張蕓鵬，朱志強(qiáng)，王子維

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵路成都局集團(tuán)有限 公司 廣元車務(wù)段，四川 廣元 628001)

1 高速鐵路調(diào)度作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀分析

目前，我國高速鐵路信號設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施采用了分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)(Centralized Traffic Control，CTC)、中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(Chinese Train Control System，CTCS)等大量先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，使得高速鐵路的運(yùn)營高度自動化、智能化[1]。從高速鐵路整個(gè)運(yùn)輸過程來看，運(yùn)輸調(diào)度部門作為高速鐵路運(yùn)營調(diào)度的指揮者和應(yīng)急處置的決策者，在高速鐵路各個(gè)系統(tǒng)中屬于人員介入和參與程度最高的系統(tǒng)，很多作業(yè)過程都有可能出現(xiàn)人為錯(cuò)誤[2-3]，特別是操作人員決策時(shí)間較短時(shí)，出現(xiàn)人為錯(cuò)誤的概率也大幅度提升。提升運(yùn)輸調(diào)度部門安全管理水平直接關(guān)系到高速鐵路運(yùn)輸安全、運(yùn)輸效率、運(yùn)輸成本和服務(wù)質(zhì)量[4]，對高速鐵路安全有著重要意義。

在實(shí)際調(diào)度人員作業(yè)時(shí)，一些作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)仍需要調(diào)度管理人員進(jìn)行人工管控。CTC的主要功能為集中調(diào)度高速鐵路行車，雖有一定的風(fēng)險(xiǎn)管控功能，但并不是其核心功能。例如，當(dāng)前針對調(diào)度員的操作行為統(tǒng)計(jì)，是通過查看事件記錄的形式實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)調(diào)度員進(jìn)行操作時(shí)，需通過密碼進(jìn)行操作確認(rèn)，調(diào)度員操作終端會記錄所有操作行為，并將其存儲到日志文件中。管理人員若想查看調(diào)度員進(jìn)行過的操作，需打開日志文件，通過關(guān)鍵字進(jìn)行查找并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。這種統(tǒng)計(jì)分析方式的缺陷主要有：①調(diào)度員可能互相知曉他人的操作密碼，且無法真正做到“二人確認(rèn)”機(jī)制；②統(tǒng)計(jì)的方法仍屬于人工統(tǒng)計(jì)計(jì)算的范疇，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)需由人工在日志中查找摘錄，調(diào)度員操作行為是否規(guī)范亦由人工來判斷；③統(tǒng)計(jì)結(jié)果不便于查看和存儲，無法快速定位到想查看的具體數(shù)據(jù)，且日志文件的保存需要耗費(fèi)大量的系統(tǒng)空間。因此，有必要針對調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，研究專門為管控風(fēng)險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的智能化信息系統(tǒng)，以解決調(diào)度管理人員人工管控的困擾。

為適應(yīng)鐵路發(fā)展趨勢，提高技術(shù)管理水平，管控已預(yù)見的CTC運(yùn)用作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，滿足高速鐵路快速發(fā)展的需要，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、生物識別、人工智能[5]等先進(jìn)技術(shù)和相關(guān)設(shè)備，對調(diào)度所、高速鐵路車站和CTC系統(tǒng)的生產(chǎn)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行流程化、集中化、規(guī)范化、可視化的管控；特別是在突發(fā)情況、應(yīng)急處置、夜間作業(yè)[6]等情況下，由于外界干擾多、信息量繁雜或缺少監(jiān)督等原因，極易因操作失誤造成不良事件甚至行車事故的發(fā)生，通過研發(fā)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備確保CTC系統(tǒng)運(yùn)用安全的需求顯得尤為迫切。

2 調(diào)度作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

構(gòu)建高速鐵路調(diào)度作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)的主要思路如下。①數(shù)據(jù)整理及分析：收集分析高速鐵路區(qū)段及CTC區(qū)段的現(xiàn)狀，分析CTC調(diào)度臺、車站車務(wù)終端各類作業(yè)項(xiàng)目和操作流程；②建立數(shù)據(jù)庫：采用計(jì)算機(jī)輔助決策、多信息融合、大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)全面分析CTC系統(tǒng)的報(bào)警信息、操作記錄，建立本系統(tǒng)公用數(shù)據(jù)庫、不同臺別(站別)專用數(shù)據(jù)庫(表)；③軟件開發(fā)：使用面向?qū)ο箝_發(fā)工具實(shí)現(xiàn)模型代碼編寫，設(shè)計(jì)管理和維護(hù)終端的人機(jī)界面；設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)報(bào)表的格式、圖示的樣式以及相關(guān)內(nèi)容；設(shè)計(jì)相關(guān)生產(chǎn)記錄臺賬在本系統(tǒng)中的樣式；完成各服務(wù)器、調(diào)度臺(車站)終端、值班主任終端、監(jiān)控室終端、顯示大屏的聯(lián)合調(diào)試。

綜上所述，調(diào)度作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)解決的核心問題如下。①調(diào)度作業(yè)質(zhì)量考核方法不夠完善；②在緊迫決策時(shí)間和高壓情緒下，調(diào)度員決策存在失誤；③調(diào)度操作決策人員身份暫無確認(rèn)機(jī)制。作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為3層，分別是：CTC數(shù)據(jù)交互層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、人機(jī)界面應(yīng)用層。作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)系統(tǒng)層級設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)系統(tǒng)層級設(shè)計(jì)示意圖Fig.1 Hierarchical design of operational risk management and control information system

數(shù)據(jù)交互層實(shí)現(xiàn)與CTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相互傳輸、操作事件的相互交換以及系統(tǒng)時(shí)間的交互，包括作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)與CTC系統(tǒng)之間在行車過程中產(chǎn)生的運(yùn)行信息與系統(tǒng)操作時(shí)間、報(bào)警的信息，如下達(dá)行車計(jì)劃內(nèi)容與時(shí)間、操作信號設(shè)備的記錄以及行車報(bào)警的輸入等。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)CTC系統(tǒng)站場數(shù)據(jù)的儲存與管理，并將從CTC系統(tǒng)接收來的信息進(jìn)行儲存后發(fā)送至人機(jī)界面應(yīng)用層，將所有信息存入系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)安全進(jìn)行保護(hù)。

人機(jī)界面應(yīng)用層是整個(gè)信息系統(tǒng)中的中心，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)層傳來的數(shù)據(jù)，根據(jù)各項(xiàng)管控功能和提前制定的風(fēng)險(xiǎn)管控閾值規(guī)則進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，并對調(diào)度人員及管理人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)作出報(bào)警提示。

3 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)技術(shù)方案構(gòu)建

高速鐵路調(diào)度作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)的關(guān)鍵理念是面向服務(wù)(SOA)[7]，主要體現(xiàn)在高速鐵路作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)與CTC系統(tǒng)之間的關(guān)系。系統(tǒng)核心功能為：①車站值班員和調(diào)度員操作數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，便于考核；②調(diào)度員操作智能化管控，提高決策正確性；③“二人確認(rèn)”機(jī)制人臉識別，保證值班人員履行在崗職責(zé)。作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控流程如圖3所示。

圖2 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of operational risk management and control information system

圖3 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控流程Fig.3 Flow chart of operational risk management and control

作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)按照功能分為5個(gè)模塊，即CTC系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)采集模塊、報(bào)警信息采集模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、信息處理模塊、外部接口模塊。風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)Fig.4 Function module structure of risk management and control information system

信號設(shè)備的狀態(tài)采集模塊采集CTC系統(tǒng)的行調(diào)臺終端、助調(diào)臺終端、車站值班員終端等各類終端的操作事件，同時(shí)因CTC系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、列車運(yùn)行控制系統(tǒng)、臨時(shí)限速服務(wù)器等其他信號系統(tǒng)均有接口，信息系統(tǒng)可以同時(shí)收集整個(gè)信號系統(tǒng)各設(shè)備的狀態(tài)信息。按照預(yù)先制定好的規(guī)則與算法，對采集的各類信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與反饋。設(shè)備狀態(tài)采集模塊采集的信息主要包括網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)狀態(tài)，設(shè)備硬件、軟件運(yùn)行狀態(tài)，臨時(shí)限速執(zhí)行結(jié)果，站場實(shí)際狀態(tài)，列車進(jìn)路序列、調(diào)車作業(yè)單的生成及執(zhí)行情況，以及各類操作事件信息。

報(bào)警信息采集模塊采集CTC各子系統(tǒng)的報(bào)警信息，如運(yùn)行圖終端運(yùn)行線沖突報(bào)警、運(yùn)行計(jì)劃沖突、人工操作進(jìn)路序列、人工操作進(jìn)路按鈕等信息，對各類信息進(jìn)行分類匯總，動態(tài)分析各類報(bào)警信息，給出合理性建議，實(shí)現(xiàn)調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的管控。

信息處理模塊對采集來的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與顯示，以各類圖表形式呈現(xiàn)，如餅狀圖、線狀圖、柱狀圖等，并可以在一個(gè)圖中顯示多類采集的信息；對采集的信息進(jìn)行策略分析，達(dá)到閾值時(shí)對調(diào)度員、值班員、調(diào)度管理人員進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

接口模塊實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)與CTC系統(tǒng)的互聯(lián)與交互。包括列車的運(yùn)行階段計(jì)劃，列車實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，站場歷史回放信息，臨時(shí)限速命令擬定、驗(yàn)證、執(zhí)行的情況等，與CTC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作事件的相互交互，對作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相互管控。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)采集信息與信息系統(tǒng)操作信息的數(shù)據(jù)存儲與管理，建立專用且安全的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對采集信息的更新、存儲、讀取[8]。

4 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)各模塊功能

對作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)的各項(xiàng)功能包括： CTC系統(tǒng)信息采集功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能、數(shù)據(jù)圖形化顯示功能、數(shù)據(jù)分類篩選功能、列車站場實(shí)時(shí)顯示及回放功能、風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)字化輸出功能。另外完成了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控智能化的實(shí)現(xiàn)以及生物識別技術(shù)的引入。

4.1 CTC系統(tǒng)信息采集功能

作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)信息的綜合管理，通過對CTC系統(tǒng)基礎(chǔ)信息的深度挖掘與整理，在程序啟動時(shí)顯示基本靜態(tài)信息，其中包括：調(diào)度所管轄范圍、調(diào)度臺管轄范圍、調(diào)度員基本信息、相鄰調(diào)度臺連接關(guān)系、相鄰調(diào)度所連接關(guān)系等。對于信息系統(tǒng)接收的CTC系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息，如調(diào)度人員操作命令記錄、值班人員操作設(shè)備記錄、進(jìn)路序列操作記錄、天窗鋪畫情況、供電臂停送電情況、列車運(yùn)行情況等記錄信息作為實(shí)時(shí)顯示信息，可由實(shí)際使用人員實(shí)時(shí)查看，并查看統(tǒng)計(jì)的信息數(shù)量、占用百分比等。

4.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表顯示模塊

作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對操作行為的統(tǒng)計(jì)與圖表顯示。信息采集完成后，對采集的信息進(jìn)行圖表化顯示，顯示方式可以根據(jù)管理者的需求分為不同方式，如柱狀圖、餅狀圖、線狀圖等，也可以同時(shí)多種狀態(tài)顯示，例如同時(shí)顯示一種操作的柱狀圖和餅狀圖，或是同時(shí)顯示多種操作的餅狀圖和線狀圖。

4.3 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出模塊

風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)可根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照既有登記簿格式輸出電子臺賬，改變手工填寫行車設(shè)備檢查登記簿、控制模式轉(zhuǎn)換登記簿等傳統(tǒng)手寫紙質(zhì)臺賬模式，方便管理人員進(jìn)行作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控。

5 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)智能管控與實(shí)際應(yīng)用

作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)根據(jù)CTC區(qū)段作業(yè)細(xì)則，對調(diào)度人員操作CTC設(shè)備的各類行為進(jìn)行智能化管控，由信息系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)設(shè)置的閾值范圍，對作業(yè)不標(biāo)準(zhǔn)的操作行為向管理人員提示，并預(yù)警預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)的主要管控措施如下。

5.1 “二人確認(rèn)”制度管控

“二人確認(rèn)”制度[9]是指列車調(diào)度員與助理調(diào)度員在編制下達(dá)列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃、發(fā)布調(diào)度命令、人工操作設(shè)備等關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)時(shí)，必須進(jìn)行二人互相檢查確認(rèn)的規(guī)定。嚴(yán)格執(zhí)行“二人確認(rèn)”制度的作業(yè)環(huán)節(jié)主要有：列車調(diào)度員生成并下達(dá)列車運(yùn)行計(jì)劃后，助理調(diào)度員通過CTC助調(diào)查詢終端查看各站運(yùn)行計(jì)劃下達(dá)情況；列車調(diào)度員下達(dá)列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃后，指示助理調(diào)度員在 CTC 助理調(diào)度終端上對所調(diào)整的列車進(jìn)路序列進(jìn)行檢查核對；由助理調(diào)度員擬寫的調(diào)度命令，發(fā)送至列車調(diào)度員后，列車調(diào)度員應(yīng)對調(diào)度命令關(guān)鍵項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)核對；列車調(diào)度員向司機(jī)發(fā)布作為行車憑證的調(diào)度命令前，列車調(diào)度員、助理調(diào)度員共同確認(rèn)接發(fā)列車進(jìn)路準(zhǔn)備妥當(dāng)。

5.2 進(jìn)路觸發(fā)與排列制度管控

CTC設(shè)備、列車運(yùn)行秩序正常時(shí)，分散自律控制模式(車站操作除外)下的車站只準(zhǔn)通過設(shè)備自動觸發(fā)進(jìn)路，助理調(diào)度員不得擅自人工排列或人工觸發(fā)進(jìn)路(專特運(yùn)或有特殊要求時(shí)除外)。特殊情況下，助理調(diào)度員必須得到列車調(diào)度員的指示后，方可按規(guī)定人工觸發(fā)或人工排列進(jìn)路。

5.3 CTC控制模式轉(zhuǎn)換制度管控

高速鐵路CTC區(qū)段正常情況下，采用分散自律模式行車，禁止隨意由分散自律模式轉(zhuǎn)為非常站控模式，中心控制方式、車站調(diào)車方式轉(zhuǎn)為非常站控模式后，調(diào)度人員需核對調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備狀況、列車運(yùn)行計(jì)劃、本站調(diào)度命令簽收狀態(tài)、站內(nèi)或區(qū)間停留列車情況、鄰站控制模式等。

5.4 調(diào)度人員作業(yè)行為定量級別統(tǒng)計(jì)與深入分析

基于某調(diào)度臺1個(gè)月的實(shí)際使用情況，通過作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)調(diào)度人員操作風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際發(fā)生次數(shù)。調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)操作項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)操作項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of risk operation items for traffic controllers

國際鐵路應(yīng)用安全標(biāo)準(zhǔn)EN50126給出了風(fēng)險(xiǎn)矩陣，將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的頻率描述為不可能、不太可能、鮮有、偶爾、可能和經(jīng)常6個(gè)等級。根據(jù)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)1個(gè)月的使用情況，結(jié)合操作頻率將調(diào)度人員操作風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目分為6個(gè)等級。調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)操作項(xiàng)目與風(fēng)險(xiǎn)等級對照表如表2所示。

表2 調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)操作項(xiàng)目與風(fēng)險(xiǎn)等級對照表Tab.2 Comparison of risk operation items for traffic controllers and their risk levels

根據(jù)上述分類情況，調(diào)度管理人員及設(shè)備維護(hù)部門可落實(shí)進(jìn)一步細(xì)化的管控措施，例如對不可能、不太可能的事件需要進(jìn)行定期巡查；對于鮮有、偶爾的事件需要經(jīng)常查看統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)出現(xiàn)上升的情況；對于可能、經(jīng)常的事件制定管理辦法或CTC系統(tǒng)升級，盡可能降低有風(fēng)險(xiǎn)的操作次數(shù)；從而整體提高CTC運(yùn)用可靠性，降低調(diào)度人員操作風(fēng)險(xiǎn)。

5.5 人臉識別

從安全性、實(shí)用性出發(fā)，引入人臉識別技術(shù)，強(qiáng)化調(diào)度作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)與CTC系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管控能力作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)人臉識別的技術(shù)采用了活體檢測等先進(jìn)技術(shù)，使得信息系統(tǒng)功能更加強(qiáng)大，安全性更高。信息系統(tǒng)人臉識別SDK技術(shù)包含人臉采集、活體檢測、人臉對比/識別、人臉庫管理等能力[10]，并全部離線化、本地化[11]。活體檢測技術(shù)主要是通過區(qū)別活體與非活體之間微動作的差異，從而實(shí)現(xiàn)人臉識別過程中活體的正確識別與非活體的絕對拒絕。采集圖像后，首先通過運(yùn)動放大使得臉部微動作得以增強(qiáng)，隨后進(jìn)入信息系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的活體檢測算法(轉(zhuǎn)頭算法、眨眼算法、張嘴算法等)進(jìn)行活體檢測，檢測通過后進(jìn)入下一步驟，進(jìn)行人臉識別，檢測未通過直接拒絕?；铙w檢測技術(shù)流程如圖5所示。

圖5 活體檢測技術(shù)流程Fig.5 Flow chart of biopsy technology

6 結(jié)束語

調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控信息系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線驗(yàn)證成功，并通過導(dǎo)入CTC系統(tǒng)生產(chǎn)側(cè)的行為數(shù)據(jù)，導(dǎo)出操作臺帳，由點(diǎn)式抽查轉(zhuǎn)為全面覆蓋檢查；通過人臉識別對高風(fēng)險(xiǎn)操作進(jìn)行管控，確保調(diào)度人員切實(shí)履行在崗職責(zé)；實(shí)時(shí)掌握CTC系統(tǒng)操作動態(tài)，以表格或圖形方式展現(xiàn)，分析調(diào)度人員操作技能水平[12]，由人為主觀評價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛匀珨?shù)據(jù)的客觀評價(jià)。系統(tǒng)功能及應(yīng)用仍存在開發(fā)空間，需要繼續(xù)增加管控策略，保障調(diào)度人員的安全作業(yè)；采集更多作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)信息，使管控的項(xiàng)目更全面；聚類分析調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)趨勢規(guī)律，制定更完善的調(diào)度人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理辦法。