基于DMR的成都地鐵5號線車輛基地數字化調車系統

范 琪，虞 凱，汪 崢，王孔明

地鐵車輛基地是全線列車的運營保障基地，承擔了全線列車的停放、收發車、車輛檢修、洗車、調試、鏇輪、施工維修等生產作業［1］。因不同的生產作業對列車停放股道有不同的需求，所以需要通過調車轉軌作業對車輛基地內列車停放股道重新安排。調車作業是銜接車輛基地內各類生產作業的關鍵環節，若調車作業效率低，將直接影響車輛基地內收發車作業效率，會降低車輛基地對正線故障的處理及救援響應速度，影響正線行車［2］。

1 現狀分析

1.1 調車作業

車輛基地內調車作業包括調車計劃編制和調車作業執行2個過程。

調車計劃編制階段由檢修調度和車場調度共同完成。檢修調度根據場段內的車輛檢修作業、洗車作業等需求，編制人工調車申請單，簽字確認后提交給車場調度；車場調度根據調車申請單，并結合場段內當前車輛的停放情況、調機資源、收發車空窗時段等信息，人工編制紙質調車作業通知單，包含調車日期、班組等記錄內容，以及每一鉤調車作業的詳細信息。

調車作業執行階段由車場調度、信號樓值班員、調車司機共同完成。車場調度在編制完成調車作業通知單后，將紙質調車通知單分別下發給調車司機和信號樓值班員；調車司機需前往DCC（Depot Control Center，車輛基地控制中心）領取并向車場調度復誦作業內容；信號樓值班員在調車司機整備完成后，按調車通知單內容人工開放調車進路，并在每一鉤進路開放前和調車司機進行聯控，確保調車進路開放正確。調車作業過程中，調車司機需在調車通知單上記錄每一鉤的開始和完成時間，以及作業過程；調車完成后，調車司機需填寫調車回執單反饋給檢修調度，至此完成調車作業。

1.2 存在問題

傳統車輛基地內的調車作業存在以下問題。

1）調車作業管理信息化水平低。在傳統車輛基地的調車作業中，檢修調度編制的調車申請單、車輛調度編制的調車作業通知單、調車司機完成調車作業后反饋的調車回執單都是人工編制或填寫的紙質單據。調車作業依賴這些紙質單據在各個生產崗位之間流轉完成，缺乏信息化、數字化的管理方式，造成調車作業信息鏈容易脫節，調車作業管理困難［3］。

2）調車計劃信息流轉困難。傳統車輛基地的調車作業內容是通過紙質調車通知單傳達，無法實時下達至調車司機，造成作業效率低下。據調研，對于一般中等規模的車輛基地，調車司機需從工程車庫前往DCC 人工領取調車通知單，調車完畢后需要返回DCC填寫調車回執單，耗時30 min以上，甚至超過調車作業本身所需時間［4］。若在調車作業過程中，因特殊原因，車場調度需更改調車計劃，調車司機需終止當前作業，返回DCC 重新獲取最新的調車通知單，按最新調車通知單繼續調車作業，降低了場段內調車作業效率［5］。

3）調車作業自動化程度低。在傳統車輛基地內，調車司機需和車場調度復誦調車計劃信息；信號樓值班員需和調車司機核對調車進路，以避免調車計劃信息在流轉過程中產生錯誤。信號樓值班員需人工同調車司機確認調車整備情況，并手動排列調車進路。同時，在調車過程中，調車司機需不斷確認調車進路中的信號機亮燈狀態及道岔開向，確保調車進路正確。因調車全過程由人工完成，自動化程度低，為避免人為疏忽引發安全事故，必然增加各個環節的確認次數，導致作業效率低下。

4）缺乏實時作業進度監控。傳統的車輛基地內，車場調度無法實時掌握調車作業進度，對車輛基地內當前調車作業進度掌握不及時，將降低車輛基地處置突發事件的應急反應能力。例如，當正線臨時有列車需要下線回段，當前場段內正在調車時，車場調度需要通過語音和司機確認調車情況后才能對調車作業后續鉤的執行做出決策。

2 解決方案

在成都地鐵5 號線設計建設過程中，首次提出建設車輛基地綜合自動化系統（以下簡稱“MDIAS”）的目標。該系統包含收發車平臺、站場監控與現車、檢車平臺、派班平臺、統計報表、系統設置、技術作業大表等功能模塊，實現了車輛基地收發車作業、派班計劃等關鍵計劃信息的自動編制，提高了車輛基地內信息化、自動化水平，進一步提高了場段作業效率。

數字化調車系統是MDIAS 系統中的重要子系統之一。針對傳統車輛基地調車作業信息流轉不暢的問題，打破了信息傳遞的最后一道屏障，直接將調車作業信息從調度崗位傳遞至調車司機；同時實現調車進路的自動排列與調車作業狀態的實時反饋，打通車輛基地調車作業的各個環節；實現車輛基地內調車作業的數字化管控和精細化管理，直接提高了調車作業效率。具體方案如下。

1）搭建數字化調車信息化平臺。數字化調車系統采用B/S 架構，實現調車申請單管理、調車通知單管理、調車回執單管理、調車過程監控、調程管理、調車語音通知、工程車狀態維護等，將車輛基地內調車所有流程及作業單據全部實現數字化、信息化管理；同時結合站場平面信號設備布置、股道資源及調車作業需求，實現調車計劃自動編制算法，可根據調車申請單、檢修計劃、收車要求等自動編制調車計劃。

2）實現調車通知單的無線傳輸。DCC 控制中心的調度人員，可在數字化調車系統的BS 終端中，實時將確認完畢后的調車作業通知單發送至調車司機的手持臺，無需調車司機前往DCC 獲取紙質調車通知單。

3）實現進路的自動排列。MDIAS 系統已具備進路控制功能，數字化調車系統實現與進路控制功能接口，由進路控制功能將調車計劃轉化為調車進路排列指令下發給聯鎖，聯鎖完成進路的自動排列。調車進路的觸發時機，由調車司機在整備作業完畢后，通過手持臺按鍵觸發調車進路開放申請。

4）實現作業狀態的實時反饋。利用MDIAS系統的進路控制功能獲取調車計劃的實時狀態，將實時狀態消息反饋至調車作業監控，顯示給用戶查看，并同步至調車司機手持臺。在自動反饋功能失效的情況下，支持司機通過手持臺實時反饋作業狀態。

3 系統實現

成都地鐵5 號線為南北走向的主干線路，從南到北依次設回龍停車場、元華車輛段和大豐停車場。其中，系統中心機房設置于元華車輛段。

本文將以成都地鐵5 號線數字化調車系統為例，闡述該系統的無線傳輸需求及方案、構成、功能以及軟件實現等。

3.1 無線傳輸需求及方案

數字化調車系統的無線傳輸方案需滿足以下需求。

1）支持語音通信。在車輛基地內進行調車作業的過程中，調車司機需與車場調度、信號樓值班員等關鍵崗位人員進行實時語音通話，系統應支持實時語音通信功能，具備一定的抗干擾能力；同時，系統需能對語音通話內容進行錄音，便于事故追溯分析。

2）支持短數據傳輸。系統需支持短數據傳輸功能。調車通知單可通過無線傳輸的方式推送至司機手持臺，并在手持臺上顯示。調車通知單數據均為文本數據，數據量極小，一般每個調車通知單的大小約為1 kB，對無線傳輸方案的帶寬無特殊要求。

目前，軌道交通領域中無線傳輸技術主要包括400 MHz 模擬對講系統、WLAN 無線局域網、TETRA 數字集群通信系統、TD-LTE（分時長期演進）寬帶移動通信技術和DMR 數字通信技術等。針對上述無線傳輸需求，不同的無線傳輸方案比選見表1。

表1 無線傳輸方案比選

400 MHz 模擬對講系統無法承擔短數據傳輸，且該模擬頻率范圍易受到其他民用設備干擾［5］，通信不穩定；全場段覆蓋WLAN 信號的實施工程量大，容易受到其他同頻段無線信號影響，且越區切換時通信不穩定［6］；TETRA、TD-LTE 的設備成本較高，這些通信技術方案均不適用于本系統。

基于DMR 的數字通信技術可承載信令及語音傳輸［7］，抗干擾能力強，無線覆蓋范圍廣，可降低越區切換頻率［8］，減少設備數量及工程實施量，且設備成本相對較低，系統整體成本可控，可實施性強［9］。

綜合上述因素，DMR 數字通信技術是最適用于本系統的無線通信方案。

3.2 系統構成

數字化調車系統包括設置于元華車輛段的調車數據服務器、有線調度臺和設置于各個場段內的無線信道機、射頻控制單元、天饋系統和手持臺等設備。系統架構見圖1。調車數據服務器用于實現和MDIAS 系統應用服務器接口及向用戶提供服務；有線調度臺將DMR 格式語音解密轉碼為WAV 格式，實現通話錄音回放功能；無線信道機實現信號的調制解調，將調制后的數據通過天饋系統發送至空中，并將從天饋系統獲取的無線數據解調后返回給調車數據服務器；射頻控制單元布設于無線信道機及天饋系統中間，實現信號的穩定及放大；手持臺實現調車司機與調度的語音通話，調車計劃的顯示及進路申請、調車狀態燈信令消息的收發和顯示。

圖1 數字化調車系統架構

通信方面，各場段的無線信道機和本場段MDIAS 核心網絡交換機連接；各場段MDIAS 核心網絡交換機通過通信專業預留的光纖通道實現與元華車輛段通信，從而實現各場段無線信道機與元華車輛段調車數據服務器的數據通信貫通。

接口方面，由元華車輛段調車數據服務器實現和MDIAS 系統應用服務器接口，通過該接口交換調車計劃信息、調車計劃狀態信息、進路觸發申請等信令信息及心跳對時信息。

3.3 系統功能

本系統功能主要包括BS 信息化部分功能和手持臺終端功能。

3.3.1 BS信息化部分功能

1）調車申請單管理。支持檢修調度在系統中編制轉軌、洗車等各種類型的調車申請單，并發送至車場調度審批。

2）調車通知單管理。實現調車通知單的自動編制和人工編制。車場調度可將調車通知單發送給指定手持臺，手持臺可實時同步顯示調車通知單內容；系統支持撤回尚未作業及正在作業過程中的調車通知單，車場調度對調車通知單修改后，再次發送給手持臺，大幅減少了調車作業通知單流轉的時間，提高了調車效率。

3）調車過程監控。將調車作業狀態實時更新至BS 終端，供車場調度查看；同時更新至司機手持臺，使司機手持臺具備自動更新調車作業狀態的功能。

4）調車回執單管理。當根據調車申請單生成的調車計劃完成時，系統自動生成調車回執單，車場調度可一鍵反饋給檢修調度，作為本輪調車作業的閉口環節。

5）調程管理。實現自動統計調車每一鉤里程及調車總里程的功能。

6）調車語音通知。實現調車作業關鍵狀態信息的語音提示，避免車場調度遺漏重要調度信息。

7）手持臺管理。可實現手持臺新增或刪減，便于系統擴容及手持臺維護。

3.3.2 手持臺終端功能

手持臺終端基于摩托羅拉P8860 進行二次開發，具備語音通話及調車通知單的接收操作功能。

調車司機主要使用手持臺接收調車通知單，觸發調車進路，獲取調車作業實時狀態。手持臺的顯示內容及方式，符合用戶習慣的自定義顯示及操作，完成調車通知單的顯示、調車狀態的自動更新，調車進路的開放申請等功能。

1）手持臺目錄界面。手持臺目錄界面清晰顯示手持臺適用崗位，調車批數及調車通知單目錄。調車通知單目錄顯示每個調車通知單的概要信息，包括班組、批次、鉤數及狀態信息。調車通知單狀態包括：未申請、已申請、申請失敗、第X鉤（調車作業正進行到的鉤順號）、作業完、已撤回，共6種狀態。

2）手持臺正文界面。手持臺正文界面需顯示日期及該批次作業的鉤詳細信息，每鉤分2 行顯示，第一行顯示順號、股道、摘掛、車數、鉤狀態；第二行顯示注意事項。

鉤狀態包括3 種狀態：“已”表示本鉤作業已完成；“正”表示正在進行本鉤作業；“未”表示本鉤作業未開始。

3）手持臺安全提示界面。手持臺安全提示界面用于顯示調車注意事項內容。場調需要向調車司機傳達的重要安全提示也可通過安全提示界面提示司機。

手持臺按鈕操作功能及界面的流轉關系可通過人機交互流程圖清晰展示，見圖2。

圖2 手持臺人機交互流程

4 系統應用

成都地鐵5 號線是全國范圍內第一個使用數字化調車系統的線路。經過數月的試用，各崗位的磨合，管理流程的調整，將運用數字化調車系統后的調車作業流程總結如下。數字化調車系統中調車作業流程見圖3。

圖3 數字化調車系統中調車作業流程

1）調車計劃編制階段。檢修調度在系統內編制調車申請單，提交車場調度審核；車場調度根據實際作業情況，選擇同意或者不同意該調車申請；被駁回的調車申請單，檢修調度可以在系統內繼續修改后提交；車場調度可以自動或者手動編制調車通知單，并將調車通知單發布至調車司機的手持臺及信號樓值班員終端；調車司機在工程車隊辦公室通過手持臺接收調車通知單，檢查、復誦并核對調車作業內容。

2）調車計劃調整階段。若因其他作業條件發生變化，在調車計劃編制發布后，需要調整調車計劃，系統允許車場調度一鍵同時撤回工程車司機手持臺及信號樓調度終端內的調車通知單，重新修改完成后，再次發送給工程車司機及信號樓調度。

3）調車計劃執行階段。

調車司機按手持臺內的調車通知單內容，前往指定股道，對被調車輛進行調車前的整備工作；調車司機整備完成后，通過手持臺申請觸發調車進路。

信號樓值班員在系統選擇是否同意該調車進路開放的申請，若點擊“是”，在符合信號開放的條件下，則系統立即自動辦理該調車進路；若點擊“否”，則調車司機后續可繼續申請開放調車進路。

調車司機根據信號機指示，開始調車作業；在調車作業過程中，調車司機每完成一鉤任務，均會給信號樓值班員提示當前作業狀態，并提示是否自動辦理下一鉤進路；手持臺均會自動播報下一鉤調車目的地；場調可通過調車作業監控實時觀察調車作業完成狀態。

在成都地鐵5 號線一段兩場運用該系統后，與傳統的調車模式相比，在調車計劃編制階段，系統可取消紙質的調車申請單、調車作業通知單等，減少紙質單據的流轉時間，特別是減少了調車司機從工程車隊前往DCC 領取調車作業通知單的時間；在調車計劃調整階段，通過調車計劃的遠程變更和推送，大大降低了調車通知單內容變更所需的時間；在調車作業執行階段，系統可實現調車進路的自動排列，減少信號樓值班員人工出現誤操作的概率，提高作業安全性和準確率。

5 結語

本文從傳統車輛基地的調車作業現狀和問題切入，介紹了數字化調車系統解決方案、詳細的系統實現以及應用情況。本系統在成都地鐵5號線車輛基地中的應用，可為其他城市車輛基地類似系統的實施提供技術經驗及參考。