铁路电务安全应急指挥系统研究
摘要
铁路是国民经济的大动脉，是国家重要的基础设施，铁路电务安全生产及调度指挥系统的设计与实现体现了预先发现故障，提醒工作人员及时解决故障的的思路;可以加强监管部门对道路情况的实时监控。系统可以及时将影响铁路运输安全的人员三违信息、设备故障信息、环境(隐患)信息以及事故信息等通报控制中心，为安全管理者提供各种安全决策信息，有效地实现了计算机安全信息管理及辅助决策工作。
随着计算机技术、网络技术在铁路电务管理领域中得到广泛应用，对不断提高电务设备维护、管理和决策水平，保障铁路运输安全，提高铁路运输效率提出了更高的要求。电务安全生产信息管理及调度指挥系统在研究电务安全生产管理信息系统的基础上，对电务部门各种信息资源(例如:调监、微机监测、故障通知、安全生产管理、视频监控、应急抢险等)与调度指挥中心系统进行整合，为电务安全生产提供了便利的技术平台。电务安全生产信息管理及调度指挥系统主要包括的子系统有，信号故障诊断通知、无线应急通信、电务视频监控、安全资料管理等。本论文对系统架构以及各功能模块做出了介绍说明。
关键词:电务安全；调度指挥；铁路视频监控；故障通知
Abstract Railway is the main artery of national economy, is an important national infrastructure, design of railway safety production and dispatch system and embodies a previously found fault, remind the staff timely troubleshooting ideas; strengthen the supervision department can be real-time monitoring of road conditions.The system can timely will affect the safety of railway transportation personnel violations information, equipment fault information, environmental information (hidden) and accident information informed the control center, provide a variety of security information for decision making of safety management, the effective implementation of the computer security information management and auxiliary decision-making.With the development of computer technology, network technology has been widely applied in the field of railway management, to continuously improve the maintenance and management of electrical equipment and the level of decision-making, ensuring the safety of railway transportation, the higher requirements to improve the efficiency of railway transport is put forward.Safe production information management and dispatching system based on safety production management information system of electricity on the electricity Department of information resources (such as: monitoring, microcomputer monitoring, fault notification, safety management, video monitoring, emergency rescue and so on) integration and dispatch center system, provides a convenient technology platform for safe production.Sub system of safe production information management and dispatching system includes the signal fault diagnosis, notification, emergency communications, electrical wirele video surveillance, security information management etc..In this paper, the system architecture and function modules are introduced.Keywords: railway safety; railway dispatching; video monitoring; fault notification 1.电务安全生产与调度指挥系统设计原则
本系统按照先进、实用、安全可靠、开放、可扩充和易于维护等总体目标而设计。 1.1先进性
系统设计要采用先进的技术和方法，在一定时期内既反映当今技术的先进性，又具有很强的扩充能力，同时注意所采用的技术、设备和工具必须是相对成熟的，确保在规定时间内投入使用。
网络平台、软、硬件平台应符合当今计算机技术的发展方向。
各软、硬件平台，必须有保证技术能不断更新，进行该产品持续开发，顺利升级来维持系统先进性。 1.2可靠性 系统开发应采用当今主流开发平台，确保系统的可靠性和稳定性。 采用先进的成熟技术以降低系统的不稳定性。 应用软件使用成熟开发平台及组件。
对系统软件、硬件、数据库、操作系统等设计应考虑故障提示、报警，以保证在系统发生故障后尽快恢复工作。
应用系统应具备权限界定、数据备份、病毒防杀等安全保障措施。 1.3可扩充性
系统开放性好，易扩展移植，硬件平台具有可升级性。
应用软件结构应便于系统扩充，后续开发的软件能根据总体设计规范通过标准接口与本系统衔接。 1.4易维护性
系统在设计与实施中应考虑面对的用户，应采用易于维护、易于操作的开发平台。
系统采用易于安装设置、使用方便的平台。
系统的应用软件应设计系统维护功能模块，以便用户进行必要的系统维护。
2.电务安全生产与调度指挥系统设计概述
2.1安全生产信息管理总体方案概述
电务安全生产信息管理系统按部、局、段三级架构，并将网络和应用辐射到车间、工区，形成三级五层的应用体系。
系统的研究范围涵盖电务安全生产、日常办公的主要内容，包括班组日常生产管理、安全调度、设备维护、通信管理等。
信息的主要源头为工区。应用层为B/S架构。 2.2信号故障诊断通知系统总体方案概述
信号故障诊断通知系统信息源来自现有微机监测及微机联锁系统。在信息采集端(RS232/CAN)设置光电隔离装置避免对现有设备造成影响。 在研究信号关系原理的基础上，建立故障诊断分析数学模型，通过对现场信号设备实时数据的分析，形成信号设备故障报警，并通过文字、语音(无线电台)、短信等多种形式将故障报警及时通知到相关人员。
设计与信号专家系统的信息接口，采集信号专家系统的分析结果，并进行故障报警通知。
开发实时站场平面展现软件，并利用铁通VLAN网络，将实时站场平面及故障报警通知延伸到相关人员桌面终端。 2.3无线应急通信总体方案概述
在主要车站设置无线通信单元，覆盖车站及区间;利用有线网络，将各车站通信单元链接到段调度中心。实现固定电话、无线手持电台的语音通信。 2.4电务视频监控总体方案概述
在进出站咽喉、信号机械室等监控点设置固定监控装置，在施工现场设置移动监控装置，通过网络(车站光纤、区间通话柱、无线)将现场视频实时传输到段调度中心及其他部门。
2.5调度中心信息汇集展现方案概述
考虑到信息安全问题，各类信息在段调度指挥中心的汇集，不采用网络连接的方案，而是通过多路视频控制器将各信息终端视频输出的信息直接复视到调度中心大屏。
3.电务安全生产及调度指挥系统详细设计
3.1安全生产信息管理子系统 3.1.1功能概述
安全生产信息管理子系统采用部、局、段三级架构，段内又设车间、工区即三级五层的应用体系。具体功能模块分为系统管理、安全调度、生产管理、设备维护、通信设备、通信业务、个人工作区等七部分内容。
(1)生产管理子系统主要包括以下内容:重点工作管理;年月表编制、变更、审批、执行;任务完成情况统计分析;车间、工区日常事务管理;违章违纪考核管理等。
使用对象:电务段信号专业相关业务主管人员;车间、工区相关人员。 (2)安全调度管理子系统主要包括以下内容:调度日志管理;信号设备故障管理(故障登记、上报、故障定性、各类统计分析等);天窗修管理(计划编制、兑现情况统计分析);调度命令、通话记录等起草、发送、签收;信号施工管理;应急抢修信息实时查询;通信故障管理;电务调度相关的其他管理内容。
使用对象:段以及段级以上电务调度;安全分析人员。
(3)设备维护子系统:对信号设备器材从采购入所、发放、使用、更换、维修、中修、大修、到报废等各个环节进行全生命周期动态管理。
主要包括:设备器材台帐管理(含发放、应急备品、使用、更换等);信号设备统计分析;使用情况管理;维修管理;中修管理;设备质量管理;联锁管理;信号图纸管理;设备质量监督检查;维修成本分析等。
使用对象:部、局、段、车间、工区相关人员(按业务范围及使用权限进行访问)。
(4)通信业务管理子系统主要包括以下内容:各类通信业务、通信故障的受理登记;对管内各类通信业务进行登记、汇总、上报;通信资费计算、汇总、上报;站名略号导入、查询;铁路电话号码本信息维护;子系统所涉各类数据字典维护等。使用对象:铁道部运输局通信处、铁路局电务处通信科、电务段通信科相关通信业务主管。 3.1.2技术特点
(1)先进的整体架构:安全生产信息管理子系统，采用J2EE架构，基于MVC模式，使用JAVA语言，使用了较为先进和成熟的开源框架如:Spring,Struts,Hibernate等，以及第三方工具，系统的安全性，运行效率方面可以得到良好的保障。使用JAVA语言不仅在安全性方面有了可靠的保障，在项目迁移时，也可轻松的进行跨平台移植，无需进行再次修改开发。
(2)高度可配置的系统管理模块:该模块是整个系统使用的基础，在此可以对组织机构，人员，权限，码表信息，等等各项基础数据进行配置，并且实现了高度的可配置化，在实际使用中，当由于机构，人员等基础信息调整时，系统管理人员只要在该模块中修改与之相对应的配置即可，简单而轻松的实现基础信息的变更。在操作权限方面，使用用户一>角色一>资源组的模型，依然做到了高度可配置化，可以方便的做到对每一个页面，每一个操作的按钮级控制。
(3)功能强大的报表:安全生产管理子系统大部分的业务功能大部分都是基于报表的形式完成，在报表工具选择时，结合实际需求，选择了国内优秀的报表产品，在工具的基础上结合需求进行扩充，实现了各类功能复杂的查询，填报，统计等报表，并提供了导出Excel，离线填报，综合查询动态报表等复杂功能。安全生产管理子系统的报表采用统一的风格，提供简便但功能强大的查询操作，填报时提供单元格自动计算，内容校验等功能，使填报更具易用性和安全性。在现实设置方面，使用者通过个人信息的设置，控制报表数据显示时每页显示的记录数目，实现个性化设置。
(4)安全高效的数据库:管理信息系统的核心部分就是数据，生产管理信息子系统采用安全、稳定可靠，功能强大的Oracle数据库，使用9i版本，在系统中提供了安全，及时的数据同步机制，严格的安全机制，以及意外发生时的数据备份和恢复的解决方案。确保数据的安全、有效、实时。 3.1.3开发平台及运行环境
（1）开发平台
WindowsXP操作系统下，使用Eclipse以及相关插件，Struts,Spring,Hibernate等开源框架，数据库使用Oracle9i版本，Tomcat5.5应用服务器，润乾报表的开发版本，SVN版本控制。
（2）运行环境 (1)软件要求
服务器端:安全生产信息管理子系统使用JAVA语言开发，操作系统可以使用windows2003Server版(或UnixS以及更高版be);要求JAVAJDKJRE1.4或以上版本，Oracle9i数据库企业版服务器、客户端软件;FTP服务软件;Web应用服务器使用Tomcat5.5或更高版本(或WebSphere6.0Enterprise版本);报表服务器润乾报表服务器的最新稳定版本;安全软件方面:需要可靠的防火墙和反病毒软件(服务器版)，确保系统和数据的安全。
客户端:主流操作系统，浏览器推荐使用IE6，部分功能需要JRE环境(安全生产信息管理子系统提供自动下载安装)，相关的防火墙和反病毒软件(个人版)。
(2)硬件要求
服务器端:建议配置主频3.66MHZ或更高CPU}2G以上内存，3快1466硬盘使用RAID6磁盘阵列，相关外设(如显示器，键盘，鼠标等)，相关网络设备(如网卡，路由器等)。
客户端:主流配置PC，及其相关外设(如打印机等)。 3.2信号故障诊断通知子系统 3.2.1功能概述
信号故障诊断通知系统旨在通过对信号设备运用状态的数据采集、分析，进行故障诊断，并将故障报警信息及时通知相关责任人。系统的原始信息主要来自微机监测和微机联锁。通过分析采集的数据，并结合站场平面、信号关系(含联锁关系)建立数学模型，分析诊断设备的运行状态，一旦出现设备故障能及时将诊断结果通过有线网络、无线网络、数传电台、手机短信等多种形式通知相关部门和人员。确保工作人员能及时了解信号设备运用状况，迅速进行故障处理，减少故障延时，保证设备的高效利用，促进电务安全生产，使电务管理水平迈上一个新的台阶。 3.2.2技术特点
本系统是对现有微机监测系统的功能扩展现有微机监测系统对信号故障的分析尚不全面，本系统在兼容现有监测系统报警的基础上，对经常出现、可能对安全行车造成严重影响的故障进行分析判断，并以多种方式实施报警，有效地扩充了微机监测现有功能
(2)本系统是对微机监测系统的应用延伸
现有微机监测系统主要覆盖车站信号机械室、段调度、信号试验室等地点，由于种种原因，往往处于无人值守状态，造成信号工作人员不能及时掌握设备运用状态。
本系统避开现有微机监测通道，利用u\'数据网，将实时站场平面及故障报警信息及时送到工区、车间、调度、信号主管部门的桌面计算机，并将故障报警信息及时送达相关人员。无论工作人员身处何方，都能及时掌握相关信息。
(3)本系统自成体系，不会影响微机监测和微机联锁系统
系统对微机监测及微机联锁数据的数据采集通过串口进行，并采取了光电隔离措施，因而不会对现有系统造成影响。
后续的数据解析、故障诊断、故障通知等均使用本系统自有设备和数据通道，形成自己的体系结构，不再利用微机监测网络资源。
(4)具备数据转发功能，为数据共享打下基础
系统具备数据转发功能。其他系统如果需要采集微机监测或微机联锁数据，不再需要直接到微机监测或微机联锁采集数据，可以从本系统的数据采集盒或站机通过串口得到实时数据，有效地避免了由于重复配线对原有系统造成的影响，提高了数据的共享性。 3.3无线应急通信子系统 3.3.1功能概述
满足区间施工作业人员间及区间施工人员与调度员或其它协调人员等之间的话音通信。系统组成设备包括铁通内部固定电话、铁通固定电话交换网、车站中继台和手持台。
主要功能: (1)中继手持台用户间的异频对讲通话; (2)接受铁通固定电话拨叫并在固定电话用户与手持台用户间建立无线异频通话链路; (3)将手持台发送的无线拨号数据，中转到铁通固定电话交换网，发起对铁通固定电话的拨叫并建立手持台用户与固定电话用户间的通话; 3.3.2技术特点
本系统在利用现有设备的上，将电台原有通信距离拓展到区间，并且增加了电台和调度故障电话直接通信的功能，做到了调度对现场人员的直接指挥。本系统预留无线数据通讯接口，为其他数据应用打下基础。
4.关键技术及安全策略
4.1关键技术
(1)基于J2EE高度可配置化平台技术系统设计了基于J2EE的高度可配置化平台，类似的应用，可以通过对事先封装的处理平台进行个性化参数配置，实现面向表现层的应用。使用此项技术，可以精简程序代码、缩短研发周期，并提高系统的标准化。
(2)Spring事务处理技术在Spring层引入事务处理技术，并与数据库事务处理有机结合，实现事务的提交和回滚，有效减轻数据库压力，提高系统运行效率。
(3)多功能Java树技术为提高系统的直观性和可操作性，系统中使用了许多Java树。为此，信息管理系统构架多功能Java树，为不同应用提供统一接口，方便对Java树的建立、拖拽、增删节点等操作。
(4)动态报表技术动态报表引擎，为程序设计人员及系统应用人员提供动态报表功能，可任意定制复杂报表，并实现报表与Excel之间的数据交换。
(5)串行通信长距离传输技术通常的串行通信距离一般在巧米以内，考虑到部分车站的故障通知站机可能放置在工区，而数据的采集点在信号机械室，且为串口传输方式(RS232)，传统的串口传输无法满足长距离传输的要求。本系统采用长线传输技术，研制长线传输装置，最大传输距离可达到3km。
(6)故障判定冗余处理技术系统在进行故障诊断所需的实时数据来自微机监测和微机联锁。由于微机监测和微机联锁数据，以及微机监测开关量和模拟量数据之间可能不完全同步，甚至个别站的微机监测存在黑区段现象，可能导致故障误报或漏报。为此，系统在设计上采用了故障判定冗余处理技术，提高了故障判定的准确性。
(7)基于TTS的真人语音朗读技术由于各站设备名称等不尽相同，采用事先录制好的语音进行故障语音报警不太现实。本系统采用基于微软TTS技术的真人语音朗读技术，直接由系统对形成的任意故障文本进行朗读，并通过工控机声卡输出到换频发射装置，把语音发送到现场维修人员手持电台。
(8)异频对讲通信技术实现无线应急通信中的异频对讲。
(9)多路视频分屏控制技术将调度指挥中心各类应用终端的显卡输出进行汇集，并根据需要控制其在调度大屏的复视。 4.2安全策略 4.2.1安全隔离措施
系统在进行微机检测、微机联锁原始数据采集时，在信息的采集前端安装光电隔离装置，可抗击1.SKV的浪涌，避免了对原有系统可能造成的影响。 4.2.2防雷措施 无线应急通信等子系统，需架设室外天线。在施工过程中采取的防雷措施主要有: 1)铁塔可靠接地;2)天馈防雷隔离器。 4.2.3VPN技术
在铁通的技术支持下构建了基于MPLS技术的VPN的网络[[a8]。此网络覆盖京广、京九沿线的47个班组与既有的电务段广域办公网络实现严格意义上的物理隔离。
结语
本文指出了电务安全生产及调度指挥系统在铁路安全工作中的重要性，分析了国内外电务安全目前的研究进展，对电务安全生产及调度指挥系统进行了深入的研究，提出了电务安全生产及调度指挥系统方案，详细阐述了电务安全生产及调度指挥系统的总体框架和工作流程。通过分析安全生产信息管理子系统、故障自动通知子系统、无线应急通信子系统、电务视频监控子系统、安全资料管理子系统、安全巡检子系统、基地管理子系统、调度指挥中心子系统的设计原理和基本框架，详细描述了电务安全生产及调度指挥系统的设计方案。
参考文献
[1]张伯敏.铁路安全中的“人一机一环境”问题[J].上海铁道科技，2014:32-32.[2]赵彤，陈建华，高自友.铁路局安全管理信息系统的研究与设计[J].中国安全科学学报，2013，13(2):28-29.[3]肖贵平，冀彬，张铁军.基于安全系统工程的铁路站段安全管理信息系统研究闭.中国安全科学学报，2013,13(8):50-52.[4]刘世明，魏建民.铁路安全信息管理系统[M].西南交通大学出版社，2014:89-90.[5]王喜富，陈建广.铁路运输安全事故灰色预测方法研究[J].中国安全科学学报，2013,13(7):11一12.[6]王根喜.铁路运输基础管理、安全保护、事故救援与监督检查[M].中国交通科技出版社，2015:121一123.[7]王喜富，陈建广.基于B/S与C/S模式的铁路运输安全管理信息系统[J].中国安全科学学报，2014,14(3):62-63.[8]刘建民，郭璞，李金良.铁路安全信息管理系统模型设计及优化[C].铁道运输与经济，2015，12:62-63.[9]康熊，管天保，黎国清，宋仪龄.沪宁线行车安全综合监控系统的研究[A].中国铁道科学，2012,3:50-52.[10]郭荣昌，林俊亭，李国宁·工务及电务现场作业安全防护系统[M].铁道运营技术，2011,1:18-20.[11]唐明军.电务安全维修与大综合分散管理适应性探讨[C].铁道通信信号，2010.9:8-9.[12]梅贵彬.电务安全生产指挥监控管理信息系统的研发与运用[C].铁道通信信号，2012,4:65-66 [13]路谦.作业标准是电务安全生产的基础保证[J].铁道技术监督，20086:18-19.[14]邱忠权，刘建平，严余松，白鑫.铁路客运段安全生产管理信息系统的开发与实现[J].铁道运输与经济，200713(7):56-57.[15]费琳琳，王花.安全生产管理信息系统的设计研究[N].科技创新导报，2015年:121-122 [16]赵望达，刘静.基于B/S架构的安全生产监督管理信息系统[J].安全生产与监督2014,3:17-18.
