黃驊港站外勤技術作業系統設計研究

李瑞辰，王 晶，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)

黃驊港站位于河北省滄州市渤海新區境內，是我國西煤東運第二大通道朔黃鐵路(朔州—黃驊港)的終端站，是鐵水聯運的關鍵節點，承擔著港口貨物列車的接發、裝卸車、空重車取送及編組解體等工作[1]。在車站實際生產作業過程中，涉及大量外勤技術作業，每項外勤技術作業均需外勤人員與內勤值班員進行頻繁的信息交互，目前信息交互方式主要采用對講機溝通、紙筆記錄的聯絡方式，溝通效率不高、實時性差，由于作業節點多、流程鏈條長，且行車指揮人員長時間精神高度集中，容易出現漏通知、誤通知的情況，容易引發安全事故，制約著整個聯運系統的運輸組織和周轉效率。隨著黃驊港站貨運量的持續增長，建立跨不同工種、不同崗位的外勤技術作業系統，實現作業流程的閉環管理變得迫在眉睫。

1 黃驊港站外勤技術作業現狀分析

黃驊港站分為港前和港口2個作業區，2個作業區分別配備3名值班員及1名站調，車站辦理的列車包含普通貨物列車、1+1萬噸列車、單元萬噸列車、1.6萬噸列車、2萬噸列車等多種類型。按照技術作業流程可以將作業區依次分為港前上行、港口翻前、港口翻后及港前下行4個作業單元，不同種類的貨物列車、站調安排的不同后續計劃都會對各作業單元的作業內容及指派外勤作業人員產生影響。

以2萬噸貨物列車為例，港前上行技術作業包括港前接車、車輛檢查、貨運檢查、2萬噸列車分解、單元萬噸列車分解、摘除列尾、摘除機車、司機換乘、連掛機車、安裝列尾、試風作業、防溜作業等；港口翻前技術作業有司機換乘、對位作業、摘除列尾、防溜作業、摘除機車、連掛機車等；港口翻后技術作業有摘除機車、連掛機車、試風作業、清煤作業、組合萬噸列車等；港前下行有摘除機車、列檢看車、安裝列尾、連掛接車、組合萬噸、組合2萬噸列車、發車作業等。整個作業流程需要港前、港口的6名值班員密切配合、卡控推動，同時值班員與外勤作業人員的溝通方式涉及電臺、4G LTE、座機電話及直通電話4種聯絡方式。

通過對現場作業人員的調研，車站外勤技術作業信息交互方式存在的問題如下。

（1）信息不互通，作業依靠口頭聯系，不具有連續性。港口站技術作業涉及不同工種，各工種間系統彼此獨立，互不共享，無法提前獲知作業計劃與實時作業狀態。聯絡方式復雜多樣，信息化水平不高。

（2）缺少作業流程安全卡控機制，易引發安全事故。技術作業過程完全由行車指揮人員依靠經驗把控，紙筆記錄，缺乏作業流程閉環管理及風險預警措施，容易出現漏通知、誤通知的情況，存在安全風險。

（3）無法實時獲取作業人員分布，存在安全防護風險。站場內涉及作業人員走動、列車及調車移動，存在作業安全風險。規范現場作業人員工作流程，有助于提高現場作業效率，保障作業安全。

（4）缺少作業過程查詢途徑，車站管理人員檢查困難。技術作業過程記錄在紙質簿冊內，統計分析及事后查詢繁瑣，沒有展示車站技術作業實時狀態的人機界面，車站管理人員無法實時盯控。

2 黃驊港站外勤技術作業系統結構設計

2.1 建設目標

根據黃驊港站技術作業存在的實際問題，黃驊港站外勤技術作業系統的建設目標如下。

（1）構建技術作業信息共享平臺。整合與技術作業相關的作業信息，根據作業需求個性化設計不同作業崗位的人機界面，最大程度減少電臺聯控，杜絕紙筆記錄。

（2）根據策略自動觸發作業任務的生成與下達。根據車站預先設計的技術作業生成與觸發策略，自動進行外勤作業任務的生成與下發。同時在系統無法正常生成與下達時，支持值班員人工調整作業任務，形成自動為主、人工為輔的技術作業生成與下達機制，減輕行車指揮人員工作壓力。

（3）作業流程閉環管理，作業風險自動卡控。根據設定的作業流程與作業策略，對作業進行標準化卡控，防止出現漏作業、誤作業的情況。根據車站預先設計的技術作業時長標準，對作業超時進行提前預警。同時，將作業進度傳遞給智能調度與控制系統，卡控聯鎖進路的自動排列。

（4）精準化人員監控，防范作業風險。通過移動手持終端北斗衛星定位，實時獲取室外作業人員的實時作業位置與作業內容，排列進路時會對區域內的作業人員進行提醒。

（5）實時狀態監控，過程數據統計分析。隨時隨地查看作業進度及歷史作業過程信息，同時在調度指揮中心配備作業監控大屏，實現作業過程的閉環管理。

2.2 設計原則

鐵路運輸生產系統關乎著運輸組織的暢通[2]，根據系統的實際情況，在設計鐵路港口站技術作業系統時考慮以下原則。

（1）安全性原則。外勤技術作業系統與諸多車站系統接口，在確定接口方案時考慮通過防火墻、網閘、網絡加密、訪問控制技術等方式與相關作業系統進行安全接口。同時，系統所在網絡應符合鐵路既有的網絡安全架構，保障網絡邊界安全。

（2）先進性原則。系統在設計時應采用當前先進、主流且穩定的技術架構和技術方法。通過虛擬化集群技術與負載均衡技術實現系統的平臺搭建，以適應鐵路技術作業系統的發展需求。

（3）易用性原則。系統根據不同用戶需求，設計了PC機終端、移動手持終端與Web終端，并且根據不同崗位設計不同的用戶界面，以滿足界面友好、流程合理、易理解、易操作等需求。

（4）可靠性原則。系統的安全穩定運行是保證作業正常運轉的關鍵，因此在設計系統時需要考慮滿足全天候穩定運行，采用冗余備份機制，當出現系統故障時，備用系統應在5 min內啟用并達到主用系統狀態。

（5）可擴展性原則。系統在設計時應考慮可擴展需求，為未來可能出現的新業務、新需求預留標準化接口，避免資源浪費，以實現不同系統之間的互聯互通。例如，后期系統可與貨檢系統直接接口，實現貨檢信息的實時同步[3]。

（6）可維護性原則。系統的運維應為集中化、遠程化、自動化管理，大幅提升管理效率，實現維護的可視化、可控化，提高運行維護效率。支持運維的自動化操作、用戶的自助化服務，同時提供支持集中化管控能力[4]。

2.3 物理拓撲結構

技術作業系統由智能調度與控制系統、無線接入基站、手持終端、PC終端機、作業監控大屏、后臺應用服務器與管理終端7部分組成，并與車站既有的智能調度與控制系統實現整合。外勤作業系統物理拓撲結構如圖1所示。

圖1 外勤作業系統物理拓撲結構Fig.1 Physical topology diagram of field operation

（1）智能調度與控制系統。主要用于車站運輸生產組織、運輸組織信息管理、統計分析。系統根據車站預先設計的技術作業生成與觸發策略，自動進行外勤作業任務的生成與下發，同時根據技術作業的反饋情況卡控聯鎖進路的自動排列。

（2）無線基站。無線基站是移動設備接入互聯網的接口設備，指在一定的無線網絡覆蓋區中，通過移動通信交換中心，與移動手持設備之間進行信息傳遞的無線網絡收發信電臺。

（3）手持終端。針對外勤移動作業人員，每人都有一個具有相應權限的登錄賬戶。手持終端的主要功能是自動接收與外勤工作直接相關的任務信息，并及時反饋作業進度，此模塊具有拍照、對講、GPS/北斗定位、計劃信息查詢等功能。

（4）PC終端機。PC終端機是港前、港口值班員的作業終端，通過此終端，值班員可以實時掌握室外作業進度，同時可以對智能調度與控制系統自動生成與下達的外勤作業任務進行人工干預，形成技術作業自動管理為主、人工干預為輔的作業模式。

（5）作業監控大屏。作業監控大屏部署在調度大廳正前方，實時顯示外勤作業人員的實際作業內容及作業進度，同時顯示其實時行動軌跡。

（6）外勤后臺服務。外勤后臺服務是為移動手持終端、作業監控大屏及PC終端提供的后臺服務端，接收外勤手持設備的注冊請求，進行注冊驗證，在通過驗證后，根據預先設置的時間規則以及外勤手持設備標識，依次向外勤手持設備發送編制的作業預告和作業信息；接收外勤手持設備的反饋信息，根據反饋的信息進行互控。

（7）管理終端。通過系統維護人員管理終端，管理人員可以對系統運行狀態實施監控、基礎數據配置、移動終端授權等功能。

2.4 邏輯結構

外勤作業系統邏輯功能結構圖如圖2所示。外勤作業系統在邏輯上分為系統應用層、業務邏輯層和數據層3層。系統應用層是面向用戶的人機交互界面，通過調用業務邏輯層的相關服務訪問數據層的數據，各層的功能如下。

圖2 外勤作業系統邏輯功能結構圖Fig.2 Logical function structure diagram of field operation

（1）系統應用層。Web子系統分布性強，客戶端零維護。只需有網絡、瀏覽器，便能夠隨時隨地進行查詢、瀏覽等業務處理。Client子系統交互性強、擁有安全的存取形式、網絡通信數量低、響應速度快、利于處置大量數據。手持終端子系統主要是針對外勤移動作業人員。不同的用戶可以借助各子系統，通過安全機制認證接入外勤作業系統，獲取系統所提供的相應服務權限，進行相對應的作業。

（2）業務邏輯層。該層由工作流管理平臺和服務模塊組成。工作流管理平臺實現流程定義、流程導航、應用集成等功能，完成各種具體業務的創建、執行與管理，如技術作業計劃生成、下達流程、技術作業全過程閉環管理過程，都是在此平臺上提前設定好整個作業流程，啟動后自動生成相關工作任務，通知用戶進行處理[5]。在工作流管理平臺之上，是外勤平臺所需的各種服務，為系統應用層相應業務功能的實現提供高效的實現機制。

（3）數據層。該層遵循統一的數據處理規范和數據存儲規范，數據處理規范包括統一的公用基礎數據及維護、數據接口標準、數據處理模型。數據存儲規范包括數據庫設計規范、統一規劃的數據存儲、共享共聯模型，從既有的智能調度與控制系統獲取多種與外勤作業相關的計劃信息，對系統業務執行過程中產生的各種數據或信息進行存儲。數據層是為其他層提供高效訪問的數據環境，以便在滿足可用性、實時性的同時，減輕應用開發人員管理復雜數據的負擔，滿足多樣化數據訪問需求[6]。

3 黃驊港站外勤技術作業系統功能設計

3.1 技術作業信息共享平臺

影響黃驊港站技術作業效率的關鍵因素是各作業崗位間信息不對稱，缺少統一的技術作業信息共享平臺，因此需要先通過數據集成技術將不同系統、不同形式的數據采集、轉換和整合，再根據各不同崗位需求進行個性化展示。此模塊主要解決多種數據源集成和展示問題，還解決了各工種、各系統間相互獨立的“信息孤島”問題，能夠使用戶快速檢索到與其相關的作業信息，大大提高了工作效率。

（1）數據集成。系統數據按照數據類型可以分為外接數據、本地數據及基礎數據。外接數據主要是指鐵路港口站技術作業系統從外部系統中獲取的數據，包含列車計劃數據、調車計劃數據、機車計劃數據、股道現車數據、調度命令數據、接發車作業進度、股道車次機車信息與預確報等內容，調車計劃涵蓋翻車計劃、清煤計劃等，此部分內容都是技術作業崗位需要時刻關注的內容。本地數據是技術作業系統本地生成維護的數據，包括技術作業計劃數據、技術作業進度、人員定位軌跡、崗位間交互信息、作業崗點反饋信息及操作記錄等內容，技術作業包含貨檢、列檢、列尾、防溜、拉風、車號等所有相關技術作業。基礎數據是保證系統穩定運行的基礎數據，包含場別配置、股道配置、場別股道對應配置、用戶權限對應配置、技術作業生成與觸發策略、技術作業流程策略及手持機硬件授權表等基礎配置信息。集成數據的構成如圖3所示。

圖3 集成數據的構成Fig.3 Integrated data composition

（2）用戶個性化顯示。不同作業崗位關注的內容不盡相同，如貨檢、列檢崗位需要關注車輛的輛數，根據輛數分配作業班組內的作業任務，而列尾作業崗位只需關注首尾車號以確認摘掛列尾端向。為了最大程度滿足不同工種不同用戶的實際作業需求，除了根據登錄用戶的權限自動調整展示所需內容與操作權限外，還提供作業人員個性化配置選項。

3.2 作業任務管理模塊

為了破除技術作業完全依靠行車人員經驗把控，存在漏通知、誤通知的作業風險，作業任務管理模塊從作業計劃的生成、下達及作業過程的全流程閉環管理出發，依靠計算機自動進行管理，減輕作業人員壓力，以實現“人防+物防+技防”立體化管理[7]。作業任務管理模塊如圖4所示。

圖4 作業任務管理模塊Fig.4 Job task management module

（1）技術作業計劃生成。作業計劃的生成根據系統集成的關鍵作業數據，結合系統預先設定的技術作業計劃生成策略，滿足生成條件時自動生成作業計劃，同時提供值班員人工調整方式，以實現自動調整為主、人工調整為輔的技術作業自動生成方式。

（2）技術作業任務下達。作業任務的下達根據系統的列車接發車進度，結合系統預先設定的作業計劃下達策略，當滿足觸發條件時，自動將技術作業任務下達給指定作業崗位。

（3）作業過程管理。作業過程管理結合預先設定的技術作業流程以及各項技術作業的作業標準，對出現的作業風險實時預警[8]，對技術作業的發起到作業結束進行全流程閉環管理，各作業人員可以使用不同終端反饋技術作業進度，同時支持圖片、語音、視頻等方式的反饋。

3.3 精準化人員監控防護模塊

在現場人員作業時，相鄰股道也存在車輛移動的情況，因此通過現場作業人員高精度定位和活動軌跡追蹤，有助于強化現場作業人員監控和規范現場作業過程，同時根據人員實時位置劃定電子圍欄作業區，對進入電子圍欄區域的進路提前預警，起到保障現場作業人員安全和提高作業效率的雙重作用。

（1）作業人員位置軌跡。室外作業人員作業時攜帶移動手持終端，終端依靠北斗衛星定位與5G無線網絡覆蓋，定時上傳作業人員位置，同時匹配作業人員的作業任務，可以實時掌握人員的實時作業及作業位置，可以通過走行路徑規范室外人員作業。

（2）作業人員風險防護。系統為作業人員劃定作業區域圍欄，當人工或自動排列進入該區域的進路時，自動向值班員發送防護提醒，同時向所在區域內作業人員發送語音報警提醒，以實現現場作業的安全風險防護。

4 應用效果分析

2021年，黃驊港站全年貨運量超3.3億t，日均接重車160余列，每列需要進行不少于15項外勤技術作業。黃驊港站港前區與港口區分別配備車站值班員、助理值班員與聯控值班員3名行車指揮人員與室外作業人員進行電話聯控，日平均聯控次數超3000次。

實施黃驊港站外勤技術作業系統后，作業流程隨之發生改變，新的作業流程充分考慮車站運輸組織的實際情況，為車站外勤技術作業精細化管理打下了堅實的基礎。外勤技術作業系統實施前后作業流程對比如表1所示。

從表1可以看出，大量的電話聯控內容轉化為作業任務自動管控，大幅降低了生產作業人員的工作強度與作業風險，通過作業信息的實時共享，外勤人員可按照自動生成的階段作業任務更合理地進行作業安排。通過實時人員作業軌跡，規范現場作業人員工作流程，有助于提高現場作業效率，保障作業安全，相關效益及時效性也得到極大提高。外勤技術作業系統實施前后指標對比如表2所示。

表1 外勤技術作業系統實施前后作業流程對比Tab.1 Comparison of operation process before and after implementation

表2 外勤技術作業系統實施前后指標對比Tab.2 Comparison of indicators before and after implementation

5 結束語

黃驊港站外勤技術作業系統可以有效地改善外勤人員與內勤值班員溝通效率不高、實時性差的問題，通過作業計劃自動生成，有效減輕了車站值班員的作業生產壓力，同時外勤技術作業人員可以提前獲取階段作業任務和及時作業通知，并按崗位作業要求進行作業，作業完畢后通過便攜移動設備反饋作業情況，實現了外勤作業的流程優化和閉環管理。目前該系統在黃驊港站正在進行調試，已得到車站的大力支持，有效證明了系統的實用性和應用價值。