工務(wù)機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計

周佳亮，徐濟松，高春雷，王發(fā)燈

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

工務(wù)機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計

周佳亮，徐濟松，高春雷，王發(fā)燈

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

基于對工務(wù)機械車作業(yè)的安全需求，給出工務(wù)機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。該系統(tǒng)用于工務(wù)機械車危及作業(yè)安全的重要事項、重點部件和部位的檢測與監(jiān)測。闡述了該系統(tǒng)的構(gòu)成、關(guān)鍵技術(shù)和功能。該系統(tǒng)通過中央處理平臺控制防火監(jiān)測、視頻監(jiān)測、軸溫監(jiān)測、防撞監(jiān)測和遠(yuǎn)程運用5個子系統(tǒng)，可提高工務(wù)機械車防范安全事故的能力，并有利于解決目前各類監(jiān)測設(shè)備接口不一致、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、顯示與存儲等部件重復(fù)配置的問題。

工務(wù)機械車;安全監(jiān)測;中央處理平臺

火災(zāi)隱患、軸溫超限、工作裝置碰撞鐵路設(shè)施等都可能危及工務(wù)機械車的作業(yè)安全，因此，需要收集并分析工務(wù)機械車各類實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。目前針對工務(wù)機械車的軸溫、防撞、遠(yuǎn)程運用等已開展了大量研究，開發(fā)并應(yīng)用了多種監(jiān)測裝置，顯著提高了工務(wù)機械車的作業(yè)安全性。由于工務(wù)機械車車型多、分布廣，不同的技術(shù)平臺、應(yīng)用地域等導(dǎo)致監(jiān)測設(shè)備種類多、型號多、廠商多，迫切需要一個平臺化的裝置對這些監(jiān)測設(shè)備進行綜合集成［1-3］。

本文給出了工務(wù)機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)用于對工務(wù)機械車危及作業(yè)安全的重要事項、重點部件和部位進行檢測與監(jiān)測，有利于多種信息的集中管理和綜合運用，可實現(xiàn)故障和警示狀態(tài)的多級診斷，提高防范安全事故的能力，并可解決目前多個監(jiān)測設(shè)備接口不一致、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、顯示與存儲等部件重復(fù)配置的問題。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及特點

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

工務(wù)機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。該系統(tǒng)由一個中央處理平臺和多個分布式子系統(tǒng)構(gòu)成。此種結(jié)構(gòu)具有層次清晰、組態(tài)靈活、易于擴展、方便維修等優(yōu)點［4］。中央處理平臺通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議，將各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中和共享，并進行顯示數(shù)據(jù)的集中管理和傳輸;分布式的各子系統(tǒng)分別檢測與監(jiān)測工務(wù)機械車的防火、視頻、軸溫、防撞等狀況。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2 中央處理平臺

車載中央處理平臺主要由主機和顯示終端組成，主要用于實現(xiàn)工務(wù)機械車防火、軸溫、視頻、防撞、遠(yuǎn)程運用等各監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中管理、信息同步與警報聯(lián)動等功能，是工務(wù)機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)的核心組成單元，其主要功能有:

1)數(shù)據(jù)采集及存儲。通過以太網(wǎng)、RS485/422等接口采集防火監(jiān)測、視頻監(jiān)視、軸溫監(jiān)測、防撞監(jiān)測、遠(yuǎn)程運用等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)并加以存儲。

2)公共信息服務(wù)。具備向各子系統(tǒng)傳輸公共信息的功能，公共信息包括但不限于傳輸時間、里程、經(jīng)度、緯度、高程等信息。

3)調(diào)度服務(wù)。根據(jù)各子系統(tǒng)視頻抓拍觸發(fā)信息，向視頻監(jiān)測子系統(tǒng)發(fā)送圖像抓拍指令。各子系統(tǒng)之間可通過中央處理平臺進行數(shù)據(jù)交換。

4)數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲。數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲分實時信息的傳輸、視頻信息的傳輸與記錄文件的轉(zhuǎn)儲，應(yīng)能根據(jù)不同需求采取不同的策略，將數(shù)據(jù)傳輸至地面系統(tǒng)。

5)人機交互。顯示各子系統(tǒng)的監(jiān)測信息和自檢信息;根據(jù)子系統(tǒng)的報警信息進行報警;根據(jù)子系統(tǒng)應(yīng)用需求進行參數(shù)設(shè)置。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1)中央處理平臺與各個子系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。利用以太網(wǎng)等通信技術(shù)實現(xiàn)中央處理平臺與各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，并且構(gòu)建一個可靠穩(wěn)定的主從網(wǎng)絡(luò)。通過制定通信協(xié)議和幀格式，使得各子系統(tǒng)可使用公用的網(wǎng)絡(luò)、存儲器、顯示終端等設(shè)備。構(gòu)建中央處理平臺硬件系統(tǒng)，編制相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)中央處理平臺統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)、信息集中顯示與切換、預(yù)警控制等功能。

2)已安裝在工務(wù)機械車上成熟子系統(tǒng)的軟硬件接口兼容性技術(shù)。通過對各個子系統(tǒng)通信接口的設(shè)計或改進，解決成熟子系統(tǒng)軟硬件接口兼容性問題，獲取工務(wù)機械車上已安裝的軸溫報警監(jiān)測裝置、污土帶輔助避障系統(tǒng)、車-車防碰撞裝置等輸出的相關(guān)監(jiān)測信息，實現(xiàn)與中央處理平臺之間的數(shù)據(jù)交換。

3)各類檢測與監(jiān)測數(shù)據(jù)同步存儲技術(shù)。中央處理平臺可將GMS的時間、里程、經(jīng)度、緯度、高程等時空信息采用固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)疊加存儲到各類子系統(tǒng)的檢測與監(jiān)測數(shù)據(jù)中，便于在線或離線診斷分析整車的運行工作狀況，挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)潛在的模式特性及變化趨勢，對未來的運用狀態(tài)做出預(yù)測，指導(dǎo)工務(wù)機械車運用、管理和維修。

4)多級診斷技術(shù)。每個監(jiān)測子系統(tǒng)獨立負(fù)責(zé)本系統(tǒng)內(nèi)的故障或報警診斷，并將診斷結(jié)果發(fā)送給中央處理平臺，中央處理平臺進行關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)診斷，并將結(jié)果通過音視頻顯示終端報告給司乘人員進行處理。例如，防火監(jiān)測子系統(tǒng)可將火患報警信息發(fā)送給中央處理平臺，中央處理平臺關(guān)聯(lián)視頻監(jiān)測子系統(tǒng)，并調(diào)用火患區(qū)域的視頻信息，并將視頻信息和火患報警信息發(fā)送到終端進行顯示。

2 5大監(jiān)測子系統(tǒng)的組成與功能

2.1 防火監(jiān)測子系統(tǒng)

防火監(jiān)測子系統(tǒng)由防火監(jiān)測主機、探測器、接線盒和線纜組成。該系統(tǒng)通過安裝在司機室、電氣間、柴油機間等處的煙霧探測器、溫度探測器、感溫線纜、火焰探測器等火災(zāi)探頭，感應(yīng)煙霧、熱量、光等物理量，當(dāng)超過限定值時，發(fā)出火災(zāi)報警信息，并與視頻監(jiān)測子系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動報警，觸發(fā)報警錄像及圖像抓拍。

2.2 視頻監(jiān)測子系統(tǒng)

視頻監(jiān)測子系統(tǒng)由主機(含硬盤)、監(jiān)視器、控制器、圖像采集設(shè)備(云臺一體化攝像機、半球攝像機、槍式攝像機、防爆攝像機等)、拾音器、電纜線路及輔助部件組成。該系統(tǒng)在大型養(yǎng)路機械上至少應(yīng)監(jiān)測以下部位:車體前方、車體后方、發(fā)動機間、電氣間、前后(含車鉤)端和作業(yè)區(qū)。該系統(tǒng)在軌道車上至少應(yīng)監(jiān)測以下部位:車輛兩側(cè)、車輛頂部、前后(含車鉤)端和前后司機位。該系統(tǒng)還具有通過中央處理平臺與防火監(jiān)測子系統(tǒng)進行聯(lián)動的功能，即火災(zāi)發(fā)生時可自行切換至火情發(fā)生區(qū)域的視頻圖像。

2.3 防撞監(jiān)測子系統(tǒng)

防撞監(jiān)測子系統(tǒng)分為污土帶輔助避障系統(tǒng)和車-車防撞預(yù)警系統(tǒng)。

污土帶輔助避障系統(tǒng)由主機、左右攝像機、無線測距固定端、無線測距移動端、轉(zhuǎn)角傳感器、揚聲器、接線板、遙控器、遙控接收器等組成，監(jiān)測鐵路設(shè)施距清篩機的距離和污土帶的位置。當(dāng)清篩機污土帶最外端距線路中心的距離大于安全設(shè)定值，并且鐵路設(shè)施距離清篩機的距離達(dá)到報警值時，該系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，切換到接觸網(wǎng)支柱攝像機圖像;當(dāng)操作人員操作清篩機污土帶回轉(zhuǎn)至安全設(shè)定值以內(nèi)時，解除報警。若操作人員沒有將清篩機污土帶回轉(zhuǎn)至安全設(shè)定值以內(nèi)，并且鐵路設(shè)施距離清篩機的距離達(dá)到停車值時，該系統(tǒng)能控制清篩機停車［5］。

車-車防撞預(yù)警系統(tǒng)主要由主機、天線組、報警裝置等組成。通過安裝在車體上的測距傳感器，監(jiān)測工務(wù)機械車前后的車間距。工務(wù)機械車電源開啟后，實時監(jiān)測前后車間距、速度等信息，當(dāng)車間距小于安全距離時，系統(tǒng)將實時進行報警。系統(tǒng)具備自檢功能，可實時監(jiān)測無線測距模塊工作狀態(tài)。系統(tǒng)可將報警、故障及系統(tǒng)狀態(tài)信息通過以太網(wǎng)上傳給中央處理平臺［6］。

2.4 軸溫監(jiān)測子系統(tǒng)

軸溫監(jiān)測子系統(tǒng)由主機、顯示器、監(jiān)測盒、軸溫傳感器等組成。系統(tǒng)能實時監(jiān)測車輛的各個軸位溫度，清晰準(zhǔn)確地顯示每個傳感器對應(yīng)的車號、軸位和溫度值，并具有記錄、查詢、轉(zhuǎn)儲和數(shù)據(jù)分析功能?？蓪崿F(xiàn)多車組合聯(lián)網(wǎng)、多車多軸多點不同類型的軸溫檢測、顯示和報警。每個軸位傳感器能獨立設(shè)置超溫報警溫度限定值、溫升報警溫度限定值和溫度補償值，適應(yīng)各種不同監(jiān)測點的需求。

2.5 遠(yuǎn)程運用子系統(tǒng)

遠(yuǎn)程運用子系統(tǒng)包括車載設(shè)備及地面業(yè)務(wù)系統(tǒng)。車載設(shè)備由主機、考勤顯示終端、酒測儀、打印機、揚聲器、電纜等組成。系統(tǒng)按功能結(jié)構(gòu)分為運行揭示管理單元、監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合運用單元和司機出退勤管理單元。運行揭示管理單元主要解決工務(wù)機械車運行揭示管理問題，系統(tǒng)將運行揭示編輯、復(fù)核、發(fā)布、下載、打印、導(dǎo)入、反饋等全過程進行系統(tǒng)化管理，形成管理閉環(huán)。監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合運用單元主要通過綜合數(shù)據(jù)的引入，用以提供司機安全行車警示、運行輔助信息和后臺實時監(jiān)測。司機出退勤管理單元主要解決工務(wù)機械車司機出乘作業(yè)的規(guī)范問題［7］。

3 運用考核方案設(shè)想

待系統(tǒng)研制完成后，為了驗證系統(tǒng)的適用性、穩(wěn)定性、可靠性及制造質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足，為應(yīng)用和管理提供經(jīng)驗，需在3個方面進行運用考核:

1)所有設(shè)備對工務(wù)機械車的正常運用無影響。在成熟運用的工務(wù)機械車上安裝安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)，考核是否對既有工務(wù)機械車的正常工作造成影響或干擾。在考核過程中，系統(tǒng)只監(jiān)測相關(guān)內(nèi)容，不參與控制，保證工務(wù)機械車原有全部功能的正常發(fā)揮。

2)確定合理的報警限值。為防止運用中系統(tǒng)產(chǎn)生誤報警現(xiàn)象，影響正常運用，需要合理地確定報警限值。

3)長時間運用考核。針對監(jiān)測的對象，還需要通過長時間的運用考核，不斷摸索和完善報警門限值的設(shè)定，在盡可能減少誤報警的同時提高系統(tǒng)報警的可靠性和準(zhǔn)確性，使其在運用中真正發(fā)揮安全監(jiān)控的作用。

4 結(jié)語

本文設(shè)計的工務(wù)機械車安全檢測與監(jiān)測系統(tǒng)具有統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一界面顯示的特點，可減少硬件重復(fù)配置，降低設(shè)備成本，有利于設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容可覆蓋工務(wù)機械車的主要故障，解決了工務(wù)機械車運用中突出的安全問題?！爸醒胩幚砥脚_+子系統(tǒng)”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有層次清晰、組態(tài)靈活、易于擴展、方便維修等優(yōu)點。監(jiān)測數(shù)據(jù)同步存儲技術(shù)便于操作者在線操作和管理者離線分析，多級診斷技術(shù)可提高報警準(zhǔn)確率和系統(tǒng)可靠性，全面提升工務(wù)機械車的安全防范能力。

［1］申瑞源．機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))總體方案研究［J］．中國鐵路，2012(12):1-6．

［2］張啟安，劉峰．機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))數(shù)據(jù)的應(yīng)用［J］．中國鐵路，2012(12):7-10．

［3］劉峰，申宇燕，張瑞芳，等．機車車載安全防護系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］．鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2015(2):17-21．

［4］容長生，淡紅升，楊帆，等．機車車載安全防護系統(tǒng)(6A系統(tǒng))狀態(tài)診斷與維護研究［J］．中國鐵路，2012(12):23-26．

［5］薛安琳．基于無線測距技術(shù)的清篩機污土帶輔助避障系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］．鐵道建筑，2013(6):160-163．

［6］徐濟松．無線測距技術(shù)在大型養(yǎng)路機械車間防撞中的應(yīng)用研究［J］．鐵道建筑，2015(12):120-122．

［7］周毅，劉榮富．工務(wù)機械車遠(yuǎn)程運用管理系統(tǒng)研究［J］．中國鐵路，2015(10):12-14．

Scheme Design of Safety Inspection and Monitoring System on Vehicle of Railway Maintenance Machine

ZHOU Jialiang，XU Jisong，GAO Chunlei，WANG Fadeng
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Based on security needs for railway maintenance machine operation，an overall design scheme for safety detection and monitoring system of railway maintenance machine was presented，which could be applied to detecting and monitoring the important matters，key components and parts related to the operation safety of railway maintenance machine，and the constitution，key technologies and functions of this system were studied．T hrough controlling 5 subsystems which are fire prevention monitoring，video monitoring，axle temperature detecting，collision avoidance detecting and remote application by central processing platform，the safety accident prevention ability of railway maintenance machine should be improved and the problems including inconsistent interfaces of various monitoring equipment，disunity of standard and repeated configuration for display and storage components should be solved．

Railway maintenance machine;Safety monitoring;Central processing platform

U216．6

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．12．30

1003-1995(2016)12-0114-03

(責(zé)任審編李付軍)

2016-07-0;

2016-10-20

中國鐵道科學(xué)研究院基金(2015YJ031)

周佳亮(1986—)，男，助理研究員，碩士研究生。