編組站綜合自動化系統信號員人工排路安全卡控技術研究

摘" 要：該文聚焦于編組站綜合自動化系統（簡稱SAM系統）信號員人工排列進路的作業過程，為有效減少信號員的違章次數，根據信號員的工作職責和作業流程，提取信號員作業過程的安全關鍵風險點，分析目前SAM系統已經采取的安全卡控措施在安全標識顯示、安全卡控范圍、安全防護范圍方面存在的不足之處?；诩扔械腟AM系統架構，設計信號員作業過程的安全卡控技術方案，可減少信號員作業違章次數，有利于保障車站作業安全。

關鍵詞：編組站綜合自動化系統；信號員；安全卡控；作業流程；方案設計

中圖分類號：U292.16" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）33-0191-06

Abstract： This paper focuses on the signalman position of Synthetic Automation of Marshalling Yard system（SAM system）. To effectively reduce the number of violations by signalmen， this paper extracts the key safety risk points in the signalman's operation process according to the signalman's job responsibilities and operation procedures. It analyzes the deficiencies of the existing safety control measures of the SAM system in terms of safety sign display， safety control range， and safety protection range. Based on the existing SAM system architecture， a safety control technical scheme for the signalman's operation process is designed to reduce the number of signalman's operation violations， which is conducive to ensuring station operation safety.

Keywords： Synthetic Automation of Marshalling Yard; signalman; safety - critical control; workflow; conceptual design

編組站綜合自動化系統（Synthetic Automation of Marshalling Yard，簡稱SAM系統）是近年來鐵路編組站建設中的核心技術之一，其通過集成管理和控制功能，實現了編組站作業的自動化和信息化[1]。SAM系統開通分為2步，前期先開通SAM人工模式，人工模式運行穩定后再開通自動模式。目前SAM系統自動執行過程的安全卡控已經較為完善，SAM系統自動模式下可將作業計劃直接轉為辦理進路的指令，在滿足行車約束條件后自動下發到聯鎖設備，信號員無須人工辦理進路；但人工模式下信號員需要受車站值班員的領導，在操作控制終端上排列進路，此外，編組站到發線運用緊張，列車和調車交替作業，必然打亂車站原有的股道運用計劃和接發列車作業安排，導致自動模式下調車作業自動化率相對較低，時常需要信號員人工排路。

此外，隨著大型編組站信息化建設的逐漸完善，為了擴大SAM系統的應用市場，SAM系統需要逐步考慮其他應用場景，目前正在向地方鐵路推廣，比如港口鐵路、鋼鐵廠和化工廠等，這些地方鐵路主要以調車作業為主，調車作業的方式與國鐵差別很大，不同的車站作業規則不一樣，很難實現調車作業自動化的通用性，這些地方信號員人工排列進路仍占據重要地位。通過對車務一般交通事故進行分析發現，由信號員的責任導致的事故發生率可以達到30%左右[2]，所以，信號員仍屬于人工干預作業環節的關鍵崗位，其安全性和效率成為影響系統整體性能的關鍵因素。因此，研究信號員人工排列進路的安全卡控技術具有重要意義。

1" 信號員人工排路的作業現狀

1.1" 進路排列的數據流程

SAM系統的信息子系統與控制子系統相對獨立，采用集中和分布相結合的方式部署信息處理和作業控制設備，信息子系統把計劃和命令下達到控制子系統，控制子系統按計劃執行并將結果實時返回管理子系統，實現管控有機結合[3]。SAM控制子系統的崗位包括值班員、助理值班員和信號員等，控制子系統排列進路的數據流程如圖1所示，SAM系統的作業監控終端接收行調和站調下發的列車和調車階段計劃，車站值班員或助理值班員使用作業監控終端組織車站列車作業和調車作業；集中操作終端實時顯示站場圖界面，在值班員的領導下，信號員使用集中操作終端排列進路。SAM系統進路排列的作業流程分為自動模式和人工模式2種。

在自動模式下，作業監控終端將作業安排以指令的形式發送到集中控制服務器，集中控制服務器進行自律運算后將進路指令發送到聯鎖接口機，聯鎖接口機進行轉譯后把指令發送到聯鎖系統，自動開放進路，此模式下信號員只需要監視集中操作終端，無須人工辦理進路。

在人工模式下，值班員使用作業監控終端辦理閉塞手續，信號員根據值班員人工下發的指示在集中操作終端排列進路，集中操作終端將進路指令發送到聯鎖接口機，聯鎖接口機進行轉譯后把指令發送到聯鎖系統。

1.2" 人工排列進路的安全卡控現狀分析

信號員違章原因包括作業情況、管理制度、培訓力度、系統安全卡控等方面，其中作業情況、管理制度、培訓力度3個方面可通過提高培訓力度、完善管理制度、引入先進的管理辦法來避免信號員出現違章問題[4]，系統安全卡控方面可通過完善SAM系統安全卡控邏輯來避免信號員出現違章問題，本文重點研究此方面。信號員人工排列進路時分為進路辦理前、進路辦理時、進路辦理完3個階段，任何一階段的安全提示或安全防護不足都可能會造成進路錯誤辦理，導致信號員違章作業。

1.2.1" 進路辦理前的安全風險分析

信號員人工辦理進路前，需要及時準確掌握站內的分路不良、施工區域、停電區域、無網區域、股道技術作業進度、列車位置和調機位置等信息，這些信息屬于信號員辦理進路前的重要依據，分析詳見表1。

1.2.2" 進路辦理時的安全風險分析

信號員人工辦理進路時，安全風險主要有接發車方向錯誤、電力機車進入停電區域、違反《鐵路技術管理規程》第301條（以下簡稱《技規》301）、機車錯掛車輛提示功能、股道上有未完成的技術作業時開放發車進路等，分析詳見表2。

1.2.3" 進路辦理完的安全風險分析

信號員人工辦理的進路執行完成后，安全風險主要為在作業完成后未將特定設備恢復到常規狀態，比如信號員在作業完成后未將特定信號機加封或道岔加鎖，分析詳見表3。

2" 信號員人工排路的安全卡控技術研究

2.1" 總體框架

在信號員作業過程中，進路辦理前、進路辦理時以及進路辦理完這3個階段均存在一定風險。當前集中操作終端在安全標識顯示范圍、安全卡控范圍、安全防護范圍方面存在諸多不足之處，鑒于此，本文著重對信號員作業過程安全卡控技術展開研究，該技術基于既有的 SAM 控制子系統實現，在SAM控制子系統中，各個終端與后臺服務器通過環形網絡進行數據交互，本文所設計的信號員作業安全卡控方案也將以相同方式搭載到控制子系統的環形網絡之上，包含顯示處理模塊、安全卡控模塊以及安全防護模塊。其中，顯示處理模塊主要面向信號員進路辦理前的階段，其功能在于為集中操作終端實時提供技術作業進度信息；安全卡控模塊重點針對信號員辦理進路時的階段，對信號員所下發的操作指令予以安全卡控；安全防護模塊主要針對信號員進路辦理完成后的階段，對已開放的進路開展實時監測，以實現信號故障關閉預警，以及針對進路執行完畢后特定設備未能恢復至規定狀態進行報警，總體框架如圖2所示。

2.2" 顯示處理模塊方案設計

針對目前信號員人工辦理進路前存在的作業風險，從擴大安全標識顯示范圍方面保障信號員作業安全，在集中操作終端增加技術作業進度顯示的功能，減少信號員通過與外勤聯控來獲取技術作業進度的環節，避免信號員因作業強度高和交叉作業等外部因素影響而忘記聯控。SAM信息側的車站交互系統可對室外技術作業進行管理，可向SAM控制子系統提供技術作業進度數據源。為實現技術作業進度在集中操作終端上顯示的功能，本模塊設計列檢、列尾、貨檢和防溜等技術作業數據信息傳輸機制，通過控制側的計劃信息接口軟件定時讀取信息側由車站交互系統生成的技術作業狀態數據，并將讀取的數據寫入控制側的數據庫；同時通過技術作業后臺處理模塊，將交互系統技術作業進度信息實時顯示在集中操作終端上。此設計框架如圖3所示。

集中操作終端界面上，在有技術作業的股道上顯示漢字“貨、列、號”等標記表示技術作業，顯示在車次窗右側，漢字底色應參考車站交互系統作業的開始、進行、結束的狀態底色。以股道上的某項技術作業為例，當某項技術作業已下達通知，但未開始作業，技術作業以灰底表示；當交互系統上有技術作業正在執行時，技術作業以粉底表示，需按分鐘進行計時提示，計時的時間由顯示處理模塊提供；當交互系統上股道上的某個技術作業結束時，股道上這個技術作業漢字的底色變為綠色，并顯示作業完成時間；當交互系統上顯示該股道上有防溜裝置時，股道上顯示底色為紅色的“防溜”字樣，無防溜裝置時，無此標志，如圖4所示。

2.3" 安全卡控模塊方案設計

安全卡控模塊主要依據進路數據、作業計劃信息、機車信息、站場基礎數據、無網區數據、停電區域、施工區域和技術作業進度等基礎數據，當信號員在集中操作終端下發進路操作指令時，此模塊會檢查進路指令，如排列的進路滿足檢查條件，則將進路指令下發到聯鎖系統；如果存在違反約束條件、車站細節（簡稱站細）條件或者存在與計劃不符的隱患，可將安全卡控信息傳送到集中操作終端，集中操作終端以聲光、文字報警2種方式進行提示。此模塊的設計框架如圖5所示，具備無效進路卡控功能、接發車方向卡控功能、區域卡控功能、《技規》301卡控功能、本務機作業卡控功能、調機作業卡控功能和技術作業卡控功能。

2.3.1 無效進路卡控功能

無效進路卡控功能可防止信號員排列的進路不在聯鎖表范圍內。實現方法：SAM系統預先將車站作業需要的所有進路編制成進路集，進路集包括進路的始端信號機、變通按鈕、進路類型和進路方向等標志，進路集卡控了信號員排列進路的范圍，信號員下達到聯鎖的進路指令都需要與進路集進行匹配，當匹配成功，將指令下發給聯鎖，當進路集中無此條進路，則集中操作終端上應提示“xx進路辦理無效”。

2.3.2 接發車方向卡控功能

接發車方向卡控功能可防止信號員人工排列進路導致接發車方向錯誤。接車方向卡控實現方法：首先，通過辦理進路的指令匹配進路集來確定進路的接車方向和接車場；其次，再根據接車方向和接車場匹配這個方向的第一個接車計劃；最后通過接車計劃與接車方向和股道進行匹配，如果接車方向或股道不匹配，則集中操作終端上應提示“xx計劃接車方向或股道不匹配”。

發車方向卡控實現方法：在集中操作終端人工辦理發車進路時，發車股道需要有車次。首先，通過辦理進路的指令匹配進路指令集來確定進路的發車方向和發車場；其次，根據股道上的車次查找發車計劃；最后，根據發車作業計劃與發車方向和股道上的車次進行對比，如果不一致，則集中操作終端上應提示“xx股道與xx計劃發車股道或方向不匹配”。

2.3.3 區域卡控功能

區域卡控功能可防止信號員人工排列的進路導致電力機車進入停電區域和無網區域或者電力機車和內燃機車進入施工區域。實現方法：首先，通過下達的進路指令在進路集中獲取當前進路的區段集合；其次，根據出發股道上獲取機車的牽引狀態；最后，根據進路上區段標識狀態判斷進路是否經過卡控區域。例如，當電力機車經過停電、施工和無網區域，此時需要提示“xx電力機車不能進入停電/施工/無網區域?。。　保划攦热紮C車經過施工區域，此時需要提示“xx內燃機車不能進入施工區域?。。　?。

2.3.4 《技規》301卡控功能

《技規》301卡控功能可防止信號員人工排列的進路違反《技規》301，如圖6所示，違反《技規》301的情形分為以下4種情況。

情況1：調車進路的延伸線與旅客列車進路正面對沖（調車進路1的情形）。

情況2：調車進路的延伸線與旅客列車進路正面側沖（調車進路2 的情形）。

情況3：調車進路的延伸線與旅客列車進路背面側沖（調車進路3的情形）。

情況4：調車進路的延伸線與旅客列車進路背面對沖（調車進路4的情形）。

實現方法：《技規》301卡控模塊的工作流程大致可分為5個步驟。第一步，獲取同意預告的旅客列車進路的進路設備序列，包括始端列車按鈕、變更按鈕、終端列車按鈕、始端列車信號機、終端列車信號機、途經的道岔、途經的無岔區段、接近區段和終端區段。第二步，找到旅客列車進路中的分歧道岔，根據分歧道岔當前的定位/反位表示，確定沖突調車進路的搜索起點。第三步，對站場設備連接關系建模，以旅客列車進路中的分歧道岔為起點，根據設備連接關系，開始向不同方向進行深度優先搜索，搜索可能的調車進路設備序列，包括左向調車終端按鈕、左向調車信號機、右向調車終端按鈕、右向調車信號機、途經的道岔、途經的無岔區段和途經的股道。第四步，記錄搜索出來的違反《技規》301的調車終端按鈕和違反《技規》第301條的調車信號機。第五步，若違反《技規》301的調車信號機集合中，至少有1架處于信號開放狀態（白燈），則禁止辦理旅客列車進路（鎖列車進路始端按鈕），并提示開放信號的調車信號機名稱；若違反《技規》301的調車信號機全部處于信號關閉狀態（藍燈），則將搜索出來的違反《技規》301的調車終端按鈕全部鎖?。ㄦi調車進路終端按鈕）。

2.3.5 本務機作業卡控功能

本務機作業卡控功能可防止信號員人工排列的進路導致本務機掛機作業出現掛錯車的情況[5]。實現方法：首先，通過辦理進路的指令匹配進路集來確定進路的始端股道和終端股道，如果始端股道有本務機信息，終端股道有車次信息，則認定為本務機掛機作業；其次，通過車次信息匹配相應的掛機作業計劃；最后，通過作業計劃確定機車信息，判斷是否與當前始發股道的機車信息一致，如不一致，則集中操作終端上提示“注意xx計劃車次，所掛機車信息與計劃不匹配”。

2.3.6 調機作業卡控功能

調機作業計劃復雜，當前計劃沒完成，調機可能先去干其他計劃的工作，一臺調車機可能同時對應多個調機作業計劃，調機作業卡控功能可防止信號員人工排列的進路與勾計劃不符。實現方法：值班員通過作業監控終端管理當前調機對應的作業計劃，當前調機正在作業計劃為執行狀態，其他計劃則為暫停狀態，信號員排列進路后，首先，通過辦理進路的指令匹配進路集來確定進路的始端股道和終端股道；其次，如果始端股道有調機信息，通過調機信息匹配當前處于執行狀態的調機作業計劃；最后，通過始終端股道與調機作業的當前勾計劃進行匹配，如不一致，則集中操作終端上提示“注意xx調當前作業路徑與xx計劃不匹配”。

2.3.7 技術作業卡控功能

技術作業卡控功能可防止信號員因作業繁忙，忘記通過與外勤作業人員聯控掌握當前股道技術作業情況就開放進路的情況發生。實現方法：在集中操作終端人工開放發車進路時，首先，通過辦理進路的指令匹配進路集來確定進路始發股道；其次，通過顯示處理模塊獲取此股道作業狀態；最后，當作業未完成提示或者防溜未撤除，則提示“xx道有正在進行的技術作業”或“xx道防溜未撤除”。

2.4 安全防護模塊方案設計

為了保證作業安全，站場中有些設備需要經常處于某種狀態[6]，比如保證安全線和與到發線連接段的管線、專用線的道岔在規定位置，并且有的時候還需要在規定位置加鎖；在貨物牽出線、維修基地處的信號機，為防止錯誤開放進路，日常需要加封這類信號機；分路不良的道岔區段日常需要確認分路不良，當信號員排列了經過分路不良區段的進路時，分路不良的區段由“確認空閑”狀態轉為“未確認空閑”狀態，此時道岔區段處于不安全狀態，為保證作業安全，需要及時將分路不良道岔區段加鎖，若一定時間內未將進路上分路不良的道岔區段加鎖，需要及時給出提示。

安全防護模塊主要依據當前的進路數據、設備狀態信息，通過實時監測當前進路執行情況，當進路執行完成后，檢查特定設備的狀態是否恢復到規定狀態，如道岔定位（或反位）未加鎖、信號機未加封、分路不良區段作業道岔漏加鎖等提示信息，當一定時間設備狀態未恢復到規定狀態，安全防護模塊將報警信息傳輸到集中操作終端，此模塊框架如圖7所示。為實現模塊檢查的通用性，設備狀態監測的類型、狀態和時機做成可配置的。

3" 應用效果分析

基于對編組站綜合自動化系統信號員人工排列進路的安全卡控技術研究，本文開發出了信號員作業安全卡控模塊，將此樣機搭建在既有的SAM系統環境，經過對信號員進路辦理前、進路辦理時和進路辦理完3個作業階段的流程測試，由表4可知，在信號員人工排列進路的安全卡控方案實施后，信號員人工排列進路辦理前，信號員無須與外勤聯控，集中操作終端可實時顯示技術作業進度，避免“漏聯控”風險；進路辦理時，對信號員在集中操作終端下發的進路指令進行安全卡控；此外，進路辦理完成后，檢查特定設備的狀態是否恢復到規定狀態，進而降低信號員違章作業的次數，保障了車站作業安全。

4" 結論

本文通過對SAM系統信號員人工作業過程的深入研究，提出了相應的技術優化方案，研究結果表明，通過加強SAM系統軟件層面的安全卡控措施，可以顯著提高信號員人工作業過程的安全性和效率，保障車站作業的穩定運行。未來，隨著SAM系統信號員人工排列進路的安全卡控技術的不斷進步和應用的深入推廣，SAM 系統在編組站的車站作業中發揮著保障效率與安全的重要作用，除此之外，其在港口鐵路、鋼鐵廠和化工廠等地方鐵路建設中也有著不可忽視的價值，并且隨著行業發展，在這些領域將發揮更為關鍵的作用。

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