基于条形码技术确认汇报道岔开通位置的研究

王立松，叶伟勇

WANG Lisong，YE Weiyong

（南京铁道职业技术学院 运输管理学院，江苏 南京 210031)

(School of Transportation & Management， Nanjing Institute of Railway Technology， Nanjing 210031， Jiangsu， China)

接发列车进路准备是保证接发列车安全的一项关键作业。在正常接发列车工作中，操作人员通过联锁控制台排列进路，远程电动转换道岔，并通过联锁控制台上道岔定反位表示灯的颜色和进路的光带确认道岔开通的位置。根据铁路行车规章和接发列车作业标准要求，在无联锁的线路上接发列车时，车站值班员需要指派有关人员担任扳道员，由扳道员到铁路现场人工准备进路，确认道岔开通位置和加锁情况，并通过电话向车站值班员汇报[1-2]。如果在道岔特定位置设置条形码，将扳道员的人工确认汇报情况与条形码扫描输入信息进行校核将有效提高人工准备进路的可靠性。

1 条形码识别确认汇报道岔开通位置分析

1.1 人工确认汇报道岔开通位置安全隐患

接发列车进路准备时，当道岔故障失去定反位表示、轨道电路故障后道岔经过人工转换或联锁设备停电时，电动道岔就会因联锁失效处在无联锁状态，操作人员无法通过联锁控制台操作道岔并确认道岔的开通位置，需由扳道员到现场人工操作。由于扳道员确认无联锁道岔开通位置是基于人的主观判断，不一定能准确反映设备的客观状态，存在人因失误导致错办进路的安全隐患[3]。

（1）人工操作准确性有待提升。为防止人为差错导致事故，针对联锁失效或联锁设备停电时接发列车进路准备，铁路制订了严格的“双人确认”和“再度确认”制度。“双人确认”是指有条件的车站在扳道员准备好进路向车站值班员汇报后，车站值班员再命令另外一位作业人员再确认汇报一次。“再度确认”是指人员紧张的条件下，扳道员准备好进路向车站值班员汇报后，车站值班员必须再命令扳道员确认汇报一次。但是，这些确认制度均没有摆脱对人的依赖。由于车站值班员不在作业现场，如果作业人员未能向车站值班员正确汇报进路准备情况，车站值班员根据错误的进路准备信息安排作业，可能会导致严重的安全事故。由于接发列车工作事关列车的安全、正点，责任重大，在设备突发故障的情况下，作业人员处在应急心理状态，而且人工准备进路是野外作业，作业环境、气候条件也会对扳道员的心理产生较大影响，从而影响操作的正确性。因此，应采用先进的技术手段减少人工操作，加强“技防”“物防”手段应用，提高铁路行车安全管理[4-5]。

（2）进路准备难度较高。扳道员准备进路的过程为“一看、二扳(摇)、三确认、四汇报”。在车站道岔区布局比较复杂的情况下，或多组道岔无联锁需要多人准备的情况下，确认道岔开通位置和股道比较困难。较大的车站存在变通进路和交分道岔，在夜间和气候条件影响下，即使站在道岔上，扳道员也可能无法判定道岔开通方向和股道。目前，我国高速铁路使用了大量可动心轨道岔，人工准备进路时，除了准备尖轨，还必须准备可动心轨，并且需要确保尖轨与心轨开通方向一致，否则将导致严重后果。正线和到发线上的道岔均为普通单开道岔，在信号楼控制台上，道岔的开通位置分为“定位”和“反位”，但在道岔较多的情况下，难以要求每个扳道员准确记住道岔“定位”和“反位”的开通方向。为便于扳道员作业，人工准备进路时，扳道员一般采用便于现场确认的“直股(直向)”和“曲股(侧向)”向车站值班员汇报道岔开通位置。由于道岔的“定位”和“反位”与道岔的“直股(直向)”和“曲股(侧向)”不是完全的对应关系，车站值班员需要面向控制台或占线板对扳道员汇报道岔开通位置进行二次确认。由于站场图形布局的需要，有少数车站存在控制台上显示开通直向(侧向)与现场实际开通不一致的特殊情况。这些因素增加了进路确认汇报的难度，成为行车安全隐患。

（3）员工技能难以达到要求。在集中联锁车站，大部分铁路局集团公司取消了专职扳道员(清扫员)，人工准备进路时，需要由助理值班员担任扳道员。而目前大部分助理值班员没有经过严格的人工准备进路训练，没有扳动手动道岔或摇动电动道岔的经历。虽然很多车务站段建有模拟接发列车训练设备，但由于受客观条件限制，模拟人工准备进路操作大多停留在程序和口头演练上。由于道岔的类型、转辙机型号和数量上的差异，模拟人工准备进路与实际人工准备进路有较大的差距。因此，亟需加快提高员工人工准备进路的能力和可靠性[6]。

（4）作业管理难度较大。道岔区位于车站两端，照明条件普遍较差，大多没有良好的监控条件。在非正常作业时，信号楼需要有值班领导把关，因而在夜间作业时，车站(特别是人员配备较少的中间站)很难安排更多的人员监督和协助扳道员作业。在此情况下，主要依靠扳道员自觉严格按规章和标准办理作业。由于作业时间紧，有关人员催促，加上天气等原因，作业人员简化作业程序，违规操作的概率较大[7]。调度集中区段的作业组织工作由铁路局集团公司调度所的列车调度员负责，部分小站和工作量较少的高铁车站只安排一位应急值守人员并无车站值班员，作为指挥者的列车调度员远离车站作业现场，对车站设备及作业状态的掌握不如车站值班员准确，在人工准备进路方面的安全风险更高。

1.2 条形码确认汇报道岔开通位置优势

条形码技术集光、机、电和计算机技术为一体，是计算机自动采集、录入数据的重要方法和手段。条形码自动识别技术利用光电扫描设备识读条形码符号实现机器的自动识别，并快速、准确地把数据录入计算机进行数据处理，从而达到自动管理的目的，可以有效避免人工错办进路的安全隐患。采用条形码技术确认汇报道岔开通位置具有以下优势。

（1）高可靠性。采用条形码扫描输入数据出错率低于0.000 1%。二维条形码还具备一定的自动纠错能力，其高可靠性符合铁路检查确认道岔开通位置的安全要求[8]。

（2）实现信息化管理。条形码技术采集信息量大，占用空间小，传输速度快。通过在道岔的特定位置设置条形码标签，理论上可以实现每一组道岔(包括非集中道岔)开通方向与特定条形码之间的对应关系，实现道岔无联锁状态下开通位置的信息化管理，避免过度依赖人工操作，也为防止作业人员简化作业程序提供了可靠的技术管理手段，从根本上解决人工准备进路的安全隐患。

（3）应用成本较低。条形码标签易于制作，耐高温、耐腐蚀的陶瓷条形码和不锈钢条形码在生产和生活中已被广泛使用。条形码识别设备操作容易，手机作为条形码扫描输入设备已在人们的日常生活中普遍使用，有关人员不需要特殊培训。因此，扫描条形码确认道岔位置是一种非常经济实用的方法。我国无线通信网络高度发达，条形码的无线扫描输入通信手段可以根据车站无线网络覆盖情况、车站和调度指挥信号设备特点选用。优先考虑铁路专用数字移动通信网络。对于铁路专用无线网络不完备的车站或地区可利用公用无线通信网络。

2 条形码识别确认汇报道岔开通位置技术

将道岔的尖轨和可动心轨开通位置进行编码并在特定位置设置条形码，建立进路与道岔开通位置编码关联数据库和确认汇报系统，通过无线扫描条形码输入的方式对道岔开通位置进行确认汇报。

2.1 条形码编码方法

条形码的编码方法可以全国铁路统一编码，也可以根据需要按铁路局集团公司、调度集中区段或车站统一编码。下面以车站为单位建立道岔开通位置条形码的6 位数编码方法。

（1）第1 位数代表车场号。铁路大站往往有数个车场。铁路道岔编号规定，当一个车站有数个车场时，每一车场的道岔应单独编号。

（2）第2 至第4 位数代表道岔编号。铁路车站道岔编号是从车站两端开始，由外向内、依次编号。上行列车到达端编为双数，下行列车到达端编为单数。道岔编号应与车站实际编号完全一致，只是用3 位数表示。

（3）第5 位数代表道岔的类型。根据道岔的辙叉心是否可以转换，道岔有普通固定辙叉道岔和可动心轨道岔2 种类型。

（4）第6 位数代表道岔的开通位置。用于接发列车的道岔均为普通单开道岔，有2 种不同的开通方向，分别叫道岔的“定位”和“反位”。普通固定辙叉道岔只需描述尖轨开通位置，因而只需要1个编码；可动心轨道岔要描述尖轨和可动心轨2 个开通位置，因而需要2 个编码。

车站道岔开通位置编码方法如表1 所示。

如表1 所示，编码“000312”表示车站不分场，3 号道岔为固定辙叉道岔，尖轨开通反位。编码“202421”和“202423”为1 组，表示车站2 车场24 号可动心轨道岔的尖轨、可动心轨开通定位。以上2 个道岔开通位置一维条形码和二维码如图1所示。

图1 2 个道岔开通位置一维条形码和二维码Fig.1 One dimensional barcode and two dimensional barcode of two switch’s direction state

表1 车站道岔开通位置编码方法Tab.1 Numbering of switch direction state in station

2.2 条形码位置设置

道岔尖轨和可动心轨均有定位和反位2 种开通方向，即道岔开通位置编码第6 位为1 (尖轨开通定位)和2 (尖轨开通反位)，3 (可动心轨开通定位)和4 (可动心轨开通反位)。为了确保扳道员在扫描条形码汇报道岔开通位置时该条形码所代表的尖轨或可动心轨所开通的位置与实际所开通的位置完全一致，必须将条形码设在道岔的固定部件(基本轨、岔枕、转辙机固定座等)与道岔的活动部件(尖轨、可动心轨、转辙机连杆等)在垂直方向相重叠的位置，以确保道岔尖轨和可动心轨开通特定的位置时扳道员只能扫描到开通此位置的条形码，另一位置的条形码因上方部件遮挡而无法扫描到。可动心轨道岔条形码设置位置如图2 所示。无论道岔开通哪个位置，由于尖轨的遮挡，扳道员只能看到并扫描汇报与道岔开通方向相对应的条形码。

图2 可动心轨道岔条形码设置位置示例Fig.2 Example of barcode position of movable-point switch

2.3 确认汇报系统设计

（1）编码关联数据库设计。主要考虑3 部分内容：①描述进路的特征信息。进路特征信息包括方向、上下行和用于接发列车的股道。如果存在变通进路还需特别描述。②建立列车进路与道岔的关联。进路与道岔的关联包含3 个层面，一是关联道岔号码，二是关联道岔的类型，三是关联道岔的开通位置。这3 种关联均可以用道岔开通位置编码来代替。③建立道岔开通位置定反位显示数据库。为了使接发列车指挥人能直观地确定道岔的开通位置，还要建立道岔开通位置定反位显示数据库，定位显示绿色，反位显示黄色，与联锁设备的显示方式一致。

（2）工作流程设计。确认汇报系统工作流程主要包括输入方向、上下行、股道及无联锁道岔号码并确认、调用进路与无联锁道岔开通位置关系数据库信息、扫描无联锁道岔开通位置条形码输入编码并进行比对、显示道岔位置颜色等，具体步骤如下。①输入用于接发列车的进路特征信息。②确认无联锁道岔的号码。道岔故障导致联锁失效往往是个别道岔故障，故此时需确认故障道岔的号码。如果是联锁控制台停电必须确认全部道岔故障。③调用无联锁道岔号码相对应的数据库中道岔开通位置编码及显示。④通过无线网络接收无联锁道岔开通位置条形码扫描输入。⑤条形码扫描输入数据与调用数据库数据比对。信息接收平台将接收到道岔开通位置条形码编码与数据库调用的道岔开通位置编码逐一进行比对。如果从数据库调用同一道岔只有1 个编码且比对正确，则实际道岔开通位置显示将由红色变为道岔开通位置的颜色，即最后1 位编码是1 显示绿色，是2 显示黄色。如果从数据库调用同一道岔有2 个编码且只有1 个比对正确，则道岔开通位置显示将由红色变为红闪。如果从数据库调用同一道岔有2 个编码且2 个编码比对均正确，则实际道岔开通位置显示将由红色变为道岔开通位置的颜色，即输入编码的最后1 位是1 或3 显示绿色，是2 或4 显示黄色。⑥操作人员将道岔实际开通位置的定反位颜色与系统事先调用正确的道岔开通位置定反位颜色进行比对，颜色相同说明现场道岔开通位置正确，否则开通错误。

确认汇报道岔扫描条形码系统工作流程如图3所示。

图3 确认汇报道岔扫描条形码系统工作流程Fig.3 Workflow of bar code confirmation report system for non-interlocked switch

图4 某双线自动闭塞铁路车站控制台示意图Fig.4 Schematic diagram of station console of a double track automatic block line

3 案例分析

某双线自动闭塞铁路车站控制台示意图如图4所示。车站道岔均为可动心轨道岔，且开通正线为定位。以9#道岔故障导致联锁失效，由北京方向接入的G705 次列车需要进3 道停车事件为案例，阐述操作过程。

（1）编制并设置车站道岔开通位置条形码。如9#道岔为可动心轨道岔，有4 个条形码，编码分别为：尖轨开通定位000921、尖轨开通反位000922、心轨开通定位000923、心轨开通反位000924。按前述要求在车站每个道岔上设置相对应的条形码。

（2）建立接发车进路与道岔开通位置关系数据库。以北京方向下行线接车进1 道、3 道和4 道为例建立数据库。接发车进路与道岔开通位置关系数据库举例如表2 所示。

（3）输入方向、上下行、股道及无联锁道岔号码并确认。确认用于接发列车的进路特征信息为北京方向开来的下行列车进3 道，9#道岔为无联锁道岔。系统调用9#道岔对应的接发车进路与道岔开通位置关系数据库信息如表3 所示。此时，系统平台显示道岔开通位置表示为红色，表示铁路现场9#道岔实际开通位置还未确定。

（4）扫描条形码输入9#道岔开通位置并进行比对。扳道员在铁路现场按规定准备好9#道岔并确认道岔开通反位，利用条形码扫描输入设备扫描可以看到的第1 个道岔开通位置条形码后，系统直接通过数字无线网络将扫描得到的编码发送到信号楼信息接收平台。由于9#道岔为可动心轨道岔，此时系统平台上的道岔表示红灯变为红闪。继续扫描可以看到的第2 个道岔开通位置条形码后，系统平台上的红闪变为黄灯。此时，车站值班员通过平台确认实际道岔位置显示与系统给定的正确的显示一致，表明铁路现场9#道岔位置正确。

为了适应不同车站要求，系统采用表格化比对方式比对实际道岔位置显示与系统给定的正确的显示。不同的车站只需要建立各自接发车进路与道岔开通位置关系数据库，而系统平台是统一的。如果车站存在变通进路，则在建立接发车进路与道岔开通位置关系数据库时应特殊处理。

表2 接发车进路与道岔开通位置关系数据库举例Tab.2 An example of database with the relationship between route and switch direction state

表3 9#道岔对应的接发车进路与道岔开通位置关系数据库信息Tab.3 Information in the database showing the of relationship between route and switch direction state of No.9 switch

4 结束语

引入新技术、新设备和新的管理手段来强化铁路行车安全管理是行业发展的趋势。通过以上研究，将道岔开通位置条形码化，通过建立进路与道岔开通位置编码关联数据库和进路确认汇报系统，利用无线扫描条形码输入的方式确认道岔开通位置具有较好的客观性，避免了人为差错，有利于非正常接发列车作业安全，也为铁路行车安全管理提供了新的科技手段。目前，此项研究处在实验室阶段，在投入生产研究和运用前，还需要进一步研究无线扫描输入工具的选择、通讯方式和系统窗口设计等问题。