铁路车务场站运营管理智能化平台设计研究

刘启钢，匡代轩，王东君，李 想，孙文桥

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2.中国铁路南宁局集团有限公司 运输部，广西 南宁 530029；3.中国铁路南宁局集团有限公司 柳州南站，广西 柳州 545007)

在国家“公转铁”政策背景下，铁路运量接近历史最高水平，铁路运输能力日趋紧张。作为整个铁路运输网络的关键节点，铁路编组站、区段站等车站的运营管理水平，将成为铁路运输能力提升的重要制约因素。传统车站运营管理主要依靠人盯人，属于粗放式管理模式。管理粗放的根本原因是由于车站生产过程的数据链不完整，导致车站管理层与作业层之间信息不对称。打破这种信息不对称的被动局面，需要以依靠智能化技术为支撑、以作业人员时空位置监控为主线，构建全面支撑“人员设备管理、作业过程管理、生产安全防护、统计分析管理”业务的完整数据链。车务场站智能化是指利用大数据、物联网和人工智能等现代信息技术，能动地满足车站运营管理的各种需求，其核心特征在于信息主动感知、生产自动组织、管理数据决策三大特征。目前关于车务场站运营管理智能化领域的研究主要在车站管理信息系统、安全管理评价、智能技术应用等方面[1-8］。为此，在分析现有车务场站运营管理问题的基础上，以实现信息主动感知、生产自动组织、管理数据决策为导向，进一步探讨铁路车站运营管理智能化技术。

1 铁路车务场站运营管理智能化分析

1.1 车站现状分析

我国有铁路车站数千个，其中编组站69个、区段站278个，构成了铁路运输网络的枢纽节点体系，保障铁路运输组织畅通。编组站尤其是路网性编组站技术水平较高，区段站次之，其他中间站比较落后。以路网性编组站为例，主要配备了编组站综合自动化系统(SAM)或编组站综合集成自动化系统(CIPS)，实现车站解编作业自动化管理；配备视频监控系统，实现对车站作业的全面监控；部分配备了平面调车系统、无线调车系统、货检系统、作业视频记录仪系统、列尾管理系统、智能铁鞋管理系统等。这些技术装备系统的应用，不断提高了车站的安全管理及效率水平。其中，路网性编组站具有车务系统场站最高的管理水平，但依然存在着以下方面的问题：①车站信息系统缺乏顶层设计，各个系统相互独立，无法支撑数据集中管理和共享的需要；②不能实现对车站作业人员、装备、设备等主要生产要素的全过程监控，从根本上不能支撑构建完整数据链的目标；③安全防护技术水平有待提高，在平面调车、长距离顶送、防溜等方面，还主要以人控为主；④车站精细化管理手段有待优化，还不能基于历史数据发现问题、分类施策。

1.2 车站运营管理分析

车站运营管理，是通过收集各类生产要素信息，编制生产作业计划，合理调配车站作业人员和设施设备，为提高车站作业安全和运输生产效率进行实时调度指挥，实现车站的高效、安全运转。可以看出，各类生产要素的状态信息，是车站运营管理的基础。车站生产组织具有典型的集中统一指挥特性，要求生产指挥中枢能够实时、准确地掌握全站作业人员、技术装备、基础设施情况，这就需要有强大的信息系统提供数据支撑。现有车站相关管理系统还没有形成车站运营管理的主数据链，难以支撑业务数据的统一管理和业务应用，难以实现信息主动感知、生产自动组织、管理数据决策。

1.3 车站运营管理智能化分析

从车站运营管理实质来看，实现车务场站智能化的核心，是实现生产要素时空位置的实时管理，可以概括为：车务场站运营管理=时间管理+位置管理+事件管理。车站作业主要包括调车、货检、列检等作业，涉及各类作业人员、移动装备、车务设备，因而人员、装备、设备等移动物作为主要生产要素，其时空位置的实时监控是重点。根据车站作业的人机交互特性，可以以作业人员监控为主线，实现其他装备、设备的时空位置实时监控。北斗导航系统已经全球组网，具备提供全球精确定位的服务能力。因此，基于北斗导航，可以实现车站作业过程的实时监控，建立统一数据源点，打通车站运营管理数据链。

基于以上分析，铁路车务场站运营管理智能化，是以统一信息源点为基础、打通数据链为核心的运营管理体系重构。因此，针对车务场站运营管理数据链不完整的问题，以统一数据源点为突破口，提出车务场站运营管理智能化“三统一”思路，即统一数据源点、统一管理平台、统一业务应用。统一数据源点是打通数据链的基础，统一管理平台是数据集成应用的关键，统一业务应用是数据共享的目的。在“三统一”核心思路下，探讨铁路车务场站运营管理智能化平台设计关键技术。

2 铁路车务场站运营管理智能化平台设计

2.1 设计思路

铁路车务场站智能化，是对车站运营管理数据的集成应用，需要通过顶层设计实现各信息系统之间的数据共享、互联互通。顶层设计需要重点考虑4个方面的因素：一是以打通车站运营管理主数据链为目标，统一车务场站运营管理智能化平台数据源点；二是兼顾车务场站运营管理智能化平台设计的先进性和既有信息系统资源利用的最大化；三是精细化运营管理对于数据分析智能化技术需求；四是安全防护智能化技术需求。

基于以上考虑，提出车务场站运营管理智能化平台设计思路如下：以作业人员、机车车辆、小型移动设备的实时高精度定位为核心，将智能手持终端作为车站运营管理业务数据交互的惟一入口，集成应用卫星导航、电子地图、物联网等技术，实现车务作业过程的实时监控，集成车站车务作业相关的视频监控系统、平面调车系统、无线调车机车信号和监控系统(STP)、编组站综合自动化系统、作业记录仪、长距离调车顶送防护等系统或装备，全面覆盖车务场站作业的人员设备管理、作业安全防护、作业过程管理、运营统计分析等管理领域，研发铁路车务场站运营管理智能化平台，实现车务作业可视化、数字化和精细化管理，打造车站车务作业本质安全，提高车站车务作业效率。

2.2 功能构成

车务场站运营管理智能化平台，以北斗卫星导航为核心打通运营管理数据链，以车务场站运营管理 “三统一”推动安全防护智能化和运营管理精细化发展。根据车站运营管理涉及人员设备管理、作业安全防护、作业过程管理和统计分析管理4个领域，围绕车站运营管理实际需求，车务场站运营管理智能化平台功能主要设计4大类12项业务功能。车务场站运营管理智能化平台功能构成如图1所示。

图1 车务场站运营管理智能化平台功能构成Fig.1 Function composition of train depot operation management intelligent platform

（1）人员设备管理主要包括人员管理、设备管理。结合车站电子地图、电子标签，以卫星定位为主，辅以其他定位技术，实现人员、设备在车站全过程、全天候的可视化管理。人员管理主要实现车站行车、调车、货运、列检等各类作业人员管理，运用卫星定位实现人员时空位置实时监控，运用作业记录仪实现作业过程全程留痕。设备管理主要实现铁鞋、防护信号、手闸等设备的领取、安装、拆除、回库的全过程管理。

（2）作业安全防护主要包括平调安全防护、长距离顶送安全防护和非集中区安全防护。根据车站主要安全防护业务场景需求，采用不同的技术或装备化解作业安全隐患。平调安全防护利用卫星高精度定位，化解平面调车超速连挂的问题。长距离顶送安全防护主要利用图像压缩和高速对传技术，解决顶送作业前方瞭望问题。非集中区安全防护主要采用物联网通信技术，解决非集中区安全防护的建设成本、运维成本高的问题。

（3）作业过程管理主要包括异常视频联动、货检作业监控、人员健康监测、峰顶提钩提示和列尾运用监控。作业过程管理，是利用卫星定位技术，结合视频技术、电子标签、健康监测等技术，实现生产作业的全过程管理。异常视频联动，是通过作业人员轨迹确定人员的作业异常事件，联动视频数据监控现场情况。货检作业监控，是运用定位技术和沉浸式视频技术，实现货检作业过程留痕和重点车辆提示，解决作业人员检查不到位的问题。人员健康监测，是结合体征监测技术和人员定位技术，实现人员健康监测和突发情况处置。峰顶提钩提示，是利用定位技术解决提钩车辆和地点的提示。列尾运用监控，是利用定位技术和电子标签技术，实现列尾台账规范管理、安装质量监控。

（4）统计分析管理主要包括效率考核分析和安全考核分析。统计分析管理是通过车站运营管理数据的挖掘分析，实现车站作业的精细化管理。效率考核分析主要针对各类作业人员、调车机车，进行工作量分析和考核。作业人员考核分析，主要通过工作时间、任务量、工作质量等方面的统计分析，评估人员绩效，计算人员工资，同时为人员调配管理提供量化依据。调车机车考核分析，主要对调车机作业时间、辅助作业时间进行统计分析，为优化调车机运用、结算提供量化依据。安全考核分析主要通过数据挖掘，分析车站安全隐患，给出重点人员、重点区段、重点时段的安全预警提示。

2.3 关键技术

铁路车务场站运营管理智能化平台是基于“三统一”设计理念，实现管理层和作业层的信息对称。技术难点主要集中在打通数据链、安全智能防护和数据挖掘分析3个方面。打通数据链是构建以人员定位核心的主数据链，难点在于，一是从底层统一数据源点，需要通过研发智能手持终端解决；二是信号系统数据采集，需要通过图像识别技术解决。安全智能防护的难点在于开发适用于平调、长距离顶送等场景的安全防护模型。数据挖掘分析的难点在于构建效率、安全考核评价的数据模型。因此，着重探讨智能手持终端开发、信息系统数据获取、安全防护模型开发和数据挖掘模型开发4个方面。

（1）智能手持终端开发。未来车站运营管理精细化，应以结构化数据为主、非结构化数据为辅。现有视频监控、作业记录仪产生的是非结构化数据，虽然能够实现作业过程和作业场所的全覆盖，但是不利于业务数据的深度挖掘和应用，不能成为主数据链。传统平调手台还未实现智能化，只能用于平面调车作业，承载不了其他业务应用。同时，调车手台属于认证产品，是数据源点统一的难点。为便于车站运营管理智能化，需要考虑开发智能手持终端，整合平调手台、智能手机功能，实现各类作业信息数据的统一进出。

（2）信号系统数据获取。接发车、调车进路数据是车站运输生产的重要基础数据。进路数据获取理论上存在接口直连和间接获取2种方式。接口直连是直接接入信号系统获取数据，但是由于信号系统涉及行车安全，数据接口开放的难度极大。间接获取是在网络物理隔离的条件下，采用图像识别的方式，利用进路办理颜色变化的特性，开发图像识别软件，获取进路办理信息。从目前技术进展来看，利用图像识别间接获取，是比较可行的方案，其核心在于图像识别的准确性。

（3）安全防护模型开发。车站运输生产具有人员多、分布广、任务重等特点，安全防护智能化是难点。尽头线防护、平面调车防护、非集中区防护等，都需要对移动设备的时空位置进行实时监控。基于北斗导航卫星的高精度定位数据，结合车站电子地图数据，开发基于时空关系管理的安全防护模型，研发适应各类作业场景的安全防护技术和装备，如多组连挂防护系统、长距离顶送安全防护系统、非集中区道岔防护系统等。

（4）数据挖掘模型开发。车站日常运输生产产生大量的数据，通过数据挖掘，能够为车站精细化管理提供量化支撑。按照数据挖掘的目的，可以分为安全数据挖掘、效率数据挖掘2类。模型构建的思路，是基于车站大量运营管理数据，利用聚类分析、频次分析等分析工具，构建规律性统计模型和趋势性推演模型。在安全方面，实现对车站重点人员、重点设备、重点区域、重点时段的识别，以及安全隐患、事故预警；在效率方面，实现对人员、机车、设备的效率、能力、态度等一个或多个方面的考核分析，为资源调配、绩效核定提供数据支撑。

3 结束语

铁路车务场站运营管理智能化是铁路挖潜提效、内涵发展的必然方向。目前，全路主要大站还处于前期探索阶段，没有形成系统性解决方案。利用北斗导航卫星高精度定位，从技术上提供了打通车站运营管理数据链的可能，是车站运营管理智能化的技术发展方向。目前，铁路车务场站运营管理智能化工作已经在柳州南站试点应用一期工程，主要实现了人员定位、设备管理等功能，在总体规划方案下，正在推进货检作业监控、平面调车防护、长距离顶送防护、非集中区防护等开发工作。相关关键技术难点，还需要进一步研究突破，以推动我国铁路车务场站运营管理智能化发展。