移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究

張旭東

(中國鐵路北京局集團有限公司 豐臺貨運中心，北京 102300)

1 概述

帶脫軌器的移動式防護信號作為鐵路裝卸作業(yè)區(qū)段防護的隔離設(shè)備，在鐵路貨物列車進行裝卸作業(yè)時，可以有效地防止其他機車、車輛進入該作業(yè)區(qū)域，但移動式防護信號安設(shè)、撤除的確認作業(yè)需要貨運員往返于貨運室與作業(yè)現(xiàn)場，作業(yè)過程較為復(fù)雜，而且在實際作業(yè)中容易出現(xiàn)人為漏洞，造成移動式防護信號的安設(shè)、撤除作業(yè)落實不到位，易造成行車事故，并且移動式防護信號存在丟失、被盜等安全風(fēng)險，已經(jīng)不適應(yīng)鐵路運輸發(fā)展的要求。因此，為了強化安全基礎(chǔ)管理，加強生產(chǎn)過程控制，實現(xiàn)作業(yè)標準化，管理規(guī)范化的要求，加快當前鐵路裝卸作業(yè)移動式防護信號的自動化、智能化建設(shè)已成為當務(wù)之急[1]。

遵循以中國國家鐵路集團有限公司信息化發(fā)展總體規(guī)劃和安全技術(shù)規(guī)范為原則，在充分整合利用鐵路現(xiàn)有信息資源和已經(jīng)投產(chǎn)的計算機應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)。通過自動控制設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和控制，可以實現(xiàn)在控制室中對移動式防護信號安設(shè)和撤除過程的實時控制和監(jiān)視，對于降低作業(yè)人員作業(yè)強度、保障安全生產(chǎn)具有重要意義[2]。

2 移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)使用可編程邏輯控制器(PLC)、機械工程、計算機網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、指紋識別、全球定位系統(tǒng)(GPS)定位等關(guān)鍵技術(shù)，通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，并且進行圖像數(shù)據(jù)、定位信息處理與分析[3]。移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1?移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 A mobile intelligent monitoring system on electric protection signals

（1）圖像采集子系統(tǒng)。圖像采集子系統(tǒng)由信號牌控制箱內(nèi)安裝的網(wǎng)絡(luò)高清紅外照相機和輔助光源組成。該子系統(tǒng)輸出數(shù)字化圖像信號，并通過無線通信模塊輸送至遠端監(jiān)控機房，當檢測到移動防護信號安設(shè)和撤除完成后自動拍照并上傳，方便貨運員遠程監(jiān)控移動防護信號安設(shè)、撤除狀態(tài)。

（2）指紋采集子系統(tǒng)。指紋采集子系統(tǒng)主要由指紋輸入機和相關(guān)軟件組成。由于該子系統(tǒng)需要進行指紋錄入，通過指紋識別相關(guān)工作人員及其相關(guān)權(quán)限，因而采用專用的指紋采集設(shè)備，接口方式為通用申行總線(Universal Serial Bus，USB)。

（3）通信服務(wù)裝置。通信服務(wù)裝置由無線通信模塊與服務(wù)器端接收器組成，負責(zé)將網(wǎng)絡(luò)高清紅外照相機的圖像數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)上傳，發(fā)現(xiàn)異常及時報警，實現(xiàn)圖像及定位管理控制。

（4）定位及報警子系統(tǒng)。由控制箱內(nèi)GPS定位模塊、脫軌器測量限位模塊及遠端系統(tǒng)報警軟件組成。當脫軌器安設(shè)在鐵軌上且可靠固定(螺栓擰到頭)后，測量模塊的限位開關(guān)才被按下，產(chǎn)生電信號通知系統(tǒng)移動式防護信號安設(shè)到位。例如，移動式防護信號有微小位移，限位開關(guān)馬上松開并通知系統(tǒng)報警。

（5）后端服務(wù)器(工業(yè)控制計算機)。工業(yè)控制計算機安裝在監(jiān)控中心(裝卸值班室或貨運室)，其內(nèi)部安裝相應(yīng)的控制軟件，由控制軟件實現(xiàn)移動式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)的所有工作過程，包括圖像展示、脫軌器安設(shè)撤除狀態(tài)及位置信息、作業(yè)管理、系統(tǒng)維護、歷史信息查詢、報表打印等。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由室外設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備2部分組成。其中，室外設(shè)備包括脫軌器、信號表示器、網(wǎng)絡(luò)高清紅外照相機等；室內(nèi)設(shè)備包括工業(yè)控制計算機、指紋采集器、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

（1）脫軌器。脫軌器的金屬底座上安裝有位置測量功能的模塊，只有當脫軌器安設(shè)在鐵軌上且可靠固定(螺栓擰到頭)后，測量模塊的限位開關(guān)才被啟動，產(chǎn)生電信號通知系統(tǒng)移動式防護信號安設(shè)到位。例如，脫軌器有微小位移，限位開關(guān)被關(guān)閉并通知系統(tǒng)[4]。

（2）信號表示器。信號表示器內(nèi)裝有對底部脫軌器限位開關(guān)電信號的處理電路，還有高精度GPS模塊，用以隨時定位移動式防護信號設(shè)備本身的位置信息。定位模塊首先可以確認移動式防護信號安設(shè)位置是否正確，同時監(jiān)控系統(tǒng)會記錄存放地點及移動式防護信號安設(shè)位置，并隨時監(jiān)控設(shè)備本身位置信息，如果設(shè)備超出指定定位范圍及時進行報警，從而達到設(shè)備防盜效果。信號表示器內(nèi)無線通信模塊與系統(tǒng)進行無線通信，及時上傳移動式防護信號的實時狀態(tài)信息，方便貨運員遠程監(jiān)測移動式防護信號狀態(tài)。

（3）網(wǎng)絡(luò)高清紅外照相機。主要用于對移動式防護信號安設(shè)、撤除狀態(tài)進行自動拍照并上傳。

（4）指紋采集器。采集安撤人、確認人、系統(tǒng)管理員指紋信息，主要用于作業(yè)生產(chǎn)及系統(tǒng)管理等。

（5）工業(yè)控制計算機。軟件采用人機交互界面，主要用于接收、存儲和顯示作業(yè)狀態(tài)，并對數(shù)據(jù)進行管理，還用于還有站場地圖設(shè)置、手持設(shè)備管理、操作人員管理、數(shù)據(jù)信息管理、實時狀態(tài)顯示、錯誤報警提示等。

2.3 系統(tǒng)功能分析

移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)可以實時記錄系統(tǒng)各設(shè)備的狀態(tài)變化，當脫軌器發(fā)生安設(shè)(或撤除)不到位、信號燈不亮、通信中斷、圖像不正常、移動式防護信號存放位置偏離指定范圍等情況時，系統(tǒng)自動提示并且進行語音報警。移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由調(diào)度作業(yè)管理、防護信號管理、歷史信息查詢、系統(tǒng)管理4個模塊組成[5]，具體如下。

（1）調(diào)度作業(yè)管理。調(diào)度作業(yè)管理用于新建調(diào)度作業(yè)，安排相應(yīng)的工作班組，是整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)流程的起始點。可以根據(jù)需要，新建調(diào)度并對調(diào)度指定股道、作業(yè)別、接收人，通過指紋采集器確定發(fā)布人。調(diào)度創(chuàng)建后可以安排一個到多個工作班組，并在調(diào)度未結(jié)束前隨時追加班組。

（2）防護信號管理。防護信號管理用于顯示系統(tǒng)當前所有股道的實時狀態(tài)，對對應(yīng)股道進行安設(shè)確認、撤除確認，以及對班組作業(yè)進行結(jié)束確認，是整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)流程中最主要也是最重要的一個環(huán)節(jié)[6]。

（3）歷史信息查詢。歷史信息查詢用于顯示系統(tǒng)所有的調(diào)度安設(shè)歷史記錄，以表格的形式詳細列出了相關(guān)記錄的起始時間及相關(guān)的操作人員，是整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)流程中極為重要的環(huán)節(jié)?？筛鶕?jù)需要，根據(jù)日期、股道、班組、作業(yè)別、操作人等條件進行精確查找。此外，對于每一條記錄，都可以進一步查看對應(yīng)時間內(nèi)的視頻語音回放。

（4）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理只對管理員開放，用于管理當前系統(tǒng)的各項參數(shù)，分為作業(yè)信息、股道信息、用戶信息、班組信息、IP綁定等5個模塊。各模塊分別提供了對相關(guān)信息的增加、刪除修改功能，股道信息和IP綁定模塊還分別提供了修改補光燈開啟關(guān)閉時間設(shè)定和IP綁定開啟關(guān)閉功能。系統(tǒng)管理模塊是影響整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全正常運行的重要模塊。

2.4 操作流程

（1）系統(tǒng)登錄。擁有系統(tǒng)權(quán)限的鐵路貨場作業(yè)人員，可以通過指紋采集器驗證指紋登錄系統(tǒng)(特殊情況采用密碼登錄)。

（2）調(diào)度發(fā)布。發(fā)布調(diào)度作業(yè)命令的相關(guān)作業(yè)人員通過指紋采集器登錄系統(tǒng)，驗明身份后新建調(diào)度命令，選擇需要的股道、作業(yè)類別和接收人，點擊“確定”即可發(fā)布調(diào)度作業(yè)命令。調(diào)度列表顯示已經(jīng)新建但尚未結(jié)束的調(diào)度，點擊“安排班組”可以安排或追加班組，勾選需要安排的班組，點擊“保存”即可安排班組。保存成功后，返回調(diào)度信息列表，可以對該調(diào)度繼續(xù)追加班組[7]。

（3）防護信號安設(shè)。①防護信號安設(shè)人通過現(xiàn)場電臺向裝卸值班室發(fā)出申請“某班組申請某道安設(shè)防護信號”；②值班室擁有安撤確認權(quán)限的人員回復(fù) “某班組可以在某道安設(shè)防護信號”； ③安設(shè)人開始進行安設(shè)操作；④安設(shè)成功后，系統(tǒng)自動進入“安設(shè)確認”界面后進行語音提示，擁有安撤確認權(quán)限的工作人員在確認無誤后點擊“安設(shè)確認”，通過指紋驗證確認安設(shè)成功，關(guān)閉此頁面返回防護信號管理主界面；⑤值班室通過電臺通知現(xiàn)場班組“某道安設(shè)防護信號成功，某班組可以開始作業(yè)”，安設(shè)人回復(fù)“某道安設(shè)防護信號成功，某班組明白”；⑥當線路增加班組作業(yè)時，在調(diào)度發(fā)布頁面進行追加班組操作，并通知某班組到現(xiàn)場進行裝卸作業(yè)，某班組到達現(xiàn)場后，由班組長通過電臺回復(fù)值班室“某班組已到達現(xiàn)場開始作業(yè)。

（4）防護信號撤除。移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)防護信號的撤除作業(yè)流程與其安設(shè)作業(yè)流程類似[8]。

3 結(jié)束語

移動式電動防護信號智能監(jiān)控系統(tǒng)是在原移動式防護信號的基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)研發(fā)出的一種高效、智能型創(chuàng)新產(chǎn)品，改變了傳統(tǒng)設(shè)備的使用管理模式，有效實現(xiàn)了鐵路裝卸作業(yè)移動式防護信號安設(shè)、撤除、存放監(jiān)控等工作智能化管理，能夠大幅度提高裝卸作業(yè)效率、減輕職工勞動強度，有效控制了移動式防護信號被盜行為的發(fā)生，從而實現(xiàn)了人防、物防、技防的結(jié)合，對強化移動式防護信號作業(yè)管理、保證鐵路運輸安全生產(chǎn)起到積極作用，并擁有良好的擴展性、兼容性、可靠性，具有廣闊的應(yīng)用前景。