CAF-I型機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)安全輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)用

陳錫龍

(中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司機(jī)務(wù)處 廣東 廣州 510088)

列車在運(yùn)行過程中會(huì)遇到各種影響運(yùn)行安全的非正常情況，需要機(jī)車乘務(wù)員及時(shí)、準(zhǔn)確地做出判斷并迅速采取相應(yīng)處置措施。LKJ監(jiān)控裝置解決了機(jī)務(wù)行車安全由人控到人機(jī)聯(lián)控再到全設(shè)備控制的管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行的安全防控功能，但它對列車運(yùn)行中機(jī)車乘務(wù)員操縱機(jī)車的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)缺乏提示和監(jiān)督指導(dǎo)功能。為解決以上問題，中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司(以下簡稱“廣鐵集團(tuán)公司”)聯(lián)合株洲廣義電子技術(shù)有限公司研發(fā)了CAF-I型機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)安全輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)合LKJ運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，在車載裝置中預(yù)設(shè)機(jī)車乘務(wù)員各種關(guān)鍵工作場景、安全因素，并根據(jù)機(jī)車GPS/北斗定位信息，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)程序的實(shí)時(shí)語音提示及監(jiān)督指導(dǎo)功能。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

(1)準(zhǔn)確判斷機(jī)車乘務(wù)員當(dāng)前所處的作業(yè)場景，實(shí)時(shí)提醒按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。

(2)準(zhǔn)確獲取機(jī)車的GPS/北斗位置信息，通知乘務(wù)員機(jī)車與前方信號(hào)機(jī)、土擋、禁停區(qū)等地面關(guān)鍵點(diǎn)的距離。

(3)將機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)、所處具體區(qū)段、公里標(biāo)位置、速度、乘務(wù)員所做的操作等信息實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)降孛婀芾碇行模瑢?shí)現(xiàn)人-車-地協(xié)同工作。

1.2 設(shè)計(jì)原理

機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)安全輔助系統(tǒng)可預(yù)設(shè)列車運(yùn)行的特定工作場景，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，通過RS485通訊端口，實(shí)時(shí)采集TAX端口的數(shù)據(jù)(例如：機(jī)車運(yùn)行時(shí)的司機(jī)號(hào)、車次、站名、公里標(biāo)、機(jī)車信號(hào)、列車管壓力、均衡風(fēng)缸壓力等多項(xiàng)參數(shù))，并通過系統(tǒng)綜合分析處理，對實(shí)際場景作出相應(yīng)的語音提示。語音提示信息以文件形式存儲(chǔ)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用U盤下載至分析終端，并通過專用的地面分析軟件進(jìn)行分析處理。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

CAF-I型機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)安全輔助系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件構(gòu)成(見圖1)。安裝了輔助裝置的機(jī)車，通過無線網(wǎng)卡自動(dòng)將機(jī)車的位置、現(xiàn)場信息及各種狀態(tài)上傳給地面服務(wù)器。與服務(wù)器同一網(wǎng)絡(luò)的客戶端，即可通過網(wǎng)絡(luò)查看機(jī)車的位置、現(xiàn)場信息及即時(shí)的狀態(tài)，也可以通過服務(wù)器與機(jī)車聯(lián)系，向裝置發(fā)送有關(guān)指令。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件包括車載部分和地面部分。車載部分由車載主機(jī)、語音提示應(yīng)答器、TAX接線盒等組成；地面部分由P4微機(jī)、專用分析系統(tǒng)、U盤組成，包含服務(wù)器、分析終端等[1]。車載部分與地面部分通過轉(zhuǎn)儲(chǔ)U盤實(shí)現(xiàn)聯(lián)系(見圖2)。

圖2 車載部分與地面部分聯(lián)系圖

車載主機(jī)是CAF-I型機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)安全輔助系統(tǒng)的核心部件。車載主機(jī)接口與語音應(yīng)答器、LKJ等設(shè)備通過電纜連接，語音應(yīng)答器的位置一般設(shè)在兩端司機(jī)室靠近司機(jī)位置窗戶的下方，主要是通過語音應(yīng)答器對乘務(wù)員進(jìn)行提示，并通過應(yīng)答器拾取全程實(shí)時(shí)記錄司機(jī)室環(huán)境聲音，通過存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)能夠了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，并可作為乘務(wù)員作業(yè)安全的實(shí)時(shí)記錄(見圖3)。

圖3 車載主機(jī)外部連接圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1車載主機(jī)軟件

車載主機(jī)通過MCU(微控制單元)監(jiān)測485數(shù)據(jù)，控制語音提示單元、場景存儲(chǔ)記錄、數(shù)據(jù)下載、檢索分析、數(shù)據(jù)維護(hù)、配置錄音等[2]。車載主機(jī)軟件流程圖如圖4所示。當(dāng)實(shí)際場景與預(yù)設(shè)場景相一致時(shí)，主機(jī)發(fā)出相應(yīng)的語音提示，提醒乘務(wù)員按標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行作業(yè)。

圖4 車載主機(jī)軟件流程圖

2.2.2地面分析軟件

地面分析軟件通過轉(zhuǎn)儲(chǔ)媒介U盤，將機(jī)車運(yùn)行的各類信息參數(shù)以及系統(tǒng)語音提示和人工操作的特定場景、音頻記錄等信息顯示在分析終端上供用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和信息處理，其軟件工作流程圖如圖5所示。管理人員可通過地面分析軟件選擇某一臺(tái)機(jī)車的LKJ運(yùn)行曲線、音視頻文件、場景提示及解鎖信息，對機(jī)車乘務(wù)員作業(yè)情況進(jìn)行綜合分析評價(jià)。

3 系統(tǒng)運(yùn)用

3.1 裝車運(yùn)用

每臺(tái)機(jī)車安裝CAF-I型乘務(wù)員作業(yè)安全輔助系統(tǒng)，需要1臺(tái)車載主機(jī)、2個(gè)語音提示應(yīng)答器、1個(gè)監(jiān)控TAX接線盒、1根RS485通訊線、2根語音專用報(bào)警線，1根DC110 V電源線等連接電纜(見圖6)。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用中，必須滿足以下條件：平均無故障工作時(shí)間(MTBF)不得小于6 000 h；車載主機(jī)應(yīng)與LKJ時(shí)間顯示一致；當(dāng)某路應(yīng)答器故障時(shí)，不影響其他功能；車載主機(jī)裝置出現(xiàn)嚴(yán)重故障不能正常工作時(shí)，允許司機(jī)切除運(yùn)用。

圖6 系統(tǒng)裝車平面圖

3.2 實(shí)現(xiàn)功能

(1)存儲(chǔ)功能：準(zhǔn)確記錄機(jī)車三大件操作、制動(dòng)機(jī)使用、調(diào)車作業(yè)及單機(jī)進(jìn)出庫等列車運(yùn)行重要數(shù)據(jù)，便于事后分析取證。

(2)提示功能：實(shí)時(shí)語音報(bào)警，提示機(jī)車乘務(wù)員執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)范操作或人工確認(rèn)后可解除報(bào)警。

(3)衛(wèi)星定位功能：通過GPS/北斗衛(wèi)星系統(tǒng)對機(jī)車工作狀況進(jìn)行全程準(zhǔn)確定位，控制機(jī)車在運(yùn)行途中的安全因素。

(4)無線傳輸及實(shí)時(shí)預(yù)警功能：通過實(shí)時(shí)無線傳輸，將機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)、所處具體區(qū)段、公里標(biāo)位置、速度、乘務(wù)員所做的操作等信息顯示在地面管理中心解析軟件畫面上，地面也可以根據(jù)實(shí)時(shí)反饋側(cè)信息對機(jī)車乘務(wù)員進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，真正起到實(shí)時(shí)預(yù)警防控的作用。

(5)記錄功能：記錄機(jī)車運(yùn)行中乘務(wù)員操作的基本信息，包括機(jī)車、車次、時(shí)間、司機(jī)姓名、場景名稱、人工操作等信息。

(6)轉(zhuǎn)儲(chǔ)功能：可通過U盤將機(jī)車運(yùn)行記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地面分析軟件進(jìn)行分析。

(7)檢索分析功能：通過地面分析軟件實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)儲(chǔ)的記錄信息進(jìn)行檢索分析。

(8)數(shù)據(jù)維護(hù)功能：可實(shí)時(shí)更新和添加工作場景信息，便于日常數(shù)據(jù)庫維護(hù)。

4 結(jié)束語

CAF-I型乘務(wù)員作業(yè)安全輔助系統(tǒng)的裝車運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車乘務(wù)員標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的人機(jī)互控，彌補(bǔ)了LKJ監(jiān)控裝置無法對機(jī)車乘務(wù)員的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)進(jìn)行語音提示和監(jiān)督指導(dǎo)功能的缺陷，為機(jī)務(wù)安全管理提供有效的科學(xué)管理手段。系統(tǒng)在廣鐵集團(tuán)公司投入使用以來，有效防止了多起因機(jī)車乘務(wù)員違反作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或遺漏作業(yè)程序而發(fā)生的惡性行車事故，極大地提升了機(jī)務(wù)現(xiàn)場作業(yè)安全控制，為鐵路機(jī)務(wù)安全生產(chǎn)穩(wěn)定提供了可靠的設(shè)備保障。