礦區(qū)鐵路生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

孫繼康，袁群

（兗礦物流科技有限公司，山東 鄒城 273500）

0 引 言

礦區(qū)鐵路既有調(diào)度指揮為DMIS 調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)，于2006 年建成投入使用，系統(tǒng)技術(shù)落后、功能單一，主要存在以下問題：鐵路運輸生產(chǎn)調(diào)度指揮仍以人工作業(yè)為主，列車運行圖手工繪制，調(diào)度命令人工電話下達(dá)，調(diào)度指揮中心工作人員勞動工作量大、運輸行車組織信息掌握不及時，極大影響了鐵路運輸行車組織效率；各車站的貨運管理業(yè)務(wù)采用電話聯(lián)系、手工填寫貨運單的方式，無信息化系統(tǒng)，工作效率和自動化程度低，安全可靠性不高；現(xiàn)車管理依靠行車調(diào)度員每天早8:00、晚18:00 通過電話向各車站值班員詢問車站停留存車情況，手工填寫調(diào)度交接班記錄，管理粗放，實時性、準(zhǔn)確性無法得到保障，無法實施有效的現(xiàn)車管理；貨運調(diào)度員每天僅僅依靠電話與各車站貨運員聯(lián)系、落實現(xiàn)場作業(yè)情況，手工填記貨車技術(shù)作業(yè)寫實表，每天18:00 根據(jù)寫實表中的運量信息，通過人工計算完成日裝運情況統(tǒng)計表的統(tǒng)計填報工作，調(diào)度人員工作效率低、作業(yè)量大，無法保證貨物統(tǒng)計的時效性和準(zhǔn)確性；調(diào)度應(yīng)急管理信息化水平低，調(diào)度員對響應(yīng)流程反應(yīng)慢，特別是對很少出現(xiàn)的應(yīng)急事件流程不熟悉，應(yīng)急響應(yīng)效率低；車號自動識別系統(tǒng)、無線數(shù)字平面調(diào)車系統(tǒng)與生產(chǎn)調(diào)度指揮主系統(tǒng)和各車站分系統(tǒng)無接口連接，調(diào)車作業(yè)單需要手工編寫錄入。

鑒于以上實際問題，既有調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)已無法滿足礦區(qū)鐵路高效、密集的行車運輸組織要求。為了提升礦區(qū)鐵路生產(chǎn)調(diào)度指揮自動化、信息化、智慧化水平，實現(xiàn)礦區(qū)鐵路運輸生產(chǎn)、調(diào)度指揮、維修維護(hù)等綜合管理，研究設(shè)計生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，以列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS3.0）為核心，設(shè)計調(diào)度監(jiān)督、行車指揮、現(xiàn)車管理、貨運統(tǒng)計分析等功能為一體的列車運行生產(chǎn)調(diào)度管理平臺，從適用性、實用性技術(shù)入手，滿足現(xiàn)場、車站、調(diào)度指揮中心、維護(hù)管理等各級使用維護(hù)人員的功能需求，以提升礦區(qū)鐵路運輸生產(chǎn)自動化、信息化、智能化水平，保障了運輸行車安全。

1 生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

根據(jù)礦區(qū)自營鐵路的應(yīng)用實際，以列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS3.0）為技術(shù)核心，研究設(shè)計了生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)總體方案，如圖1 所示。該系統(tǒng)主要由中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)三部分組成。

圖1 生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)總體方案

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.2.1 中心子系統(tǒng)硬件設(shè)計

中心子系統(tǒng)設(shè)計采用服務(wù)器、調(diào)度員工作站系統(tǒng)、現(xiàn)車管理工作站系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)終端、LED 調(diào)度顯示大屏等設(shè)備配置。每臺應(yīng)用服務(wù)器至少配置4顆CPU，CPU 主頻不低于2.6GHz，內(nèi)存容量不低于16GB，采用雙機(jī)熱備模式，互為主備，實現(xiàn)各種服務(wù)器的應(yīng)用功能。服務(wù)器設(shè)置光纖磁盤存儲陣列，支持RAID 系列功能，容量不小于1TB，實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的存儲功能。調(diào)度員工作站、現(xiàn)車管理工作站等調(diào)度中心用戶終端，實現(xiàn)站場圖形顯示、列車運行圖鋪畫、調(diào)度命令的編輯與下達(dá)、各車站列車存車數(shù)量統(tǒng)計與顯示、貨運數(shù)據(jù)統(tǒng)計及自動分析、應(yīng)急管理等功能。調(diào)度大屏為調(diào)度系統(tǒng)輔助配套設(shè)備，實現(xiàn)調(diào)度中心站場圖形、現(xiàn)車分布等各工作站界面信息的投屏顯示功能。

1.2.2 車站子系統(tǒng)硬件設(shè)計

車站子系統(tǒng)是生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)車站端的重要設(shè)備，車站子系統(tǒng)實時從計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)自動采集列車運行信息及各車站鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，實現(xiàn)機(jī)車車輛運行狀態(tài)的實時追蹤、自動報點、站間透明、車站作業(yè)流程監(jiān)督及錯辦報警等功能，實現(xiàn)各級運輸調(diào)度的集中管理、統(tǒng)一指揮和實時監(jiān)督。車站子系統(tǒng)設(shè)計了綜合處理機(jī)、值班員終端、現(xiàn)車管理終端、電務(wù)維護(hù)終端等設(shè)備配置。

綜合處理機(jī)是車站子系統(tǒng)的核心處理設(shè)備，每個車站設(shè)置一套，采用雙機(jī)熱備模式。主要功能為信號設(shè)備狀態(tài)采集、外部系統(tǒng)接口、站場表示處理、列車計劃處理、車次跟蹤和校核處理、進(jìn)路狀態(tài)識別和錯辦報警提示等。值班員終端實現(xiàn)現(xiàn)車、列車、調(diào)車、編組管理功能，終端為雙機(jī)并行工作狀態(tài)，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的實時交互、同步更新。現(xiàn)車管理終端實現(xiàn)站內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)管理和信息上報，是提高車站作業(yè)效率和鐵路運輸管理系統(tǒng)正常運行的有力保障，同時也是一系列統(tǒng)計、分析及查詢信息的基礎(chǔ)。現(xiàn)車管理系統(tǒng)實現(xiàn)貨運組織的自動化管理, 有效提高了車站工作人員的工作效率。通過值班員終端、現(xiàn)車管理終端的應(yīng)用，車站值班人員、車站貨運工作人員可以實時查看本車站的機(jī)車、車輛分布狀態(tài)和列車運行情況，以及車站各股道上的停留車輛信息，進(jìn)而完成裝卸車作業(yè)，從而更好的為行車調(diào)度指揮服務(wù)。電務(wù)維護(hù)終端主機(jī)一般設(shè)置于系統(tǒng)工控機(jī)柜內(nèi)，與安裝在機(jī)柜內(nèi)的LCD 三合一控制設(shè)備、顯示器、鍵盤鼠標(biāo)一體化設(shè)備配套使用。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)硬件設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)設(shè)計采用雙通道環(huán)路模式，實現(xiàn)中心子系統(tǒng)內(nèi)部、車站子系統(tǒng)內(nèi)部、中心與車站之間、車站與車站之間各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息通信。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)設(shè)計了路由器、交換機(jī)、通信傳輸設(shè)備配置。

路由器是車站子系統(tǒng)之間、車站子系統(tǒng)與中心子系統(tǒng)之間交互信息的核心網(wǎng)絡(luò)處理單元。根據(jù)各車站站間實際通道情況，路由器使用光纖實現(xiàn)車站、調(diào)度指揮中心之間的信息交互功能。交換機(jī)是車站子系統(tǒng)各設(shè)備之間、車站子系統(tǒng)與調(diào)度指揮中心子系統(tǒng)之間信息交互的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備。

1.3 系統(tǒng)服務(wù)器軟件設(shè)計

系統(tǒng)服務(wù)器軟件設(shè)計采用跨平臺技術(shù)編程，為提高系統(tǒng)的高可靠性，采用了容錯、進(jìn)程分離技術(shù)。為了完成生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)整合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，采用面向服務(wù)的SOA 架構(gòu)，將系統(tǒng)設(shè)計的重點放在業(yè)務(wù)流程的設(shè)計上，而不是底層的應(yīng)用開發(fā)或系統(tǒng)集成技術(shù)細(xì)節(jié)，可以使用一組分布式服務(wù)來構(gòu)成并組織應(yīng)用程序，實現(xiàn)信息、資源的共享。系統(tǒng)服務(wù)器軟件設(shè)計主要包括通信服務(wù)器、后臺應(yīng)用服務(wù)器、通信前置服務(wù)器軟件設(shè)計。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

1.4 系統(tǒng)接口設(shè)計

1.4.1 與計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)接口設(shè)計

采用RS422 標(biāo)準(zhǔn)串行接口，通信方式為異步雙工，雙方采用屏蔽電纜連接。通訊速率為19.2 kbps或38.4 kps，1 個起始位，8 個數(shù)據(jù)位，1 個停止位，無奇偶校驗。生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)從計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)自動獲取各車站鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)信息，雙方保證控制指令的完整傳送和完整執(zhí)行。車站子系統(tǒng)僅僅與各車站的計算機(jī)聯(lián)鎖控顯終端設(shè)備通信，采用帶交叉的四線連接，保證通信的可靠性。

1.4.2 與車號自動識別系統(tǒng)接口設(shè)計

通過與車號自動識別系統(tǒng)接口設(shè)計，可以實現(xiàn)與車號自動識別系統(tǒng)的無縫集成，為數(shù)字化運輸系統(tǒng)提供列車、車輛、機(jī)車的實時追蹤管理所需準(zhǔn)確、實時的基礎(chǔ)信息，從而實現(xiàn)現(xiàn)車的實時管理、車流的精確統(tǒng)計和實時調(diào)整等功能。將車號自動識別信息與貨運管理信息相結(jié)合，實現(xiàn)對機(jī)車、車輛及所運輸貨物類別信息的動態(tài)追蹤，為生產(chǎn)調(diào)度指揮管理部門提供詳實、準(zhǔn)確的貨物運輸信息。

1.4.3 與無線數(shù)字平面調(diào)車系統(tǒng)接口設(shè)計

本系統(tǒng)與既有的無線數(shù)字平面調(diào)車系統(tǒng)進(jìn)行接口消息傳遞，車站值班員在本系統(tǒng)編寫完調(diào)車作業(yè)單后，可直接發(fā)送到既有的平面調(diào)車系統(tǒng)，很好的將兩個系統(tǒng)有效結(jié)合，避免車站值班員重復(fù)編寫調(diào)車作業(yè)單的工作。本系統(tǒng)支持現(xiàn)車預(yù)覽功能，即值班員編寫完調(diào)車作業(yè)單后，可以提前預(yù)覽車站現(xiàn)車變化，如果編寫有誤，系統(tǒng)自動計算檢查，精確報警到每個變化，極大的減小了值班員的工作強(qiáng)度。車站值班員編制完調(diào)車作業(yè)單，可一鍵下達(dá)到平面調(diào)車系統(tǒng)，將調(diào)車作業(yè)計劃單發(fā)送到調(diào)車組手持終端和機(jī)車車載終端，同時具備導(dǎo)出打印功能，改變既有手寫調(diào)車作業(yè)通知單的工作方式，避免值班員重復(fù)編制調(diào)車作業(yè)單，并且在本系統(tǒng)可以提前預(yù)覽調(diào)車勾執(zhí)行完成后現(xiàn)車變化情況，減少了調(diào)車作業(yè)單編寫錯誤的環(huán)節(jié)，極大的減輕了值班員工作量。

1.4.4 與無線車次號系統(tǒng)接口設(shè)計

各車站新設(shè)調(diào)度命令傳送及車次號校核設(shè)備，在機(jī)車上設(shè)置機(jī)車數(shù)據(jù)采集編碼器，為生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的調(diào)度命令傳送及車次號校核提供無線傳輸通道。

2 實現(xiàn)功能

通過系統(tǒng)設(shè)計，能夠完成列車運行實時追蹤、自動報點、貨運管理、現(xiàn)車管理、統(tǒng)計分析、列車實際運行圖自動繪制、階段計劃調(diào)整及下達(dá)、調(diào)度命令編輯與下達(dá)、錯辦報警等行車組織作業(yè)，實現(xiàn)調(diào)度監(jiān)督、運行圖自動鋪畫、現(xiàn)車管理、調(diào)度命令下達(dá)、統(tǒng)計分析、輔助管理等六大功能。

2.1 調(diào)度監(jiān)督功能

調(diào)度監(jiān)督是生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，是調(diào)度指揮中心調(diào)度人員和車站值班人員日常的工作平臺，能夠讓調(diào)度人員直觀的了解所轄調(diào)度區(qū)域的行車作業(yè)情況，包括各車站名稱、車站及區(qū)間鐵道線路的平面布置、列車信號機(jī)的狀態(tài)、道岔位置、進(jìn)路排列、列車停留位置、列車車次號信息、列車運行方向等。調(diào)度監(jiān)督界面如圖3 所示。

圖3 調(diào)度監(jiān)督界面

2.2 運行圖自動鋪畫

列車運行圖是調(diào)度中心行車調(diào)度員的日常工作平臺，是行車調(diào)度員作業(yè)的體現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了行車作業(yè)計劃一鍵下達(dá)和行車作業(yè)技術(shù)圖表生成自動化功能。列車運行圖主體界面如圖4 所示。在調(diào)度員預(yù)鋪計劃線，并錄入作業(yè)計劃后，一鍵下達(dá)到各相關(guān)車站，列車運行實際到發(fā)點由系統(tǒng)自動采集，實現(xiàn)計劃線自動轉(zhuǎn)實際線；同時各車站列車到發(fā)編組、機(jī)車站內(nèi)作業(yè)鉤數(shù)自動上報后在運行線上進(jìn)行標(biāo)注。系統(tǒng)能監(jiān)督正在運行列車的實時狀態(tài)，并且與下達(dá)的列車運行計劃進(jìn)行比較，當(dāng)列車實際運行情況和列車運行計劃有差別或有其它非正常情況發(fā)生時，系統(tǒng)能夠?qū)α熊囘\行計劃進(jìn)行自動比較、調(diào)整。運行圖軟件還支持列車計劃和列車實際運行情況查詢、實際運行圖的顯示與打印功能。

圖4 列車運行圖主體界面

2.3 現(xiàn)車管理

現(xiàn)車管理是直接將車站現(xiàn)車分布信息以圖形化的方式顯示本站所有現(xiàn)車和位置，同時以顏色區(qū)分不同的車型，以是否填充區(qū)分重空，同時顯示車輛的車號和裝載的貨物品類、運用標(biāo)記（扣壞禁裝不良等），還針對每個股道上的現(xiàn)車進(jìn)行了簡單的統(tǒng)計，通過簡單的點擊即可顯示該車輛的詳細(xì)信息。通過現(xiàn)車管理系統(tǒng)，調(diào)度指揮中心的工作人員能夠?qū)崟r了解各車站的機(jī)車、車輛分布狀態(tài)及實時變化情況，以及股道上車輛的綜述信息，并能夠查看各股道現(xiàn)車車輛的詳細(xì)信息。

2.4 調(diào)度命令編輯與下達(dá)

調(diào)度命令編輯與下達(dá)功能是為調(diào)度指揮中心工作人員提供調(diào)度命令的編輯、審核、發(fā)送、簽收、查詢等操作而設(shè)計的，調(diào)度指揮中心工作人員或者其他具備調(diào)度命令發(fā)送權(quán)限的崗位人員編輯調(diào)度命令，調(diào)度命令需經(jīng)主管部門審核后方可下達(dá)給各基層單位。調(diào)度命令下達(dá)給所轄的基層單位后，調(diào)度指揮中心工作人員可以監(jiān)視調(diào)度命令的發(fā)送、接收、簽收狀態(tài)。調(diào)度命令下達(dá)到受令單位后，受令單位的操作終端會發(fā)出聲光提示，直到調(diào)度命令被簽收為止。受令單位根據(jù)操作終端上的聲光提示，及時查看并簽收。調(diào)度命令下達(dá)后，具備存儲、隨時查詢、打印等功能。

2.5 統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析功能包括數(shù)據(jù)采集、報表編制及修改、統(tǒng)計資料管理、統(tǒng)計查詢分析、自動計算生成18 點統(tǒng)計報表等。

2.6 輔助管理

調(diào)度中心研究開發(fā)輔助管理系統(tǒng)，將機(jī)車?yán)寐省?nèi)外運周轉(zhuǎn)量、運量統(tǒng)計等進(jìn)行分類匯總，通過圖形化的方式展示，更清晰形象的表達(dá)鐵運處當(dāng)天、當(dāng)月、當(dāng)年的運量統(tǒng)計指標(biāo)。同時，還建立了電子文檔管理系統(tǒng)，統(tǒng)計分析員可將當(dāng)日、當(dāng)月的施工管理、三防管理、應(yīng)急管理等相關(guān)文檔通過該系統(tǒng)存入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電子化辦公管理，并可通過本系統(tǒng)投放到大屏顯示。

3 應(yīng)用效果

將設(shè)計完成生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)用于礦區(qū)鐵路以檢驗其設(shè)計效果。該系統(tǒng)自2020 年投入應(yīng)用至今，運行安全穩(wěn)定可靠，期間對部分功能進(jìn)行了局部修改，完善了使用功能實際需求。生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用，形成一個完整的集智能化控制、管理、決策于一體的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的“紙筆記錄、電話指揮”人工操作方式。同時，通過生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)建立的信息管理平臺，把行車調(diào)度、現(xiàn)車管理、貨運管理、應(yīng)急管理、“三防”管理、施工調(diào)度等信息管理系統(tǒng)有機(jī)的融為一體，實現(xiàn)功能性集成創(chuàng)新，極大的降低了勞動強(qiáng)度，顯著提升了礦區(qū)鐵路自動化、信息化、智能化水平。

4 結(jié) 論

研究設(shè)計的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)在礦區(qū)鐵路首次應(yīng)用，探究形成了生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)成套關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了調(diào)度監(jiān)督、運行圖自動鋪畫、現(xiàn)車管理、調(diào)度命令下達(dá)、統(tǒng)計分析、輔助管理等六大功能，顯著提升了礦區(qū)鐵路運輸行車組織管理水平，達(dá)到了裝備更新、工藝革新、技術(shù)創(chuàng)新的目的，對于提高鐵路信息化、智慧化技術(shù)裝備水平、保障系統(tǒng)設(shè)備本質(zhì)安全和行車組織安全有著極其重要的意義。