shù)痊F(xiàn)場信息，為系統(tǒng)提供及時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是將采集到的數(shù)據(jù)安全、快速傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的通道。該層基于互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和Wi-Fi，為數(shù)據(jù)的上傳和調(diào)度指令的下達提供實時的通道，使各級管理者可通過固定或移動的終端設(shè)備隨時隨地獲取數(shù)據(jù)、聲音、視頻和報警消息，同時保證交通不便、通信基礎(chǔ)薄弱的地區(qū)通過衛(wèi)星通信等技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)急突發(fā)信息的上下行數(shù)據(jù)傳輸。

2.1.3 設(shè)施層

設(shè)施層運用計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源和安全資源，保證系統(tǒng)高性能、高可靠、穩(wěn)定運行，并且具有靈活的擴展性，能夠輕松應(yīng)對業(yè)務(wù)發(fā)展。

2.1.4 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包含人員、機構(gòu)、構(gòu)筑物、車站、線路坡度等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計劃、進度、請銷點、定位信息、超速報警信息、調(diào)度指令、施工作業(yè)、現(xiàn)場視頻影像等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，電子地圖和平面圖等圖形數(shù)據(jù)，以及文檔資料、影像資料等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。系統(tǒng)綜合運用數(shù)據(jù)匯集、轉(zhuǎn)換、存儲、分析等技術(shù)，將上述相關(guān)數(shù)據(jù)進行據(jù)集成應(yīng)用分析。

2.1.5 應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是基于感知層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)施層構(gòu)建的服務(wù)軌行區(qū)調(diào)度的業(yè)務(wù)應(yīng)用。應(yīng)用內(nèi)容主要服務(wù)調(diào)度管理，包含計劃管理、請銷點管理、調(diào)度命令管理、機車定位管理、超速報警管理、鋪軌進度管理、機車視頻監(jiān)控、機車管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等。

2.1.6 訪問層

系統(tǒng)訪問層主要通過Web、移動互聯(lián)等技術(shù)，實現(xiàn)桌面端、智能終端、調(diào)度指揮大屏等不同方式的系統(tǒng)訪問。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

本系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括進度管控、業(yè)務(wù)管控和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集3部分內(nèi)容。

圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計圖

2.2.1 進度管控

（1）鋪軌工程進度

該功能將線路圖、站場圖、線下結(jié)構(gòu)物圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行矢量化處理，形成平面圖，通過機車定位和手工站內(nèi)填報的方式實現(xiàn)鋪軌作業(yè)進度的實時跟蹤管理。

（2）統(tǒng)計分析

該功能主要對鋪軌進度、防護區(qū)超速報警等信息進行深度挖掘，自動化分析，作出歸納性推理[6]，并以直方圖、折線圖、餅圖的形式展現(xiàn)。

（3）報表查詢

通過該功能可對施工和行車計劃的申請、審批、執(zhí)行情況，調(diào)度命令下發(fā)、確認(rèn)情況進行查詢，供用戶分析和協(xié)調(diào)處理存在的問題。

2.2.2 業(yè)務(wù)管控

（1）二維平面圖展示

二維平面圖是將車站、線路、構(gòu)筑物等通過圖形化技術(shù)進行二維平面可視化展示，用戶可直觀在平面圖上查看施工計劃的作業(yè)區(qū)域與防護區(qū)域，以及機車所在位置等信息。

（2）施工計劃管理

施工計劃管理對所有在軌行區(qū)的施工點進行統(tǒng)一管理。施工單位須向調(diào)度中心進行請點和銷點工作，實現(xiàn)施工登記和閉環(huán)管理，防止出現(xiàn)未經(jīng)允許的施工作業(yè)。該功能對施工作業(yè)點的施工時間、地點、人員、施工內(nèi)容和施工影響范圍進行管理，促使施工單位合理安排施工計劃，提高軌行區(qū)施工管理效率，解決軌行區(qū)作業(yè)管理跨度大的問題[7]。

（3）行車計劃管理

行車計劃管理功能對所有在軌行區(qū)的行車進行統(tǒng)一管理。施工單位向調(diào)度中心上報行車計劃，由調(diào)度中心結(jié)合各施工單位的行車計劃和施工計劃進行審批。合理分配行車時間與區(qū)間，實現(xiàn)行車計劃集中管理和合理審批。

（4）調(diào)度命令管理

該功能對調(diào)度中心向各級參建單位下發(fā)的調(diào)度命令進行信息化管理，對調(diào)度命令從發(fā)起到最終執(zhí)行進行全流程信息跟蹤管理。調(diào)度命令分為行車調(diào)度和施工調(diào)度，不同調(diào)度內(nèi)容可以配置不同模板，調(diào)度命令詳情頁面，如圖4所示。

圖4 調(diào)度命令詳情頁面截圖

（5）機車定位追蹤與軌跡圖

該功能主要對機車的實時位置進行定位，了解機車的運行狀態(tài)，包括速度、里程、上下行等信息。通過給工程機車裝備北斗定位設(shè)備，結(jié)合電信運營商4G網(wǎng)絡(luò)實時跟蹤機車位置，并基于經(jīng)緯度坐標(biāo)和里程的換算關(guān)系，實時追蹤機車?yán)锍涛恢茫瑢崿F(xiàn)在平面圖、GIS地圖和軌跡圖上從不同角度展示機車的運行軌跡[8]，提高了行車與施工調(diào)度的安全級別。

（6）施工安全防護區(qū)報警

施工的安全防護是軌行區(qū)施工調(diào)度系統(tǒng)的核心，該功能可設(shè)置安全防護區(qū)內(nèi)機車運行速度閾值，若機車在施工作業(yè)點防護區(qū)內(nèi)超速，立即報警并通知調(diào)度中心。調(diào)度中心可實時掌握各機車和施工點的報警情況，實現(xiàn)線上工程機車運行與線下作業(yè)人員之間的安全防護，解決了施工安全預(yù)警預(yù)控難等問題。

（7）行車視頻監(jiān)控

該功能需給所有運行機車加裝攝像頭，通過4G網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場視頻信號傳回調(diào)度中心，并進行動態(tài)鏈接優(yōu)化。調(diào)度中心可實時對現(xiàn)場行車及周邊情況進行遠程監(jiān)控管理，解決了施工與行車過程管理易缺位的問題。

（8）工程機車管理

該功能主要管理線上所有的工程機車，包括工程機車分類登記，司機管理，工程機車的申請、審核、使用追蹤、入庫等。

2.2.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

由施工單位、調(diào)度中心提供車站表、線路信息、設(shè)計圖紙、調(diào)度中心與標(biāo)段、車站組織關(guān)系等信息。該功能將這些基礎(chǔ)信息維護至系統(tǒng)中，建立起系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)支撐。

3 關(guān)鍵技術(shù)

軌行區(qū)施工調(diào)度系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件主要是車載定位設(shè)備和地面接收報警設(shè)備。系統(tǒng)使用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾方面。

3.1 北斗定位技術(shù)

基于北斗技術(shù)的車載定位裝備與地面接收裝置，實時獲取當(dāng)前機車位置，并在機車距離地面接收裝置（作業(yè)點）2 km范圍內(nèi)，自動發(fā)起報警提示，通知作業(yè)人員下道待避[9]。

3.2 車站圖形化技術(shù)

通過車站圖形化技術(shù)和北斗定位技術(shù)，實現(xiàn)鋪軌作業(yè)進度的實時動態(tài)管理和可視化展現(xiàn)。施工進度展示頁面，如圖5所示。

3.3 無線射頻技術(shù)

通過北斗定位和無線射頻技術(shù)，實現(xiàn)機車、人員定位，機車防護區(qū)超速報警，機車和作業(yè)人員臨近預(yù)警。實時列車和防護區(qū)展示頁面，如圖6所示。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了軌行區(qū)施工調(diào)度系統(tǒng)，輔助完成對軌行區(qū)施工項目、鄰近軌行區(qū)施工項目、施工組織、行車調(diào)度等方面的管理。通過信息化的管理手段，能有效提高軌行區(qū)施工和運輸調(diào)度安全，實現(xiàn)調(diào)度和施工管理的可視化和精細(xì)化。該系統(tǒng)已應(yīng)用于部分鐵路建設(shè)項目，取得了良好的應(yīng)用效果，提高了軌行區(qū)施工作業(yè)的質(zhì)量，有效降低事故發(fā)生率，保障軌行區(qū)安全有序運營，為鐵路工程建設(shè)信息化在軌道工程中的應(yīng)用起到了積極作用。

圖5 站內(nèi)施工進度展示頁面截圖

圖6 實時列車和防護區(qū)展示頁面截圖