馮小芳
(鐵道部信息技術(shù)中心 信息工程部,北京 100038)
鐵路施工調(diào)度組織是鐵路運輸組織的重要組成部分,隨著列車速度、密度的不斷提高,行車組織和施工調(diào)度組織的科學(xué)性、時效性需要不斷提高,對高速鐵路施工調(diào)度組織過程實現(xiàn)信息化、專業(yè)化、遠程化的需求變得越來越迫切?!?鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法 》( 鐵運 [ 2012 ]280 號) 對加強施工組織和施工現(xiàn)場管理等方面提出新的要求,對施工及綜合維修組織實施現(xiàn)場需要實現(xiàn)更加準確、直觀、實時的盯控,利用先進的技術(shù)實現(xiàn)施工調(diào)度組織過程管理,研究其安全支撐技術(shù),以提高施工作業(yè)效率和運輸組織管理安全,具有重要的現(xiàn)實意義。
高速鐵路施工調(diào)度組織過程管理(簡稱高鐵施工作業(yè)管理) 系統(tǒng)主要包括編制施工維修計劃、掌握施工調(diào)度組織的設(shè)備情況和組織實施施工調(diào)度組織作業(yè)等部分。為此,主要研究高鐵施工作業(yè)管理系統(tǒng)的施工登銷記管理、施工作業(yè)現(xiàn)場管理和全程定位監(jiān)控管理。
施工登銷記管理,即在施工維修作業(yè)開始前確認施工維修作業(yè)計劃是否已經(jīng)完成登記、準備就緒、具備作業(yè)開始條件,當(dāng)確認后,列車調(diào)度根據(jù)列車運行狀態(tài)、牽引供電狀態(tài)、設(shè)備工作狀態(tài),下達施工維修作業(yè)開始與結(jié)束命令,將發(fā)令結(jié)果登記在綜合維修登記簿上。
施工作業(yè)現(xiàn)場管理,即對作業(yè)過程進行監(jiān)督和管理,對要求停電的施工維修作業(yè),請求供電調(diào)度員進行停電控制,對作業(yè)現(xiàn)場情況進行監(jiān)控,對作業(yè)進度和其他的異常情況進行預(yù)警提醒。
全程定位監(jiān)控管理,即對施工作業(yè)組織進行全程定位監(jiān)控,主要利用先進的定位技術(shù)在鐵路地理信息線路網(wǎng)絡(luò)中實時顯示施工維修作業(yè)計劃、作業(yè)分布和主要設(shè)備的配備情況,同時顯示施工維修作業(yè)組織過程中作業(yè)人員和現(xiàn)場盯控人員的地理位置分布情況,并且通過施工終端控制平臺對高速鐵路施工調(diào)度組織的全過程進行監(jiān)督管理。
高鐵施工作業(yè)管理系統(tǒng)的主要目標為:實現(xiàn)施工登銷記管理的電子化、遠程化;實現(xiàn)施工登銷記過程中各個環(huán)節(jié)的流程化及安全卡控;實現(xiàn)綜合維修組織管理及施工作業(yè)現(xiàn)場管理的一體化、信息化;實現(xiàn)定位管理以達到科學(xué)的監(jiān)控和及時的反饋,便于解決施工現(xiàn)場的突發(fā)情況;為更好地進行施工現(xiàn)場盯控提供科學(xué)、直觀、安全、及時的手段;為督促施工計劃的兌現(xiàn)和實現(xiàn)施工現(xiàn)場登記提供技術(shù)支撐。
高鐵施工作業(yè)管理系統(tǒng)主要應(yīng)用于涉及施工登銷記管理和施工作業(yè)現(xiàn)場管理的各級單位。其中,施工登銷記管理涉及的主要單位有:行車調(diào)度臺、綜合維修調(diào)度臺、供電調(diào)度臺、各專業(yè)維修中心、各施工設(shè)備管理單位、施工單位及配合單位;施工登銷記管理是在鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上,完成計劃調(diào)整、施工請點登記、施工作業(yè)確認、施工承認登記、施工銷點登記、施工開通確認等工作。施工作業(yè)現(xiàn)場管理涉及的主要人員和單位有:施工盯控的人員(施工領(lǐng)導(dǎo)小組正、副組長,行車組織,設(shè)備管理,建設(shè),設(shè)計,施工,監(jiān)理,安監(jiān)等)、施工單位及配合單位等。施工作業(yè)現(xiàn)場管理所涉及的場所分布于鐵路沿線,位置分散,可以利用手持設(shè)備和無線通信技術(shù)共同實現(xiàn)。無線通信網(wǎng)絡(luò)及其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過鐵路安全平臺接入鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),保障運輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全可靠。全程定位監(jiān)控管理運行于施工終端控制平臺上,施工終端控制平臺是運行于鐵路內(nèi)部網(wǎng)上的用戶操作平臺,用于對施工作業(yè)組織實施進行全程定位監(jiān)控。高鐵施工作業(yè)管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
高鐵施工作業(yè)管理系統(tǒng)在傳統(tǒng)的施工作業(yè)管理流程的基礎(chǔ)上,融入了施工作業(yè)現(xiàn)場管理,使施工的登銷記與現(xiàn)場組織實施形成一個閉環(huán),透明可控。按照工作場景不同,其具體工作流程如下。
(1)準備期:施工(維修) 調(diào)度員對即將執(zhí)行的計劃進行增加、取消、修改等調(diào)整;施工單位及配合單位的現(xiàn)場作業(yè)人員授權(quán)分配手持設(shè)備。施工調(diào)度員提前將相關(guān)施工作業(yè)計劃發(fā)送到相關(guān)的手持設(shè)備,手持設(shè)備提示持有者“有作業(yè)待執(zhí)行”。
(2)實施期:施工單位、配合單位的現(xiàn)場作業(yè)人員通過手持終端向施工終端控制平臺發(fā)送人員到現(xiàn)場確認、施工請點登記、施工作業(yè)請點時間等信息;運輸調(diào)度指揮人員確認施工作業(yè)狀態(tài)信息,發(fā)送施工作業(yè)開始命令、停電命令等,同時推送給作業(yè)現(xiàn)場的手持終端;施工單位及配合單位的現(xiàn)場作業(yè)人員通過手持終端接收作業(yè)命令并回執(zhí)作業(yè)開始確認、作業(yè)現(xiàn)場的聲像資料和臨時狀態(tài)信息;施工盯控人員通過手持終端接收臨時調(diào)度命令、反饋現(xiàn)場的施工作業(yè)組織情況;手持終端提醒現(xiàn)場作業(yè)人員施工作業(yè)進度及預(yù)警信息。
(3)結(jié)束期:施工單位及配合單位人員通過手持終端或PC機進行施工銷點登記、請求銷點時間及作業(yè)結(jié)束確認信息至調(diào)度臺;施工盯控人員通過手持設(shè)備發(fā)送人員已經(jīng)離場的確認信息至調(diào)度臺;調(diào)度臺發(fā)送施工開通令,涉及停電的,發(fā)送送電命令。施工作業(yè)結(jié)束,正式開通,高鐵施工作業(yè)管理流程結(jié)束。
圖1 高鐵施工作業(yè)管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
施工登銷記主要包括施工請點登記、命令登記、確認登記、銷點登記、開通登記 5個階段。
施工登銷記管理的施工(配合) 單位操作終端可以使用 PC 機在辦公網(wǎng)絡(luò)上進行集中登記,也可以使用手持設(shè)備在施工作業(yè)所在地進行遠程登記。集中登記時采用 B/S 模式,中心服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫部署在鐵路局,而操作網(wǎng)頁可以在任意有鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的地方進行。登記的信息通過消息機制通知調(diào)度臺( 相關(guān)的行車調(diào)度臺和供電調(diào)度臺),調(diào)度臺的終控端收到消息后,自動刷新調(diào)度臺的登記界面,實時更新調(diào)度臺上所監(jiān)控登記計劃的狀態(tài)。
為提高系統(tǒng)的運行效率和安全性,調(diào)度臺終控端采用 EJB3.0 架構(gòu),分為數(shù)據(jù)庫、EJB 服務(wù)器和客戶端 3 層。業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)的處理都交由 EJB 服務(wù)器處理,客戶端只處理用戶交互和消息刷新。系統(tǒng)的交互性和時效性能夠得到很好的解決。
施工登銷記管理的安全卡控至關(guān)重要。該系統(tǒng)采用單位用戶、驗證碼、密碼、電子簽名等組合驗證方法,并在操作過程中采用視頻監(jiān)控,記錄操作員的影像資料。施工登銷記的各個階段采取狀態(tài)控制,主要通過施工登銷記規(guī)定的相關(guān)流程進行卡控,只有前階段執(zhí)行完畢才能進行下一階段的工作。針對施工內(nèi)容的相關(guān)信息進行卡控,如涉及供電登記請求必須通過供電調(diào)度的確認后才能進行下一階段的作業(yè)。
該系統(tǒng)涉及鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵功能,也涉及在施工現(xiàn)場利用手持終端進行數(shù)據(jù)采集、傳輸和狀態(tài)反饋等功能。無線網(wǎng)絡(luò)與鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的對接和數(shù)據(jù)的安全問題對于鐵路運輸生產(chǎn)是重中之重,必須處理好,利用鐵路安全平臺可以解決無線通信網(wǎng)絡(luò)與鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全對接問題。
安全平臺主要由內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換統(tǒng)一軟件系統(tǒng)(Message Queue Transport United Program,MTUP) 服務(wù)器及特定的數(shù)據(jù)協(xié)議組成。MTUP 與內(nèi)網(wǎng)用戶的接口定義在鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)各應(yīng)用服務(wù)器上的消息隊列(Message Queue,MQ) 處,即 MTUP負責(zé)接收來自鐵路安全平臺的數(shù)據(jù)并放入專門的應(yīng)用程序隊列中。反之,應(yīng)用程序隊列將要通過MTUP 發(fā)送的數(shù)據(jù)放入專門的隊列中,由 MTUP 接收和轉(zhuǎn)發(fā)至無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊。通過 MQ 和 MTUP服務(wù)器實現(xiàn)拆合數(shù)據(jù)包的過程為:①數(shù)據(jù)拆包過程( 安全平臺外):接收外部無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸來的數(shù)據(jù),按照協(xié)議拆解數(shù)據(jù)包;②制定應(yīng)用程序接口( Application Program Interface,API)協(xié)議及 MTUP整合數(shù)據(jù)包策略;③數(shù)據(jù)整合過程(安全平臺內(nèi)):由 API 協(xié)議部分加上業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)固定區(qū)域一起按照既定的組包策略組裝成一個 MTUP 數(shù)據(jù)包;④測試數(shù)據(jù)協(xié)議可靠性,通過拆包、組包過程的測試,評估數(shù)據(jù)協(xié)議及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。安全平臺實現(xiàn)策略示意圖如圖2 所示。
施工現(xiàn)場作業(yè)和盯控人員都配備手持終端,考慮現(xiàn)場作業(yè)的實際情況,手持終端需要具備防水、防震、防摔等性能,同時要求操作便捷、電池耐用。為此,需要定制一款合適的機型。手持終端首先應(yīng)當(dāng)具備下載功能,能夠下載需要監(jiān)督完成的作業(yè)任務(wù)信息,對手持終端根據(jù)需求進行二次開發(fā),通過手持終端可以瀏覽施工計劃的執(zhí)行情況,提交模塊化的登記、狀態(tài)、圖片信息等,手持終端還應(yīng)當(dāng)具有授權(quán)和身份認證的功能,方便定位管理,同時能夠快捷地拍照、對講,以便工作中的溝通與交流。
通過對多個無線通信技術(shù)進行比較,并且在京滬高速鐵路行駛列車中測試手機通信、無線上網(wǎng)等功能后,總結(jié)出基于碼分多址(Code-Division Multiple Access,CDMA) 技術(shù)的某無線通信技術(shù)整體性能較好,京滬高速鐵路沿線的測試數(shù)據(jù)如圖3所示。
從圖3 中可以看出,該無線通信技術(shù)的信號覆蓋率為 94.48%,語音接通率為 95.44%,平均文件上傳速率(含 Drop) 為 285.95 kbps,平均文件下載速率(含 Drop) 為 620.54 kbps,是目前實現(xiàn)現(xiàn)場手持終端通信的最佳選擇。
圖2 安全平臺實現(xiàn)策略示意圖
圖3 京滬高速鐵路沿線的測試數(shù)據(jù)
全程定位監(jiān)控管理包括高速鐵路施工調(diào)度組織的定位展示和監(jiān)控管理 2個部分。
定位展示主要完成施工作業(yè)位置分布及現(xiàn)場作業(yè)人員定位顯示、作業(yè)組織過程及作業(yè)組織實施過程狀態(tài)監(jiān)控和系統(tǒng)記錄等??梢詫㈩A(yù)計實施的施工作業(yè)計劃分布展示在基于地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS) 鐵路線路網(wǎng)絡(luò)圖形上,通過圖形化界面完整展示所有作業(yè)單元的當(dāng)前位置,通過不同的圖形特征顯示各種類型作業(yè)單元的活動范圍,對違反作業(yè)活動區(qū)域的施工單元給予調(diào)度人員警告和提示。GPSone 是美國高通公司推出的是一種基于 CDMA 的全球定位技術(shù),利用 GPS 衛(wèi)星和基站等進行綜合定位,是目前手機平臺最領(lǐng)先的定位技術(shù)。無線二進制運行環(huán)境(Binary Runtime Environment for Wireless,BREW) 是一種專門為無線設(shè)備設(shè)計的應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境。定位展示選用GPSone + BREW 技術(shù),將 CDMA 和 BREW 結(jié)合進行終端定位管理,手持設(shè)備持有者的具體定位信息也同時顯示在現(xiàn)有的基于 GIS 的鐵路線路網(wǎng)絡(luò)圖形上。
監(jiān)控管理包括進度管理、預(yù)警提示及綜合信息展示等。施工作業(yè)進度管理主要通過圖形化界面完整展示所有工單作業(yè)進度,對關(guān)鍵施工步驟、關(guān)鍵施工單元給予音頻提示。預(yù)警提示主要針對工單要求時間與施工單元實際作業(yè)不符、人員位置狀態(tài)不合理、現(xiàn)場設(shè)備緊張等情況給予專門的預(yù)警提示。綜合信息展示主要指通過在完整的施工流程中采集和嵌入圖片、音頻等信息,并且將其按照施工作業(yè)計劃號進行分條匯總的功能。通過詳細列表功能完成對整個作業(yè)組織實施過程的記載(包括所有施工狀態(tài)、過程照片、預(yù)警信息、通信溝通過程),整個過程可回溯,并且通過圖片上傳、采集不可量化的現(xiàn)場信息,對整個施工作業(yè)過程形成閉環(huán)管理。同時,按照日、周、月、季度、年度生成數(shù)據(jù)報表,以反映一定時間范圍內(nèi)的施工作業(yè)過程管理信息,便于更加科學(xué)地安排施工作業(yè)。
全程監(jiān)控定位管理的所有信息展示在施工終端控制平臺上,施工終端控制平臺的用戶界面如圖4所示。
圖4 施工終端控制平臺用戶界面
高鐵施工作業(yè)管理系統(tǒng)利用無線網(wǎng)絡(luò)、手持終端,結(jié)合鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建了一個從計劃、施工登銷記到施工作業(yè)現(xiàn)場管理的施工調(diào)度作業(yè)全過程閉環(huán)管理信息平臺。通過施工登銷記管理、施工作業(yè)現(xiàn)場管理、全程定位監(jiān)控管理等一系列的過程,既能夠保證高速鐵路的施工維修安全性,又能夠提高高速鐵路的天窗兌現(xiàn)率、施工維修計劃給點兌現(xiàn)率和設(shè)備應(yīng)用效率,同時還為應(yīng)急鐵路調(diào)度指揮提供了技術(shù)支撐。該系統(tǒng)利用基于 GIS 的鐵路線路網(wǎng)絡(luò)圖進行定位管理,實時準確地顯示施工計劃位置,為調(diào)度指揮提供依據(jù);通過明確提醒施工作業(yè)進度,嚴格監(jiān)控施工作業(yè)活動范圍和作業(yè)過程,避免調(diào)度人員反復(fù)詢問、核實情況,節(jié)省精力和時間,提高工作效率,減少施工事故。