Design of dispatcher shift change application for railway bureau traffic control center
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摘要:
为了提高铁路局调度所调度员工作效率、减少交接班信息传递失误，在现有兰州局调度综合管理系统的基础上，依据调度所交接班管理规范，研发了调度员交接班应用，提供交接班本、交接班日志、调度命令管理、重点文电管理等功能；采用组件化交接班本模板设计，实现各工种调度员交接班本页面风格统一，提高了程序开发效率及应用程序的灵活性；基于事件驱动架构实现交接班本业务动态信息自动推送，可按要求及时、准确地传递作业指示，实时更新动态业务信息的显示；利用开源文档内容分析工具 Apache Tika，从每日限速表文档中自动提取运行揭示命令。试用表明，该应用有效提高调度员交接班效率及信息共享能力，强化交接班作业环节的安全风险管控，助力各岗位调度员协同作业，促进铁路调度工作的高质量发展。
Abstract:In order to enhance the working efficiency of the dispatchers in the traffic control center of the railway bureau and reduce human errors in information transfer during shift change, based on the existing comprehensive dispatching management system of Lanzhou Railway Bureau and in accordance with the management norms for shift change in the traffic control center, the dispatcher shift change application is developped, providing functions such as shift change book, shift change log, dispatching order management, and key official document management. The shift change book templates are designed in a componentized manner, which not only achieves uniform style of the pages of shift change books for different position dispatchers but also improves the efficiency of program development and the reflexibility of application program. The shift change book's dynamic information can be automatically pushed through the event-driven architecture, operation commands can be timely and accurately transmitted as required, and the display of dynamic information can be refreshed in a real-time manner. Using the open-source document content analysis tool Apache Tika, operation commands can be automatically extracted from daily speed limit table documents. The trial use shows that this application effectively improves the efficiency of shift change and information sharing capabilities of the dispatchers, strengthens the safety risk control of shift change operation, helps the different position dispatchers to collaborate, and promotes the high-quality development of railway dispatching and command.
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作为铁路货运的发展方向，重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低等优点，受到世界各国的重视，成为铁路发展的重要趋势[1]。经过多年发展，国家能源集团重载铁路网运营里程达到
2408 km，年运输能力5.3亿t，重载铁路技术创新和安全保障能力不断提高，已形成以“朔黄（朔州—黄骅）模式”为显著特征的重载运输技术体系[2]。近年来，为保障重载铁路列车运行安全，国家能源集团重载铁路部分线路先后建设了视频监控、防灾/防洪监测、列车接近防护预警、异物侵限监测、钢轨断轨监测等系统。然而上述监测系统各自独立运行，尚未实现数据的互联互通，视频监控和安全监测报警信息不能第一时间推送至机车司机室，重载列车运行前方若发生周界入侵、基础设施结构异常等影响行车安全的突发险情，仍须通过行车调度通知机车司机实施紧急处置。因此，重载列车应对特殊自然环境和线路设备故障条件下的主动安全防范能力有待进一步提升。丁茂廷[3]提出要推动重载运输技术智能化发展，需要加大“北斗+”、5G移动通信、大数据、人工智能等新技术应用，以自动驾驶为核心，推进智能装备、智能运维、智能运营、智能安全管理等领域技术研究应用；陈建译[4]、宁和平[5]、赵颖[6]、罗浩[7]在高速铁路列车超视距行车辅助技术方面，分别开展了车地灾害协同监控、系统架构设计、车地信息推送策略等相关研究和实践。
综上，本文结合重载铁路运输现状，以列车运行安全主动防控为导向，对重载铁路机车远程监视系统关键技术开展研究，设计了重载铁路机车远程监视系统，实现重载列车运行前方环境视频与列车位置、报警信息与视频准确关联匹配。基于移动公网，将重点线路区段实时视频和报警信息传送至机车司机室，延伸司机目视范围，辅助司机提前发现险情，提升危情处置效率。
1 系统设计
1.1 总体架构
重载铁路机车远程监视系统（简称：本文系统）总体架构如图1所示。其中，地面数据处理子系统部署于朔黄铁路公司信息中心综合信息网（办公网），车载监视终端安装在机车操作台位置，车地间通过移动运营商4G/5G网络进行数据传输，内外网边界部署网络安全隔离设备，实现车地间数据的安全传输。
1.1.1 数据源
朔黄铁路视频监控系统为本文系统提供视频数据来源，列车运行净空安全感知系统、列车接近防护预警系统和钢轨断轨监测系统等安全监测报警系统作为监测报警数据的来源，通过地面数据处理子系统的接口服务器推送监测报警信息。
1.1.2 地面数据处理子系统
地面数据处理子系统主要包括数据处理中心和系统运行维护（简称：运维）终端两部分。数据处理中心主要实现视频信息和危及行车安全的监测报警数据接入、重载列车与视频和监测信息的关联，以及视频和监测报警信息的车地传输；按照GB28181标准，从视频监控系统中获取机车行驶前方相机的原始视频流，并在地面视频服务器中对原始视频流进行编码、解码、压缩等二次封装。系统运维终端提供机车定位可视化展示、设备运行状态展示、视频服务、报警查询、统计分析等功能，以满足地面调度和运维等人员的业务需求。
1.1.3 车载监视终端
车载监视终端装载在重载机车上，通过机车LKJ TSC2装置获取机车实时位置信息，从地面数据处理中心获取视频码流和监测报警信息，并提供实时播放、报警声光提醒、视频点播等功能。
1.2 技术架构
本文系统基于B/S架构，技术架构如图2所示。
1.2.1 资源层
朔黄铁路信息中心为本文系统提供服务器、存储设施、网络设施、安全防护设施等基础资源，承载数据处理和存储等任务。
1.2.2 接口层
接口层使用API接口、消息队列、GB28181协议等技术实现安全监测信息和视频监控信息的接入。
1.2.3 存储层
存储层综合运用关系型数据库、缓存数据库和对象存储技术实现结构化数据和非结构化数据的高效存储与应用。
1.2.4 服务层
服务层采用Spring Boot技术框架构建后端服务，基于Spring Security框架提供数据接口鉴权机制，实现按钮操作粒度级别访问控制。
1.2.5 表示层
表示层使用VUE、Element UI等技术框架实现前端开发，前后端之间使用RESTful API接口实现业务数据的交互[8]，使用Echarts等可视化图表和地理信息系统（GIS，Geographic Information System）技术实现前端页面渲染。
1.2.6 软负载
使用Nginx+Keepalived中间件搭建负载均衡环境，关键节点冗余配置，提高系统稳定性，避免单节点故障导致系统不可用。
2 系统功能
2.1 系统概览
主要展示线路实况和设备状态。该模块接入了GIS地图，可以准确地描绘朔黄线路和各个站点的位置，实时显示当前运行的机车，并可根据机车运行情况在GIS地图中实时变化位置。在地图上点击机车图标可查看当前机车行驶前方的实时视频。如果铁路沿线出现报警，在GIS地图显示报警位置附近的相机，点击相机可以查看当前报警的实时视频。同时，可展示接入相机和车载监视终端的总数量及在线离线状态。
2.2 视频服务
实现对铁路沿线相机的实时点播功能，可选择相机查看其实时监测视频和回放视频，并支持1分屏和4分屏观看。
2.3 监测报警信息管理
展示安全监测报警系统推送的监测报警详细信息，包括报警时间、报警来源、报警类型、报警位置、报警内容、本次报警推送车次、报警解除状态、解除时间等字段，并可对报警位置、报警解除状态、报警时间和报警类型进行筛选查看，以精确匹配指定报警信息。
2.4 台账管理
对相机台账、线路台账、机车信息台账、车载监视终端台账和安全监测报警系统管理台账等基本台账信息的管理。
2.5 系统监控
监控并展示车载监视终端、安全监测报警系统和沿线相机的运行状态，供地面人员随时掌握现场设备运行情况。
2.6 系统管理
主要包含用户管理、角色管理和部门管理等3个主要功能，记录本文系统的基本信息并进行相关权限控制。
3 关键技术研究
3.1 关联匹配方法
机车定位信息、视频监控信息、监测报警信息的关联匹配，精准定位监控相机并将其视频码流推送至车载监视终端，是本文系统的核心功能。为提高本文系统运行效率，在地面数据处理子系统设置缓存队列，用于保存关联匹配结果，供车载监视终端调用。本文使用多线程和并行计算技术，实现了多元数据在分布式环境下的高效流转，关联匹配业务逻辑如图3所示。
（1）车载监视终端定期发送心跳请求至地面数据处理子系统应用服务器（简称：应用服务器），包括终端编码、机车实时里程、经纬度、预设的目视距离和信号强度等信息。
（2）应用服务器收到车载监视终端心跳请求后，根据机车实时里程判断机车前方10 km范围内是否有报警信息；若有，则获取覆盖报警位置处的监控相机编码，否则，获取里程位置+目视距离范围外的最近1路相机编码。
（3）应用服务器根据相机编码请求缓存队列，如缓存队列中存在该相机的视频码流信息及其附属信息，返回至车载监视终端，完成此次心跳请求生命周期；如缓存队列不存在该相机信息，则启动异步线程，执行拉流操作。
（4）异步线程传输相机编码至视频服务器，通过GB28181协议连接视频监控系统，预先提取并传输（简称：预拉）该相机及其后3路相机的视频码流信息，视频服务器同步进行视频转码、压缩等操作，每路相机均生成全码率和低码率两种视频码流，并将码流地址和相关危情信息缓存至队列中，供车载监视终端下一次心跳请求调用。
3.2 视频接入与处理
本文的视频接入与处理服务在开源流媒体服务框架基础上进行二次开发，部署在视频服务器上，基于GB28181协议与视频监控系统连接，实现视频信息的接入，视频流支持H.264/H.265（HEVC）视频编码格式，音频流支持AAC/G711音频编码格式。视频服务器以RTSP、HTTP-FLV等协议输出视频码流，兼容车载监视终端、系统运维终端等各类终端的视频播放能力；基于视频服务器GPU算力提供视频点播、历史回放、视频压缩、编解码、分转发等功能。视频接入与处理技术架构如图4所示。
视频服务器对接入的监控视频信息进行编解码，生成全码率和低码率两种视频码流，根据车载监视终端无线通信信号强度自动选择返回相应码率的视频流，自适应码率技术兼顾了车载监视终端视频播放的清晰度和流畅度，提升了终端软件使用体验。
3.3 监测信息接入
地面数据处理子系统提供标准的数据接口和完备的鉴权机制，实现机车心跳信息和安全监测报警信息的可信有效传输。监测信息传输流程如图5所示。
（1）获取认证：依照OAuth 2.0标准，车载监视终端、安全监测报警系统从地面数据处理子系统接口服务器上取得认证并获得可使用的访问令牌。如果访问令牌已失去时效，须重新获取新的访问令牌。
（2）数据加密：采用国产密码SM4算法的ECB模式，对关键信息加密后进行传输，加密所需要的key由地面数据处理子系统接口服务器提供。
（3）数据传输：调用数据接口，实现业务数据加密传输。调用接口时，请求参数的消息头需要添加第一步获取到的访问令牌，消息体的请求参数字段使用JSON字符串通过HTTPS协议的GET/POST方式提交数据。
4 系统应用
4.1 系统部署
本文系统中的地面数据处理子系统部署于朔黄公司信息中心内网区，通过安全隔离设备与部署在专网区的视频监控系统实现视频信息交互；在外部发布区配置1台虚拟机作为接口服务器，负责业务数据内外网转发，实现车载监视终端与地面数据处理子系统的信息交互；车载监视终端请求互联网出口区固定公网IP地址，向地面下发机车定位、设备心跳等信息，经外部发布区接口服务器转发至内网区的接口服务器；地面数据处理子系统完成信息关联匹配后，向车载监视终端返回相应的视频信息和报警信息。本文系统部署方案如图6所示。
4.2 应用情况
本文系统于2023年11月，在朔黄铁路上线运行。运行过程中，本文系统实时接入机车定位信息、安全监测报警信息和视频监控信息；其中，安全监测报警信息主要包括异物侵限、钢轨断轨、列车接近预警等，接入监控相机共计421路，涵盖朔黄铁路区间防洪重点区域、高路堑护坡、落石监测、桥头桥尾、小半径曲线处、上跨下穿处、隧道口、隧道内打冰等重点区段，并综合应用上述数据，提供机车定位可视化展示、设备运行状态、视频服务、报警查询等功能，其中，视频服务功能界面如图7所示。
5 结束语
本文对重载铁路机车远程监视系统进行系统总体架构、技术架构和功能架构的设计，并对车地信息关联匹配方法、视频信息接入与处理技术、安全监测信息接入等关键技术开展研究，提出了适用于重载铁路机车定位、视频监控、安全监测报警等信息的关联匹配方法，在朔黄铁路进行示范应用，实现了朔黄铁路沿线监控相机视频信息和安全监测报警信息的实时接入，辅助机车司机及时掌握重载铁路线路环境情况，为保障重载铁路运输安全提供了技防手段。下一步，应结合示范应用情况，在规范报警响应机制、视频并发处理能力、车载监视终端人机界面友好度等方面进行完善和优化，进一步提升系统应用效果。
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表 1 兰州局调度所调度员工种分类、调度台设置、职责及交接班主要内容
调度员工种 调度台划分 职责及交接班主要内容 值班主任 值班主任台 管理各调度台，全面负责班组的运输生产组织工作；交接班时传达重点工作安排、安全关键事项和其他要求，
汇总班组运输任务完成情况及重点问题计划调度员 6个班计划调度台 负责管辖区段的车流组织计划与调整工作，编制、下达日班计划和阶段计划等；交接班时记录车流信息、各
主要站和分界口车辆出入及装卸动态等普速列车调度员
（列车调度）17个普速列车调度台 负责所管辖的普速铁路区段的行车指挥工作；交接班时记录调度命令、日班计划落实情况，施工维修组织情况，
按列车运行图、编组计划、运输组织方案对列车运行情况的指挥调整和应急处置等高铁列车调度员
（列车调度）9个高铁列车调度台，
1个高铁计划台负责所管辖的高速铁路区段的行车指挥工作；交接班时记录调度命令、列车运行计划落实情况、重点列车调整
情况、应急处置情况等客运调度员 1个客运调度台 负责掌握旅客运输组织情况，收集列车运行及客流、乘降组织信息；交接班时记录重点列车调整情况、应急处置
情况等货运调度员 4个货运调度台 负责管辖区段货运调度指挥工作；交接班时记录重点列车、快运班列、集装箱等的组织调整情况，装卸车情况，
应急处置情况等机车调度员 4个机车调度台 负责管辖区段机车运用工作；交接班时记录日常机车运用工作计划落实情况、机车与乘务人员分布状态及调整
情况、应急处置情况等车辆调度员 3个车辆调度台 负责客车与货车运用、检修生产的日常组织指挥工作；交接班时记录调度命令落实情况、车辆日常管理情况、
应急处置情况等施工调度员 6个施工调度台 负责编制施工月计划、施工日计划及相关安全管理工作；交接班时记录计划编制与调整情况、应急处置情况等 
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表 2 Vue.js框架中组件功能分类及层级关系
编号 组件类型 主要功能 层级依赖 1 页面组件 负责整个页面逻辑 2，3 2 布局组件 定义全局框架结构 3，4 3 业务组件 处理具体业务逻辑 4 4 基础组件 通用UI组件
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[1] 《中国国家铁路集团有限公司铁路运输调度规则修订对照说明》编委会. 《中国国家铁路集团有限公司铁路运输调度规则》修订对照说明[M]. 北京:中国铁道出版社,2022. [2] 周政. 列车调度员工作可靠性建模与分析研究[D]. 兰州:兰州交通大学,2017. [3] 庄 河,文萃雯,冯丽萍,等. 基于结构熵的调度命令有序度评价[J]. 交通运输工程与信息学报,2018,16(2):9-13. [4] 唐伟忠. 调度工作质量评价与决策支持平台的设计[J]. 铁路计算机应用,2023,32(1):74-78. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2023.01.13 [5] 廖志林,胡文斌,方立海,等. 铁路调度工作质量评价及辅助决策系统设计研究[J]. 铁道货运,2020,38(1):34-38. DOI: 10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2020.01.07. [6] Vue.js. 文档:深度指南[EB/OL]. (2020-09-18) [2025-03-24]. https://cn.vuejs.org/guide/introduction. [7] 高 欣. 基于可复用软构件的软件开发技术研究[J]. 信息与电脑(理论版),2016(3):104-105. [8] 张俊楠,段菲凡,贾 睿,等. 基于事件驱动的异步并行自动流程设计方法[J]. 导弹与航天运载技术(中英文),2023(5):140-145,152. [9] 曹文彬,谭新明,刘 备,等. 基于事件驱动的高性能WebSocket服务器的设计与实现[J]. 计算机应用与软件,2018,35(1):21-27,91. [10] 童 蕾. 事件驱动的消息发布/订阅研究和实现[D]. 北京:中国科学院研究生院(软件研究所),2005.
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