北斗时序下绿色轨道交通系统安全与施工联控
段龙飞1，焦爱平1，焦爱军1，高立芳2，李林波3，李同英4，王京华5，马 卿6
（1.郑州铁路局洛阳机务段，开元对接团队系统工程实践与协同二组，河南洛阳 471002；2.洛阳职工培训基地职培部，河南洛阳 471002；3.洛阳矿山机械工程设计研究院，开元对接团队系统工程实践与协同二组，河南洛阳 471003；4.南京邮电大学信息与通信工程博士后流动站，江苏南京 210003；5.郑州铁路局建设管理处，河南郑州 450052；6.洛阳市工业和信息化局，开元对接团队系统工程实践与协同二组，河南洛阳 471023）
摘 要：结合普铁运营中的施工风险案例，以关键时序联控下车载动态射频信息与施工预设检测节点的反馈与比对，达到自动防护和预警目标，消除潜在危机和风险。从现场工程管理联动和调度指挥实践的系统工程预见出发，探索信息化保安关键链路中施工计划、组织过程和时点销记等重要工作节点的可靠链接与实现路径；变人控“施工传递”为自控“安全直通”，提高系统安全调度与应急单链指挥的网络反应速度和效率。同时，面向未来综合轨道交通、公路、水路及航运系统、专业防灾减灾信息与自动化控制技术实践等多维闭环在线协同流转的基础设备设施安全科学与工程领域及其北斗无线通信网络建构，如以6D实景与车载动态轨迹比对方式，来消除轨道交通系统安全转递环节的时点偏差和错漏等，提出若干自主开发和前瞻对接需求。
关键词：系统工程；北斗卫星导航系统；同步对接
运营中的施工安全源于科学严谨的闭环控制流程，及其可靠的工程运行环境；全球化网络智能在赋予过程能控与能观，并充分体现现代安全科学与工程理论先进性的同时，也逐渐引入了更多变化中的风险、危机和转型机遇。如随着信息技术理论和各类智能载运装备的投入，各种随机的智能网络运行动态应用和轨道交通实践热点问题，以及所涉自动化安全指挥网络平台运行可靠性问题倒逼下，随之带来的过程控制及其“稳态关系与暂态追踪”技术解决方案，也需要不断跟随移动与刷新。自主知识产权的设备设施与运行监控，才是民族性工业工程安全稳固和科技创新标准永续拓展的坚实路基。而轨道交通运营中，对于施工系统安全的直链过程控制，以及如何最大限度地减少施工对于运输工作的影响，正是现代轨道交通自动化生产指挥系统，高铁、地铁、普铁、城铁“四铁”联运中机务、工务行车安全与养护维修、线路防灾减灾等非正常情况下，安全科学与工程所面临的关键问题之一。
本文结合具体事故案例分析，以关键时点链接下车载动态射频信息与施工预设检测节点的反馈与比对，达到自动防护和预警目标；从而有效消除车站（或轨道交通内环信息采集与指令传递节点）臆测开放区间、施工现场意外防护、列车（或施工工程专用车辆）与施工设备同时占用等潜在事故危机和风险。以干线铁路典型的施工系统安全为例，在现行调度命令使用办法和车载装备施工预警等基础上，以关键节点嵌入式施工联控技术，使现场（工务人员或司机）直接与调度沟通，并依托BDS（北斗卫星导航系统，BeiDou Navigation Satellite System，缩写为BDS）网络传输系统确保同步链接显示和销记。使安全生产管理信息系统，变人控“施工传递”为自控“安全直通”，以提高调度统一或应急单链指挥的网络反应速度和效率。同时，面向未来综合轨道交通、公路、水路及航空载运系统、专业防灾减灾信息与自动化控制技术实践等多维闭环在线协同流转的现代智能设备设施安全科学与工程领域及其北斗无线通信网络建构，提出了若干自主开发和前瞻对接需求。
作者简介：段龙飞，男，助理工程师，研究方向为机电一体化、铁道工程技术实践与协同。
1 轨道交通运营中施工安全的过程控制与背景
对运营中的轨道交通线路进行施工、养护或维修，不仅是铁道工程必须的重要基础工作环节，需要众多技术上的管理和联动，以持续提升线路运行安全和质量[1-4]；施工过程中，如何用“直接链路”（或称“扁平化”系统安全与联控）控制模式，减少对正常运输秩序的影响，也是自动化闭环运行指挥的现代化综合轨道交通运营管理部门，线路维护部门行车安全与养护维修、线路防灾减灾等，基于系统非正常行车条件下，需要妥善解决的系统安全关键技术和工程效率问题[5-8]。
微软已单方面终止WindowsXP漏洞修补服务。当继续面对智能软件动态支持下的火车、汽车、工矿专用工程车等运行操控系统及其装备，厂方已经具备的远程更新与修正的技术能力和条件？与地理信息跟踪、寻址和定位相关的交通运营在线管理与无线网络应用开发的不断升级？更高层级新问题倒逼下，必然需要对“绿色设计与制造信息技术创新”的历史过程与发展坐标进行“外环”拓展上的审视和追问：是否不可控的通信与链接等非自主智能技术影响下，装备运营安全、质量效率的主观“无形”或产权“忽略”因素仍存在一些应用过程“阴霾”等。都是需要不断跟踪北斗系统和物联网高速应用，充分利用内环动力修造与综合轨道交通体系运营过程既有信息化安全基础和动态网络资源，对“动态无线接入与RFID（射频识别，Radio Frequency Identification，缩写为RFID）节点对接等信息技术产业升级”进行深入思考的，走向世界的“中国制造”现时工程创新设计“链路”与智能开发技术“坐标”所面临的动态“绿色发展”问题。
为落实和推动“中国生产力促进协同创新云服务平台”的各项建设工作，2014年3月4日，中国生产力促进协同创新云服务平台顶层设计专家组第二次会议在郑州召开，已对相关重要问题达成共识。
开元对接团队系统工程实践与协同二组也已在国际国内多个层级与平台广征博议了北斗应用对接、多维地理信息系统与高速识别技术等自主协同案例和进程，力图稳中求进地去预见、践行和验证民族性自主知识产权下的智能控制设计与制造信息技术创新。
北斗与4G推进时代，全球化市场竞争视野下的动力修造与软件工程等综合轨道交通体系系统专业化智能控制工程实践中，一线产业升级过程与信息技术创新环节的安全、进度和质量管理，民族性跨地域即时智能通讯与北斗智能开发技术的整体动态设计“自主创新坐标”，也即将应势驶入中国制造并安全沟通的信息化对接发展“高速通道”。
2011年8月横跨11个领域的《中国机械工程技术路线图》发布；2014年2月27日中央网络安全和信息化领导小组第一次会议召开。从国际国内大势出发的总体布局、统筹各方、创新发展，网络强国战略下核心技术自主创新与基础设施建设，信息采集、处理、传播、利用、安全能力，正在走向民生。伴随数字网络时代复合应用工程领域信息化管理与高精益度沟通的最新进展和趋势，基于创新投资与产业升级中现代信息通信技术基本的工程设计理论和适合的场序原则背景等诸多实践热点问题，也需要认真思考。
如何进一步提升自主核心知识产权的整体闭环智能系统安全和创新制造流程？如何最大限度地自主发挥安全质量管理保障下，形成交通运输业创新投资与产业升级整体的闭环实践和创新效能？如何链接、更新和改进“物联与联动”的全程“中国制造”信息化管理应用节点与“自主可调度”框架？如何使各种形式轨道交通车辆修造的系统工艺图主动适应和服务支持于面向国际化发展的综合轨道交通体系现场安全组织、管控定位与标准检视？结合民族性北斗系统应用、物联网和信息技术发展，对高铁技术走出去、开放式载运流通与市场营销信息过程风险等。诸多大数据、云计算现时问题倒逼下，安全科学与工程理论升级中整体创新力的系统设计和能效分析？
2 基于系统安全对接的本例时序联控目标
开元对接团队系统工程实践与协同二组从现场施工安全联动和调度指挥实践的技术预见与过程验证出发，积极探索信息化保安关键链路中，施工（即本例普铁系统养护工程）计划、组织（或应急调度指挥）过程和时点（各子系统项目工程进程节点）销记等重要工作节点的可靠链接及实现路径，以便能够消除人工信息传递可能发生的早递、错递和迟递等，可预测和不可预测的事故风险源。
3 典型个案及初步纠错方式
3.1 事故案例
一个由于人为地“调度命令”指挥工作失误而导致的普铁行车事故。某年某月某日，某线A站至B站之间K360+700～800m处，架起轨道线路施工，区间施工并禁行的时间段为6：30至8：20，开行65432/65431次轨道专用列车予以配合施工。6：59，65431次列车由禁行区间返回A站时，因到施工现场盯控安全的站长临时离开工作岗位，车站值班人员也离开工作岗位到食堂取早餐，助理值班人员误认为轨道专用列车返回车站即施工完毕，未经铁路线路维护部门负责人申请撤销，就越权且盲目地申请列车调度员开通A站至B站之间线路，而列车调度员既未了解区间线路是否达到通车条件，又未了解铁路线路维护部门施工负责人的请求撤销，以及线路开通后限速多少等情况，臆测认为68001次列车由禁行区间返回后，即架起轨道线路施工工作完毕。7：04，调度员下达“调度命令”盲目开通了仍在施工的禁行区间。造成12345次列车7：06通过A站，进入正在架起轨道线路施工的禁行区间。7：10，12345次列车被施工工地现场的安全防护人员用红色信号旗拦停下来，差一点就与施工工地现场正在工作的大型施工器械相撞，构成险性事故。
3.2 纠错方式
自动化闭环运行的现代综合轨道交通运营安全指挥系统，当前已普遍采用无线与有线并行的、复杂网络环境下无线通讯沟通的“调度命令”。列车或工矿物料运送指挥系统“调度命令”时间和地点的错漏一般情况下体现在命令时间、准许时间、发令时机、车站（轨道交通内环信息传递节点）内设备名称或位置、区间线路号及地点（里程或前、后、左、右、上、下的准确6D识别与对接方位）。
结合这个具体事故进行案例分析，如果以关键时点链接下，车载动态射频RFID信息与施工现场预设检测节点的反馈与比对，就可以准确达到自动防护和预警目标；从而，有效消除车站臆测开放区间、施工现场意外防护、列车（或施工工程专用车辆）与施工设备同时占用等潜在的事故危机和风险[9-10]。
4 技术与工程联控方式
“臆测行车”是交通安全系统联控的意外开环和冒险行动。线路施工过程中的臆测行车往往是因为不了解现场情况，缺乏有效和准确的沟通，从而使主观意识遮盖客观事实，调度员（或现代综合轨道交通体系安全生产信息管理系统的机控）和车站工作人员（运输现场管理人员）盲目指挥；火车司机（或自动化运营车辆寻址方）不清楚前方具体线路条件是否安全，不清楚自动化信号的指示是否和实际情况一致，最终造成盲目行车。
4.1 基于本例的技术手段
在既有人控、机控或“人-机”交互的“调度命令”使用办法和车载LKJ（列车运行监控系统，或其他轨道交通列车监测检测及指令传导系统）施工预警等基础上，以关键节点嵌入式施工联控技术，使现场（线路或设备养护施工人员、列车或工程专用车司机）直接与调度沟通（无线通讯沟通），并依托自主的BDS网络传输系统，确保同步链接显示（对线路或生产流程基础设施的监视）和销记（需要取消的临时在线状态检测过程）[11-12]。
如普铁利用列车间隔在区间使用轻型车辆及小车时，轻型车辆遇特殊情况不能在允许的时间内撤出线路时，除按应急方案“用停车手信号防护”；这个防护距离上的具体要求是，按“线路最大速度等级的列车紧急制动距离位置”，它的依据是该线路区段列车最高运行速度所需紧急制动距离相对应的位置。同时，自动闭塞区段还应使用短路铜线短路轨道电路；并应立即使用列车无线调度通信设备报告车站值班人员或通知列车司机紧急停车[13-15]。
4.2 基于北斗应用的系统安全与工程联控
2013年1月22日，“十一五”国家863计划重大专项“高端容错计算机研制与应用推广”项目成果“浪潮天梭K1系统”正式上市，这一涉及我国经济运行安全、社会安全和国家战略安全的金融、电信、能源与交通行业信息系统建设及其基础性核心信息化平台自主可控的重大关键装备，在替代国外大型主机的测试与运行中，已连续稳定并完成了计划内布局。2013年1月21日，以团队技术预见和过程验证为基础的科学学与科技管理自动化技术类成果“北斗应用与云计算物联系统的过程化节点对接”，也公开对外发表了“基于北斗应用的高精度信息化管理构架对接实践节点论证、并具体列举了开元对接团队早期基于物联网的民族性自主应用和开发过程”。今天再去回顾这一时间上的耦合，也确已诠释和彰显了我国北斗数字文明时代内环自主创新的整体齐发进程。
的确，经由斯诺登的“现身说法”，以智能系统安全实践和闭环信息化设计为基础的“过程能控”、“进程能观”与“开元空间对接”安全科学与工程研究方法论，已为今天国家内向的各类开放式产业升级与创新，以及全球化智能装备专用通信系统“走出去”的无线信息技术沟通节点设计内涵、“中国制造”自主路线展开图及其工程实践所需的在线协同流转过程，开启了更为具体和清晰的在线远程控制与反馈、导航定位追踪与链接等，整体对接性发展和应用性空间技术路线图。[16-23]
未来可以采取基于北斗定位的自动化通信链路和最终的动态防护及控制方式：以“可寻址定位的施工机械和列车动态运行”过程轨迹为基础，“所需紧急制动距离的相对位置”加上“安全防护距离”等应用控制逻辑，对线路施工时段对区段所有关联的车载或机载信号接收端，进行调度统一监测下的实时在线警惕控制。而不是人工转递的环节和方式。
本例的工程联控方案，对于大流量城际轨道交通、工矿物料管道输送、复杂工艺和流程的自动化生产线等，基础设备设施检测和监测中临时占用线路施工应急方案的制订、安全快捷地排除线路临时故障，等等。也都具有重要的系统安全联控和工程实践对接价值。限于团队自身专业领域“宽度”和作者的学识“深度”，以及对于若干行业自主型信息技术节点的相关保密原则、横向联合研究中内部业务相对的独立性原则，本文也暂不涉及RFID信息聚合后具体实践调研案例系统相关具体网络和设计规范下，细节的技术链接“进度”与“高精益度”解决方案；仅依本例，明晰指出北斗应用推进下，内环“无线接入与智能节点协同对接”的具体应用与联动开发方式。
今天，这一基于北斗应用的自主图腾与整体创新力的提升，事实上已经得到了国内诸多并发进程下的既有升级支持和背景依托。如中国协同创新网通过中央管理系统和在区域/行业建立的子平台，将企业（组织）级协同创新平台的用户，以及热衷于创新活动的个人互联互通起来，形成政、产、学、研、真实的人际关系在网上的映射，构成开放共赢的协同创新生态圈；符合国家整体战略布局方向的国内第一家以传感网为产业方向的专业化的大学科技园——无锡高新区微纳与传感网产学研合作创新示范基地；更如，2013年9月5日，物联网发展部际联席会议相关成员单位制定了10个物联网发展专项行动计划，明确了各行动计划牵头部门及具体内容；12月11日，“国家产业转移信息服务平台”，正式开通运行。2014年7月25日，对推动中国高铁“走出去”具有重要战略意义、在境外组织承揽实施的第一个电气化高速铁路项目——连接土耳其首都安卡拉和土最大城市伊斯坦布尔的高速铁路二期工程（2005年由中国铁道建筑总公司和中国机械进出口（集团）有限公司牵头组成的合包集团中标路段）顺利实现通车等。
5 结论
（1）在以无线通讯沟通为主要联系方式的集中（对列车运行的指挥）调度区段，变人控“施工（铁道线路检修状态检测过程）传递”为自控（有可靠传输节点的自动控制）“安全直通（直接地技术控制与过程沟通）”，提高调度统一或应急单链指挥的网络反应速度和效率。
（2）面向未来轨道交通、公路水路、航运系统及专业防灾减灾自动化控制技术实践等现代智能设备设施安全工程领域及其北斗无线通信网络建构，如，以6D实景与车载动态轨迹比对方式，来消除系统安全转递环节的时点偏差和错漏等，也具有更为宽广的安全自主开发和前瞻性工程对接需求。
本案例研究相继接受过山东科技大学控制科学与工程博士后科研流动站相关“智能交通控制与安全”的专业技术支持，及中国铁道学会、中国机械工程学会、中国电机工程学会、中国图学学会、河北工业大学电气工程学院、安徽理工大学、中山大学信息科学与技术学院、南京信息工程大学信息与控制学院等其他多方建议和交流。综合轨道交通安全工程领域，应当作为绿色智能设计与中国制造信息技术创新应用的主体，也更应成为推动民族性自主产权制造、信息产业发展的整体创新力主体。由此，才能不断形成中国制造系统工程向外环推进下的内环网络信息技术整体创新力，进而，在民族性产业聚合中，形成国家网络安全和信息化发展战略推进中最为基础的自主影响力和坚实的可持续保障能力，践行中国制造自主面向全球化市场的北斗物联与联动新图腾
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