基于CTC/TDCS系統的現場作業管理和防護預警技術研究

陶有好 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開發有限公司

基于CTC/TDCS系統的現場作業管理和防護預警技術研究

陶有好 上海鐵路局上海鐵路軌道交通開發有限公司

TDCS/CTC系統已經基本建成覆蓋全路調度所、全路車站的行車指揮與控制網絡，功能和數據已經涵蓋列車計劃、調度命令、調車作業、信號實時監視、列車實時跟蹤、進路自動控制等方面，成為運輸生產不可缺少的行車設備。因此，在無線通信和智能終端技術成熟的客觀條件下，TDCS/CTC系統已經具備擴展無線移動信息平臺的技術水平和開發能力，并據此平臺開發現場作業管理和防護預警系統。

TDCS/CTC系統；現場作業管理；防護預警

隨著鐵路行車密度、行車速度的不斷提高，營業線電務施工維修人員的人身安全受到越來越嚴重的威脅。因此迫切需要一種技術裝備，能使現場施工人員及時得到列車接近報警提示，實時掌握列車走行情況和信號開放情況，從而提前預判、及時避讓列車,避免人身傷害；另外，現場施工人員還需要隨時了解施工計劃信息、向調度或者把關干部報告施工實際進展情況，和駐站聯絡員、現場防護員溝通完成整個施工過程的防護盯控。

而目前整個過程還主要依靠人工卡控，由于人的疏忽誤判，施工過程中施工人員安全事故依然頻發，安全生產形勢依然嚴峻。施工過程的溝通還停留對講機和紙筆傳遞層面，缺乏溝通過程的數據留底。施工信息的填報大多發生施工完成之后，數據無法反映真實的施工過程，更無法為后續施工考核提供依據。

鐵路業內在現場作業管理和安全防護方面進行了一些有意義的嘗試，但或者局限于實現技術，或者局限于投入成本，未能有效產生系統性的產品。因此，將TDCS/CTC系統相關管理、監視功能擴展到室外工作組的移動終端上，并根據具體的施工和維修作業的業務性質實現監控、預警、管理等功能，則可以進一步發揮TDCS/CTC系統的信息資源優勢，大大提高運輸生產的效率和安全性。同時，現場作業管理和防護預警系統只有充分利用TDCS/CTC系統的信息資源，才能廣泛地實時掌握列車動態、運行計劃、施工計劃等全方位信息，從而對現場作業進行有效地的安全防護和管理。

1 本項目研究重點

現場作業管理和防護預警系統要運行在廣泛、復雜和開放的環境中，需要基于現有技術和平臺，結合行業的安全需求和特定業務需求，研究出滿足本系統要求的技術和方法。本項目的研究重點包括：

（1）開放網絡環境下的安全通信技術。現場作業管理和防護預警系統要達到適用廣泛、技術可行和成本允許的要求，應該充分利用現有的民用無線網絡系統，不但可以降低投資成本和維護成本，而且具有廣泛的適用性，易于推廣。因此，在使用開放的互聯網中傳輸滿足安全要求的信息，需要研究一套可行的安全通信技術。

（2）云計算技術在系統中的應用。現場作業管理和防護系統中通信實體的網絡環境復雜，通信實體的數量不固定和接入方式多樣性，因此有必要將云計算技術應用于項目的服務器系統，使得服務器可以根據站段、通信實體的數量，靈活調整處理能力和通信吞吐量。

（3）系統與TDCS/CTC系統的安全接口。TDCS/CTC作為列車調度指揮系統，實現了鐵路各級運輸調度對列車運行實行透明指揮、實時調整、集中監控，因此它既是寶貴的信息源，又是關系列車安全運行的重要系統。現場作業管理和防護預警系統要根據站場狀態和車次位置，做出實時自動智能預警，就必須要從TDCS/CTC系統獲取數據。因此，在獲取數據的同時必須保證TDCS/CTC系統的獨立性和安全性，避免對行車造成影響。研究TDCS/CTC與現場作業管理和防護預警系統的安全接口技術是系統的必然要求。

（4）防護預警是本項目研究的主要內容。防護預警的研究包括兩方面的內容：一是如何利用TDCS/CTC的站場信息、車次信息為現場作業人員提供防護預警，即防護預警的產生邏輯；二是如何管理組織防護預警傳遞、提示和反饋的流程，即防護預警的管理方法。

（5）現場作業管理。按照《鐵路營業線施工安全管理辦法》和路局、站段的標準作業流程要求，將作業相關人員按照角色和職能分配到施工工作流中，使施工人員按照標準流程在不同施工階段做規定動作，逐步完成整個施工過程。施工流程產生的數據，可以作為施工考核和評比的依據。

（6）人員定位。在現場作業管理和防護預警系統中，實現施工人員的人員定位是確保施工人員安全一種有效手段。采集人員的實時位置信息，以圖形化的方式直觀的展現出來，便于單位領導和調度掌握現場施工人員的分布，做出合理的應急決策。

2 系統實現目標

現場作業管理和防護預警系統，將從以下幾個方面實現現場作業管理和防護預警的要求：

（1）實現作業任務管理。作業任務管理的對象是施工任務，包括施工任務的生成、下發和刪除。施工任務定義為關聯相關角色人員的可執行作業流程單。生成施工任務是指中心盯控人員或施工負責人根據施工計劃產生一項施工任務。下發施工任務是指施工任務生成后，系統能夠將施工任務下發到相關角色的終端設備。刪除施工任務是指施工任務的創建者或者盯控人員能夠將建立的施工任務刪除。現場作業管理及防護預警系統提供相關人員管理作業任務的圖形化界面，服務器能夠將施工任務下發到相關施工人員持有的設備。

（2）實現防護預警功能。系統實現自動防護預警和人工防護預警。系統能夠根據當前的信號設備狀態、施工位置和列車運行方向等信息，自動地向施工相關人員發出防護報警；同時，系統還要提供人工發送防護報警的功能，具有人工報警編輯操作界面。移動終端通過語音和震動等方式向施工相關人員提示報警，并為其提供確認防護報警操作界面。

（3）實現施工流程卡控功能。系統實現施工流程管理和角色權限卡控功能。施工相關人員根據施工推進情況，設置施工任務的狀態，系統提供流程顯示和操作界面。對于流程操作，系統要提供角色職能卡控功能，在不同施工階段為不同角色人員提供不同的操作界面。對于流程狀態，系統要提供管理和同步功能，在施工狀態發生變化時向所有施工人員同步施工狀態。

（4）開發TDCS/CTC安全隔離通信機。TDCS/CTC安全隔離通信機能夠采用安全接口通信技術，實現外部系統USB/串口與TDCS/CTC通信，單向傳輸方式從TDCS/CTC獲取站場表示等信息。安全隔離通信機獲取信息可以能夠保證一定的實時性。

（5）實現人員定位和位置顯示。移動終端系統實現采集施工人員的位置信息并自動上報的功能。盯控終端可獲取施工人員的位置，并用圖形化方式展示出來，實現人員定位。移動終端要實現電子地圖查看同一施工任務的角色位置的功能，實現組內監督。

（6）實現移動終端站場快照。移動終端通過圖形化界面，顯示站場和列車的快照信息。現場作業管理和防護預警系統，傳輸快照信息應采用的安全加密通信技術。站場快照能夠方便作業人員了解當前列車的走行情況，實現作業人員的自我預警防護。

3 系統的硬件結構

現場作業管理和防護預警系統總體上是一個實時無線互聯網系統，其物理設備結構如圖1所示。從網絡層次上可以劃分為三部分：TDCS/CTC查詢網、防護預警網、無線通信互聯網。TDCS/CTC查詢網內設有TDCS/CTC安全隔離通信機(內網)，防護預警網內設有盯控終端、防護預警服務器、TDCS/ CTC安全隔離通信機(外網)和其他查詢管理終端，無線通信互聯網內包括云服務器、移動終端等。

圖1 現場作業管理和防護預警系統硬件結構圖

TDCS/CTC安全隔離通信機是連接TDCS/CTC系統與防護預警系統的橋梁，做到系統之間完全的網絡隔離，能夠確保兩個系統的網絡安全，使得TDCS/CTC系統在不受外部系統的影響下，將站場和車次等信息提供給現場作業管理和防護預警系統使用。

防護預警服務器是作業管理和防護預警系統核心邏輯處理設備。其功能包括防護報警邏輯、內網通信服務和外網通信服務。防護預警服務器通過內網通信服務獲取安全隔離通信機的TDCS/CTC信息，通過外網通信服務獲取施工作業位置信息，根據以上兩種信息經過邏輯運算產生防護報警，由外網通信服務發送到無線通信互聯網。

云服務器是無線通信互聯網的數據交換和存儲中心。首先，云服務器是數據交換中心，提供了移動終端互聯服務、施工任務狀態廣播服務和防護報警分發服務；其次云服務器是數據存儲中心，施工任務和防護預警在云服務器上實現了數據的持久化。

盯控終端是作業管理和防護預警系統的監督管理終端，由中心盯控人員使用。盯控人員可通過盯控終端監督當前正在施工的施工項目，查詢施工任務的分布和施工人員配備情況，實時盯控各施工任務的進度、查詢施工過程數據。盯控終

端還提供了施工計劃導入、施工任務管理的功能。

移動終端是信息顯示和報警提示的終端，同時也是信息采集終端，由施工相關人員使用。施工人員可以通過移動終端獲取施工需要的信息，同時移動終端又可以匯報現場施工的狀態和施工位置。移動終端實時采集上報當前的位置信息，是作為人員定位的原始數據。移動終端還能將中心的防護報警信息，通過聲音、震動等多種形式向施工人員報警，并將施工人員的確認信息反饋至中心。

4 系統的軟件結構

圖2 系統數據流圖

如圖2所示，現場作業管理和防護預警系統從TDCS/ CTC系統獲取站場表示信息，從段施工計劃系統獲取施工計劃。中心盯控人員或者施工負責人根據施工計劃中的施工地點、施工人員創建施工任務。表示信息可以為盯控人員提供站場的實時信號顯示，也防護預警功能提供實時數據。防護預警功能根據施工任務信息和站場顯示信息產生防護預警，分發到盯控終端和施工現場的移動終端。現場施工人員通過移動終端匯報施工狀態，同時施工狀態發生變化后，也廣播給施工相關人員。

5 系統主要功能實現

5.1 施工任務管理

盯控終端和移動終端均可以生成施工任務。

5.2 施工流程管理

施工流程管理是將施工過程分成若干個階段，每個階段內又包含了若干個操作，系統根據各施工階段執行的先后順序，依次完成施工階段內的操作。

圖3中每個虛線方框表示施工的一個階段，整個施工流程共包括:“人員到崗”、“施工準備”、“等待命令”、“施工開始”、“施工過程”、“人員撤離”、“施工銷記”和“施工結束”這8個階段。每個施工階段中方框表示該階段的操作項，包含施工負責人、駐站聯絡員以及現場防護員的操作項。

5.3 施工防護預警

施工防護預警是系統自動或者人工產生報警信息，廣播給相應移動終端，移動終端收到報警后產生聲音、震動向用戶報警，用戶閱讀報警并確認簽收的過程。根據施工防護預警的邏輯大致分為三部分：自動防護預警、人工防護預警和報警確認流程。

圖3 施工流程圖

6 結束語

現場作業管理和防護預警系統為鐵路沿線施工提供了施工管理和防護預警的新裝備，系統的應用將在以下幾個方面發揮積極作用。

（1）提高了現場施工的安全性。系統提供的自動防護報警，能夠自動向施工人員的手持終端提供來車報警，降低了人為因素對施工安全的威脅，是人工防護的有益補充，提高了鐵路沿線施工的安全性。

（2）提高現場作業標準化水平。系統提供的施工任務流程管理功能，引導施工人員按照施工步驟逐步完成整個施工過程。施工過程中采集的節點時間、圖片和位置信息，為事后施工考核提供數據依據，也進一步促進了施工過程的標準化。

隨著施工安全的重視和施工作業標準化要求的嚴格，本課題研究成果具有廣闊應用前景，不僅適用用于電務施工過程防護，還可以推廣到工務施工防護系統。

責任編輯：萬寶安

來稿日期：2016-11-07