鐵路車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

劉 剛 中國鐵路上海局集團有限公司運輸部

鐵路站場、專用線或段停留車列、機車、軌道車、檢測車、作業(yè)車等發(fā)生溜逸危害極大，溜逸的車輛通過道岔時會脫軌或顛覆、擠壞道岔等行車設(shè)備，進入正線后會與正在行駛的列車正面沖突，造成線路中斷、人員傷亡、財產(chǎn)損失等，造成重大行車事故。鐵路車務(wù)防溜作業(yè)一直是鐵路車務(wù)部門作業(yè)的重點與難點。針對車輛防溜的問題,除了要制定詳細(xì)的作業(yè)管理辦法和作業(yè)流程外,還需積極研發(fā)各種智能化的防溜設(shè)備及監(jiān)控手段,加強人防、物防、技防“三位一體”的安全保障體系，以強化停留車輛防溜安全控制和監(jiān)測,減少車輛溜逸等問題的發(fā)生。

1 防溜器具發(fā)展現(xiàn)狀和目前存在的問題

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

針對機械防溜鐵鞋，國內(nèi)部分科研院所和企業(yè)進行了有關(guān)智能防溜鐵鞋的研究和探索，只是適當(dāng)?shù)脑黾恿瞬糠中畔⒒δ?，由于技術(shù)功能規(guī)劃方面的缺陷或者與現(xiàn)場實際作業(yè)情況契合程度不高，嚴(yán)重影響了智能化鐵鞋的實用推廣。經(jīng)過大量國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，總結(jié)下來國內(nèi)智能鞋目前主要停留在如下階段，技術(shù)分類整理如下：

（1）在原有機械鐵鞋的基礎(chǔ)上，增加一些電子標(biāo)簽，通過手持終端，內(nèi)置電子標(biāo)簽閱讀器（有單獨手持終端、也有共享復(fù)用調(diào)車電臺終端），現(xiàn)場讀取鐵鞋標(biāo)簽，發(fā)送到數(shù)據(jù)平臺，實際上只是解決了一個人員的定期巡檢管理的問題。對于鐵鞋是否布防到位、是否撤防、鐵鞋姿態(tài)等不能遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，只是依靠人力的高頻次巡檢查看，通過人力盯防來檢查車輛防溜情況。

（2）在傳統(tǒng)的機械鐵鞋的基礎(chǔ)上，需要信號樓和現(xiàn)場兩人協(xié)作布防，現(xiàn)場作業(yè)人員布防、撤防操作，電臺口呼溝通，信號樓作業(yè)人員，通過電腦軟件拖曳擺放鞋子來實現(xiàn)鞋子的布防、撤防狀態(tài)和股道占用信息。

（3）在傳統(tǒng)機械鐵鞋的基礎(chǔ)上，內(nèi)置了物聯(lián)網(wǎng)模塊和電池，能夠通過鐵鞋按鈕（或者手持終端遙控）來進行布防、撤防操作，以及設(shè)置布防股道。缺點是股道的設(shè)置還是以手工設(shè)置、布防為主，很大程度上取決于作業(yè)人員的經(jīng)驗和狀態(tài)，容易誤布股道，無從糾正發(fā)現(xiàn)。同時增加一個專用的遙控終端增加了維護成本，降低了系統(tǒng)可靠性和使用便捷性。

1.2 目前車務(wù)防溜作業(yè)管理中主要存在以下實際困難

（1）缺乏防溜作業(yè)監(jiān)控——防溜鐵鞋布防、撤防不及時造成安全隱患，布防、撤防不到位造成安全隱患，容易發(fā)生行車事故。

（2）缺乏防溜狀態(tài)監(jiān)測——防溜鐵鞋在布防和撤防過程中，狀態(tài)的在線監(jiān)測，依靠人工巡檢巡防，一方面頻繁穿越線路，容易危害人身安全，另外一方面，人員勞動強度大，長期疲勞作業(yè)，不利于行車安全。

（3）傳統(tǒng)防溜鐵鞋笨重，站場防溜器具存放點設(shè)置不優(yōu)化——傳統(tǒng)防溜鐵鞋由鑄鐵或者鋼板制作，單只傳統(tǒng)鐵鞋重量在7-8KG，防溜器具存放點設(shè)置不合理，作業(yè)人員遠(yuǎn)距離攜帶作業(yè)，勞動強度大，頻繁穿越線路時常發(fā)生，存在重大安全隱患。

（4）防溜器具存放和保管方式管理粗放：現(xiàn)場作業(yè)過程中，防溜器具(鐵鞋、木止輪器、緊固器）的存放和保管管理方式粗放，對于防溜器具保有量，使用狀態(tài)未作信息化跟蹤記錄。

為此，結(jié)合車務(wù)防溜作業(yè)管理的實際，針對性的解決以上問題，迫切需要開發(fā)一種車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)（智能鞋在線監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)），具備防溜鐵鞋布防、撤防在線監(jiān)測、安全預(yù)警功能，同時提供其它防溜器具的管理功能，通過技術(shù)創(chuàng)新減輕防溜作業(yè)的勞動強度，提高作業(yè)管理安全性。在整個項目系統(tǒng)規(guī)劃和實施過程中，項目組集思廣益，充分調(diào)研現(xiàn)場實際作業(yè)需要，充分采用最新的科技手段，在上海局合肥車務(wù)段和南翔站做了大量的現(xiàn)場試驗和試點工作。

2 智能運營管理體系架構(gòu)

2.1 研發(fā)目標(biāo)

開發(fā)一套能夠解決現(xiàn)場實際問題的車務(wù)智能防溜管理系統(tǒng)（智能鞋在線監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)），通過鐵路內(nèi)部局域網(wǎng)遠(yuǎn)程獲取車務(wù)防溜作業(yè)過程數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控防溜作業(yè)過程的規(guī)范性，遠(yuǎn)程監(jiān)測防溜鐵鞋的布防撤防狀態(tài)；及時發(fā)現(xiàn)防溜作業(yè)問題，及時采取措施，減少不規(guī)范作業(yè)引起的安全事故。智能鞋采用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)鐵鞋的布防、撤防作業(yè)過程，以及鐵鞋的輪距、軌面密貼、拉鞋異動等狀態(tài)監(jiān)測，以及智能鞋的閉環(huán)位置跟蹤。其中鞋體的設(shè)計采用兩種方式：一種普通型采用現(xiàn)有防溜鐵鞋鋼板結(jié)構(gòu)設(shè)計，兼容現(xiàn)有鐵鞋材質(zhì)和技術(shù)要求。另外一種增強型采用高分子復(fù)合材料，替換現(xiàn)有鋼板材質(zhì)，通過技術(shù)革新，減輕鐵鞋的重量，降低現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強度。

2.2 基本原理

車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)主要由智能鞋完成其防溜狀態(tài)檢測，并向系統(tǒng)平臺提供信息，由監(jiān)控客戶端完成警示項目的聲音和圖像警示，提醒作業(yè)者做相應(yīng)的檢查。

智能鞋內(nèi)部設(shè)有主板、無線數(shù)據(jù)通訊模塊、傳感器、融合定位模塊及電池管理電路等。主板總體負(fù)責(zé)所有部件的協(xié)調(diào)、開關(guān)、數(shù)據(jù)采集、電池充放電管理、發(fā)送和接收平臺信息等。

布防時,作業(yè)人員按下智能防溜鐵鞋上的布防按鈕，智能防溜鐵鞋啟動布防狀態(tài)檢測并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)平臺發(fā)送XX鐵鞋布防信息，同時開始采用超聲波雷達(dá)探測鐵鞋與輪對的距離，用加速度傳感器檢測鐵鞋移動的加速度和傾斜的角度，并根據(jù)融合定位情況自動判別股道信息，布防狀態(tài)下，一旦超過了其警示的閥值，鐵鞋將向系統(tǒng)平臺發(fā)送相應(yīng)的告警信息。

撤防時，作業(yè)人員按下智能防溜鐵鞋上的撤防按鈕，智能防溜鐵鞋啟動撤防狀態(tài)檢測并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)平臺發(fā)送XX鐵鞋撤防信息。鐵鞋撤防以后，如果作業(yè)人員沒有將鐵鞋帶走，仍然遺留在鋼軌上，X分鐘后鐵鞋將發(fā)送警示信息給系統(tǒng)平臺，如果鐵鞋撤防后 超過設(shè)定時間還沒有送入鞋柜充電，系統(tǒng)也將告警提示，并開啟鐵鞋的北斗定位追蹤功能。

2.3 系統(tǒng)功能

車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)是以智能鞋為基礎(chǔ)，通過融合傳感器檢測、無線通訊、高精度定位等信息化技術(shù)，以智能鞋、智能鞋柜、無線通信基站、服務(wù)器客戶端為載體，通過優(yōu)化車輛防溜作業(yè)流程，實現(xiàn)防溜安全卡控與監(jiān)測的目標(biāo)。根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》及《防止機車車輛溜逸管理辦法》的要求。車務(wù)智能防溜管理系統(tǒng)（智能鞋在線監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)）規(guī)劃實現(xiàn)如下功能：

（1）自動識別鐵鞋與輪對的距離：目的監(jiān)測鐵鞋是否布防到位，鐵鞋與輪對的距離要近，車輛一旦溜逸，距離超出一定范圍，智能鞋會主動發(fā)送告警信息，防止車輛意外溜逸。

（2）自動監(jiān)測鞋底與軌面的蜜貼程度，正常布防到位，鞋底應(yīng)該緊貼柜面，不然就是發(fā)現(xiàn)鐵鞋布防不到位。

（3）自動識別鐵鞋的移動或者傾斜，通過加速度傳感器和慣導(dǎo)傳感器，及時發(fā)現(xiàn)鐵鞋的姿態(tài)。

（4）自動布防、自動定位功能，鐵鞋布防的自動發(fā)現(xiàn)股道號，所見即所得，無須認(rèn)為設(shè)定股道號。

（5）備智能充電鞋柜閉環(huán)管理功能，自動記錄鞋子進柜充電、出柜布防時間。撤防狀態(tài)長期不入柜，智能鞋會告警，同時具備北斗定位跟蹤功能。

（6）系統(tǒng)除了管理智能鞋以外，還具備其它防溜器具(止輪器、緊固器等)。

鐵路車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)功能實現(xiàn)如圖1所示。

圖1 鐵路車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)功能

2.4 系統(tǒng)特點

（1）實時分布式架構(gòu)。前端采用C/S架構(gòu)，后端采用B/S架構(gòu)，支持多用戶同時監(jiān)控，各用戶的操作實時同步到其他用戶；

（2）多樣的狀態(tài)呈現(xiàn)。作業(yè)信息實時更新在各客戶端，采用聲光告警+語音播報的形式多角度呈現(xiàn)作業(yè)的實時狀態(tài)，用戶也可通過語音播報系統(tǒng)發(fā)布重要的信息并播報到其他客戶端；

（3）靈活的權(quán)限配置。通過靈活的權(quán)限配置，同一用戶可以監(jiān)控多個站場的實時防溜作業(yè)。

2.5 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)采用B/S+C/S方式可實現(xiàn)路局下所有站場防溜作業(yè)情況的實時監(jiān)控，用戶通過在電腦上運行客戶端即可進行實時監(jiān)控。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成

車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)由智能鞋、智能鞋柜、無線通信基站、監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件及其它附件構(gòu)成。

（1）智能鞋

智能鞋由鞋體和電子裝置組成。電子裝置由電池模塊、傳感器模塊、管理控制模塊、無線數(shù)據(jù)通訊模塊等部分組成，鞋體由高分子復(fù)合材料成型，其外形尺寸、鞋尖上翹量、踏面與輪軌配合間隙、碾壓點、布氏硬度、電磁兼容性等技術(shù)參數(shù)符合國標(biāo)和鐵標(biāo)規(guī)定，其主要作用是阻 擋車輛溜逸和作為電子裝置的載體。電子裝置包括硬件和軟件兩部分，耐受電磁兼容性、振動撞擊、防水防塵和高低溫。其主要作用是自動識別防溜狀態(tài)，準(zhǔn)確區(qū)分防溜有效、防溜無效；具備無線通信功能，實時自動上報鐵鞋工作狀態(tài)；支持定位，可自動判定設(shè)防股道，具備找鞋功能。

（2）智能鞋柜

鞋柜由柜體和電子裝置組成。鞋柜柜體用不銹鋼制作而成，耐受電磁兼容性、振動撞擊、防水防塵和高低溫。鞋柜內(nèi)的電子裝置包含蓄電池，管理控制模塊、無線通訊模塊等組成。其主要作用是具備存放管理智能鞋等防溜器具的功能；準(zhǔn)確識別鐵鞋的歸位狀態(tài)，并實現(xiàn)對智能鞋的充電管理；支持掃碼開柜；具備無線通信功能，與站內(nèi)鐵鞋、無線基站等實時通信。

（3）無線通信基站

具備無線通信功能，負(fù)責(zé)站內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)覆蓋；與智能鞋通信，實時獲取鐵鞋防溜狀態(tài)及所處位置；與智能鞋柜通信，實時獲取鞋柜及柜內(nèi)設(shè)備狀態(tài)。

（4）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括服務(wù)端軟件和客戶端軟件。服務(wù)端軟件重點完成數(shù)據(jù)的采集、處理和分發(fā)；客戶端軟件其主要作用是直觀和動態(tài)顯示鐵鞋及各種防溜器具在股道上的位置和狀態(tài)；記錄并存儲防溜操作的器具、時間、操作等相關(guān)信息，并生成防溜記錄；接收鐵鞋上傳的信息，提供警示的聲音和信息彈窗；接收操作人員的命令，并向鐵鞋發(fā)送布防或撤防的指令。其功能主界面如圖3所示，可實現(xiàn)：站內(nèi)各種防溜器具在股道布防的位置及實時狀態(tài)顯示；鐵鞋智能布防、撤防或人工布防、撤防時相關(guān)信息顯示；鐵鞋各類告警信息的語音及彈窗提示；鐵鞋充電及電量指示；自動生成防溜記錄簿，支持防溜記錄的多字段模糊查詢；找鞋等功能。

圖3 軟件功能主界面

該系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控防溜作業(yè)過程，遠(yuǎn)程監(jiān)測鐵鞋的工作狀態(tài)，能夠?qū)﹁F鞋的防溜密貼、放置到位、鐵鞋異動、漏撤、誤撤、非正常撤除等狀況進行監(jiān)測，并將信息上傳服務(wù)器，在值班室或信號樓的電腦管理平臺上顯示，并且在壁掛的智能防溜作業(yè)電子占線板上同步顯示。當(dāng)鐵鞋狀態(tài)的變化和告警狀態(tài)自動上傳管理系統(tǒng)平臺，電腦管理平臺、智能防溜作業(yè)電子占線板和智能鞋會自動同步提示，提示工作人員進行檢查，及時排除安全隱患。系統(tǒng)減輕了作業(yè)巡檢勞動強度,提高了發(fā)現(xiàn)問題的實時性和便捷性，提升了安全管理水平。另外，該系統(tǒng)還具備鐵鞋充電遠(yuǎn)程監(jiān)控、電量遠(yuǎn)程監(jiān)控、鐵鞋北斗定位追蹤、自動生成作業(yè)臺帳、防溜器具（鐵鞋、木止輪器、緊固器）存放管理等功能。試用結(jié)果表明，該系統(tǒng)功能符合現(xiàn)場需求、操作簡單方便，性能穩(wěn)定可靠。

3 結(jié)束語

車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)將新一代的智能鞋和傳統(tǒng)防溜設(shè)備（手閘、緊固器、木止輪等）進行一站式整合，大大提升了鐵路車站防溜作業(yè)智能化程度和日常維護效率，在對智能鞋作業(yè)和狀態(tài)進行全時實時監(jiān)控的同時兼顧傳統(tǒng)防溜設(shè)備的維護管理，用戶通過局域網(wǎng)內(nèi)的任意一臺電腦運行客戶端軟件即可以全面掌握站場內(nèi)防溜作業(yè)的情況。該系統(tǒng)自2020年1月在上海鐵路局南翔站張廟車站安裝使用至今，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，使用安全，操作簡單，維護方便，提高了防溜作業(yè)工作效率和安全性，獲得了車間管理人員的一致好評。系統(tǒng)的社會效益和經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在以下方面：系統(tǒng)投入運用有利于提高防溜作業(yè)安全管理。系統(tǒng)的運用，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并能及時處理問題，大大減少防溜布防不到位導(dǎo)致車輛溜逸、以及漏撤拉鞋等安全隱患。通過科學(xué)技術(shù)保安全，對確保車站作業(yè)安全有直接的作用。車務(wù)智能防溜作業(yè)管理系統(tǒng)的研發(fā)成功，可以應(yīng)用到鐵路系統(tǒng)相關(guān)的調(diào)車編組站場，中間站等等，在上海路局范圍內(nèi)，預(yù)計有600-800個防溜作業(yè)點可以安裝該設(shè)備，從而實現(xiàn)在提高防溜作業(yè)管理效率和防溜作業(yè)安全性的同時降低人力成本。