黃驊港站作業組織智能優化探討

段蘊桔，劉 青，王宏嘉，田 宇

(中國鐵道科學研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081)

黃驊港站是朔黃鐵路(朔州—黃驊港)的終端站，是煤炭下水的最后環節，主要辦理貨物列車的接發、卸車、空重車取送及編組解體等工作，2021 年黃驊港站年累計煤炭下水量達到2.15 億t，煤炭下水量連續3 年位居國內首位。然而隨著我國經濟和產業結構逐步優化，鐵路貨運將加快從規模速度型向質量效益型轉變[1]，港站對基礎設施建設、系統信息化、作業智能化的需求逐步增加。如何基于黃驊港站現有的裝備進行設備和系統技術改造，通過港站設備系統智能化應用，提高人工作業效率成為了黃驊港站鐵路生產組織的新主題。

1 黃驊港站現狀分析

1.1 作業組織及系統現狀

黃驊港站技術作業過程不同于編組站及區段站，受車站地理條件和煤炭下水作業的影響，黃驊港站擁有自身獨特的作業組織模式和作業流程，具體包括以下幾個方面。

（1）港前港口作業及人員配置。黃驊港站包含港前和港口2 個作業區，港前作業區主要負責空車技檢、站修車取送、重車到達、空車始發等作業，港口作業區負責重車到達、翻車機卸翻、空車編組等作業。港前按照接重車、發空車為主分為上行場和下行場，接重車的股道(1 至13 道)為上行場，發空車的股道(14 至26 道)為下行場，上行場進行重車的接車作業、重車轉場作業、調車取車作業、重車分解作業，下行場進行空車的組合作業以及發車作業。港口作業區包括Ⅱ場、Ⅲ場、Ⅳ場和Ⅴ場，車列在Ⅱ場和Ⅳ場進行翻車機前對位作業，在Ⅲ場和Ⅴ場進行翻后空車的編組作業。

從人員配置看，港前作業區和港口作業區相同的作業崗位包括值班員、助理值班員、信號員、統計員等，港口作業區由于特殊的作業內容，還設置了重空車調度員、翻前翻后調車組人員、道口人員、外勤人員等，由于列檢和清煤作業需求，外勤崗位中的列檢作業和清煤人員人數較多。

（2）列車種類和翻車機作業。朔黃鐵路運行2萬t列車、1.6 萬t 列車、單元萬噸列車和小列車4 種類型，黃驊港站作業人員根據不同列車類型選擇直接卸車或是進行分解作業方式。在列車分解方面，同編組站相比，黃驊港站沒有駝峰解體作業，而是通過在港前站進行列車分解作業將一列車分成不同小列再推送至翻車機房進行卸車。

黃驊港站內作業過程根據翻車機的種類包括大翻車機作業流程和小翻車機作業流程。大翻車機作業流程分為港前到達、列車分解、翻前對位、翻后轉場、清煤線牽出、列車出發等作業過程，大部分作業由本務機完成，但在列車到達后由機務段指派站內調車司機進行換乘后完成調車作業。小翻車機作業流程分為港前到達、列車分解、翻前到達、翻前對位、翻后轉場、清煤線取送、列車組合、列車出發等作業過程，除到達、出發由本務機完成，其他作業環節大部分由站內14 臺調車機進行。黃驊港站根據到達列車的類型，結合翻車機的運用，將到達列車分解成不同車列進行翻卸作業。黃驊港站不同列車類型卸車作業方法如表1所示。

表1 黃驊港站不同列車類型卸車作業方法Tab.1 Unloading methods for different train types at Huanghua Port Railway Station

（3）技術作業過程。受重載列車運行組織和港站布局影響，黃驊港站作業組織存在一定特殊性，由于列車編組輛數多、作業體量大，各項作業對人員作業強度、人員數量、作業復雜程度都有更高要求[2]。黃驊港站屬于重載列車港口站，需要利用調車機進行牽引工作以及翻車機進行卸車工作，受到發線長度、翻車機能力、調度組織安排等方面影響，不同類型列車的技術作業存在一定的區別。根據黃驊港站到達列車技術作業內容，將其分為5 000 t 列車、10 000 t 列車整列卸車、10 000 t 列車分解卸車、1+1 萬噸列車分解卸車、2萬t 列車分解卸車共5種類型，對其存在特殊作業模式的情況進行分析。

列車到達作業有2 種情況。一是5 000 t 列車和10 000 t 列車整列卸車均由本務機牽引列車從港前作業區轉至港口作業區辦理到達作業；二是10 000 t 列車分解卸車、1+1 萬噸列車分解卸車、2 萬t 列車分解卸車在港前作業區分解為2 列車，間隔一定時間發車。列車到達取送對位有2 種情況。一是5 000 t 列車和在到達港前或Ⅰ場進行分解后的10 000 t 列車、1+1 萬噸列車，由連結員負責摘調車機轉線對位，領車連結員通知調車長推進并指揮車列對位，需由調車機推進車列到Ⅱ場進行翻前對位等待卸車；二是10 000 t 列車整列和分解后的2 萬t 列車不經由港前或Ⅰ場分解，直接由本務機送至Ⅳ場進行翻前對位等待卸車，不需要調車組人員參與。列車卸車完畢后換掛調車機，并由調車機牽引空車進行編組作業，編組完成后進行清煤作業，清煤作業完畢后連掛本務機至Ⅰ場或港前作業區，摘掉本務機進行技術檢查作業，后又連掛本務機車完成票據交接等準備工作后等待出發。

（4）信息和控制現狀。黃驊港站現有信息化系統包括鐵路車號自動識別(ATIS)系統、綜合調度系統、港務公司一體化系統、機務運安系統等，由于這些系統分別由不同的崗位進行操作，相互之間缺少信息互聯互通，需要作業人員通過電話或者電臺的方式進行溝通。現有的黃驊港站控制系統由不同的崗位通過各自的終端及設備進行作業，車站值班員通過CTC/TDCS 終端、綜合調度系統來綜合控制列車到發作業，信號員通過微機聯鎖控制站內設備，車號員通過車號微機和綜合調度微機進行車號核對，其他外勤作業人員通過電臺與車站其他崗位進行作業聯系。

1.2 存在的問題

黃驊港站作業組織受作業系統信息化不足、自動化水平較低等影響因素制約[3]，車站作業主要依靠人工操作、盯控，作業崗位之間主要依靠電話溝通，現有作業系統相互孤立脫節，信息溝通不暢，加之作業節點多、流程鏈條長，導致作業人員多，且作業調度人員、行車指揮人員長時間精神高度集中，既容易引發安全事故，也無法貫徹好提質增效措施，其存在的問題具體如下。

（1）設施設備落后。黃驊港站受設施設備落后的影響，部分作業還采用人工作業手段，容易對作業人員人身安全造成傷害，同時影響作業效率、提高作業成本。試風方面，由于列車啟動需要簡易試風作業，目前采用安排尾部試風人員查看制動缸再通知司機的方式，增加室外人工作業量和作業時間；推進方面，目前列車前往小翻車機房的推進作業，受設備制約司機無法觀察運行前方狀況，故設置領車員崗位，在車列前方進行觀察，如發現異常情況可拉制動閥門進行列車制動，但該方式增加了人員勞動強度，并且領車員需懸掛在列尾探出頭進行觀察，造成作業危險性極高。

（2）信息化水平落后。調車方面，調度指揮工作缺少信息化、自動化的手段，完全依靠個人經驗，作業單傳遞鏈條多，影響車站的作業效率，編制計劃時，調度人員通過電話與港務公司、機務段等部門聯系，用紙筆記錄聯系內容，再進行人工編制調車計劃；下達計劃時，港口作業區與車站調度員之間通知單交接沒有信息化手段而使用紙質票據交接，交接后進行現場核對，票據獲取時間長、過程繁瑣；港前作業區由車站調度員傳達，內勤助理值班員利用紙質調車作業通知單并與相關人員核對。控制方面，目前黃驊港行車、調車作業進路辦理方式還是以人工辦理、盯控為主，導致作業效率低、缺少安全流程卡控，人員介入控制系統導致人員勞動強度大，對列車控制安全性產生一定的隱患，車站值班員在作業過程中對到發列車站內時間、取車作業時間、翻前對位時間、翻后編組時間、取車時間等各項作業始末時刻均需進行人工記錄，影響作業效率和數據質量；車站值班員與港務公司、技術作業崗位以及機務段等崗位的作業辦理主要通過電話通知，造成不必要的時間浪費。

（3）系統傳輸不透明。系統間存在信息不透明的情況，ATIS 系統、綜合調度系統、港務公司一體化系統、機務運安系統等相互信息不透明，不能形成共享關聯查詢與匹配，作業人員需要在幾個系統間頻繁切換查找相關信息，造成重復勞動，影響作業效率。同時各部門間溝通不暢，特別是港務公司與港前站，目前列車階段計劃、調車計劃、卸車計劃等重要信息依靠電話溝通，造成雙方計劃編制效率低下、作業可行性低。

2 黃驊港站作業組織智能優化措施

為解決黃驊港站作業組織存在的問題，提出建設黃驊港站智能化體系方案，在考慮黃驊港站特有的技術作業流程的基礎上，通過搭建智能調度與控制系統，結合室外智能設備，將車站與設備、設備與人工間作業進行整合，將信息化、智能化技術或方法滲透到港口站管理決策、調度指揮、執行控制、運行維護等多個業務層面，以提高作業效率、降低作業人員數量和勞動強度、降低作業安全風險為目標，構建基于新設備新功能的智能化場站[4]。

2.1 智能調度與控制系統

基于黃驊港站功能特點和車站作業流程建立智能調度與控制系統，覆蓋黃驊港站日常生產作業的調度指揮與進程控制，包括智能調度子系統、智能控制子系統、作業評價子系統，實現調車作業計劃自動編制與調整、站內資源管理、調車作業過程動態追蹤、進路自動排列、作業安全綜合防護、作業指標統計分析等功能[5]。智能調度與控制系統功能架構如圖1所示。

圖1 智能調度與控制系統功能架構Fig.1 Functional architecture of intelligent scheduling and control system

（1）智能調度子系統。智能調度子系統以黃驊港站日常作業為核心進行設計，協調站區內車、機、工、電、輛等專業的調度部門，共享各專業階段內工作安排內容與相關資料。智能調度子系統以行調下發的到發計劃、港務調度下發的翻車機運用計劃和機調下發的機車運用計劃等資料為主導[6]，以高質量、高可兌現性的調度作業計劃引領、協同、指揮車站內不同部門之間的作業，建立起更為統一的作業節奏，確保作業班組與設備均衡運用，順暢整個作業流程，防止作業銜接時錯漏事故發生。

（2）智能控制子系統。智能控制子系統對象為車站調度員、值班員、信號員等車站管理人員，起到智能調車系統與現場設備間銜接控制的作用。智能控制子系統采用集中—分布式控制模式，基于自動化的作業進路自動排列以及其他作業設備自動控制，通過將作業計劃直接自動轉換成設備控制流，按照標準與規范自動觸發控制指令，有利于貫徹調度管理層的指揮意圖，保證作業緊湊有序進行，保障作業安全，降低作業人員勞動強度，整體上提高樞紐內人員和設備使用效率，提升作業運轉速度。

（3）作業評價子系統。作業評價子系統包括車站運輸能力自動查定和車站運輸能力綜合評價2 個模塊，基于自動化作業數據采集和智能化的作業能力查定、作業過程評價與分析。車站運輸能力自動查定模塊，通過實時采集黃驊港站綜合自動化范圍內的作業軌跡和計劃信息，形成連續的車站完整作業數據，并根據公式計算出車站各類型作業能力。作業評價子系統功能通過對黃驊港站作業信息數據加工、組合、挖掘，自動計算生成車站各項作業過程的可視化指標，對車站各項作業進行綜合分析與評價[7]。

以上系統均采用貫穿全程全域的人工智能與機器學習算法運用，實現對作業過程中各個環節數據、經驗、智慧的不斷積累、不斷學習、不斷優化，實現作業“計劃—執行—反饋”整體上的閉環、滾動的智能升華，逐步形成自我進化的車站智能生態體系。

2.2 室外智能設備

基于全站的智能調度與控制系統對室外智能感知設備的需求，增設適應智能化車站的室外設施設備，解決解體、取送等流程中存在的人工試風、車列推送等方面問題，減少室外作業崗位，降低人員作業危險性。智能設備配有傳感裝置，能將列車、車輛的作業信息及時準確地反饋給作業人員，并上傳到信息系統，為全流程作業提供主動實時獲取信息的渠道，便于其他作業崗位流程的優化銜接。

試風作業方面，可在列尾增設由司機遠程控制的自動試風裝置，并通過無線設備將制動缸風壓傳輸給司機，通過該方式可以減少列尾人員試風作業流程和試風崗位，列車的列檢作業和試風作業可同時進行，節約試風作業時間。

推進作業方面，通過增設圖像識別、自動感應等設施設備，向司機實時提供推送前方場景并進行測距和安全警告，通過該方式可以減少領車員崗位，在節約人工成本和人員事故可能性的同時，也便于調度崗位及時了解列車推進作業進度，利于后續調車作業安排。

2.3 優化效果分析

通過以上系統與設備，對黃驊港站到達、翻前、翻后、出發等作業場景進行優化，實現信息一次輸入全作業系統內共享，自動追蹤站內調車機、本務機的實際位置，用數字化手段代替人工重復作業，用自動化手段減少人員違章操作、人工錯誤操作，用智能感知代替人工安全防護，用智能化代替人員的體力勞動，將調度指揮人員從繁忙、冗余的作業過程中解放出來，全身心地投入到調度指揮生產中，從而達到資源合理調配，提高作業質量的目標，優化效果主要有以下幾個方面。

（1）提升作業效率。建立全方位的信息共享機制，打通車站與調度中心、車站與港務公司的信息通道，自動接收朔黃調度中心下達的調度計劃并自動向調度中心共享列車、調車等作業進度和站場信息，與港務公司之間通過信息交互代替傳統的人工口頭通知，港務公司將每日卸車計劃共享給車站，而車站將列車階段計劃和調車計劃的實時進度與異常提示推送給港務公司。通過以上方式，將各崗位從以往的電話聯系和手工記錄中解放出來，解決崗位間溝通頻繁、信息錯聽錯報等問題，保障調度指揮、作業生產、資源調配的合理性，提高作業效率。

（2）降低勞動成本。利用高效的設備盡量減少或替代信息的人工收集與確認，取消作業單據人工傳輸改為線上傳輸方式，自動進行數據統計和填記減少人工紙質記錄，通過增設室外設備以減少列尾、調車組等作業崗位人員配置。通過以上方式，預計可以優化黃驊港站室內外作業人員配置，室內方面對港前運轉、港口運轉、統計崗位進行優化，合計可減少人員7 人；室外方面對港前列尾作業、港口調車組、列尾、清煤等崗位進行優化，合計可減少人員約20 人。在降低人員勞動強度的同時做到減員增效，降低黃驊港站作業勞動成本，減少室外作業事故發生的可能性。

（3）提升作業安全防護水平。在作業安全防護方面側重于事前卡控、事中提示報警，自動排列作業進路前或者進路占用過程中對涉及安全的事件與設備進行綜合性判斷與檢查，通用安全防護方面提供包括計劃與進路一致性校核、區域校核、鎖岔保護等功能，列車作業特定安全防護方面提供接發列車防錯辦、超限列車接發校核、技檢作業進度卡控等功能，調車作業特定安全防護方面提供調機位置以及停穩條件校核、壓岔折返調車防護等功能。通過對進路、列車、調車3 方面進行綜合安全防護，保證作業進路、機車、車輛、其它設備安全，保障車站運輸組織生產有序進行。

3 結束語

黃驊港站智能調度與控制系統設計圍繞“路港一體化”“調車-翻車控制一體化”“中心-車站一體化”“室外作業少人化”的理念，堅持“統一規劃、統一平臺、統一標準”的原則，以信息整合、完善、流暢與共享為核心，重建作業場景，優化崗位與人員，設計全新的綜合智能調度控制系統。面向黃驊港站作業組織需求，加強自動化功能與車站特殊作業結合應用，實現黃驊港站運輸生產作業向數字化、自動化、智能化的轉型，為全面推動黃驊港站智能化發展，提高設施設備信息化和自動化水平，大幅度降低作業人員勞動強度，降低作業安全風險提供技術支持[8]。