轨行区施工调度系统研究与实现

范文杰，鲍 榴，杨 威，李瑞婷

（1.西成铁路客运专线陕西有限责任公司，西安 710043；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；3.北京华铁信息技术有限公司， 北京 100081）

铁路轨行区施工组织与行车安全管理是介于工程施工和营业线施工之间的一个过渡期间管理，过渡期间为铁路铺轨开工后至线路联调联试前，是以铁路站前施工单位为管理主体，上道作业的各参建单位为管理客体开展的管理活动[1]。为了确保行车组织、施工作业安全有序，通常会成立调度中心，负责施工计划监督及问题协调。由于环境条件和施工条件等各方面因素的制约，轨行区施工组织与行车安全管理手段信息化程度不高，行车组织效率低；调度命令等指示不能及时、有效地传达至行车作业人员；空间与时间不能有机结合，降低了管理的时效性，损失了时间价值；施工计划以人为收集排查为主要手段，特别是作业面存在重叠，加大了潜在的安全风险；人员、车辆不能准确定位，在紧急情况下不能有效地疏散。

目前，全路对于轨行区管理应用系统的研究尚处于起步阶段，尤其是在二维车站图形化与机车定位追踪技术方面的研究与应用寥寥无几。有必要对轨行区施工管理现状、特点进行分析，研发轨行区施工调度系统，以提高轨行区施工调度信息化、数字化与精细化管理水平[2]，为铺轨作业安全管理提供信息技术支撑，以达到“精品工程、智能铁路”的建设目标[3]。

1 轨行区调度管理概述

1.1 轨行区概述

轨行区包括建设中的所有正线线路及其他支线、联络线等两侧围栏内区域[4]。轨行区调度负责上述区域的调度管理。各工程车司机、施工负责人必须绝对服从轨行区调度的统一指挥，任何人员进入轨行区必须得到轨行区调度许可。

1.2 人员职责概述

实施轨行区调度管理的组织包括工程运输管理领导小组、铺轨基地中心调度室和建设单位督导检查组。

（1）调度主任

负责全线行车组织、协调相关单位施工和调度室的全面工作，对轨行区的运输、行车和全线运输安全工作进行管理，定期或不定期对各站室的工作进行检查，对发现或上报的违章行为进行处理。

（2）调度员

负责制定合理的行车计划，每日 18：00前下达次日行车计划，并指挥和督促各站兑现日计划。及时、正确下达各项调度命令，在不影响安全和正常行车的前提下，合理安排各站的施工申请，不得推诿拖延。积极协调行车与施工的矛盾，尽量满足施工生产需要。

（3）车站值班员

负责本站的行车业务及调度室安排的其他工作，合理安排人员，分工协作。加强与施工单位的横向联系，和与调度员的纵向联系，在确保行车安全的前提下，积极为施工单位请点施工，做到行车与施工兼顾，并做好请销点登记。

（4）驻站联络员

负责本单位施工要点登记手续，了解车站值班员办理列车闭塞，接到邻站发车，办理本站发车前、开车后等手续以及临时变更的情况，确认后立即向本单位工地防护员发出预报、确报或变更通知。

（5）现场防护员

负责施工现场的安全防护工作。在列车确报通知下道时做到三看：一看作业人员是否下道完毕，二看使用的设备是否带到安全处所，三看机具、材料是否侵限，并向驻站（调度室）联络员通报，同时密切注意线路情况，直至列车通过防护地段。

（6）各标段主管生产副经理

负责确认本标段每日上报的施工计划并签字，协调本标段与其他各施工单位的接口事宜。

（7）各标段监理

负责对本标段每日上报的施工计划进行审核签字，并对其重点工程进行监控、旁站。督促施工单位对安全风险较大的施工作业项目制定相应的应急方案及防范措施，确保铺轨施工顺利进行。在临近既有线进行铺轨作业的地段，要督促施工单位进行物理隔离，做好各项防护工作。各监理单位要积极配合铺轨单位及主管铺轨监理单位做好各施工单位的协调工作，确保铺轨施工工程顺利进行[5]。

1.3 业务概述

以铺轨基地为核心成立铺轨作业调度指挥中心，负责日常的施工组织和行车组织。

1.3.1 施工组织工作

（1）收集、汇总各施工单位上报的周（日）计划；

（2）协调和审批周、日计划及临时补充计划，组织监督有关单位执行审批的周（日）计划和临时补充计划；

（3）合理安排、协调、指挥各参建单位对线路和机车、轨道车等车辆的使用；

（4）调查、分析、处理、上报与轨行区相关的事故及违反施工计划的行为。

1.3.2 行车组织工作

（1）指挥行车，下达调度命令，安排及协调轨行区行车及施工的其他事宜；

（2）编订轨行区行车的列车车次；

（3）监督机车运行情况，防止超速行驶。

1.4 调度作业流程

（1）施工单位每月9日前提报次月施工计划。

（2）施工单位每日14：00前将有施工负责人签字的次日施工计划以书面形式上报调度室。

（3）调度室根据铺轨进度及施工单位提出的施工申请计划，结合工程运输情况编制管内日施工计划，于当日 18：00 公布下达。

（4）各站及各施工单位接到调度员下达的日班计划后，由各驻中心调度室联络员签字确认，并将计划传真回各施工单位。

（5）施工现场负责人围绕日班计划进行作业，加强现场施工防护，按计划完成现场施工作业。

（6）施工完毕后，施工单位向调度中心请求施工销点管理。

（7）调度中心经与现场确认进行施工销点闭环处理。

调度作业流程如图1所示。

图1 调度作业流程

2 轨行区调度系统构建

2.1 系统架构设计

轨行区施工调度系统的架构体系包含6层，从下到上依次为感知层、网络层、设施层、数据层、应用层和访问层， 如图2所示。

图2 系统框架图

2.1.1 感知层

感知层是轨行区调度获取现场信息的重要途径。该层基于物联网、北斗导航等新一代感知技术，通过传感器、电子标签、北斗定位设备、手持读入设备、视频监控等终端设备，采用人工结合自动的方式，动态、实时、智能化地识别、感知、定位、跟踪、采集、监控、管理轨行区施工和运输等现场信息，为系统提供及时、准确的数据来源。

2.1.2 网络层

网络层是将采集到的数据安全、快速传输到数据中心的通道。该层基于互联网、移动网、物联网和Wi-Fi，为数据的上传和调度指令的下达提供实时的通道，使各级管理者可通过固定或移动的终端设备随时随地获取数据、声音、视频和报警消息，同时保证交通不便、通信基础薄弱的地区通过卫星通信等技术实现应急突发信息的上下行数据传输。

2.1.3 设施层

设施层运用计算资源、网络资源、存储资源和安全资源，保证系统高性能、高可靠、稳定运行，并且具有灵活的扩展性，能够轻松应对业务发展。

2.1.4 数据层

数据层包含人员、机构、构筑物、车站、线路坡度等的基础数据，计划、进度、请销点、定位信息、超速报警信息、调度指令、施工作业、现场视频影像等业务数据，电子地图和平面图等图形数据，以及文档资料、影像资料等非结构化数据。系统综合运用数据汇集、转换、存储、分析等技术，将上述相关数据进行据集成应用分析。

2.1.5 应用层

业务应用层是基于感知层、网络层、设施层构建的服务轨行区调度的业务应用。应用内容主要服务调度管理，包含计划管理、请销点管理、调度命令管理、机车定位管理、超速报警管理、铺轨进度管理、机车视频监控、机车管理、统计分析、基础数据管理等。

2.1.6 访问层

系统访问层主要通过Web、移动互联等技术，实现桌面端、智能终端、调度指挥大屏等不同方式的系统访问。

2.2 系统功能设计

本系统的功能结构如图3所示，包括进度管控、业务管控和基础数据采集3部分内容。

图3 系统功能设计图

2.2.1 进度管控

（1）铺轨工程进度

该功能将线路图、站场图、线下结构物图等基础数据进行矢量化处理，形成平面图，通过机车定位和手工站内填报的方式实现铺轨作业进度的实时跟踪管理。

（2）统计分析

该功能主要对铺轨进度、防护区超速报警等信息进行深度挖掘，自动化分析，作出归纳性推理[6]，并以直方图、折线图、饼图的形式展现。

（3）报表查询

通过该功能可对施工和行车计划的申请、审批、执行情况，调度命令下发、确认情况进行查询，供用户分析和协调处理存在的问题。

2.2.2 业务管控

（1）二维平面图展示

二维平面图是将车站、线路、构筑物等通过图形化技术进行二维平面可视化展示，用户可直观在平面图上查看施工计划的作业区域与防护区域，以及机车所在位置等信息。

（2）施工计划管理

施工计划管理对所有在轨行区的施工点进行统一管理。施工单位须向调度中心进行请点和销点工作，实现施工登记和闭环管理，防止出现未经允许的施工作业。该功能对施工作业点的施工时间、地点、人员、施工内容和施工影响范围进行管理，促使施工单位合理安排施工计划，提高轨行区施工管理效率，解决轨行区作业管理跨度大的问题[7]。

（3）行车计划管理

行车计划管理功能对所有在轨行区的行车进行统一管理。施工单位向调度中心上报行车计划，由调度中心结合各施工单位的行车计划和施工计划进行审批。合理分配行车时间与区间，实现行车计划集中管理和合理审批。

（4）调度命令管理

该功能对调度中心向各级参建单位下发的调度命令进行信息化管理，对调度命令从发起到最终执行进行全流程信息跟踪管理。调度命令分为行车调度和施工调度，不同调度内容可以配置不同模板，调度命令详情页面，如图4所示。

图4 调度命令详情页面截图

（5）机车定位追踪与轨迹图

该功能主要对机车的实时位置进行定位，了解机车的运行状态，包括速度、里程、上下行等信息。通过给工程机车装备北斗定位设备，结合电信运营商4G网络实时跟踪机车位置，并基于经纬度坐标和里程的换算关系，实时追踪机车里程位置，实现在平面图、GIS地图和轨迹图上从不同角度展示机车的运行轨迹[8]，提高了行车与施工调度的安全级别。

（6）施工安全防护区报警

施工的安全防护是轨行区施工调度系统的核心，该功能可设置安全防护区内机车运行速度阈值，若机车在施工作业点防护区内超速，立即报警并通知调度中心。调度中心可实时掌握各机车和施工点的报警情况，实现线上工程机车运行与线下作业人员之间的安全防护，解决了施工安全预警预控难等问题。

（7）行车视频监控

该功能需给所有运行机车加装摄像头，通过4G网络将现场视频信号传回调度中心，并进行动态链接优化。调度中心可实时对现场行车及周边情况进行远程监控管理，解决了施工与行车过程管理易缺位的问题。

（8）工程机车管理

该功能主要管理线上所有的工程机车，包括工程机车分类登记，司机管理，工程机车的申请、审核、使用追踪、入库等。

2.2.3 基础数据

由施工单位、调度中心提供车站表、线路信息、设计图纸、调度中心与标段、车站组织关系等信息。该功能将这些基础信息维护至系统中，建立起系统的底层数据支撑。

3 关键技术

轨行区施工调度系统由硬件和软件组成，硬件主要是车载定位设备和地面接收报警设备。系统使用的关键技术主要包括以下几方面。

3.1 北斗定位技术

基于北斗技术的车载定位装备与地面接收装置，实时获取当前机车位置，并在机车距离地面接收装置（作业点）2 km范围内，自动发起报警提示，通知作业人员下道待避[9]。

3.2 车站图形化技术

通过车站图形化技术和北斗定位技术，实现铺轨作业进度的实时动态管理和可视化展现。施工进度展示页面，如图5所示。

3.3 无线射频技术

通过北斗定位和无线射频技术，实现机车、人员定位，机车防护区超速报警，机车和作业人员临近预警。实时列车和防护区展示页面，如图6所示。

4 结束语

本文设计并实现了轨行区施工调度系统，辅助完成对轨行区施工项目、邻近轨行区施工项目、施工组织、行车调度等方面的管理。通过信息化的管理手段，能有效提高轨行区施工和运输调度安全，实现调度和施工管理的可视化和精细化。该系统已应用于部分铁路建设项目，取得了良好的应用效果，提高了轨行区施工作业的质量，有效降低事故发生率，保障轨行区安全有序运营，为铁路工程建设信息化在轨道工程中的应用起到了积极作用。

图5 站内施工进度展示页面截图

图6 实时列车和防护区展示页面截图