黃子荊，張亞東，馬 亮

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 611756）

隨著鐵路貨運體制不斷改革，鐵路貨運業(yè)務(wù)量不斷增長[1]，對運輸安全保障和運輸管理透明度的要求越來越高[2]。目前，車務(wù)段安全生產(chǎn)指揮中心與轄區(qū)內(nèi)各貨運站之間多使用電話溝通、人工下達(dá)任務(wù)、人工收集數(shù)據(jù)等方式進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)指揮[3]，車站作業(yè)人員難以及時獲取生產(chǎn)作業(yè)計劃并反饋作業(yè)進(jìn)度和生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，無法直觀掌握車站現(xiàn)車的分布與作業(yè)狀態(tài)，造成生產(chǎn)作業(yè)的組織管理效率較低。作為生產(chǎn)作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，貨運作業(yè)、運轉(zhuǎn)作業(yè)的執(zhí)行和管理效率直接影響到貨運車站的作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益[4]。

基于以上原因，本文利用計算機和通信等技術(shù)手段[5]，設(shè)計研發(fā)了具有貨運作業(yè)管理和運轉(zhuǎn)作業(yè)管理等功能的鐵路貨運車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)（簡稱：車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)），可實現(xiàn)貨運車站生產(chǎn)作業(yè)管理的電子化、信息化[6]，從而提高貨運車站運輸管理與生產(chǎn)作業(yè)的效率[7]。

1 需求分析

為實現(xiàn)貨運站生產(chǎn)作業(yè)管理的信息化，車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能。

（1）圖形化站場界面：提供一種圖形化界面，能夠直觀、合理地顯示本車站的站場實際布局、站內(nèi)的現(xiàn)車分布情況、接收到的生產(chǎn)作業(yè)計劃、安防設(shè)備及裝卸器具等信息。

（2）計劃接收和生產(chǎn)實績反饋：可遠(yuǎn)程接收生產(chǎn)作業(yè)計劃，并結(jié)合圖形化界面顯示相關(guān)作業(yè)計劃，記錄并反饋作業(yè)實際開始時間和結(jié)束時間，同時自動匯總并上傳作業(yè)產(chǎn)生的實際數(shù)據(jù)。

（3）運轉(zhuǎn)作業(yè)的集中管理：基于圖形化站場界面，提供接發(fā)列車作業(yè)、調(diào)車作業(yè)、施工維修作業(yè)及調(diào)車機車的管理功能，并及時更新作業(yè)計劃的執(zhí)行狀態(tài)及車輛的位置分布。

（4）貨運作業(yè)的集中管理：基于圖形化站場界面，提供裝車作業(yè)、卸車作業(yè)、安防設(shè)備、裝卸器具的管理功能，并及時更新作業(yè)計劃的執(zhí)行狀態(tài)及車輛的裝卸作業(yè)狀態(tài)。

（5）操作流程安全卡控：檢查操作的合法性、合理性，在不滿足限制條件時禁止操作，從而避免安全問題及數(shù)據(jù)錯誤問題。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 邏輯架構(gòu)

車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)劃分為5 個層次，如圖1所示。

圖1 車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

（1）物理層：提供必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及系統(tǒng)運行所需要的客戶終端，顯示系統(tǒng)的圖形化界面，提供交互操作，保障系統(tǒng)流暢、穩(wěn)定運行。

（2）數(shù)據(jù)層：包括站場股道坐標(biāo)數(shù)據(jù)、安防設(shè)備信息等基礎(chǔ)配置數(shù)據(jù)及車站生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的調(diào)車、裝卸等實時作業(yè)數(shù)據(jù)，結(jié)合SQL Server 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲和管理。

（3）通信層：基于多點組播、請求應(yīng)答、TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)通信功能，完成作業(yè)過程中的數(shù)據(jù)請求和數(shù)據(jù)反饋；同時，通過時鐘同步服務(wù)，保證系統(tǒng)內(nèi)部的時間始終一致。

（4）業(yè)務(wù)層：獲取作業(yè)計劃、反饋生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在卡控操作流程安全的同時，完成車站的運轉(zhuǎn)及貨運作業(yè)管理，保證操作規(guī)范性及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

（5）用戶層：包括貨運站運轉(zhuǎn)值班員及貨運值班員，根據(jù)用戶權(quán)限分配不同的功能。其中，運轉(zhuǎn)值班員負(fù)責(zé)接車作業(yè)、發(fā)車作業(yè)、調(diào)車作業(yè)及施工維修；貨運值班員負(fù)責(zé)裝車作業(yè)、卸車作業(yè)及裝卸器具與安防設(shè)備的管理。

2.2 部署方案

車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)與車務(wù)段生產(chǎn)指揮集中管理系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)共同構(gòu)成鐵路車務(wù)段運輸生產(chǎn)指揮管理平臺，利用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（簡稱：內(nèi)網(wǎng)）安全策略、防火墻、用戶加密驗證、權(quán)限驗證等技術(shù)保障系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全[8]，為車務(wù)段集中指揮、車站生產(chǎn)作業(yè)管理和數(shù)據(jù)服務(wù)等功能需求提供整體解決方案。系統(tǒng)部署方案如圖2所示。

圖2 車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)部署方案

車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)置運轉(zhuǎn)崗位和貨運崗位，部署在車務(wù)段轄區(qū)內(nèi)的各個貨運站，接收來自車務(wù)段生產(chǎn)指揮集中管理系統(tǒng)下達(dá)的各項計劃，并在執(zhí)行相關(guān)計劃后通過應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)反饋狀態(tài)及作業(yè)數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)功能

車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)功能如圖3所示。

圖3 車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

3.1 圖形化界面

（1）圖形化站場：股道、道岔等以實際車站布局為基準(zhǔn)，按比例縮放后顯示在界面上，根據(jù)股道的到發(fā)、調(diào)車、裝卸屬性，提供對應(yīng)的接發(fā)車、調(diào)車、裝卸功能。

（2）圖形化車輛：車輛以矩形圖標(biāo)的方式放置在股道上，通過不同的背景色及文字標(biāo)識來表明車輛的種類、貨物信息及作業(yè)狀態(tài)。此外，依據(jù)實際使用的調(diào)車機車，設(shè)計不同樣式的圖標(biāo)來區(qū)分國鐵調(diào)機和本務(wù)機車。

（3）圖形化安防設(shè)備：根據(jù)車站現(xiàn)場使用的安防設(shè)備實物設(shè)計相應(yīng)的圖標(biāo)，可通過鼠標(biāo)拖拽的方式放置在股道及車輛上，如帶防護(hù)信號的脫軌器、人力制動機等。

（4）圖形化裝卸器具：在股道一側(cè)使用圖標(biāo)顯示裝卸器具信息，直觀地展示當(dāng)前股道已經(jīng)啟用的裝卸器具種類及數(shù)量。

3.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸

（1）作業(yè)計劃遠(yuǎn)程接收：通過網(wǎng)絡(luò)通道接收來自車務(wù)段生產(chǎn)指揮集中管理系統(tǒng)下達(dá)的接車計劃、發(fā)車計劃、調(diào)車計劃、施工維修計劃、裝車作業(yè)計劃及卸車作業(yè)計劃，同時在圖形化界面上以列表的形式按照時間順序列出。

（2）作業(yè)狀態(tài)自動反饋：在結(jié)合圖形化界面完成運轉(zhuǎn)、貨運作業(yè)過程管理的同時，記錄作業(yè)的執(zhí)行狀態(tài)、作業(yè)實際開始時間及作業(yè)實際結(jié)束時間，生成作業(yè)報點信息，并用不同的背景色來表示當(dāng)前計劃處于未執(zhí)行、正在執(zhí)行或執(zhí)行完畢的狀態(tài)，同時通過網(wǎng)絡(luò)通道傳遞給應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，從而反饋到車務(wù)段生產(chǎn)指揮集中管理信息系統(tǒng)。

（3）作業(yè)數(shù)據(jù)匯總上傳：結(jié)合運轉(zhuǎn)、貨運作業(yè)操作，實時統(tǒng)計作業(yè)數(shù)據(jù)，包括裝車數(shù)量、卸車數(shù)量等信息及涉及到的貨物品類、車輛種類信息，通過網(wǎng)絡(luò)通道上傳到應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。

3.3 運轉(zhuǎn)作業(yè)集中管理

運轉(zhuǎn)值班員可以結(jié)合圖形化站場界面，集中完成運轉(zhuǎn)作業(yè)各個流程的執(zhí)行和管理，車輛分布情況及車輛狀態(tài)隨作業(yè)操作實時變化。

（1）接車作業(yè)管理：記錄接車作業(yè)的車次號、司機號、接車股道、接車方向及接車作業(yè)的開始、結(jié)束時間等基本信息，同時可記錄接車作業(yè)的車輛編組內(nèi)容信息。接車作業(yè)完成后，在圖形化界面上實時更新顯示新增的車輛信息。

（2）發(fā)車作業(yè)管理：記錄發(fā)車作業(yè)的車次號、司機號、發(fā)車股道、發(fā)車方向及發(fā)車作業(yè)的開始、結(jié)束時間等基本信息。發(fā)車作業(yè)完成后，圖形化界面實時刪除發(fā)走的車輛信息。

（3）調(diào)車機車管理：結(jié)合圖形化界面，能夠?qū)⒈拒囌镜恼{(diào)車機車發(fā)到其他車站，或者將其他車站發(fā)到本站的調(diào)車機車接入到本站中，從而在車站與車站之間管理調(diào)車機車。

（4）調(diào)車作業(yè)管理：結(jié)合圖形化界面，完成車輛的調(diào)移工作。在存在調(diào)車機車的情況下，使用鼠標(biāo)拖拽選中的單個或者多個車輛圖標(biāo)，從源股道移動到目的股道。在確定結(jié)束調(diào)車作業(yè)前，車輛在圖形化界面上的移動是臨時的，可以通過取消調(diào)車來撤銷更改。

（5）施工維修作業(yè)管理：當(dāng)車站因停電、維修、施工等原因需要禁用全站所有股道、某股道或股道某方向時，圖形化界面通過對受影響的股道進(jìn)行特殊標(biāo)記來表明其處于施工維修狀態(tài)，同時在功能上進(jìn)行限制。

3.4 貨運作業(yè)集中管理

貨運值班員可以結(jié)合圖形化站場界面，集中完成貨運作業(yè)各個流程的執(zhí)行和管理，界面中的車輛狀態(tài)隨作業(yè)操作實時變化。

（1）安防設(shè)備管理：實現(xiàn)了安防設(shè)備的使用與統(tǒng)計功能，每個車站客戶端均配置了專用線安防設(shè)備和非專用線安防設(shè)備，通過鼠標(biāo)拖拽來使用、撤除安防設(shè)備。

（2）裝卸器具管理：可以按類型、按狀態(tài)查詢裝卸器具狀態(tài)，同時還可以撤除器具、設(shè)置器具故障及器具故障恢復(fù)。

（3）裝車作業(yè)管理：記錄使用的裝卸器具種類數(shù)量、裝車的貨物種類、裝車作業(yè)開始時間及目的車站名稱等數(shù)據(jù)，同時通過車輛圖標(biāo)顯示的動態(tài)變化表明車輛處于裝車作業(yè)狀態(tài)。

（4）卸車作業(yè)管理：記錄使用的裝卸器具種類及數(shù)量、卸車貨物種類及卸車作業(yè)開始時間等數(shù)據(jù)，同時通過車輛圖標(biāo)顯示的動態(tài)變化表明車輛處于卸車作業(yè)狀態(tài)。

（5）作業(yè)進(jìn)度實時監(jiān)督：通過實時比較當(dāng)前裝卸作業(yè)已經(jīng)持續(xù)的時間與當(dāng)前裝卸作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間，從而對裝卸作業(yè)進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督，在作業(yè)超時之后預(yù)警提醒。

3.5 操作流程安全卡控

結(jié)合貨運站現(xiàn)場實際作業(yè)流程及操作安全規(guī)范，通過軟件邏輯對生產(chǎn)作業(yè)的操作進(jìn)行嚴(yán)格的安全卡控，滿足所有限制條件時，才允許執(zhí)行操作。以發(fā)車作業(yè)操作卡控過程為例，發(fā)車股道需同時滿足不存在使用中的安防設(shè)備、股道發(fā)車側(cè)沒有正在進(jìn)行的施工維修作業(yè)、所選擇發(fā)出的車輛不處于作業(yè)狀態(tài)這3 個條件，發(fā)車作業(yè)操作才能執(zhí)行成功。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)通信

（1）多點組播通信：在實際的使用場景中，車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)覆蓋多個車站，同一車站運行多個圖形化終端，同時在線的設(shè)備較多，接收來自應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)推送的數(shù)據(jù)量較大，給通信網(wǎng)絡(luò)帶來壓力。由于每個車站的各個圖形化終端接收到的大量數(shù)據(jù)是一致的，并且不要求高時效性，如生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、裝卸器具使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，為減輕網(wǎng)絡(luò)壓力，采用組播通信方式，將同一車站的所有終端加入到同一個組播域中，避免網(wǎng)絡(luò)傳輸時的數(shù)據(jù)重復(fù)拷貝及對網(wǎng)絡(luò)帶寬的重復(fù)占用[9]，從而減輕網(wǎng)絡(luò)壓力，提升系統(tǒng)運行效率。

（2）請求應(yīng)答接口：在實際的使用場景中，車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)存在即時獲取數(shù)據(jù)、即時反饋數(shù)據(jù)的需求，對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性要求較高，如作業(yè)計劃的執(zhí)行報點、安防設(shè)備的使用數(shù)據(jù)等。因此采用面向連接的TCP 協(xié)議實現(xiàn)請求應(yīng)答接口，利用TCP 協(xié)議的數(shù)據(jù)校驗、到達(dá)確認(rèn)等特性，提供即時獲取、反饋數(shù)據(jù)的功能，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、及時性[10]，與多點組播通信互為補充。

4.2 作業(yè)進(jìn)度實時監(jiān)督

通過實時比較當(dāng)前裝卸作業(yè)已經(jīng)持續(xù)的時間和預(yù)警時間，分別對裝卸作業(yè)輕度超時和嚴(yán)重超時作出預(yù)警。

（1）單位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間計算

根據(jù)車站的裝卸車能力標(biāo)準(zhǔn)，計算單位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間t，公式如下

其中，t為單位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間（單個裝卸器具裝卸單個車輛貨物的作業(yè)時間）；a為該股道滿負(fù)荷作業(yè)（作業(yè)車輛和裝卸器具都達(dá)到股道所允許的最大數(shù)目）的耗時；b為該股道使用的最大裝卸器具數(shù)；c為股道所允許作業(yè)的最大車輛數(shù)。a、b、c可通過車站的裝卸能力查標(biāo)表獲得。

（2）標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間計算

根據(jù)裝卸器具種類和裝卸貨物的種類，相同種類的裝卸器具可以裝卸多種貨物，相同種類的貨物也可以使用多種裝卸器具來裝卸，因此標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間的計算存在多種情形。以使用單種裝卸器具對裝卸不同種貨物的多個車輛進(jìn)行作業(yè)為例，計算標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間T，公式如下

其中，C為作業(yè)時的車輛數(shù)；m為使用的裝卸器具數(shù)量；n為貨物種類；ti為不同種類貨物的單位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間。

（3）預(yù)警時間標(biāo)準(zhǔn)計算

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間T，計算輕度超時預(yù)警時間Tl和嚴(yán)重超時預(yù)警時間Ts，公式如下

其中，α為輕度超時系數(shù)，α＞ 0；β為嚴(yán)重超時系數(shù)，β＞ 0。α、β可以根據(jù)實際情況靈活設(shè)置。

（4）作業(yè)進(jìn)度實時監(jiān)督流程

設(shè)置當(dāng)前作業(yè)已經(jīng)進(jìn)行的時間為T0，結(jié)合輕度超時預(yù)警時間Tl及嚴(yán)重超時預(yù)警時間Ts，裝卸作業(yè)進(jìn)度監(jiān)督流程如圖4所示。

圖4 裝卸作業(yè)進(jìn)度監(jiān)督流程

4.3 時鐘同步

實際運行環(huán)境中，每個設(shè)備的硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)設(shè)置并不一致，導(dǎo)致各設(shè)備的本地時鐘存在誤差。此外，設(shè)備的本地時鐘信息易被修改，時間信息的錯亂會導(dǎo)致生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、作業(yè)報點信息等依賴于時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因此，生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)利用Web 時間服務(wù)器，基于Web Service 技術(shù)實現(xiàn)時鐘同步[11]。系統(tǒng)從時間服務(wù)器獲取統(tǒng)一的時間，從而保證系統(tǒng)內(nèi)部使用的時間不受終端的本地時間影響。此外，得益于Web Service 技術(shù)跨平臺的特性，時間服務(wù)器的部署不受軟件平臺的限制，降低了后續(xù)的維護(hù)難度。

5 結(jié)束語

車站生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)已經(jīng)在某鐵路局車務(wù)段的多個貨運車站部署使用，系統(tǒng)持續(xù)運行穩(wěn)定，提高了車務(wù)段管轄范圍貨運車站作業(yè)管理的直觀性、透明度和效率。利用圖形化界面進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)全過程的輔助操作與管理，實現(xiàn)了現(xiàn)車分布與狀態(tài)的直觀展示、作業(yè)數(shù)據(jù)自動記錄、作業(yè)超時自動預(yù)警及作業(yè)流程安全卡控，擺脫了通過電話和人工方式下達(dá)任務(wù)、反饋數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，提高了貨運作業(yè)組織管理的效率，提升了當(dāng)前車務(wù)段安全生產(chǎn)指揮中心在生產(chǎn)作業(yè)管理方面的作用。后續(xù)將會繼續(xù)完善本系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)的接口，以進(jìn)一步提高作業(yè)管理的自動化程度并降低作業(yè)人員的操作強度。