铁路机务运用安全管理系统研究

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摘要：随着铁路信息化步伐不断的加快，智能技术在铁路运输中广泛应用。文章介绍了铁路机务运用运安系统实现安全作业的功能，从乘务管理、技术难点与技术关键三方面分析了实现铁路机务运用安全管理作业的信息化和智能化。

关键词：乘务管理；信息化；安全管理

运安系统功能设计以总公司文件为基础，运安系统（以下简称“系统”）按照“乘务管理”“在途机车运行安全管理”“机车质量健康管理”“培训管理”“整备管理”“综合管理”等功能进行设计，综合实现智慧门户，并尽快进行现场使用试验。结合在用的车载无线传输装置（ＭＴ５０型）、智能能耗监测装置（ＥＰＭ０９型）、统计／计件系统，通过数据采集、分析技术，采用软硬件结合的方式，具备在途机车运行状态实时监测、出退勤流程自动化、乘务员作业质量自动分析评价、自动生成电子司机报单并进行统计、计件、分析等机务运用安全管理作业功能，可实现运用安全管理作业的信息化和智能化。通过系统的部署及应用，可实现如下主要目标：①实现在途机车运行状态实时监测、出退勤流程信息化、乘务员作业质量分析评价、生成电子司机报单并进行统计、计件、分析等机务运用安全管理作业，实现运用安全管理作业的信息化和智能化。②实现与既有机务信息系统（机车无线传输系统、统计计件系统）的互联互通，充分利用既有软硬件资源，实现信息共享。③提高机务安全管理水平，改变传统机务运用安全管理系统无法有效监测在途机车状态及乘务员值乘作业质量的问题，实现对在途机车及乘务员的监测。④通过对ＳＳ４Ｂ机车既有硬件设备进行软件升级，实现乘务员直接退勤（不通过派班室，直接在机车上完成退勤作业流程）、揭示及ＬＫＪ版本自动校核。系统可在智慧机务系统主界面下建立机务运安系统登录界面。预留后续系统登录窗口，可使用职工工号统一进行登录权限管理，并符合未来个性化权限管理要求。

１乘务管理

１．１机车运用管理

通过与在用调度综合信息系统，完成机调日（班）计划、实际机车周转图数据的接收和人员计划上传，可实现机车周转图运用指标统计。１．１．１基本机车周转图。①采用规定的颜色、线形和方法绘制列车运行线和机车交路线。②按区段自动计算出基本机车周转图所含的技术指标。③保存多套基本机车周转图，可选定其中任意一套作为当前的工作图。④按照用户对基本机车周转图的编辑、修改权限进行控制。１．１．２计划机车周转图。①实现机车计划接收功能：从在用调度综合信息系统接收机车计划数据，生成计划机车周转图。②提供机车计划编制功能：根据昨日实际机车周转图上的过表机车情况、区段机型要求、各站技术作业时间、机车修程状态等条件自动勾画机车交路；支持手工编辑勾画机车交路；列车计划调整后，进行机车交路重排。１．１．３机车计划管理。①具备人员计划接收功能，接收各机务派班室人员计划数据，转换为计划机车周转图人员信息，并上报给机调系统。②实现机车计划及变动轨迹的查询与打印功能。③实现机车计划集中式管理，并能将机车计划下达给机车调度员、外勤值班员等相关工作岗位。④实现机车计划的审核、发布、导出功能。１．１．４实际机车周转图。可根据既有车载无线传输装置实时采集的数据自动实时生成实际机车周转图，并可按区段、时间段从机调系统读取的实际机车数据进行比对，匹配校准实际机车周转图。实现与既有系统数据互联互通，为运安系统完善功能提供数据支持。１．１．５运转日志电子化。运转日志获取机车状态转变信息，实现机车状态转变信息的查询、显示及使用。运转日志状态转化设置成选择项。１．１．６司机电子报单。入库电子司机报单自动生成、人工核准和打印。通过既有机车无线传输系统自动识别机车入库并自动生成司机电子报单，报单包括既有电力机车能耗监测装置自动采集的本次值乘用电数据，乘务员可通过乘务一体机对电子司机报单进行人工核准和打印（记录出退勤和出入库的时间，超劳费的计算和统计），能够与既有车载无线传输装置、电力机车能耗监测装置进行数据交互。１．１．７ＬＫＪ全程记录文件远程自动下载分析。可通过既有机车无线传输系统自动识别机车入库并远程自动下载ＬＫＪ全程记录文件，乘务员可通过乘务一体机进行车载设备文件下载确认。具备实时采集、远程传输机车ＬＫＪ设备运行数据及全程记录文件能力。１．１．８自助退勤。机车乘务员可通过乘务一体机自助办理退勤作业，实现机车乘务员身份识别、测酒（含拍照）（电子司机报单核准及确认ＬＫＪ全程记录文件下载情况）等退勤作业手续并进行全过程记录；派班室能够对机车乘务员自助退勤情况进行实时监测。针对具备乘务员行为分析功能的机车，实现乘务员异常行为实时传输并接入系统。１．１．９出勤管理。①出勤提醒。根据计划开车时间及设定的出勤提醒时间，对未及时到达派班室办理出勤业务的机车乘务员，自动向出勤值班员进行语音等方式提醒。②出勤作业。机车乘务员按以下流程办理出勤作业：到达机务派班室后，首先进行出勤签到（身份识别）、测酒（含拍照），然后进行出勤相关作业，最后办理出勤确认（身份识别）。应具有以下功能：出勤登记：通过身份识别装置对机车乘务员进行身份识别登记（出勤签到、出勤确认），支持手工出勤方式。待乘卡控：对于休息时间不足、出寓时未登记等情况进行卡控。酒精检测：对机车乘务员进行酒精检测并拍照。记名传达：记录机车乘务员阅读／接受乘前传达情况（包括安全风险提示、事故通报等）。揭示核对：记录机车乘务员核对揭示情况。验卡：在验卡机或乘务一体机上自动核对写入乘务员ＩＣ卡的ＬＫＪ临时数据文件，并记录核对情况。出勤答题：机车乘务员出勤自助答题并记录答题结果。

１．２在途机车运行安全管理

１．２．１在途机车实时监测。通过既有车载无线传输装置及电力机车能耗监测装置实时监测在途机车所在位置、车载设备实时运行数据（如车型／车号／车次、速度、前方信号机状态、所在位置、ＧＩＳ电子地图查询、所处公里标、所在区间、管压等）、车载设备报警信息（如走行部监测装置等）等，了解在途机车运行状态、机车能耗信息（如网压、用电量等）。１．２．２行车安全风险项点预警、报警。通过既有车载无线传输装置实时采集的乘务员的操纵信息及车载设备（如盹睡装置、走行部监测装置）的预警、报警数据，与地面预设的影响行车安全的风险项点进行比对，达到阈值的进行预警或报警，提醒地面管理人员对乘务员进行干预。未来还可通过平稳操纵系统车载显示终端对乘务员进行预警提醒。１．２．３ＬＫＪ监控版本卡控。能够对出库机车ＬＫＪ版本自动校核卡控：可将ＬＫＪ版本信息自动与地面标准源进行比对，一旦不一致可进行报警，防止问题机车出库。可通过指定的车载显示终端向乘务员展现报警具体情况。１．２．４揭示卡控。可实现运行揭示的自动多层校核：①乘务员ＩＣ卡运行揭示导入ＬＫＪ后可自动与地面标准揭示源进行比对，一旦不一致可进行报警，防止问题机车出库。②机车运行到临近限速起控区段前对乘务员进行控速提醒。③可通过指定的车载显示终端向乘务员展现报警具体情况。

１．３机车质量健康管理

１．３．１车载设备状态实时监测。通过既有车载无线传输装置实现对车载设备状态实时监测，地面应用系统对设备运行状态质量信息的统计分析。ＬＫＪ系统设备运行状态实时监测。通过既有车载无线传输装置实现对ＬＫＪ系统设备运行状态实时监测，依据可设置参数的判断逻辑研判设备异常情况，及时提供预警、报警信息。具体内容如下：实时显示ＬＫＪ设备运行状态；实时监测ＬＫＪ速度传感器、压力传感器等设备状态及机车工况信息、机车信号信息等，对监测到的设备故障、非正常状态按设定的等级范围实时预警、报警；监测ＬＫＪ状态；监测数据版本运行及参数设置正确性，包括：ＬＫＪ软件和数据版本正确性分析、ＬＫＪ数据调用异常检测、ＬＫＪ数据运行状态分析。１．３．２数据统计分析。具备质量数据库，分析故障、设备、环境关系，对故障进行统计。１．３．３机车运行状态监测。通过既有车载无线传输装置实时追踪机车位置，提供机车位置信息，为车载设备管理、作业人员快速处置设备故障提供确定抢修地点等信息支持。１．３．４列车运行曲线复示。根据从既有车载无线传输装置接收到的ＬＫＪ运行状态信息，在地面软件系统中复示ＬＫＪ显示器的列车运行曲线，使用户实时跟踪查看列车运行状况和司机操作状况。列车运行曲线跟踪：列车运行曲线图内容包括列车运行日期、时间、速度、限速、距离、里程、机车信号等状态信息。系统支持同时跟踪查看多个列车的运行曲线图。历史曲线回放：可以对列车在指定时间段内的运行曲线进行回放显示。１．３．５ＬＫＪ软件和数据版本监测。通过既有车载无线传输装置对ＬＫＪ软件和数据版本信息进行监测和预警，包括：机车ＬＫＪ软件和数据版本信息实时监测查询：根据版本换装计划对版本换装情况实时监测。实时获取ＬＫＪ数据版本信息和所属机车／动车组车型车号信息，并与换装计划进行比对，比对一致，确认该机车已完成换装，通过向换装计划管理系统发送版本比对结果信息，实现版本换装情况的实时监测。１．３．６ＬＫＪ全程记录文件远程下载分析。通过既有车载无线传输装置远程下载ＬＫＪ全程记录文件。采用自动缓存、闲时下载等多种方式保证记录文件下载速度和即时性。１．３．７入库机车作业提醒功能。版本异常提醒，ＬＫＪ时钟超限，异常项点未销记，周期检测超期。

２技术难点

２．１通过车载无线传输装置实现电力机车能耗监测装置等车载设备数据接入

机车既有无线传输系统由车载无线传输装置、电力机车能耗监测装置及地面应用系统组成，车载设备（ＬＫＪ／电力机车能耗监测装置／走行部监测装置）运行数据、全程记录文件及报警数据可直接通过通信服务器直接传入运安软件系统，实现数据接入及相关应用，其结构如图１所示。

２．２与既有统计计件系统的数据交互方案、通信接口及协议

车载无线传输装置通过ＣＡＮ数据线连接ＬＫＪ设备扩展通信板，连接方式及说明。车载无线传输设备适应３Ｇ、４Ｇ、ＷＬＡＮ等多种传输协议，通过无线传输网络将文件远程传输到地面服务器，支持２Ｇ／３Ｇ／４Ｇ／ＷＬＡＮ等多种无线传输方式，采用动态自适应技术，选择信号覆盖较好网络进行数据传输，采用ＭＤＳ数字签名和双向认证ＤＥＳ加密等技术手段，支持断点续传，保证数据传输的稳定性、准确性、完整性和安全性。采用自动缓存、闲时下载等多种机制保证记录文件下载速度和即时性。地面系统可对下载的记录文件进行实时分析处理，并提取关键项点。

２．４机车直接退勤的技术

系统以车载乘务一体机为核心，通过机车既有无线传输设备与地面运安系统的实时数据交互，结合乘务员专用健康监测手环，实现机车乘务员在机车上进行身份识别、测酒、文件转储等退勤作业，实现乘务员机车退勤功能。关键技术：①接口技术：车载无线传输装置采用最新的基于ａｒｍｃｏｒｔｅｘ内核工业级处理平台技术，可连接ＪＫ００４３０型机车走行部车载监测装置，实现轴报实时数据、轴报数据文件、装置异常报警信息的实时采集及远程传输；②自动判断数据传输时机并触发传输机制：动态监测机车运行情况，实时判别机车是否到达折返点或整备点，自动触发轴报数据文件采集及传输机制；③数据传输技术：采用可靠传输协议，支持断点续传，实现数字加密，保证数据通信的完整性、安全性。

３技术关键

ＭＶＣ详细的解释依照Ｍｏｄｅｌ等确定的形式运作区分运用流程的键入、处理还有输出程序。因此这种运用包含模型、界面及管理３部分。

３．１ＭＶＣ设计模式

ＭＶＣ是一个框架模式，全名是ＭｏｄｅｌＶｉｅｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，是模型（ｍｏｄｅｌ）－视图（ｖｉｅｗ）－控制器（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）的缩写，一种软件设计典范。它强制性地使应用程序的输入、处理和输出分开。使用ＭＶＣ应用程序被分成３个核心部件：模型、视图、控制器。它们各自处理自己的任务。最典型的ＭＶＣ就是ＪＳＰ＋ｓｅｒｖｌｅｔ＋ｊａｖａｂｅａｎ的模式。该设计模式具有耦合性低、重用性高、生命周期成本低、部署快、可维护性高、有利软件工程化管理等优点。ＭＶＣ构架结构，如图５所示。

３．２Ｔｈｒｅｅ－ｔｉｅｒａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ设计方法

３层架构（３－ｔｉｅｒａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）通常意义上的３层架构就是将整个业务应用划分为：界面层（ＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｌａｙｅｒ）、业务逻辑层（ＢｕｓｉｎｅｓｓＬｏｇｉｃＬａｙ－ｅｒ）、数据访问层（Ｄａｔａａｃｃｅｓｓｌａｙｅｒ）。区分层次的目的即为了“高内聚低耦合”的思想。在软件体系架构设计中，分层式结构是最常见，也是最重要的一种结构。分层式结构一般分为３层，从下至上分别为：数据访问层、业务逻辑层（又或称为领域层）、表示层。３个层次中，系统主要功能和业务逻辑都在业务逻辑层进行处理。

３．３ＳＳＭ开发框架

ＳＳＭ（Ｓｐｒｉｎｇ＋ＳｐｒｉｎｇＭＶＣ＋ＭｙＢａｔｉｓ）框架集由Ｓｐｒｉｎｇ、ＳｐｒｉｎｇＭＶＣ、ＭｙＢａｔｉｓ３个开源框架整合而成，常作为数据源较简单的Ｗｅｂ项目的框架。３．３．１Ｓｐｒｉｎｇ。Ｓｐｒｉｎｇ是一个开源框架，２００３年兴起的一个轻量级的Ｊａｖａ开发框架。Ｓｐｒｉｎｇ框架是一个分层架构，由７个定义良好的模块组成。Ｓｐｒｉｎｇ模块构建在核心容器之上，核心容器定义了创建、配置和管理Ｂｅａｎ的方式。使用Ｓｐｒｉｎｇ框架具有方便解耦，简化开发；支持ＡＯＰ编程，支持声明式事务；方便测试；方便集成各种优秀框架；降低ＪａｖａＥＥＡＰＩ等多种优势。３．３．２ＳｐｒｉｎｇＭＶＣ。ＳｐｒｉｎｇＷｅｂＭＶＣ是一种基于Ｊａｖａ的Ｗｅｂ框架，使用了ＭＶＣ架构模式的思想，将Ｗｅｂ层进行职责解耦。ＳｐｒｉｎｇＷｅｂＭＶＣ前端控制器是ＤｉｓｐａｔｃｈｅｒＳｅｒｖｌｅｔ；应用控制器其实拆为处理器映射器（ＨａｎｄｌｅｒＭａｐｐｉｎｇ）进行处理器管理和视图解析器（ＶｉｅｗＲｅｓｏｌｖｅｒ）进行视图管理；页面控制器／动作／处理器为Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ接口（仅包含ＭｏｄｅｌＡｎｄＶｉｅｗＨａｎｄｌｅＲｅｑｕｅｓｔ（ｒｅｑｕｅｓｔ，ｒｅ－ｓｐｏｎｓｅ）方法）的实现（也可以是任何的ＰＯＪＯ类）；支持本地化（Ｌｏｃａｌｅ）解析、主题（Ｔｈｅｍｅ）解析及文件上传等；提供了非常灵活的数据验证、格式化和数据绑定机制；提供了强大的约定大于配置（惯例优先原则）的契约式编程支持。３．３．３ＭｙＢａｔｉｓ。ＭｙＢａｔｉｓ是一个支持普通ＳＱＬ查询，存储过程和高级映射的优秀持久层框架。ＭｙＢａｔｉｓ消除了几乎所有的ＪＤＢＣ代码和参数的手工设置以及对结果集的检索封装。ＭｙＢａｔｉｓ可以使用简单的ＸＭＬ或注解用于配置和原始映射，将接口和Ｊａｖａ的ＰＯＪＯ映射成数据库中的记录。３．３．４Ｗｅｂ技术简介。ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ是一种以Ｗｅｂ为基础的服务。该服务以Ｗｅｂ为连接方式，对来自外部的请求作出响应，同时将一些相关的信息传送给外部系统，进而完成相关的远程调用任务的。站在它的工作模式的角度来看的话，实际上这种程序和其他普通的程序在本质上是一样的，其程序基础都是ＨＴＴＰ传输协议程。该程序对数据的使用要求非常高，大部分数据都是ＸＭＬ格式。

３．４Ｂ／Ｓ模式

Ｂ／Ｓ为Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ的缩写，即浏览器和服务器结构。伴随Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的日益普及，Ｂ／Ｓ作为软件框架体系中的一种也越来越受欢迎。在ＨＴＴＰ协议、互联网的帮助下，万维网可以进行强大的数据传递和数据搜集，这要归功要一个简单的接口即浏览器的功劳。Ｂ／Ｓ与早期的Ｃ／Ｓ结构相比，Ｂ／Ｓ最大的特点就是，响应用户的操作可通过ＷＷＷ浏览器，同时Ｗｅｂ服务器，可完成用户请求、数据加工、数据库访问、结果返回、页面生成等大部分的工作，用户浏览器只需要承担较少的事物逻辑计算。

［参考文献］

［１］孙汉武，佘振国，李成辉．铁路安全监督管理信息系统［Ｊ］．中国铁道科学，２００９，３０（５）．

［２］张玉民．铁路安全监督管理信息系统研究［Ｊ］．中小企业管理与科技，２０１７（２７）．

［３］杨高．基于铁路安全监督管理信息平台的机车设备风险管理［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１３．

［４］史浩暄．大数据在铁路信息化中的应用及展望［Ｊ］．经济与管理科学，２０２０，１９（２４）．

［５］龚利．铁路智能机务信息系统方案研究［Ｊ］．铁路运输，２０１９，２８（９）．

作者:慕治勇 单位:国能新朔铁路有限责任公司机务分公司