鐵路現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全防護(hù)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

陳仲明

摘 要 以進(jìn)一步提高鐵路沿線施工人員的安全為目的，研究并提出了基于閉環(huán)以及提高安全防護(hù)思想的新思路，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了防護(hù)平臺(tái)，以體現(xiàn)其中的防護(hù)機(jī)制。

關(guān)鍵詞 防護(hù)平臺(tái)；安全；可靠；實(shí)時(shí)

中圖分類號(hào)：U282 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0013-02

安全是鐵路運(yùn)輸永恒的主題，隨著中國(guó)鐵路的飛速發(fā)展，列車的運(yùn)行速度越來越快，現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全防護(hù)問題就顯得尤為重要。以前列車的時(shí)速不是很高，現(xiàn)場(chǎng)工作人員在看到列車或聽到列車?guó)Q笛后就可以及時(shí)采取防護(hù)措施，待列車走遠(yuǎn)后繼續(xù)工作。近年來隨著既有線提速以及客運(yùn)專線建設(shè)的不斷發(fā)展，高速列車時(shí)速可達(dá)350多公里，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員看到列車后根本就來不急做出相應(yīng)的防護(hù)措施，因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全防護(hù)提出了更加嚴(yán)格的要求。盡管我國(guó)的安全防護(hù)技術(shù)在不斷地發(fā)展，但還是相繼發(fā)生了很多與之相關(guān)的事故，造成的災(zāi)害和影響十分嚴(yán)重。因此需要對(duì)現(xiàn)有的防護(hù)方式進(jìn)行更加深入的研究，提出更加有效的安全防護(hù)措施，研究設(shè)計(jì)更加可靠的防護(hù)平臺(tái)。

1 防護(hù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的防護(hù)平臺(tái)主要是對(duì)接收到的相關(guān)信息進(jìn)行處理，對(duì)運(yùn)算級(jí)別進(jìn)行計(jì)算，并將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視圖形式，展示給調(diào)度人員，同時(shí)給現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)終端傳送計(jì)算結(jié)果。該平臺(tái)可以設(shè)置在調(diào)度所中，要求室內(nèi)環(huán)境優(yōu)越、全天候運(yùn)行，因此對(duì)防護(hù)平臺(tái)的硬件要求較高。為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用二乘二取二的冗余結(jié)構(gòu)，通過UPS電源對(duì)其進(jìn)行不間斷供電。同時(shí)還通過微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄該平臺(tái)的運(yùn)行狀況。通過GPS系統(tǒng)獲取精確的時(shí)鐘信息，采用定時(shí)重復(fù)發(fā)送機(jī)制實(shí)現(xiàn)單向通訊。微機(jī)監(jiān)測(cè)設(shè)備和GPS設(shè)備通過以太網(wǎng)相連接，接口為RJ-45網(wǎng)絡(luò)通信接口。

2 平臺(tái)功能

2.1 通信功能

該安全防護(hù)平臺(tái)采用套接字實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)雙向通信，接收GSM-R網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，解調(diào)出相關(guān)的數(shù)據(jù)信息（列車信息、人員信息）。通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)向列車傳送緊急限速幀，向現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)終端設(shè)備提供實(shí)時(shí)報(bào)警信息。

2.2 信息實(shí)時(shí)采集

該安全防護(hù)平臺(tái)將計(jì)算得到的報(bào)警結(jié)果第一時(shí)間傳送給現(xiàn)場(chǎng)人員。為保證調(diào)度人員可以更加直觀地了解線路情況，將列車位置和速度信息，及作業(yè)人員的位置反映在現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)平臺(tái)上。為保證計(jì)算的精度，還需要考慮列車的載重、機(jī)車型號(hào)、線路的狀況等情況，以及作業(yè)人員接收到報(bào)警信息后，反饋到平臺(tái)的確認(rèn)信息。

2.3 報(bào)警功能

1）分級(jí)報(bào)警命令設(shè)置。為保證報(bào)警信息在發(fā)送過程中安全，處于安全和提高效率考慮，需要實(shí)時(shí)計(jì)算報(bào)警級(jí)別，及時(shí)向下傳送。為減少報(bào)文總數(shù)，并考慮實(shí)際需要，對(duì)報(bào)警級(jí)別進(jìn)行合理劃分，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員根據(jù)所收到的報(bào)警級(jí)別，按照具體要求，完成相應(yīng)工作。

2）報(bào)警報(bào)文自動(dòng)選擇和發(fā)送。調(diào)度員對(duì)報(bào)警的設(shè)置是不確定的，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)的位置和距離作業(yè)位置長(zhǎng)度均存在隨機(jī)性?，F(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)平臺(tái)必須對(duì)采集到的列車速度和位置信息，以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息進(jìn)行計(jì)算和分析，確定合理的報(bào)警級(jí)別，保證檢索報(bào)警報(bào)文過程的正確性，及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員發(fā)送報(bào)文信息，同時(shí)將報(bào)警級(jí)別情況反饋給調(diào)度員。在報(bào)警級(jí)別發(fā)生變化后，防護(hù)平臺(tái)應(yīng)及時(shí)改變發(fā)送報(bào)警報(bào)文。

3）報(bào)警級(jí)別實(shí)時(shí)計(jì)算。為了能更加安全可靠地報(bào)警，本系統(tǒng)采用時(shí)間間隔報(bào)警計(jì)算，實(shí)時(shí)采集列車速度和位置，以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息，通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得出實(shí)時(shí)的報(bào)警信息。在安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)上，將報(bào)警信息反映給調(diào)度人員。

4）燈光報(bào)警。在現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)處均設(shè)有燈光報(bào)警，可以提示現(xiàn)場(chǎng)及調(diào)度人員對(duì)危險(xiǎn)情況做出及時(shí)反映，提高整體的安全級(jí)別。

3 平臺(tái)的設(shè)計(jì)

平臺(tái)模塊包括：經(jīng)緯度和速度輸入模塊、經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換里程標(biāo)模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、安全等級(jí)計(jì)算模塊、安全等級(jí)歸檔和表示模塊、報(bào)文選擇模塊、聲光報(bào)警模塊。

1）經(jīng)緯度和速度輸入模塊。對(duì)來自消息轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的報(bào)文進(jìn)行解碼，提取其中的列車位置、速度和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息。該模塊采用ITCS既有報(bào)文解碼設(shè)備，報(bào)文的格式采用通用的ITCS既有報(bào)文格式。

2）經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換里程標(biāo)模塊。將接收到的經(jīng)緯度信息，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的電子地圖轉(zhuǎn)換成里程標(biāo)。此模塊主要是基于VC++和數(shù)據(jù)庫。VC++對(duì)經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換，匹配數(shù)據(jù)庫中相關(guān)內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)換為里程標(biāo)。

3）數(shù)據(jù)庫模塊?；赟QLSever 2000軟件的數(shù)據(jù)庫開發(fā)，該數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)青藏線全線的電子地圖，及現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)所需的所有報(bào)文信息。

4）安全等級(jí)計(jì)算模塊。通過列車和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員當(dāng)前所處的里程標(biāo)，以及列車此刻的速度，計(jì)算出列車距離現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的時(shí)間。此數(shù)學(xué)模型基于VC++軟件編譯。

5）安全等級(jí)歸檔和表示模塊。將上一模塊中計(jì)算所得數(shù)據(jù)，對(duì)照數(shù)據(jù)庫中報(bào)警級(jí)別進(jìn)行歸檔處理。對(duì)不同歸檔級(jí)別采用不同的聲光報(bào)警信號(hào)，例如，最高級(jí)別的紅色報(bào)警，采用紅色燈光。此模塊需要VC++和數(shù)據(jù)庫相互配合，完成報(bào)警級(jí)別歸檔，同時(shí)調(diào)用MFC庫中的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，對(duì)聲光報(bào)警硬件電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

6）報(bào)文選擇模塊。根據(jù)數(shù)據(jù)庫中歸檔結(jié)果，選擇數(shù)據(jù)庫中的報(bào)文。

7）聲光報(bào)警模塊。采用單片機(jī)對(duì)聲光報(bào)警模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成不同級(jí)別的報(bào)警。在現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)，用VC++設(shè)計(jì)報(bào)警信號(hào)。

4 平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

在現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)處輸入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息，可以采用公里標(biāo)和經(jīng)緯度兩種不同的輸入方式，輸入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員位置信息后，在仿真界面相應(yīng)位置處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)閃動(dòng)的人形光標(biāo)，它代表作業(yè)人員上線施工。

本系統(tǒng)采用模擬設(shè)備發(fā)送實(shí)時(shí)列車信息，防護(hù)平臺(tái)根據(jù)接收到的列車信息計(jì)算出相應(yīng)的報(bào)警級(jí)別。該防護(hù)平臺(tái)一共設(shè)為四個(gè)報(bào)警級(jí)別，分別為藍(lán)燈（兩分鐘以上，可以正常作業(yè)）、綠燈報(bào)警（一分鐘至兩分鐘，維修人員準(zhǔn)備下線）、黃燈報(bào)警（30秒至一分鐘，維修人員下線）、紅燈報(bào)警（30秒以內(nèi)，遠(yuǎn)離線路），以上報(bào)警級(jí)別根據(jù)列車與維修人員的時(shí)間距離依次報(bào)警，當(dāng)列車通過后再次藍(lán)燈報(bào)警，表示線路空閑，可以正常工作。endprint

該安全防護(hù)平臺(tái)設(shè)置有車次號(hào)查詢對(duì)話框，車速以及公里標(biāo)查詢對(duì)話框及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息對(duì)話框，可以查看現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息以及列車的相關(guān)信息。

安全防護(hù)平臺(tái)用來接收列車的信息、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息及報(bào)警級(jí)別的反饋信息，同時(shí)防護(hù)平臺(tái)還要判斷是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)接收到現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)終端的反饋信息，是否與所傳送的報(bào)警級(jí)別信息是否相一致。

如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有接收到現(xiàn)場(chǎng)的反饋信息，或者反饋的信息與所傳送的報(bào)警級(jí)別信息不一致，則要進(jìn)一步判斷是否已經(jīng)達(dá)到了發(fā)送緊急限速的要求，如果沒有則繼續(xù)判斷，如果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則要將緊急限速報(bào)文發(fā)給RBC，然后通過RBC向列車下達(dá)緊急限速的命令。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收到反饋信息，并且接收到的信息與發(fā)送的信息相一致，那么就會(huì)觸發(fā)計(jì)算報(bào)警等級(jí)模塊。計(jì)算報(bào)警等級(jí)模塊結(jié)合設(shè)定的現(xiàn)場(chǎng)人員的位置信息和模擬器發(fā)送過來的列車信息，計(jì)算報(bào)警級(jí)別，然后在防護(hù)平臺(tái)的顯示設(shè)備上給出形象的燈光報(bào)警，發(fā)送對(duì)應(yīng)級(jí)別的報(bào)警報(bào)文。

5 總結(jié)

本文所設(shè)計(jì)的防護(hù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)對(duì)防護(hù)命令的接收、擬定和執(zhí)行，通過信息的交互、相互監(jiān)督、報(bào)警、反饋等監(jiān)測(cè)手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全控制。并且介紹了現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)的功能，以及實(shí)現(xiàn)的手段，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)防護(hù)平臺(tái)接收列車信息和人員的位置及報(bào)警級(jí)別反饋信息。

本文提出一種科學(xué)實(shí)用的現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)措施，為現(xiàn)場(chǎng)人員的安全提供了保障。該平臺(tái)對(duì)接收到的列車位置和速度等信息，及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息進(jìn)行里程標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過匹配數(shù)據(jù)庫中電子地圖的上的線路信息，實(shí)時(shí)計(jì)算出列車以當(dāng)前速度下運(yùn)行到作業(yè)位置的時(shí)間。將相距一定時(shí)間間隔隔歸檔，每當(dāng)對(duì)應(yīng)不同的報(bào)警級(jí)別。不同報(bào)警級(jí)別，所產(chǎn)生不同的聲光信號(hào)、報(bào)文信息有所區(qū)別。

參考文獻(xiàn)

[1]熊雪萊.GSM-R網(wǎng)絡(luò)失效性分析及其對(duì)CTCS-3的影響[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

[2]余鐵.基于閉環(huán)控制的滬寧線行車安全實(shí)時(shí)控制模式的研究[J].中國(guó)鐵路，2002，15（8）：38-40.

[3]Borko M R.TPS62272 Reference.Mechanical Engineering，1996.

[4]Obham A V.MSP430F149 Peripherals Reference.Texas Instruments，2001.endprint