CN112381383A - 一种用于铁路调车作业的智能辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铁路调车作业的智能辅助系统，其可将调车作业各个原有的模块与新构建的信息处理分系统集成为一个协同的、且功能更强的新系统，形成一个针对于调车作业的闭环，从而可协调发挥各个分系统的优势，即保证了与现场作业人员作业流程的无缝衔接，还创新性的解决了调车作业流程中亟需解决的如下问题：(1)调车作业计划通知单全局点对点无误差传输；(2)调车作业人员作业内容可视化实时监控；(3)调车作业人员作业走行路线实时监控；(4)调车作业计划辅助决策制定；(5)智能铁鞋监控管理；(6)钩计划执行监控管理；(7)完整的调车作业计划管理平台，既保证了行车作业安全，还提高了作业效率，为现场作业安全及其管理提供了有力的保证，进而达到全局优化的效果。
Description
技术领域
本系统涉及一种用于优化铁路调车工作的智能辅助系统，更具体讲，本系统涉及一种可使调车工作实现信息化以及智能化的集成系统。
背景技术
在实际运用中，国内的一些车站对调车作业的优化是局部的，单一的，不能将所有的信息流统一到一个管理平台，各个系统之间的连通性和互操作性比较差。由于各个系统逻辑上不一致，且软硬件、数据结构存在差异性，信息又存在多样性、复杂性，对于监控与管理而言，也是非即时的，这就使得针对调车流程的优化与管理无法做到统一调度，进而限制了作业效率，过于依赖人工的管理模式，也无法保证长期的稳定与安全。
对于铁路调车作业智能辅助系统，现有技术存在一些相关的设计与方案，如在专利文件CN207737296U中描述的调车作业智能辅助系统，更多是偏向于硬件层面，使得列车可以实现横向跨线位移，在专利文件CN104486583A中描述的铁路调车作业无线视频监控系统，只是单一实现铁路调车作业视频监控，且无法实现其即时性，只能在作业人员回到运转车间之后，再对作业人员的作业过程进行后续监控，失去了即时管理与即时控制的效能，无法对单一作业人员的作业内容进行有效管控。
在专利文件CN107820053A中描述的一种铁路智能调车作业系统，虽然具备视频监控功能与调车手持终端，但是功能单一，不具备本发明所描述的计划接收与打印、调车人员GIS位置采集、钩计划执行监控、调车机车推送作业位置识别、智能铁鞋制动管理等功能，而且在此专利中出现的调车手持终端，无法实现与调车平面灯显设备结合成一个整体，需要作业人员携带两个设备，在危险的调车作业中增加了作业风险。
此外，现行的调车作业计划传输通常采用气压式的传输方式，此设备成本高，施工作业耗时长，功能单一，无法实现调车作业计划点对点即时传输；在专利文件CN108259258A所描述的一种实现调车监控系统自动化功能测试的系统及方法，虽然能实现计划传输，但只能传输至作业调车机车，亦无法实现全站场无差别点对点传输调车作业计划，严重影响了作业效率与安全。
由此，目前尚未出现能将所有调车作业涉及的功能与模块进行统一管理与优化的平台化系统。
发明内容
基于上述的问题，本发明的目的在于提供一个新的铁路调车作业智能辅助系统系统，旨在通过技术改造，改变现有铁路调车作业计划传达模式，实现调车作业计划单的无线传输与现场打印、调车员工作量自动统计、计划合理性分析、可视化调车监控、调车作业人员作业路线监控、完善的部署功能等一系列相关功能和应用。通过实施，目标是消除目前铁路调车作业过程中手写书面计划、口头计划传达出现的各类弊端，提高运输作业的安全性及效率。同时，在系统中还将常用的路票、越站通知单等一并采用此系统实现，进一步提高作业效率，从而达到全局优化的效果。
根据本发明的第一方面，本文提供了一种集成的铁路行车组织作业适用的调车作业智能辅助系统，其包括：调车作业辅助管理平台、调车计划无线传输系统、推送作业距离识别系统、数据转发平台、可视化调车监控系统、调车作业人员作业路线监控系统、铁路调车作业计划优化辅助决策、智能铁鞋制动管理、钩计划执行监控管理等系统。
其特征在于：调车作业过程与所描述调车作业智能辅助系统被结合在一起，二者在软件与硬件方面均存在功能上的联系，所描述综合自动化系统利用计算机数据库、计算机网络通讯等技术，实现信息的集成与共享，并构建了数据交换平台；由所述调车作业辅助管理平台产生各种调车作业计划将通过数据转发平台直接下达给各个控制系统，且各个控制系统自动地向数据交换平台反馈执行结果。
根据本发明的另一方面，所描述调车作业智能辅助系统是另外新构建的，该系统兼容原有车站TMIS、SMIS管理系统，其除了完成传统的车站调车作业编制工作之外，所述调车作业智能辅助系统还可以实时掌握着调车作业计划执行情况、调车作业人员即时GIS位置、调车人员历史走行轨迹、调车作业人员即时作业行为监控，推送作业十、五、三车距离测算、铁路调车作业计划优化辅助决策、智能铁鞋制动管理等功能。
根据本发明的另一方面，所描述的调车计划无线传输系统，其特征在于：可实现信号接收无地域限制，避免了传递计划时地域与距离的限制，调车计划传达时间可由之前的半小时甚至诺干小时改进为3～5秒即可接收，避免计划传输错误或失误，通过加密算法可以实现传输零错误率，无需调车作业人员人工送达或口头传达，同时避免调车人员送达计划时必须横越线路时的事故隐患，有效减少调车人员的无谓移动，避免因为此移动而带来的伤亡概率，保障作业安全，提高作业效率。
根据本发明的另一方面，所描述的十、五、三推送作业距离识别系统，其特征在于：调车目的地与现在车之间的距离，通过GPS、北斗双模并配合差分天线测距模块测算，并将准确的十、五、三车距离信号传达给列车驾驶员以及头勾调车连结员，并及时提醒司机逐步减速，并实现调车推送作业过程中调车距离的计算，克服了天气，温度，时间等因素对调车作业员观测距离的影响，有效降低了显性隐形性调车事故的发生率，保证作业安全，提高作业效率。
根据本发明的另一方面，所描述的可视化调车监控系统，其特征在于：采用调车工作智能辅助系统的可视化调车监控模块之后，调车工作的具体作业情形，均可即时地显示在调车管理平台端流推送视频模块之上，并记录调车工作人员的言行，提高了管控效率以及监管人员的整体把控能力，对作业人员整体作业有一定得威慑作用，在一定程度上保障了作业安全，此模块具备作业记录功能，自动保存作业监控历史以备查，事故分析时可作为依据。
根据本发明的另一方面，所描述的调车人员历史走行轨迹系统，其特征在于：每一个佩戴调车作业监控设备的作业人员，其地理位置均会显示在GIS地图模块之上，系统将其历史位置信息储存在数据库中，这样即可对作业人员的作业线路进行查备，配合可视化调车监控模块，可以完整勾画出作业人员相关行为以及路线，具备一定的监管、威慑作用，并对由非正常作业引发的事故分析提供一定程度上的辅助决策。
根据本发明的另一方面，所描述的铁路调车作业计划优化辅助决策系统，其特征在于：采用权优化辅助决策之后，会对需要解体或者编组的车列进行大数据分析，配合铁路现有的现车管理系统，为车站调度员或车站值班员在编制计划时进行辅助决策，即车站调度员或车站值班员只需要更改几个参数既可以完成整个调车作业计划的编制，提升了作业效率。
优化辅助决策采用基于门限递归单元的调车作业计划编制流程，根据解析后的任务计划表，结合现场的轨道、机车、车皮信息，利用人工智能的方法来求解出一个最优的调度方案。在寻找最优调度方案的过程中，首先需要了解铁路站场、轨道、区间、机车信息、车辆信息。然后根据这些信息进行推理，在推理过程中还必须满足企业铁路调度过程中的一些约束条件，如机车运行规则、紧急任务、最短路径和机车利用率等，使推理机在推理过程中有章可循，这样推理机所获得的目标解才会比较具有说服力。
针对本发明所要优化的调车计划，将以往一段时间的历史计划作为样本，采用门限递归单元进行自主学习。具体是指，将一定时间内历史调车作业计划作为学习样本，并给其相应的标记参数，储存在一个二维的样本矩阵，设rt是GRU在时刻t的重置门(resetgate)，
计算公式如下：
rt＝σg(wvxt+Uvht-1)
其中
是sigmoid函数，xt和ht-1是当前输入值和上一次的激活值，w表示输入权重矩阵，U表示递归连接的权重矩阵。
同理，设zt是GRU在时刻t的更新门(updategate)：
zt＝σg(wzxt+Uzht-1)
设ht是GRU在时刻t的激活值，是上一次的激活值ht-1和候选激活值ht的折中：
ht＝zt-1+(1-zt)ht
其中，候选激活值ht的计算和传统的递归神经网络相似：
ht＝σk(wxt+rtUt-1)
在上述公式中，表示哈达马积Hadamardproduct是双曲正切函数。当重置门rt关闭，即其值接近0时，GRU会忽略先前的激活值ht-1，只受当前的输入xt影响。这个作用会允许ht丢掉无关的信息，从而更有效的表达有用信息。
另一方面，更新门zt控制有多少ht-1中的信息可以传递到当前ht中。这一点是该单元结果的设计关键，其作用与LSTM中的记忆单元(MemoryCell)相似，可以帮助RNN记忆长期信息。
具体步骤如下所述：
Step1：将历史调车作业计划整理为合适的输入格式并进，行预处理，使用最小最大标准化(Min-Max，standardization)技术将其映射到[0，1]之间；
Step2：确定GRU神经网络的结构，如GRU，层数，每层神经元数目；
Step3：选择合适的激活函数和恰当的优化算法；
Step4：采用训练集数据对神经网络进行训练优化，得到预测模型；
Step5：使用验证数据集验证模型预测效果。如效果良好，继续预测则进入Step5，否则返回Step2；
Step6：利用预测效果良好的模型和测试数据预，测得到对应的交通流量预测值。通过以上6个步骤可实现使用GRU神经网络，对将来计划进行的预测，从而实现对铁路调车作业计划优化辅助决策。
根据本发明的另一方面，所描述的隶属于整体系统的调车作业PDA手持端，其特征在于：采用调车计划无线传输系统后，(1)通过登录模块识别具体操作人员权限及命令接收方。(2)具备计划打印功能，方便存档及调车作业过程中查阅。(3)通过手持PDA以及调车机车推送作业位置识别端计算出两者的距离，并以语音的形式播告给调车人员，方便调车人员告知司机并及时控制车速。(4)通过手持PDA定位模块对调车作业人员所处位置进行定位，并反馈给PC端。(5)通过手持PDA摄像模块对调车作业人员与其作业内容进行视频监控，并以流媒体的形式传递给PC端。(6)通过手持PDA的RFID/NFC模块，记录智能铁鞋是否与该停留车是否匹配，对其制动状态予以记录，并上传至服务器。此PDA端还兼容平面调车灯显设备的功能，即：(1)该设备具有调车组，机车乘务组及调车领导人之间的语言传输功能；(2)具有调车作业指令的传输功能，即将调车指挥人的手信号转变成红黄绿灯光，显示在机车上的显示器里，达到“调车作业甩掉灯旗”的目的；(3)增加了调车安指令，即每个制动员发现紧急情况时，均可发出紧急停车指令，且只有该制动员发出解锁令才能解锁，其他任何人的指令均不可能使其解锁；(4)该设备具有数据采集和记录系统，可以记录调车指令的内容，出发时间，机车速度等，用以分析作业情况。
根据本发明的另一方面，所描述的隶属于整体系统的钩计划执行监控管理，其特征在于：调车作业计划中的每钩计划，其执行过程均可实现自动上传，且与调车作业辅助管理平台保持信息的共享互通，方便管理人员动态掌握每批计划的执行进度，便于安排后续工作与流程。钩计划执行监控管理系统同样具备自动统计每批计划的实际执行耗时，可以作为交接班工作汇报依据以及事故分析依据以便备查，从而达到全流程把控的功能。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的系统连接示意图。
图2为本发明PDA端结构示意图。
图3为本发明PDA端的操作实施例。
附图标记说明
服务器1，计划编制与发射端2，调车长PDA端3，连接员PDA端4，调车机车推送位置识别端5，列车6，智能铁鞋7,PDA端8，听筒801，数据灯802，显示模块803，RFID/NFC感应模块804，黄色按钮805，绿色按钮806，确定键807，返回键808，扬声器809，红色按键810，电源键811，电源灯812。
具体实施方式
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。图1中的原理框图表示了本发明的调车作业智能辅助系统。从图可见，该系统包括了整个控制分系统，这些分系统具体为：车作业辅助管理平台、调车计划无线传输系统、推送作业距离识别系统、数据转发平台、可视化调车监控系统、调车作业人员作业路线监控系统、铁路调车作业计划优化辅助决策、智能铁鞋制动管理，钩计划执行监控管理等系统。其包括PC计划编制与发射端、信号转发服务器端、信息服务基站、调车辅助PDA手持设备端既计划接收与打印PDA端(兼备调车人员GIS位置采集、调车人员行为记录、钩计划执行监控管理功能)、调车机车推送作业位置识别端、智能铁鞋五个部分组成，涉及计算机PC软件编程、服务器转发算法、PDA手持设备硬件编程及调车作业智能辅助系统APP、通讯模块算法、FRID/NFC匹配算法等一系列部件。
图2中的手持PDA示意图表示了隶属于本系统的手持PDA设备。此设备具备下列功能：1)通过登录模块识别具体操作人员权限及命令接收方。(2)具备计划打印功能，方便存档及调车作业过程中查阅。(3)通过手持PDA以及调车机车推送作业位置识别端计算出两者的距离，并以语音的形式播告给调车人员，方便调车人员告知司机并及时控制车速。(4)通过手持PDA定位模块对调车作业人员所处位置进行定位，并反馈给PC端。(5)通过手持PDA摄像模块对调车作业人员与其作业内容进行视频监控，并以流媒体的形式传递给PC端。(6)通过手持PDA的RFID/NFC模块，记录智能铁鞋是否与该停留车是否匹配，对其制动状态予以记录，并上传至服务器。此PDA端还兼容平面调车灯显设备的功能，即：(1)该设备具有调车组，机车乘务组及调车领导人之间的语言传输功能；(2)具有调车作业指令的传输功能，即将调车指挥人的手信号转变成红黄绿灯光，显示在机车上的显示器里，达到“调车作业甩掉灯旗”的目的；(3)增加了调车安指令，即每个制动员发现紧急情况时，均可发出紧急停车指令，且只有该制动员发出解锁令才能解锁，其他任何人的指令均不可能使其解锁；(4)该设备具有数据采集和记录系统，可以记录调车指令的内容，出发时间，机车速度等，用以分析作业情况。
图3中的铁路调车作业智能辅助系统作业流程图表示了整体辅助系统及隶属其的PDA整体工作流程，由图可知，作业人员通过鉴权之后，确认此设备属于合法设备，再通过输入工号，从中转服务器获取计划列表，同时开启视频监控功能以及轨迹定位功能，再按照其工号查询出所属计划，通过判断是否有新计划，再判断是否开始打印，是否开始作业流程，是否需要判定调车距离，是否需要只能铁鞋，以及是否完成调车作业，上传作业完成时间到钩计划执行监控管理服务器，至此一钩计划结束，继续迭代后续计划。
本领域技术人员基于附图和上述的描绘可以领会到：系统设计理念在专注于解决和优化调车作业计划传达中“最后一公里”的问题，进而完善调车作业整体解决方案。可以大量减少操作人员，减轻管理人员、调度人员和调车人员的劳动强度，提高整体效率，实现管理与控制的一体化。
本发明的综合铁路调车作业智能辅助系统，各个系统均以智能辅助管理平台为核心，而所形成的车站综合自动化系统利用计算机数据库、计算机网络技术、计算机通讯技术、基站通讯技等技术，实现了信息的集成与共享，并构建了数据交换平台。
尽管上文中对本发明的具体实施方式进行了描述，但这仅是实例性的，本领域的技术人员可以领会到：在权利要求书所限定的范围内，还可以有其他的实施方式，且所有基于本发明的设计思想的实施方式都在本发明的范围。
Claims (7)
1.一种用于铁路调车作业的智能辅助系统，包括服务器(1)，服务器(1)服务器转发端连接通讯端服务器、数据库服务器和流媒体服务器，服务器转发端分别与计划编制与发射端(2)，调车长PDA端(3)，连接员PDA端(4)，调车机车推送位置识别端(5)和智能铁鞋(7)通信连接，其特征在于：
PDA端包括登陆模块、摄像模块、信号接收模块、信号发射模块、即时GIS位置模块和RFID/NFC射频模块，PDA端能接收计划并打印该计划，还能够向服务器发送位置信息；
服务器(1)根据连接员PDA端(4)与调车机车推送位置识别端(5)的位置信息得到列车尾与调车机车推送位置的距离信息，并将该距离信息向计划编制与发射端(2)，调车长PDA端(3)和连接员PDA端(4)发送。
2.根据权利要求1所述的用于铁路调车作业的智能辅助系统，其特征在于，服务器(1)能够根据位置信息生成即时地图信息，对连接员的位置和行走轨迹进行监控。
3.根据权利要求1所述的用于铁路调车作业的智能辅助系统，其特征在于，服务器(1)能够调车计划无线传输、可视化调车监控、调车作业人员作业路线监控、铁路调车作业计划优化辅助决策、智能调车制动管理和/或铁路调车工作绩效考核。
4.根据权利要求1所述的用于铁路调车作业的智能辅助系统，其特征在于，PDA端与智能铁鞋通过RFID/NFC射频模块识别与匹配，确认匹配成功，方可将此智能铁鞋作为制动手段，进而将此铁鞋处于是否制动状态上传至服务器，记录其状态。
5.一种用于铁路调车作业的智能辅助方法，其使用如权利要求1-4任一项的用于铁路调车作业的智能辅助系统，调车长PDA端(3)，连接员PDA端(4)与服务器(1)相连,其特征在于包括如下步骤：
1)PDA端通过登录模块识别具体操作人员权限及命令接收方；
2)PDA端从服务器(1)接收计划并打印；
3)服务器(1)根据连接员PDA端(4)与调车机车推送位置识别端(5)的位置信息得到列车尾与调车机车推送位置的距离信息，并将该距离信息向计划编制与发射端(2)，调车长PDA端(3)和连接员PDA端(4)发送，并以语音的形式播告给连接员，连接员能够与调车长语音通信；
4)通过PDA端的、即时GIS位置模块对各人员所处位置进行定位，并反馈给计划编制与发射端(2)；通过PDA端摄像模块对各人员与其作业内容进行视频监控，并以流媒体的形式传递给计划编制与发射端(2)。
6.根据权利要求5所述的用于铁路调车作业的智能辅助方法，其特征在于，步骤3)中，调车指挥人的手信号转变成红黄绿灯光，同时显示在机车上的显示器里。
7.根据权利要求5所述的用于铁路调车作业的智能辅助方法，其特征在于，任一PDA端在紧急情况时，均可向服务器(1)发出紧急停车指令，且只有该PDA端发出解锁令才能解锁，其他任何PDA端的指令均不可能使其解锁。
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