黄骅港站外勤技术作业系统设计研究

李瑞辰，王 晶，王宏嘉，田 宇

(中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081)

黄骅港站位于河北省沧州市渤海新区境内，是我国西煤东运第二大通道朔黄铁路(朔州—黄骅港)的终端站，是铁水联运的关键节点，承担着港口货物列车的接发、装卸车、空重车取送及编组解体等工作[1]。在车站实际生产作业过程中，涉及大量外勤技术作业，每项外勤技术作业均需外勤人员与内勤值班员进行频繁的信息交互，目前信息交互方式主要采用对讲机沟通、纸笔记录的联络方式，沟通效率不高、实时性差，由于作业节点多、流程链条长，且行车指挥人员长时间精神高度集中，容易出现漏通知、误通知的情况，容易引发安全事故，制约着整个联运系统的运输组织和周转效率。随着黄骅港站货运量的持续增长，建立跨不同工种、不同岗位的外勤技术作业系统，实现作业流程的闭环管理变得迫在眉睫。

1 黄骅港站外勤技术作业现状分析

黄骅港站分为港前和港口2个作业区，2个作业区分别配备3名值班员及1名站调，车站办理的列车包含普通货物列车、1+1万吨列车、单元万吨列车、1.6万吨列车、2万吨列车等多种类型。按照技术作业流程可以将作业区依次分为港前上行、港口翻前、港口翻后及港前下行4个作业单元，不同种类的货物列车、站调安排的不同后续计划都会对各作业单元的作业内容及指派外勤作业人员产生影响。

以2万吨货物列车为例，港前上行技术作业包括港前接车、车辆检查、货运检查、2万吨列车分解、单元万吨列车分解、摘除列尾、摘除机车、司机换乘、连挂机车、安装列尾、试风作业、防溜作业等；港口翻前技术作业有司机换乘、对位作业、摘除列尾、防溜作业、摘除机车、连挂机车等；港口翻后技术作业有摘除机车、连挂机车、试风作业、清煤作业、组合万吨列车等；港前下行有摘除机车、列检看车、安装列尾、连挂接车、组合万吨、组合2万吨列车、发车作业等。整个作业流程需要港前、港口的6名值班员密切配合、卡控推动，同时值班员与外勤作业人员的沟通方式涉及电台、4G LTE、座机电话及直通电话4种联络方式。

通过对现场作业人员的调研，车站外勤技术作业信息交互方式存在的问题如下。

（1）信息不互通，作业依靠口头联系，不具有连续性。港口站技术作业涉及不同工种，各工种间系统彼此独立，互不共享，无法提前获知作业计划与实时作业状态。联络方式复杂多样，信息化水平不高。

（2）缺少作业流程安全卡控机制，易引发安全事故。技术作业过程完全由行车指挥人员依靠经验把控，纸笔记录，缺乏作业流程闭环管理及风险预警措施，容易出现漏通知、误通知的情况，存在安全风险。

（3）无法实时获取作业人员分布，存在安全防护风险。站场内涉及作业人员走动、列车及调车移动，存在作业安全风险。规范现场作业人员工作流程，有助于提高现场作业效率，保障作业安全。

（4）缺少作业过程查询途径，车站管理人员检查困难。技术作业过程记录在纸质簿册内，统计分析及事后查询繁琐，没有展示车站技术作业实时状态的人机界面，车站管理人员无法实时盯控。

2 黄骅港站外勤技术作业系统结构设计

2.1 建设目标

根据黄骅港站技术作业存在的实际问题，黄骅港站外勤技术作业系统的建设目标如下。

（1）构建技术作业信息共享平台。整合与技术作业相关的作业信息，根据作业需求个性化设计不同作业岗位的人机界面，最大程度减少电台联控，杜绝纸笔记录。

（2）根据策略自动触发作业任务的生成与下达。根据车站预先设计的技术作业生成与触发策略，自动进行外勤作业任务的生成与下发。同时在系统无法正常生成与下达时，支持值班员人工调整作业任务，形成自动为主、人工为辅的技术作业生成与下达机制，减轻行车指挥人员工作压力。

（3）作业流程闭环管理，作业风险自动卡控。根据设定的作业流程与作业策略，对作业进行标准化卡控，防止出现漏作业、误作业的情况。根据车站预先设计的技术作业时长标准，对作业超时进行提前预警。同时，将作业进度传递给智能调度与控制系统，卡控联锁进路的自动排列。

（4）精准化人员监控，防范作业风险。通过移动手持终端北斗卫星定位，实时获取室外作业人员的实时作业位置与作业内容，排列进路时会对区域内的作业人员进行提醒。

（5）实时状态监控，过程数据统计分析。随时随地查看作业进度及历史作业过程信息，同时在调度指挥中心配备作业监控大屏，实现作业过程的闭环管理。

2.2 设计原则

铁路运输生产系统关乎着运输组织的畅通[2]，根据系统的实际情况，在设计铁路港口站技术作业系统时考虑以下原则。

（1）安全性原则。外勤技术作业系统与诸多车站系统接口，在确定接口方案时考虑通过防火墙、网闸、网络加密、访问控制技术等方式与相关作业系统进行安全接口。同时，系统所在网络应符合铁路既有的网络安全架构，保障网络边界安全。

（2）先进性原则。系统在设计时应采用当前先进、主流且稳定的技术架构和技术方法。通过虚拟化集群技术与负载均衡技术实现系统的平台搭建，以适应铁路技术作业系统的发展需求。

（3）易用性原则。系统根据不同用户需求，设计了PC机终端、移动手持终端与Web终端，并且根据不同岗位设计不同的用户界面，以满足界面友好、流程合理、易理解、易操作等需求。

（4）可靠性原则。系统的安全稳定运行是保证作业正常运转的关键，因此在设计系统时需要考虑满足全天候稳定运行，采用冗余备份机制，当出现系统故障时，备用系统应在5 min内启用并达到主用系统状态。

（5）可扩展性原则。系统在设计时应考虑可扩展需求，为未来可能出现的新业务、新需求预留标准化接口，避免资源浪费，以实现不同系统之间的互联互通。例如，后期系统可与货检系统直接接口，实现货检信息的实时同步[3]。

（6）可维护性原则。系统的运维应为集中化、远程化、自动化管理，大幅提升管理效率，实现维护的可视化、可控化，提高运行维护效率。支持运维的自动化操作、用户的自助化服务，同时提供支持集中化管控能力[4]。

2.3 物理拓扑结构

技术作业系统由智能调度与控制系统、无线接入基站、手持终端、PC终端机、作业监控大屏、后台应用服务器与管理终端7部分组成，并与车站既有的智能调度与控制系统实现整合。外勤作业系统物理拓扑结构如图1所示。

图1 外勤作业系统物理拓扑结构Fig.1 Physical topology diagram of field operation

（1）智能调度与控制系统。主要用于车站运输生产组织、运输组织信息管理、统计分析。系统根据车站预先设计的技术作业生成与触发策略，自动进行外勤作业任务的生成与下发，同时根据技术作业的反馈情况卡控联锁进路的自动排列。

（2）无线基站。无线基站是移动设备接入互联网的接口设备，指在一定的无线网络覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动手持设备之间进行信息传递的无线网络收发信电台。

（3）手持终端。针对外勤移动作业人员，每人都有一个具有相应权限的登录账户。手持终端的主要功能是自动接收与外勤工作直接相关的任务信息，并及时反馈作业进度，此模块具有拍照、对讲、GPS/北斗定位、计划信息查询等功能。

（4）PC终端机。PC终端机是港前、港口值班员的作业终端，通过此终端，值班员可以实时掌握室外作业进度，同时可以对智能调度与控制系统自动生成与下达的外勤作业任务进行人工干预，形成技术作业自动管理为主、人工干预为辅的作业模式。

（5）作业监控大屏。作业监控大屏部署在调度大厅正前方，实时显示外勤作业人员的实际作业内容及作业进度，同时显示其实时行动轨迹。

（6）外勤后台服务。外勤后台服务是为移动手持终端、作业监控大屏及PC终端提供的后台服务端，接收外勤手持设备的注册请求，进行注册验证，在通过验证后，根据预先设置的时间规则以及外勤手持设备标识，依次向外勤手持设备发送编制的作业预告和作业信息；接收外勤手持设备的反馈信息，根据反馈的信息进行互控。

（7）管理终端。通过系统维护人员管理终端，管理人员可以对系统运行状态实施监控、基础数据配置、移动终端授权等功能。

2.4 逻辑结构

外勤作业系统逻辑功能结构图如图2所示。外勤作业系统在逻辑上分为系统应用层、业务逻辑层和数据层3层。系统应用层是面向用户的人机交互界面，通过调用业务逻辑层的相关服务访问数据层的数据，各层的功能如下。

图2 外勤作业系统逻辑功能结构图Fig.2 Logical function structure diagram of field operation

（1）系统应用层。Web子系统分布性强，客户端零维护。只需有网络、浏览器，便能够随时随地进行查询、浏览等业务处理。Client子系统交互性强、拥有安全的存取形式、网络通信数量低、响应速度快、利于处置大量数据。手持终端子系统主要是针对外勤移动作业人员。不同的用户可以借助各子系统，通过安全机制认证接入外勤作业系统，获取系统所提供的相应服务权限，进行相对应的作业。

（2）业务逻辑层。该层由工作流管理平台和服务模块组成。工作流管理平台实现流程定义、流程导航、应用集成等功能，完成各种具体业务的创建、执行与管理，如技术作业计划生成、下达流程、技术作业全过程闭环管理过程，都是在此平台上提前设定好整个作业流程，启动后自动生成相关工作任务，通知用户进行处理[5]。在工作流管理平台之上，是外勤平台所需的各种服务，为系统应用层相应业务功能的实现提供高效的实现机制。

（3）数据层。该层遵循统一的数据处理规范和数据存储规范，数据处理规范包括统一的公用基础数据及维护、数据接口标准、数据处理模型。数据存储规范包括数据库设计规范、统一规划的数据存储、共享共联模型，从既有的智能调度与控制系统获取多种与外勤作业相关的计划信息，对系统业务执行过程中产生的各种数据或信息进行存储。数据层是为其他层提供高效访问的数据环境，以便在满足可用性、实时性的同时，减轻应用开发人员管理复杂数据的负担，满足多样化数据访问需求[6]。

3 黄骅港站外勤技术作业系统功能设计

3.1 技术作业信息共享平台

影响黄骅港站技术作业效率的关键因素是各作业岗位间信息不对称，缺少统一的技术作业信息共享平台，因此需要先通过数据集成技术将不同系统、不同形式的数据采集、转换和整合，再根据各不同岗位需求进行个性化展示。此模块主要解决多种数据源集成和展示问题，还解决了各工种、各系统间相互独立的“信息孤岛”问题，能够使用户快速检索到与其相关的作业信息，大大提高了工作效率。

（1）数据集成。系统数据按照数据类型可以分为外接数据、本地数据及基础数据。外接数据主要是指铁路港口站技术作业系统从外部系统中获取的数据，包含列车计划数据、调车计划数据、机车计划数据、股道现车数据、调度命令数据、接发车作业进度、股道车次机车信息与预确报等内容，调车计划涵盖翻车计划、清煤计划等，此部分内容都是技术作业岗位需要时刻关注的内容。本地数据是技术作业系统本地生成维护的数据，包括技术作业计划数据、技术作业进度、人员定位轨迹、岗位间交互信息、作业岗点反馈信息及操作记录等内容，技术作业包含货检、列检、列尾、防溜、拉风、车号等所有相关技术作业。基础数据是保证系统稳定运行的基础数据，包含场别配置、股道配置、场别股道对应配置、用户权限对应配置、技术作业生成与触发策略、技术作业流程策略及手持机硬件授权表等基础配置信息。集成数据的构成如图3所示。

图3 集成数据的构成Fig.3 Integrated data composition

（2）用户个性化显示。不同作业岗位关注的内容不尽相同，如货检、列检岗位需要关注车辆的辆数，根据辆数分配作业班组内的作业任务，而列尾作业岗位只需关注首尾车号以确认摘挂列尾端向。为了最大程度满足不同工种不同用户的实际作业需求，除了根据登录用户的权限自动调整展示所需内容与操作权限外，还提供作业人员个性化配置选项。

3.2 作业任务管理模块

为了破除技术作业完全依靠行车人员经验把控，存在漏通知、误通知的作业风险，作业任务管理模块从作业计划的生成、下达及作业过程的全流程闭环管理出发，依靠计算机自动进行管理，减轻作业人员压力，以实现“人防+物防+技防”立体化管理[7]。作业任务管理模块如图4所示。

图4 作业任务管理模块Fig.4 Job task management module

（1）技术作业计划生成。作业计划的生成根据系统集成的关键作业数据，结合系统预先设定的技术作业计划生成策略，满足生成条件时自动生成作业计划，同时提供值班员人工调整方式，以实现自动调整为主、人工调整为辅的技术作业自动生成方式。

（2）技术作业任务下达。作业任务的下达根据系统的列车接发车进度，结合系统预先设定的作业计划下达策略，当满足触发条件时，自动将技术作业任务下达给指定作业岗位。

（3）作业过程管理。作业过程管理结合预先设定的技术作业流程以及各项技术作业的作业标准，对出现的作业风险实时预警[8]，对技术作业的发起到作业结束进行全流程闭环管理，各作业人员可以使用不同终端反馈技术作业进度，同时支持图片、语音、视频等方式的反馈。

3.3 精准化人员监控防护模块

在现场人员作业时，相邻股道也存在车辆移动的情况，因此通过现场作业人员高精度定位和活动轨迹追踪，有助于强化现场作业人员监控和规范现场作业过程，同时根据人员实时位置划定电子围栏作业区，对进入电子围栏区域的进路提前预警，起到保障现场作业人员安全和提高作业效率的双重作用。

（1）作业人员位置轨迹。室外作业人员作业时携带移动手持终端，终端依靠北斗卫星定位与5G无线网络覆盖，定时上传作业人员位置，同时匹配作业人员的作业任务，可以实时掌握人员的实时作业及作业位置，可以通过走行路径规范室外人员作业。

（2）作业人员风险防护。系统为作业人员划定作业区域围栏，当人工或自动排列进入该区域的进路时，自动向值班员发送防护提醒，同时向所在区域内作业人员发送语音报警提醒，以实现现场作业的安全风险防护。

4 应用效果分析

2021年，黄骅港站全年货运量超3.3亿t，日均接重车160余列，每列需要进行不少于15项外勤技术作业。黄骅港站港前区与港口区分别配备车站值班员、助理值班员与联控值班员3名行车指挥人员与室外作业人员进行电话联控，日平均联控次数超3000次。

实施黄骅港站外勤技术作业系统后，作业流程随之发生改变，新的作业流程充分考虑车站运输组织的实际情况，为车站外勤技术作业精细化管理打下了坚实的基础。外勤技术作业系统实施前后作业流程对比如表1所示。

从表1可以看出，大量的电话联控内容转化为作业任务自动管控，大幅降低了生产作业人员的工作强度与作业风险，通过作业信息的实时共享，外勤人员可按照自动生成的阶段作业任务更合理地进行作业安排。通过实时人员作业轨迹，规范现场作业人员工作流程，有助于提高现场作业效率，保障作业安全，相关效益及时效性也得到极大提高。外勤技术作业系统实施前后指标对比如表2所示。

表1 外勤技术作业系统实施前后作业流程对比Tab.1 Comparison of operation process before and after implementation

表2 外勤技术作业系统实施前后指标对比Tab.2 Comparison of indicators before and after implementation

5 结束语

黄骅港站外勤技术作业系统可以有效地改善外勤人员与内勤值班员沟通效率不高、实时性差的问题，通过作业计划自动生成，有效减轻了车站值班员的作业生产压力，同时外勤技术作业人员可以提前获取阶段作业任务和及时作业通知，并按岗位作业要求进行作业，作业完毕后通过便携移动设备反馈作业情况，实现了外勤作业的流程优化和闭环管理。目前该系统在黄骅港站正在进行调试，已得到车站的大力支持，有效证明了系统的实用性和应用价值。