固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

楊立志

(北京鐵路局 北京裝卸管理部，北京 100045)

固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

楊立志

(北京鐵路局 北京裝卸管理部，北京 100045)

目前，鐵路裝卸作業(yè)的固定式防護信號智能化程度相對滯后，制約鐵路運輸安全生產(chǎn)的發(fā)展。從設(shè)計依據(jù)、硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能及操作流程層面對固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)進行研究。實踐表明，固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠在網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)視頻的基礎(chǔ)上，利用自動控制設(shè)備，在控制室中實現(xiàn)對固定式防護信號的安設(shè)和撤除，并且能夠?qū)崟r監(jiān)控關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)和固定式防護信號的狀態(tài)，系統(tǒng)操作界面友好，安全可靠，可維護性和擴展性較強，盡可能地減少了作業(yè)人員的工作強度，有效提高裝卸作業(yè)效率，同時實現(xiàn)對鐵路裝卸作業(yè)中固定式防護信號的智能化管理。

固定式防護信號裝置；監(jiān)控系統(tǒng)；自動化；智能化

1 概述

帶脫軌器的固定式防護信號作為鐵路裝卸作業(yè)的專業(yè)區(qū)段防護隔離設(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)段，從而確保裝卸作業(yè)人員的人身安全[1]。但是，目前鐵路裝卸作業(yè)固定式防護信號的智能化建設(shè)相對滯后，固定式防護信號的安設(shè)、撤除作業(yè)主要依靠鐵路裝卸作業(yè)人員或貨運員的手動操作，需要作業(yè)人員往返于作業(yè)場所、貨運室和固定式防護信號所在位置之間，作業(yè)過程較復(fù)雜，而且在實際操作中容易出現(xiàn)漏洞，造成固定式防護信號的安設(shè)、撤除作業(yè)落實不到位等安全隱患，制約鐵路運輸發(fā)展。

因此，為了強化安全管理基礎(chǔ)，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[2]，迫切需要加快鐵路裝卸作業(yè)固定式防護信號裝置的智能化建設(shè)，設(shè)計固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)視頻的基礎(chǔ)上，通過自動控制設(shè)備在控制室中實時控制和監(jiān)視固定式防護信號的安設(shè)、撤除作業(yè)，解決作業(yè)人員作業(yè)強度大、操作繁復(fù)等問題，為鐵路運輸?shù)陌踩a(chǎn)發(fā)揮積極作用。

1.1 設(shè)計依據(jù)

固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計考慮主要以《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》《鐵路貨物裝卸安全技術(shù)規(guī)則》為依據(jù)。

（1）在站內(nèi)線路上檢查、修理、整備車輛或進行裝卸作業(yè)時，應(yīng)在線路兩端來車方向的左側(cè)鋼軌處設(shè)置帶有脫軌器的固定或移動信號牌 (燈) 進行防

護，前后兩端的防護距離均應(yīng)不小于 20 m，不足 20 m時，應(yīng)將道岔鎖閉在不能通往該線的位置。

（2）進行裝卸作業(yè)前，裝卸工組應(yīng)在貨物線兩端來車方向左側(cè)鋼軌上設(shè)置帶脫軌器的固定或移動式防護信號 (盡頭線路只在來車一端防護)。作業(yè)車停留位置距警沖標不足 20 m時，防護信號設(shè)在與警沖標相齊處。如果在同一線路上車輛分解后進行裝卸作業(yè)時，應(yīng)在該線路的最前部與最后部車輛外端防護，分解間隔大于 40 m 時，可在間隔 20 m 以外處設(shè)置。

（3）同一線路上 2 個及以上工組同時作業(yè)時，應(yīng)由最先開班作業(yè)的工組 (或?qū)Ｈ? 設(shè)置防護信號，最后結(jié)束作業(yè)的工組 (或?qū)Ｈ? 撤除防護信號。各作業(yè)工組(有專人負責(zé)設(shè)置、撤除防護信號除外) 應(yīng)在防護信號上鎖掛工組標識，作業(yè)完畢及時摘除。除作業(yè)工組(或?qū)Ｈ? 外，其他人員無權(quán)撤除防護信號。

（4）移動式防護信號使用完畢，應(yīng)存放在不影響人身和鐵路交通安全的地點并加鎖。固定式防護信號定、反位須加鎖，鑰匙由專人保管。

（5）防護信號應(yīng)統(tǒng)一編號、建檔管理，建立請領(lǐng)、使用、保管、維護、銷毀制度，并且落實到專人負責(zé)。

（6）將裝卸防護信號使用管理辦法納入《車站行車工作細則》《貨運管理細則》，建立聯(lián)系確認制度，貨運、裝卸人員對裝卸防護信號安設(shè)、撤除情況實施監(jiān)控，推廣應(yīng)用裝卸防護信號監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 固定式防護信號裝置智能化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

固定式防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)以遵循中國鐵路總公司信息化發(fā)展總體規(guī)劃和安全技術(shù)規(guī)范為原則，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)，實現(xiàn)多系統(tǒng)信息資源共享，具有良好的維護性、移植性和擴充性，同時具備系統(tǒng)界面友好、操作簡單、安全性高等特點。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、脫軌器驅(qū)動裝置[3]及其連接桿、信號表示器、網(wǎng)絡(luò)高清紅外高速球形攝像機、場邊作業(yè)箱等。室內(nèi)設(shè)備包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)控制計算機、服務(wù)器等。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成如圖 1 所示。貨場作業(yè)調(diào)度人員 (貨運值班員) 通過對講機通知裝卸作業(yè)班組進行裝卸作業(yè)，待裝卸班組做好作業(yè)準備請求安設(shè)防護信號后，裝卸值班員通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)高清紅外高速球形攝像機監(jiān)控脫軌器、信號表示器狀態(tài)，啟動硬件電路控制子系統(tǒng)，命令機械執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動脫軌器驅(qū)動裝置，帶動脫軌器爬上鐵軌，同時轉(zhuǎn)動信號表示器正面對向來車方向，安設(shè)好防護信號。

固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)包括：系統(tǒng)總功率為 1.55 kW；系統(tǒng)電源電壓為交流 220 V；脫軌器驅(qū)動裝置電壓為直流 160 V；網(wǎng)絡(luò)高清紅外高速球形攝像電壓為交流 24 V，分辨率為 130 萬像素 (1 280×960)，最低照度為彩色0.05 Lux，黑白 0.01 Lux，信噪比為 64 dB，數(shù)字變倍為 16 倍；室外工作溫度為 -40℃～70℃，濕度≤95% (無結(jié)露)；絕緣電阻值為不低于 0.5 MΩ；防雷接地電阻為小于 4 Ω。另外，脫軌器非工作狀態(tài)時與鋼軌內(nèi)側(cè)有不小于 68 mm 的間距 (軌面下 35 mm 處)，

高度不超過軌面 25 mm。

2 固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

固定式電動防護信號裝置智能檢測系統(tǒng)使用可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller，PLC)、機械工程、計算機網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、指紋識別、音頻處理等關(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)處理與分析[4]。服務(wù)器在本地進行音頻的數(shù)字化并且標記存儲，必要時可以與視頻同步播放，系統(tǒng)通過計算機下達脫軌器狀態(tài)命令，本地 PLC 設(shè)備對命令進行解析與執(zhí)行，從而形成一套完整的固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)[5]，具體系統(tǒng)架構(gòu)如下。

（1）圖像采集子系統(tǒng)。圖像采集子系統(tǒng)由脫軌器附近的燈桿上邊安裝的網(wǎng)絡(luò)高清紅外高速球形攝像機和安裝在其旁邊的輔助光源組成。該子系統(tǒng)輸出數(shù)字化圖像信號，并通過光纖傳輸通道輸送至遠端監(jiān)控機房，實時監(jiān)測脫軌器的位置狀態(tài)，同時監(jiān)測脫軌器周邊的視頻情況[6]。

（2）音頻采集回放子系統(tǒng)。音頻采集回放子系統(tǒng)由對講機、連接電纜、語音卡和相關(guān)軟件組成，使用對講機作為音頻采集載體，將其音頻輸出連接到專用的語音卡上，再利用電腦對語音卡進行處理，從而實現(xiàn)音頻的處理、存儲、檢索和回放。

（3）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，接口方式為通用串行總線 (Universal Serial Bus，USB)。

（4）硬件電路控制子系統(tǒng)。硬件電路控制由 2 臺場邊作業(yè)箱組成，其內(nèi)部集成各種電源電路，主要包括 24 V 交流電、36 V 交流電、160 V 直流電和 24 V直流電。PLC 是場邊作業(yè)箱的核心控制設(shè)備，由多臺固態(tài)繼電器控制機械設(shè)備的動作[7]。因此，該子系統(tǒng)可以實現(xiàn)圖像、到位信號的采集，電動脫軌器的安設(shè)、撤除和確認，以及信號表示器的點亮與熄滅等多種功能。

（5）機械執(zhí)行機構(gòu)。機械執(zhí)行機構(gòu)由脫軌器及其驅(qū)動裝置和信號表示器組成。機械執(zhí)行機構(gòu)主要由硬件電路控制，實現(xiàn)電動脫軌器的安設(shè)、撤除及信號表示器的轉(zhuǎn)換[8]。

（6）通訊服務(wù)裝置。通訊服務(wù)裝置由光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機和串口服務(wù)器組成，負責(zé)將網(wǎng)絡(luò)高清紅外高速球形攝像機的圖像數(shù)據(jù)和 PLC 數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)視頻管理控制系統(tǒng)對 PLC 命令的下達 (通過串口服務(wù)器)和對網(wǎng)絡(luò)高清紅外高速球形攝像機的控制。

（7）圖像存儲子系統(tǒng)。圖像存儲子系統(tǒng)主要組部件為一臺網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機 (Net-harddisk Video Recorder，NVR)，用于存儲圖像數(shù)據(jù)，并且按照控制軟件的命令進行回放。

（8）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，其內(nèi)部安裝相應(yīng)的控制軟件，由控制軟件實現(xiàn)固定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、音頻錄制和存儲、音視頻同步回放、脫軌器動作，作業(yè)管理、系統(tǒng)維護、歷史信息查詢、報表打印等。

2.2 系統(tǒng)功能及操作流程

固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要包括：①實時記錄系統(tǒng)各設(shè)備的狀態(tài)變化，包括脫軌器狀態(tài)變化，信號表示器上的信號燈狀態(tài)變化等；②反映軌道上各設(shè)備的工作狀態(tài)和檢測參數(shù)，實現(xiàn)作業(yè)時間 (包括作業(yè)開始時間 (即安設(shè)到位時刻)、作業(yè)結(jié)束時間 (即撤除到位時刻)，以及進行作業(yè)的時間等) 的記錄和顯示，自動關(guān)聯(lián)圖像文件、語音文件，方便查詢和打印；③發(fā)生脫軌器安設(shè) (或撤除) 不到位、信號燈不亮、通信中斷、視頻圖像不正常等情況時，系統(tǒng)自動提示并且進行語音報警；④當(dāng)設(shè)備故障或斷電時，可以進行人工操作。

固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)的操作流程主要包括以下 4 個部分。

（1）系統(tǒng)登錄。擁有系統(tǒng)權(quán)限的鐵路貨場作業(yè)人員，可以通過指紋儀驗證指紋登錄系統(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)人員通過指紋儀登錄系統(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。

（3）防護信號安設(shè)。① 裝卸作業(yè)班組長通過現(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值班室擁有安撤操作權(quán)限的人員回復(fù)“某班組申請某道安設(shè)防護信號，明白”，開始進行安設(shè)操作；③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，在擁有安撤操作權(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；④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)”。班組長回復(fù)“某道安設(shè)防護信號成功，某班組明白”。⑤當(dāng)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。鐵路裝卸作業(yè)固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)下防護信號的撤除作業(yè)流程與其安設(shè)作業(yè)流程類似，在此不再詳述。

2.3 應(yīng)用效果

固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在北京鐵路局管內(nèi)南倉、塘沽、滄州、宣化等 9 個貨場應(yīng)用。該系統(tǒng)將電控部分安裝在現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)旁邊，值班室通過遠程數(shù)據(jù)連接實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制。同時，通過智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件管理，將視頻監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控圖像和防護信號的安設(shè)、撤除過程有效聯(lián)系起來。操作、管理人員可以實時遠程掌握現(xiàn)場情況，也可在事后進行歷史查詢，方便相關(guān)作業(yè)人員進行回溯及打印相關(guān)數(shù)據(jù)。同時，該系統(tǒng)通過指紋錄入設(shè)備，完善了相關(guān)操作人員的權(quán)限和義務(wù)，強制要求防護信號裝置進行安設(shè)、撤除的每一個流程要有對應(yīng)人員負責(zé)并留證，在很大程度上提高了固定式防護信號裝置管理的安全性和可靠性，深受現(xiàn)場廣大職工歡迎。鐵路裝卸作業(yè)固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場安裝示意圖如圖 2 所示。

圖2 固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場安裝示意圖

3 結(jié)束語

固定式電動防護信號裝置智能監(jiān)控系統(tǒng)是在原手動操作固定式防護信號的基礎(chǔ)上，經(jīng)過提升與發(fā)展設(shè)計開發(fā)的一種創(chuàng)新型產(chǎn)品，有效實現(xiàn)鐵路裝卸作業(yè)固定式防護信號的安設(shè)、撤除管理工作智能化，大幅度

提高裝卸作業(yè)效率，減輕職工勞動強度，對強化作業(yè)管理、保證生產(chǎn)安全起到積極作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 楊 浩，何世偉.鐵路運輸組織學(xué)[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[2] 錢家驊.深入推進鐵路安全標準化建設(shè)的思考[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，35(12)：41-44.QIAN Jia-hua.Thoughts on Deeply Promoting Establishment of Railway Safety Standardization[J].Railway Transport and Economy，35(12)：41-44.

[3] 中華人民共和國鐵道部.30 脫軌器：TB/T 2903—1998 [S].北京：中國鐵道出版社，1998：5.

[4] 王宴平，郭 曉，葛 銳.光電固定固定式防護信號裝置系統(tǒng)的應(yīng)用思考[J].鐵道貨運，2016(7)：48-51.WANG Yan-ping，GUO Xiao，GE Rui.Thoughts on Application of Opto-Electronic Fixed Prevention Signal System[J].Railway Freight Transport，2016(7)：48-51.

[5] 喻燕青，黃東林.智能型電動脫軌器系統(tǒng)方案設(shè)計[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2010，38(3)：46-50.YU Yan-qing，HUANG Dong-lin.Design of the Intelligent Electrical Derailment System[J].Railway Quality Control，2010，38(3)：46-50.

[6] 中華人民共和國鐵道部運輸局.鐵路綜合視頻監(jiān)視系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 (試行)：運基通信 [2008] 630 號[A].北京：中華人民共和國鐵道部運輸局，2008.

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[8] 中華人民共和國鐵道部.列檢電動脫軌器及信號防護裝置安裝設(shè)計技術(shù)條件：TB/T 2053—2004[S].北京：中國鐵道出版社，2004：1.

（責(zé)任編輯 金艷萍）

Research and Application of Intelligent Monitoring System for Fixed Electric Protection Signal

Yang Li-zhi
(Beijing Administration of Loading and Unloading, Beijing Railway Administration, Beijing 100045)

At present, the development of fixed protection signal intelligence for railway loading and unloading operation is lagging behind, which restricts the safe production of railway transportation. This paper studies the intelligent monitoring system of fixed electric protection signal device from these aspects of design basis, hardware structure, system architecture, system function and operation flow. The practical result shows that the intelligent monitoring system of fixed electric protection signal device can realize the installation and removal of the fixed protection signal in the control room based on the network control and the network video. It can also monitor the key operations in real time and the status of fixed protection signal by using automatic control equipment. The system has a user-friendly interface with safe and reliable performance and strong maintainability and expansibility. It can reduce the working intensity of operators as much as possible and effectively improve the efficiency of loading and unloading operations, so as to realize the intelligent management of fixed protection signal in railway loading and unloading operation.

Fixed Protection Signal Device; Monitoring System; Automation; Intelligentization

1004-2024(2016)10-0054-05

TP399：U284.18

B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.10.11

2016-10-13

楊立志(1960—)，男，北京人，大學(xué)本科。

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題(2016X007-E)；北京鐵路局科技開發(fā)課題(2015BY21)