適用于車務段集中管理的STP車務終端

李繼東

無線調車機車信號和監控系統（STP）是調車作業安全防護的輔助設備，通過無線方式在地面設備和車載設備間傳輸調車作業相關的車站聯鎖信息，通過列車運行監控裝置（LKJ）實現調車機車的信號安全防護［1］。STP的主要用戶對象是機務部門和車務部門，機務部門的人機接口是LKJ顯示器，車務部門的人機接口為STP車務終端，這些用戶接口在設備使用過程中起著非常重要的作用。

目前，全路大多數車務段內調車作業組織方式仍然以站為單位進行，調車區長和調車組分散在各車站負責調車作業，車務段不參與班計劃的編制，調度所的班計劃直接下達給車站，計劃兌現全部依靠中間站獨立完成［2］。按照國鐵集團以及鐵路局深化內部改革，創新經營機制和統籌資源配置要求，沈陽車務段對運輸組織指揮架構進行了優化，將原有中間站調車區長進行整合，統一到車務段管控大廳進行合署辦公；各中間站的固定調車組改為流動調車組，跟隨調車機一起進行流動調車作業。這種運輸組織方式解決了原有架構下路局調度所、車務段、中間站三方信息不對稱、調車機利用效率低、車務段不能從整體上把握各中間站調車作業，存在運輸資源浪費等問題［2］。運輸組織改革前，各中間站調車計劃編制以及執行情況，由各站駐站調車區長直接掌握，車務段只起到信息收集作用，職能被弱化。運輸組織改革后，由車務段統管各中間站班計劃、階段計劃、調車作業計劃，實現車務段對中間站從調車作業計劃編制開始到調車計劃執行結束的全過程控制，實現統籌調車資源，總體把握調車進度，提高了調車作業效率［2］。

目前，沈陽車務段的36個車站和所有專用調車機車都已經安裝STP設備，有效防止了調車作業過程中“擠”“沖”“脫”等事故的發生，解決了調車安全防護的死角問題［3］。車務段對調車作業進行集中管理后，將原來分散在各個車站的STP車務終端集中到車務段進行管理，通過搭建各站到車務段的安全通信網絡，形成了車務段綜合管控技術方案。該方案不僅滿足了車務段日常調車作業管理需求，同時實現了基于STP的車站調車分析系統的部分功能，提高了車務段調車作業管理水平。

1 車務段集中管理的技術需求

沈陽車務段主要管轄京哈線、沈山線、沈吉線、沈大線4條干線和多個編組站的調車作業［4］。作為管理各站調車作業的直接責任人，調車區長的主要職責為準確及時地編制調車計劃，并向調車組作業人員準確布置工作重點，準確掌握現車情況，確認SMIS系統與現場一致，加強與車站值班員、貨運人員聯系，加快取送速度［5］。進行車務段綜合管控后，由原有的一個區長負責一個站的調車作業計劃編制和調車進度監督工作，變更為一個區長管理一條鐵路線路上若干個車站的調車作業工作。車務段內調車區長作業臺既有SMIS現車終端分布見圖1。其中北部一臺負責雙廟子、中固等6站的調車作業管理工作；北部二臺負責亂石山、大青等6站；北部三臺負責新城子、虎石臺、輝山站；樞紐一臺負責大成、于洪；樞紐二臺負責沙嶺、沈陽內陸港；樞紐三臺負責沈陽東；沈吉臺負責東陵、前甸等11站；蘇撫臺負責深井子、孤家子等5站。調車區長工作任務重，安全壓力大，通過在各區長臺設置STP車務終端后，可以方便調車區長掌握各站調車作業執行情況，減輕調車區長的勞動強度，提高車務段調車作業管理信息化水平。

圖1 SMIS現車終端分布

車務段成為各站調車作業指揮中心后，STP車務終端的主要技術需求如下。

1）調車機調車作業執行進度監督功能。調車區長需要實時掌握調車機調車作業執行情況，根據調車進度調整調車計劃。通過STP車務終端能夠及時將調車機車的位置、速度、限速以及工況等信息實時顯示在車務終端顯示器上，調車區長能夠第一時間獲取調車機車的實時信息。

2）各流動調車長取送作業單需求。各站取消固定調車區長后，調車計劃單的取送成為影響調車效率的一個大問題。調車長需要到原有車站作業單打印點取調車計劃，取完調車計劃并通過電話和區長核對后再進行調車作業。調車機車安裝STP車載設備后，可以通過車載作業單打印機直接將車務段下達的調車計劃在機車上進行打印，降低調車長勞動強度，提高調車效率。

3）調車機作業分析統計功能。調車作業繁忙，車務系統需要及時對每鉤作業執行時間、調車作業量等實際調車機使用效率進行統計分析，及時調整調車作業策略。多個車站STP系統成網后，掌握了大量的車站調車機作業信息，能夠將各站調車作業數據上傳至車務段STP數據中心服務器，部署在車務段的調車數據分析子系統，可以實現調車效率分析、作業量統計、調車員操作分析、運輸能力查定、過程優化建議和事故分析等功能［6］。

4）特殊作業授權功能。采用車務段調車作業模式后，車務段需要對調車機在站內的特殊作業進行授權確認，包括機車入網、越出站界調車等授權確認等［1］。

2 車務段集中管理的實現

為了滿足沈陽車務段集中管理STP車務終端的技術需求，在該車務段運營管理中心共設置STP車務終端區長臺8個，STP車務終端監控臺6個，共計14個終端，管理36個車站。

車務段集中管理的STP車務終端（以下簡稱“STP車務段終端”）是將獨立的各個STP車站整合成一個STP管理網絡，將原來的分散管理功能集中到車務段統一進行管理。

2.1 STP車務段終端的網絡結構

目前沿線車站到車務段的網絡主要為鐵路2 M網和車務辦公網。考慮到STP設備的安全性以及實時性，本次各站到車務段采用的是專用光纜通道。在各站通信機房采用專用的光交換機，通過傳輸設備配置業務，將36個車站以及車務段STP數據中心連接成星型網絡，實現了數據隔離，保證STP網絡的安全性。

STP車務段終端網絡設計為3層，分別為STP車站傳輸網絡層、車務段STP數據中心網絡層和SMIS信息網絡層。各站信號機房到車務段STP數據中心機房處，利用光通道傳輸STP控制信息，組成STP車站傳輸網絡層。各調車區長處STP終端和STP數據中心服務器組成車務段STP數據中心網絡層［7］。SMIS信息網絡層為既有鐵路車站綜合管理信息系統網絡。

作為保障車站調車作業安全的重要設備，新設置的STP車務段終端在獲取相關顯示、實時狀態、歷史數據、作業單數據等信息時，都需要在不影響車站STP系統正常工作的前提下進行。為此，需要在以上3層網絡接口之間增加相應隔離設備，如網閘、防火墻等［8］，防止病毒攻擊、網絡風暴等情況影響自身以及接口系統的正常運行。車務段STP數據中心網絡層與其上下兩層網絡之間使用網絡防火墻進行隔離［9］。系統網絡架構見圖2。

圖2 系統網絡架構示意圖

2.2 通信方案

1）STP車務段終端與各站STP地面機柜的通信。如圖3所示，首先，各站STP地面主機將本站地面顯示數據、控制數據、調車數據匯集到STP數據中心服務器，由數據中心服務器對各站STP調車數據進行聚類和整合，實現調車數據分析功能。其次，由數據中心服務器根據STP車務段終端的調車作業車站申請，建立起車務終端至對應車站的數據通道連接。

STP車務段終端和數據中心服務器之間的通信采取主動申請方式和被動更新方式。當調車區長在顯示界面上選擇某車站時，STP車務段終端將顯示界面切換到對應的車站，并向數據中心服務器主動申請對應車站的數據。當調車機車跨站作業時，數據中心服務器監測到調車機車作業站場發生變化，會主動向對應的STP車務段終端發送新站數據，STP車務段終端會自動切換作業站場。

2）STP車務段終端與SMIS車站綜合管理信息系統的通信。如圖3所示，在STP車務段終端與SMIS系統之間設置防火墻，并配置通信規則。STP車務段終端通過訪問SMIS車站綜合管理信息系統開放的數據庫端口，獲取調車計劃單。調車作業計劃單從現車系統下發到各站作業機車的作業過程見圖4。

圖3 通信方案

圖4 調車作業計劃單從現車系統下發到各站作業機車作業過程

2.3 功能實現

STP車務段終端的功能實現分為STP車務終端部分和調車作業數據分析部分。STP車務終端部分主要實現車務終端的基本功能以及調車數據分析查詢界面；調車作業數據分析部分主要是實現調車作業數據的各種分析功能。下面分別對這兩部分進行說明。

2.3.1 STP車務終端部分

1）調車作業監督模塊。該模塊主要是向車務人員提供調車作業的實時信息，主要包括機車位置、機車速度、當前限速、當前鉤號等信息。通過該模塊，車務人員能夠實時監督調車作業進度，實現調車作業進度監督功能，通過向車務人員提供各站存車線車列占用情況、各站信號設備的實時狀態等，方便車務人員及時了解調車作業相關信息。由于一個STP車務終端負責管轄多站，車務終端的站場圖顯示不僅能夠自動追蹤調車機，還能夠由區長手動選擇車站。該模塊利用MySQL數據庫將接收到的數據進行存儲，能夠對歷史數據進行查詢、回放和分析。

2）調車作業計劃模塊。該模塊的主要功能是將調度所下達的調車計劃，按照作業車站和作業機車下達至STP地面主機，STP地面主機將接收到的調車計劃發送至機車上進行顯示和打印。調車作業計劃功能模塊能夠按照調車計劃中的站名和機車號，自動將計劃下達給對應的車站和機車，同時也能夠由區長手動將指定計劃下達至對應的調車機車。采用指定機車號下達時，該模塊能夠自動判斷調車機車所在車站，并將調車計劃下達給對應的STP地面主機。

3）調車作業分析統計模塊。該模塊主要利用數據服務器中存儲的數據分析統計調車作業，將調車作業各項數據圖形化。通過該功能，車務作業人員能夠直觀地看到調車效率、調車作業量、調車員操作、運輸能力查定、作業過程優化建議等。

2.3.2 調車作業數據分析部分

調車作業數據分析主要部署在STP數據中心服務器，該服務器接收來自各站STP地面主機發送的調車作業數據，并利用回歸分析、聚類分析、SVM算法、神經網絡、優化算法、深度學習等工具對各站STP調車數據進行分析［6］。同時，在車務終端界面上顯示分析結果，實現對調車分析系統的數據支持。具體體現在以下3個方面。

1）數據處理。數據處理模塊對從各個車站STP主機接收到的數據進行數據解析、編碼、特征值提取，按照調車作業相關的各個關鍵元素進行歸類處理。比如，對每一張調車計劃單的執行時間、每一鉤調車計劃的執行時間、鉤計劃中平均每輛調車作業的執行時間、平均每一鉤計劃調車機走行里程等進行歸類，并且對這些數據進行處理。

2）數據運算。數據服務器上進行的運算包括：對調車作業效率進行回歸分析，預測完成當前調車計劃需要的時間；對調車員操作進行聚類分析，分析調車組車列連掛時在無線調車燈顯系統上提示車輛間距的準確性；利用SVM算法對相近條件的調車作業進行分析，在調車機走行距離、車輛數等近似的條件下對調車機車的作業特性進行SVM分析，發現調車作業中能夠提高效率的關鍵作業環節，給車務部門提供優化建議等。

3）數據學習。數據學習模塊能夠根據車務人員的日常操作，提前對數據進行相應的操作，節省車務查詢等待時間。例如，如果車務人員經常進行作業效率的查詢，該模塊會對調車作業效率相關數據進行預處理，按照時間節點、關鍵事件節點等分類因素進行分類，在進行相關查詢時，可以直接調用學習模塊前期處理的內容。

3 結語

STP車務段終端方案充分考慮了車務段的調車作業管理業務需求，設計了STP車務段終端的網絡架構和功能模塊，實現了車務段對調車作業綜合管控的需求；將分散在各站的STP車務終端集中到車務段統一進行部署，降低了成本，提高了設備利用效率和調車作業效率。該方案既滿足了車務段對調車作業進度、調車作業安全的整體把控要求，實現了調車計劃直接在機車上打印，提高了現場作業效率，又能夠結合海量調車數據實現調車作業分析功能，給車務部門優化調車方案、優化運輸組織等提供技術支持。

綜上所述，結合現場車務段調車作業的實際作業情況，在保證設備和網絡安全的前提下，STP車務段終端方案提高了車務段調車作業的集中管理水平。同時由于調車數據集成化程度的提高，實現了調車作業信息化［4］，并且為調車作業軌跡自動分析［2］等大數據系統搭建了數據平臺。