李继东

无线调车机车信号和监控系统（STP）是调车作业安全防护的辅助设备，通过无线方式在地面设备和车载设备间传输调车作业相关的车站联锁信息，通过列车运行监控装置（LKJ）实现调车机车的信号安全防护［1］。STP的主要用户对象是机务部门和车务部门，机务部门的人机接口是LKJ显示器，车务部门的人机接口为STP车务终端，这些用户接口在设备使用过程中起着非常重要的作用。

目前，全路大多数车务段内调车作业组织方式仍然以站为单位进行，调车区长和调车组分散在各车站负责调车作业，车务段不参与班计划的编制，调度所的班计划直接下达给车站，计划兑现全部依靠中间站独立完成［2］。按照国铁集团以及铁路局深化内部改革，创新经营机制和统筹资源配置要求，沈阳车务段对运输组织指挥架构进行了优化，将原有中间站调车区长进行整合，统一到车务段管控大厅进行合署办公；各中间站的固定调车组改为流动调车组，跟随调车机一起进行流动调车作业。这种运输组织方式解决了原有架构下路局调度所、车务段、中间站三方信息不对称、调车机利用效率低、车务段不能从整体上把握各中间站调车作业，存在运输资源浪费等问题［2］。运输组织改革前，各中间站调车计划编制以及执行情况，由各站驻站调车区长直接掌握，车务段只起到信息收集作用，职能被弱化。运输组织改革后，由车务段统管各中间站班计划、阶段计划、调车作业计划，实现车务段对中间站从调车作业计划编制开始到调车计划执行结束的全过程控制，实现统筹调车资源，总体把握调车进度，提高了调车作业效率［2］。

目前，沈阳车务段的36个车站和所有专用调车机车都已经安装STP设备，有效防止了调车作业过程中“挤”“冲”“脱”等事故的发生，解决了调车安全防护的死角问题［3］。车务段对调车作业进行集中管理后，将原来分散在各个车站的STP车务终端集中到车务段进行管理，通过搭建各站到车务段的安全通信网络，形成了车务段综合管控技术方案。该方案不仅满足了车务段日常调车作业管理需求，同时实现了基于STP的车站调车分析系统的部分功能，提高了车务段调车作业管理水平。

1 车务段集中管理的技术需求

沈阳车务段主要管辖京哈线、沈山线、沈吉线、沈大线4条干线和多个编组站的调车作业［4］。作为管理各站调车作业的直接责任人，调车区长的主要职责为准确及时地编制调车计划，并向调车组作业人员准确布置工作重点，准确掌握现车情况，确认SMIS系统与现场一致，加强与车站值班员、货运人员联系，加快取送速度［5］。进行车务段综合管控后，由原有的一个区长负责一个站的调车作业计划编制和调车进度监督工作，变更为一个区长管理一条铁路线路上若干个车站的调车作业工作。车务段内调车区长作业台既有SMIS现车终端分布见图1。其中北部一台负责双庙子、中固等6站的调车作业管理工作；北部二台负责乱石山、大青等6站；北部三台负责新城子、虎石台、辉山站；枢纽一台负责大成、于洪；枢纽二台负责沙岭、沈阳内陆港；枢纽三台负责沈阳东；沈吉台负责东陵、前甸等11站；苏抚台负责深井子、孤家子等5站。调车区长工作任务重，安全压力大，通过在各区长台设置STP车务终端后，可以方便调车区长掌握各站调车作业执行情况，减轻调车区长的劳动强度，提高车务段调车作业管理信息化水平。

图1 SMIS现车终端分布

车务段成为各站调车作业指挥中心后，STP车务终端的主要技术需求如下。

1）调车机调车作业执行进度监督功能。调车区长需要实时掌握调车机调车作业执行情况，根据调车进度调整调车计划。通过STP车务终端能够及时将调车机车的位置、速度、限速以及工况等信息实时显示在车务终端显示器上，调车区长能够第一时间获取调车机车的实时信息。

2）各流动调车长取送作业单需求。各站取消固定调车区长后，调车计划单的取送成为影响调车效率的一个大问题。调车长需要到原有车站作业单打印点取调车计划，取完调车计划并通过电话和区长核对后再进行调车作业。调车机车安装STP车载设备后，可以通过车载作业单打印机直接将车务段下达的调车计划在机车上进行打印，降低调车长劳动强度，提高调车效率。

3）调车机作业分析统计功能。调车作业繁忙，车务系统需要及时对每钩作业执行时间、调车作业量等实际调车机使用效率进行统计分析，及时调整调车作业策略。多个车站STP系统成网后，掌握了大量的车站调车机作业信息，能够将各站调车作业数据上传至车务段STP数据中心服务器，部署在车务段的调车数据分析子系统，可以实现调车效率分析、作业量统计、调车员操作分析、运输能力查定、过程优化建议和事故分析等功能［6］。

4）特殊作业授权功能。采用车务段调车作业模式后，车务段需要对调车机在站内的特殊作业进行授权确认，包括机车入网、越出站界调车等授权确认等［1］。

2 车务段集中管理的实现

为了满足沈阳车务段集中管理STP车务终端的技术需求，在该车务段运营管理中心共设置STP车务终端区长台8个，STP车务终端监控台6个，共计14个终端，管理36个车站。

车务段集中管理的STP车务终端（以下简称“STP车务段终端”）是将独立的各个STP车站整合成一个STP管理网络，将原来的分散管理功能集中到车务段统一进行管理。

2.1 STP车务段终端的网络结构

目前沿线车站到车务段的网络主要为铁路2 M网和车务办公网。考虑到STP设备的安全性以及实时性，本次各站到车务段采用的是专用光缆通道。在各站通信机房采用专用的光交换机，通过传输设备配置业务，将36个车站以及车务段STP数据中心连接成星型网络，实现了数据隔离，保证STP网络的安全性。

STP车务段终端网络设计为3层，分别为STP车站传输网络层、车务段STP数据中心网络层和SMIS信息网络层。各站信号机房到车务段STP数据中心机房处，利用光通道传输STP控制信息，组成STP车站传输网络层。各调车区长处STP终端和STP数据中心服务器组成车务段STP数据中心网络层［7］。SMIS信息网络层为既有铁路车站综合管理信息系统网络。

作为保障车站调车作业安全的重要设备，新设置的STP车务段终端在获取相关显示、实时状态、历史数据、作业单数据等信息时，都需要在不影响车站STP系统正常工作的前提下进行。为此，需要在以上3层网络接口之间增加相应隔离设备，如网闸、防火墙等［8］，防止病毒攻击、网络风暴等情况影响自身以及接口系统的正常运行。车务段STP数据中心网络层与其上下两层网络之间使用网络防火墙进行隔离［9］。系统网络架构见图2。

图2 系统网络架构示意图

2.2 通信方案

1）STP车务段终端与各站STP地面机柜的通信。如图3所示，首先，各站STP地面主机将本站地面显示数据、控制数据、调车数据汇集到STP数据中心服务器，由数据中心服务器对各站STP调车数据进行聚类和整合，实现调车数据分析功能。其次，由数据中心服务器根据STP车务段终端的调车作业车站申请，建立起车务终端至对应车站的数据通道连接。

STP车务段终端和数据中心服务器之间的通信采取主动申请方式和被动更新方式。当调车区长在显示界面上选择某车站时，STP车务段终端将显示界面切换到对应的车站，并向数据中心服务器主动申请对应车站的数据。当调车机车跨站作业时，数据中心服务器监测到调车机车作业站场发生变化，会主动向对应的STP车务段终端发送新站数据，STP车务段终端会自动切换作业站场。

2）STP车务段终端与SMIS车站综合管理信息系统的通信。如图3所示，在STP车务段终端与SMIS系统之间设置防火墙，并配置通信规则。STP车务段终端通过访问SMIS车站综合管理信息系统开放的数据库端口，获取调车计划单。调车作业计划单从现车系统下发到各站作业机车的作业过程见图4。

图3 通信方案

图4 调车作业计划单从现车系统下发到各站作业机车作业过程

2.3 功能实现

STP车务段终端的功能实现分为STP车务终端部分和调车作业数据分析部分。STP车务终端部分主要实现车务终端的基本功能以及调车数据分析查询界面；调车作业数据分析部分主要是实现调车作业数据的各种分析功能。下面分别对这两部分进行说明。

2.3.1 STP车务终端部分

1）调车作业监督模块。该模块主要是向车务人员提供调车作业的实时信息，主要包括机车位置、机车速度、当前限速、当前钩号等信息。通过该模块，车务人员能够实时监督调车作业进度，实现调车作业进度监督功能，通过向车务人员提供各站存车线车列占用情况、各站信号设备的实时状态等，方便车务人员及时了解调车作业相关信息。由于一个STP车务终端负责管辖多站，车务终端的站场图显示不仅能够自动追踪调车机，还能够由区长手动选择车站。该模块利用MySQL数据库将接收到的数据进行存储，能够对历史数据进行查询、回放和分析。

2）调车作业计划模块。该模块的主要功能是将调度所下达的调车计划，按照作业车站和作业机车下达至STP地面主机，STP地面主机将接收到的调车计划发送至机车上进行显示和打印。调车作业计划功能模块能够按照调车计划中的站名和机车号，自动将计划下达给对应的车站和机车，同时也能够由区长手动将指定计划下达至对应的调车机车。采用指定机车号下达时，该模块能够自动判断调车机车所在车站，并将调车计划下达给对应的STP地面主机。

3）调车作业分析统计模块。该模块主要利用数据服务器中存储的数据分析统计调车作业，将调车作业各项数据图形化。通过该功能，车务作业人员能够直观地看到调车效率、调车作业量、调车员操作、运输能力查定、作业过程优化建议等。

2.3.2 调车作业数据分析部分

调车作业数据分析主要部署在STP数据中心服务器，该服务器接收来自各站STP地面主机发送的调车作业数据，并利用回归分析、聚类分析、SVM算法、神经网络、优化算法、深度学习等工具对各站STP调车数据进行分析［6］。同时，在车务终端界面上显示分析结果，实现对调车分析系统的数据支持。具体体现在以下3个方面。

1）数据处理。数据处理模块对从各个车站STP主机接收到的数据进行数据解析、编码、特征值提取，按照调车作业相关的各个关键元素进行归类处理。比如，对每一张调车计划单的执行时间、每一钩调车计划的执行时间、钩计划中平均每辆调车作业的执行时间、平均每一钩计划调车机走行里程等进行归类，并且对这些数据进行处理。

2）数据运算。数据服务器上进行的运算包括：对调车作业效率进行回归分析，预测完成当前调车计划需要的时间；对调车员操作进行聚类分析，分析调车组车列连挂时在无线调车灯显系统上提示车辆间距的准确性；利用SVM算法对相近条件的调车作业进行分析，在调车机走行距离、车辆数等近似的条件下对调车机车的作业特性进行SVM分析，发现调车作业中能够提高效率的关键作业环节，给车务部门提供优化建议等。

3）数据学习。数据学习模块能够根据车务人员的日常操作，提前对数据进行相应的操作，节省车务查询等待时间。例如，如果车务人员经常进行作业效率的查询，该模块会对调车作业效率相关数据进行预处理，按照时间节点、关键事件节点等分类因素进行分类，在进行相关查询时，可以直接调用学习模块前期处理的内容。

3 结语

STP车务段终端方案充分考虑了车务段的调车作业管理业务需求，设计了STP车务段终端的网络架构和功能模块，实现了车务段对调车作业综合管控的需求；将分散在各站的STP车务终端集中到车务段统一进行部署，降低了成本，提高了设备利用效率和调车作业效率。该方案既满足了车务段对调车作业进度、调车作业安全的整体把控要求，实现了调车计划直接在机车上打印，提高了现场作业效率，又能够结合海量调车数据实现调车作业分析功能，给车务部门优化调车方案、优化运输组织等提供技术支持。

综上所述，结合现场车务段调车作业的实际作业情况，在保证设备和网络安全的前提下，STP车务段终端方案提高了车务段调车作业的集中管理水平。同时由于调车数据集成化程度的提高，实现了调车作业信息化［4］，并且为调车作业轨迹自动分析［2］等大数据系统搭建了数据平台。