铁路车站调车作业是确保铁路运输安全的关键环节，主要涉及列车编组、解体、移车、取送车等多种操作任务，旨在保障列车按需编组、调配、有序运行。该作业约占铁路运输作业的30%以上，具有作业频次高、作业环境复杂、人工依赖度高等特点^[1]，尤其在编组站和枢纽站中，因其高频次的人员移动和设备操作，伴随行车路线交错、环境干扰多等因素，使其作业过程面临较高的安全风险。

当前，我国调车作业中，人员的安全防护仍以传统手段为主，电子化、智能化防护技术相对欠缺，导致作业人员在高强度工作和复杂环境中易发生安全事故^[2]。调度员制定调车作业计划后，通过纸质的调车作业通知单形式将计划传达给调车组、车站值班员等相关人员。调车作业执行人员依据调车作业通知单在现场开展具体调车任务。当调车作业内容发生变动时，调车负责人和调车组之间常通过电台联系，易受到信号干扰，沟通效率较低，且存在安全风险^[3]。

综上，为提高铁路车站调车作业效率和安全性，减少安全隐患，亟需基于调车作业现状，构建车站调车作业全过程综合安全防护系统（简称：本文系统），研发针对调车作业人员的智能化安全防护技术，减少人身伤害事故的发生，同时提升铁路运输体系的整体安全性和可靠性。

1   系统设计

1.1   系统架构

本文系统总体架构如图1所示。

图  1  车站调车作业全过程综合安全防护系统架构

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1.1.1   用户层

用户层主要面向调车组人员、车站行车人员、车站盯控人员等。不同用户角色通过本文系统界面获取相关作业指令、状态信息和安全提示，辅助其完成各自的调车作业工作。

1.1.2   应用层

应用层是本文系统的核心，以支持调车作业的自动化管理^[4]。主要包括调车作业电子化传递、调车作业流程安全性校验、风险预警及安全防护功能。

1.1.3   数据底座层

数据底座层提供了本文系统所需要的数据基础设施，为应用层中各项功能的正常运行提供支持^[5]。该层主要由全国铁路（简称：全路）现车库、列车运行线库、确报库、安全卡控库、电子运统1库、基础数据库等组成，储存的数据包括调车作业采集的图像、语音、作业视频及调车作业通知单文件内容等。

1.1.4   一体化信息集成平台

一体化信息集成平台作为本文系统与外部系统连结的媒介，主要由集成服务平台和大数据与人工智能平台组成，实现本文系统与外部服务的对接与数据整合，并且负责为上层的各项功能提供关键的数据支持和底层数据管理，确保本文系统的稳定和高效运行。

2   系统功能

2.1   调车作业通知单电子化传递

调车作业通知单电子化传递模块构建了从调车作业通知单数据生成、加密传输到动态管控的全流程闭环，涵盖了信息快速分发、数据加密与校验、实时变更同步、历史记录存储和内容异常提示等具体功能，解决了传统纸质传递的弊端，实现信息快速、准确传递，保障信息安全，及时同步变更的需求，同时方便用户追溯历史记录，减少人为错误。

2.2   调车作业流程安全性校验

2.2.1   作业流程监控与状态追踪

作业流程监控可实现在每个关键节点对调车作业进行全程实时监控。在作业现场，高清摄像头布设在各个关键位置，如调车场、编组场及解体驼峰等，确保能够全面、无死角地捕捉作业人员的操作过程。管理人员可通过实时监控界面，以图表的形式，直观地查看调车作业每项作业任务的当前状态、预计完成时间及实际进度等信息。若某个作业任务出现进度延误，本文系统会立即发出预警提示，同时详细列出延误的原因和相关数据，辅助管理人员快速作出决策^[6]，及时调整作业计划，调配人力和设备资源，确保调车作业流程顺畅进行。

2.2.2   异常流程警示

异常流程警示功能可对作业流程中各类潜在的异常情况展开全方位、实时性的监测。本文系统基于高精度的视频监控数据及详细的调车作业质量分析，对作业进程中的潜在异常状况进行精准预判与有效识别，一旦捕捉到异常迹象，立即发出预警，保障调车作业的质量和作业人员的安全。

2.3   风险预警及安全防护

风险预警及安全防护功能基于5G+北斗定位技术，结合现场作业范围，自动绘制虚拟的调车工作区域电子围栏，标定出调车作业的安全区域，并实时结合现车系统数据判断当前环境是否存在危险，一旦有人员或设备试图进入不安全区域，系统便会立即发出警报，提醒作业人员回到安全区域。

3   关键技术

3.1   网络通道传递技术

为了确保调车作业通知单的内容在电子化传递过程中的安全性^[7]，本文系统采用网络通道传递技术以提升信息传输的效率、可靠性和实时性，网络通道架构如图2所示。

图  2  网络通道架构

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（1）互联网部分，主要用于连接智能手持终端，通过 4G/5G 公网与手持终端通信服务器相连，用于现场作业人员的系统操作和信息交互。

（2）隔离区位于互联网与安全生产网之间，起到安全隔离的作用，基于安全平台来保障内外网络间数据的安全传输。

（3）数据通信网，包含视频云和 MEC（Multi-access Edge Computing） 边缘计算平台。其中，视频云用于存储和处理视频数据，例如现场作业的监控视频等，为调车作业提供可视化支持；MEC 边缘计算平台可在靠近数据源的边缘侧进行计算处理，减少数据传输延迟，提高响应速度，适用于对实时性要求较高的场景^[8]，如调车作业中的实时监控和数据分析。

（4）安全生产网，主要包含视频云接入服务器和调车作业管控平台服务器集群，其中，视频云接入服务器作为数据通信网和调车作业管控平台服务器集群的信息传输媒介，调车作业管控平台服务器集群实现对调车作业进行全面的管理和控制，包括作业计划编制与下达、调度、监控等功能，同时，调车作业管控平台服务器集群接收北斗基站传输的高精度定位信息。

3.2   卡控校验技术

本文把调车作业全流程中的各种规则抽象成具体的约束条件，再基于传感设备和图像识别等卡控校验技术，实现调车作业流程的安全性校验。

实际作业中，利用手持终端，基于先进的高精度人脸识别技术，提取人脸的关键特征点，与预先存储在系统中的人脸模板进行比对，能够核实实际作业人员的身份信息。利用深度学习算法，对作业现场的图像进行分析，能够精准识别车辆的型号、位置、状态及周围环境的各类标识和障碍物等，保障作业人员依据作业任务在规定的作业区域内进行作业。在调车作业的关键节点，例如机车启动前或进入编组场时，能够实时采集作业现场的实际环境信息，当检验到实际作业环境不满足作业需求时能够及时得到有效处理。

此外，还可通过手持移动作业终端感知设备关键部位的温度变化，一旦识别出异常，立即发出警报，同时采取自动制动、切断电源等相应的干预措施。

3.3   电子围栏卡控技术

本文利用北斗高精度定位系统基于5G网络对车站内的每条股道进行测绘，将测绘的空间数据与调车作业的实际需求相结合，设置电子围栏的边界，以虚拟方式标定作业区域，帮助实时监控调车作业范围，防止车辆或工作人员进入不安全区域。通过实时数据传输，电子围栏可根据实际情况作出动态调整，从而提高调车作业的安全性和效率。

一般调车作业范围多呈现多边形，将调车作业人员看作1个点，基于该点绘制射线，并计算射线与多边形边界的相交次数，判断当前调车作业人员是否在电子围栏区域内。若基于此点绘制的射线与多边形的交点个数为奇数，表明此调车作业人员在电子围栏区域内，为安全状态；若交点个数为偶数，则表明此调车作业人员不在电子围栏区域内，为危险状态并给予安全预警；特殊情况下，调车作业人员刚好在电子围栏边界上，则判定交点个数定为偶数，定为危险状态，并给予安全警告。

4   系统应用

本文设计实现的铁路车站调车作业全过程综合安全防护系统于2024年7月在中国铁路北京局集团有限公司上线运行。上线运行期间，运行情况良好，从多个方面对车站调车作业安全防护工作作出了改进。

（1）通过调车作业通知单的电子化传递，车站可将调车作业通知单实时、精准无误地发送至每一位作业人员的手持终端上。有效避免因信息延误而导致的作业失误，大幅提升调车作业前期准备阶段的安全性与准确性。

（2）利用手持移动作业终端实时采集作业现场环境信息及作业状态信息，并与预设作业标准快速比对、分析，确保调车作业各环节符合安全规定，提升调车作业关键节点的安全性与可靠性。

（3）构建股道电子围栏，融合作业需求设定边界，约束作业人员活动范围，提升调车作业安全性。

5   结束语

铁路车站调车作业作为铁路运输的关键环节，保障其安全和高效至关重要。本文设计了铁路车站调车作业全过程综合安全防护系统，并研究了铁路车站调车作业综合安全防护关键技术，包括网络通道传递技术、卡控校验技术和电子围栏卡控技术。该系统的上线运行效果表明，所研究的关键技术不仅提升了调车作业的安全性，也提高了调车作业的整体效率，为铁路运输事业的发展提供了技术支撑。下一步，车站调车作业全过程综合安全防护系统的研究将围绕“全域感知、智能决策、自主执行”3个方向展开。