地鐵車輛段停送電及登臺作業安全保障系統

萬山林

(常州市軌道交通發展有限公司,213022,常州//工程師)

地鐵車輛段停送電及登臺作業安全保障系統

萬山林

(常州市軌道交通發展有限公司,213022,常州//工程師)

針對地鐵車輛段停送電及登臺作業過程安全保障方面不足和可能存在的安全隱患,提出了一套整體解決方案。采用自動化、信息化手段,結合智能驗電接地聯鎖、視頻聯動跟蹤及智能分析等先進技術,實現車輛段停送電及登臺作業過程的安全管控,同時提升工作效率,降低運營管理成本。

地鐵車輛段; 作業安全保障; 智能驗電接地聯鎖; 作業流程管理; 視頻聯動跟蹤及智能分析

Author′s address Changzhou Rail Transit Development Co.,Ltd.,213022,Changzhou,China

在地鐵安全運行的各個環節當中,車輛段的檢修作業是其中非常重要的一環。為此,國內各城市的地鐵運營單位出臺了許多相關的規章制度,來保障車輛段檢修作業中人員和設備的安全。但是,目前這些傳統方法的智能化程度較低,保障手段有限,不僅耗費人力且效率不高,同時在作業過程中還存在著一定的安全隱患。

經過對車輛段現場作業相關環節的深入調研和分析發現,目前在作業過程中存在的安全隱患主要包括:

(1) 由于安全措施不足,現場作業人員容易走錯股道,誤闖帶電檢修平臺,在接地的情況下進行送電或者在帶電的情況下誤掛接地線等,存在較大的安全隱患。

(2) 現場接地作業還處在傳統人工作業階段,缺乏對接地線等相關設備的智能化管理手段,且不能對接地的過程進行有效的監視管理[1]。

(3) 車輛段現場檢修平臺的作業沒有和接觸網的停送電進行有效關聯,作業人員可在還沒停電或尚未做好安全措施的情況下登上平臺作業,威脅現場人員的人身安全[2]。

(4) 現場作業流程依賴于人工管理,“兩票”內容沒有與實際工作內容形成有效技術關聯,現場作業人員存在不按照操作票規定順序操作的情況,存在安全隱患。

目前,越來越多的地鐵運營單位開始尋找智能化、電子化的解決方案,來保障車輛段停送電及登臺檢修作業過程中人員和設備的安全。

1 車輛段停送電及登臺作業安全保障系統

本文介紹的車輛段停送電及登臺作業安全保障系統,針對傳統車輛段檢修作業中存在的安全問題,結合當前先進技術,將傳統智能化程度低的人工保障方式轉變成為智能化、信息化的保障方式,實現了作業流程的電子化開票和網絡化流轉;在縮短作業準備時間,提高工作效率的同時,利用技術手段全面提高車輛段停送電和人員登臺作業過程中的安全保障水平,并在設備本體防誤、局部防誤的基礎上,完善跨地點防誤,形成整體安全保障體系;通過視頻和“兩票”流程及現場作業相結合,實現作業全過程的遠程視頻監管,提升了現場設備及人員的綜合保障效率。

車輛段停送電及登臺作業安全保障系統由聯鎖管控、作業流程管理、聲光警示、監控反饋、視頻聯動跟蹤及智能分析五大功能模塊組成。該系統采用平臺化、開放式架構模式,可以依據現場需要拓展系統功能。

(1) 聯鎖管控模塊:實現車輛段從停電到登臺作業再到送電全過程的安全保障,從技術上保障停送電操作及登臺檢修作業過程中人員和設備的安全,避免各種人為不確定因素,防止現場人員走錯股道或帶電掛接地線。

(2) 作業流程管理模塊:將工作表單和現場實際的操作從技術上進行關聯,實現電子化、網絡化管理模式,形成閉環流程控制[3]。相對于手寫開票來說,該模塊可以解決字跡不清、出錯重寫、審核周期長、內容無邏輯判斷、紙質票分析統計困難等問題,提升作業準備過程的安全保障水平和效率。

(3) 聲光警示模塊:通過聲、光形式及LED (發光二極管)顯示屏對現場人員進行安全警示,直觀顯示對應股道接觸網帶電狀態,確保人身的安全。

(4)監控反饋模塊:通過DCC (車輛段控制中心)檢調后臺直觀顯示庫區股道實時情況,及時采集和顯示現場設備狀態信息。

(5) 視頻聯動跟蹤及智能分析模塊:可實現現場設備的操作和變位聯動監視和跟蹤;另外,可通過視頻智能分析技術在接觸網送電前自動巡視檢查檢修平臺上是否有人員滯留,并給出告警提示,提高現場安全保障能力和工作效率。

2 車輛段停送電及登臺作業安全保障系統關鍵技術原理

(1) 整體性安全聯鎖管控:該系統從車輛段檢修維護的全過程進行整體考慮,針對其中每一個涉及到人員及設備安全的環節,提出相對應的安全保障措施,在整體上進行安全聯鎖管控。在如圖1所示的車輛段日常檢修作業流程中,該系統在每一個容易出現安全問題的環節中均采取了技術性的安全保障措施。即:在開票環節,系統通過將開票內容與現場實際設備狀態相關聯,保證開票內容與現場一致;在停電環節,系統判斷各項相關條件,只有滿足停電的前提下才能進行停電;在驗電和掛接地線環節,該系統通過強制驗電的方式,在掛接地線之前須進行驗電,只有無電的情況下才允許進行下一步的掛接地線操作,確保現場人員在有電的情況下無法進行接地操作。改變了傳統的人工方式下驗電和接地兩個操作相互獨立、沒有形成電氣聯鎖關系的狀況;在人員登臺環節,該系統在車輛段登頂平臺的入口處設置了門控裝置,在接觸網帶電的情況下,該平臺門處于閉鎖狀態,禁止任何人員進入作業平臺,只有在接觸網已經停電并接地的情況下,該平臺門才被解鎖,允許具有登臺權限的人員登臺作業(該技術可有效防止現場人員在接觸網有電的情況下登臺作業,避免發生人員觸電事故);在送電環節,該安全保障系統在進行送電之前要對送電條件進行核驗,只有滿足作業人員全部撤離現場,且接地線已經拆除的條件下,才允許進行送電操作,確保了送電的安全。

圖1 車輛段日常檢修作業流程圖

(2) 智能驗電接地聯鎖:傳統的車輛段接觸網驗電接地操作并沒有形成聯鎖關系,也無法對其狀態信息進行實時采集和上送。應用該安全保障系統后,在掛接地線操作過程中,手持終端記錄地線的掛接和拆除位置,并通過無線網絡將信息上傳至監控工作站,系統后臺可實時顯示當前地線的狀態(包括已取走、已歸還以及地線當前掛接位置等狀態信息);當有任何應歸還的地線沒有歸還時,系統會有相關提醒,禁止進行送電工作。軌道上安裝有驗電樁和接地樁。接地樁采用閉鎖機構進行閉鎖,接地之前需要首先采用智能驗電器進行驗電,并將驗電結果送至作業手持終端。當驗電結果為有電時,閉鎖機構無法解鎖,禁止進行接地操作。只有當驗電結果為無電時,才能解鎖接地裝置并進行掛接地線操作,從而實現了接地之前的強制驗電,確保作業人員在無電的情況下才能進行接地操作。智能驗電接地聯鎖的判斷邏輯如圖2所示。

圖2 智能驗電接地聯鎖邏輯判斷圖

(3) 視頻智能分析:該技術目前在地鐵行業的相關應用還很少。該技術的應用,能夠大大提高現場工作的智能化程度,節省人力成本。該安全保障系統通過對車輛段庫區內攝像頭采集的視頻圖像進行智能分析,提取作業平臺上的人員信息,在接觸網送電前若還有人員滯留在平臺上,則自動給出報警提示,使值班人員在第一時間了解現場情況,并在最短的時間內做出響應。對于平臺上人員的確認識別,除了通過視頻智能分析技術實現外,還通過現場檢修平臺兩端設置的巡檢確認點進行確認;當檢修任務完成后,施工負責人要通過巡檢確認點確認平臺上所有人員已經撤離。針對車輛段檢修平臺區域內人員滯留情況分析的視頻智能分析示意圖如圖3所示。

(4) 視頻聯動跟蹤:該系統通過安裝高速球形攝像機實現視頻聯動跟蹤功能。聯動監護范圍包括庫內隔離開關、接觸網接地點以及平臺作業門;視頻聯動監視的對象包括隔離開關的操作、驗電接地操作、隔離開關狀態變位、接地狀態變位以及作業人員刷卡開門等。視頻聯動跟蹤功能模塊通過視頻聯動控制裝置采集相關現場數據信息并進行分析處理。當現場設備發生操作或狀態變位時,視頻聯動控制裝置發送畫面切換指令,告知視頻監視器所需切換到的設備畫面信息;視頻監視器收到切換指令后,從視頻聯動服務器上調取相關場景畫面信息,同時視頻服務器控制相關位置攝像機,將畫面切換至對應設備的場景上,從而實現現場設備的聯動跟蹤。視頻聯動跟蹤的原理示意圖如圖4所示。

圖3 檢修平臺智能視頻分析示意圖

圖4 視頻聯動跟蹤原理圖

3 車輛段停送電及登臺作業安全保障系統的實現

該系統采用的分層分布式結構,分為應用層、應用支撐層、數據庫訪問層和硬件設備層四個層級。應用層是系統業務核心層,負責所有業務的處理;應用支撐層實現系統大部分業務的邏輯處理;數據庫訪問層基于通用數據庫訪問組件開發,實現對各種數據的統一操作;硬件設備層主要包括計算機硬件、存儲設備以及網絡通信設備等。

該系統主要由后臺計算機、門禁控制系統、安全警示裝置、手持終端、高清攝像機以及相關鎖具組成。系統結構圖如圖5所示。

圖5 安全保障系統結構圖

(1) 后臺計算機:一般設置在車輛段DCC檢調室,包括系統工作站以及視頻工作站等。后臺計算機系統是整個車輛段停送電及登臺作業安全保障系統的中樞,負責整個系統的管控和處理工作,包括開票、審批、下發指令、數據采集和處理、遠程監視等。

(2) 門禁控制系統:安裝在車輛段檢修平臺的登臺通道入口處,主要用來限制現場人員的不安全登臺行為。當接觸網帶電時,禁止任何人登上對應的檢修平臺。只有系統檢測到接觸網已經停電,且接地安全措施已經確保到位的情況下,才允許有權限的人員登臺作業。

(3) 安全警示裝置:主要安裝在車輛段檢修平臺的兩端,包括安全警示燈、音箱等。在現場檢修完畢并準備送電之前,通過安全警示系統可及時提醒現場人員盡快撤離現場,確保送電的安全。

(4) 高清攝像機:在車輛段檢修平臺兩端安裝高清攝像機,用于監視庫區現場的停送電操作過程及檢修作業情況并進行實時聯動監視。高清攝像機包括槍機和球機:槍機鎖定檢修平臺,實時監視檢修平臺上的人員及作業情況;球機可全方位監視檢修區庫前的相關情況。當現場設備狀態發生變化或特定情況下,系統可實現視頻聯動,方便后臺值班人員了解現場的情況。

(5) 手持終端:在該系統中有非常關鍵的紐帶作用,系統所管轄范圍內的車輛段工作任務,基本都離不開手持終端。從制定任務、下達任務,到現場停電、登臺等操作,均需要通過手持終端進行確認,且只有符合計劃順序和條件的任務,才允許操作進行下去。手持終端通過Zigbee無線傳輸方式與后臺監控系統進行通信,及時將現場的狀態信息傳送到后臺計算機監控系統,確保后臺系統數據與現場一致。

(6) 鎖具:包括電編碼鎖、驗電樁、接地樁等設備。電編碼鎖主要安裝在隔離開關操作機構上,驗電樁、接地樁安裝在接觸網接地點處。通過對隔離開關操作機構進行閉鎖,可以防止在不允許操作隔離開關的情況下誤分或誤合隔離開關。驗電樁和接地樁主要在驗電接地過程中進行驗證,通過技術手段強制在接地前先進行驗電,只有驗明接觸網無壓的情況下才允許進行接地操作,確保接地操作過程中人員及設備的安全。

4 車輛段停送電及登臺作業安全保障系統的創新性

(1) 利用計算機和通信等技術,將傳統針對單個環節的人工保障措施轉變成為面對全過程的安全作業保障;各個環節相互之間通過電氣聯鎖及邏輯判斷等技術措施,實時判斷當前環節的安全狀態,確保每一個環節中人員和設備的安全。這從根本上解決了傳統方式下現場設備孤立離線的保障狀況,從局部保障升級為整體保障,大大提高了現場安全保障的水平。

(2) 在接地操作過程中,通過采用智能驗電接地聯鎖技術進行強制驗電,并將地線的狀態通過無線方式實時傳送至后臺系統,既方便了值班人員對現場狀態的了解,又有效避免了由于人員疏忽造成的帶電接地及帶接地送電等問題發生,從技術上確保了現場人員和設備的安全。

(3) 視頻聯動跟蹤及智能分析技術大大提高了現場處理問題的效率。當現場設備發生狀態改變或操作時,監視畫面能及時切換到相關設備的區域;同時,通過智能分析技術自動巡視檢查作業平臺上人員的滯留情況,值班人員可及時了解到現場的情況并在第一時間內做出響應,大大提升了現場作業的安全保障水平及問題處理效率。

5 結語

地鐵車輛段登臺及作業安全保障系統能有效解決目前地鐵車輛段檢修作業中存在的安全問題和隱患,通過整體性安全聯鎖管控、智能驗電接地聯鎖、視頻聯動跟蹤及分析等技術,能對地鐵車輛段檢修作業過程中停送電及登臺作業等過程進行有效安全保障。該系統與現場實際規章制度相結合,可有效提升車輛段檢修作業的安全保障水平和工作效率,同時降低運營管理成本,具有良好的應用前景。

[1] 倪碩.南京地鐵接觸網停電掛接地線檢修流程優化[J]. 交通企業管理,2013,296(4):57.

[2] 石磊,喻貴忠,王民.基于力控監控組態軟件的動車段安全聯鎖系統[J].電子技術應用,2011,37(6):18.

[3] 馮亞軍.淺議地鐵車輛段/停車場行車安全管理[J]. 大科技,2015,(2):161.

[4] 繆東.淺議軌道交通車輛段的安全設計[J].鐵道建筑技術,2012(7):8.

[5] 耶旭強,黨小剛,代娟. 動車組檢修作業管理手持終端應用[J].鐵路計算機應用,2013,22(1):38.

Security Assurance System of Metro Vehicle Depot and Stage Operation

WAN Shanlin

In view of the problems and possible security risks in metro vehicle depot during the power failure and staging operation,an overall solution is proposed,which adopts automation and information means in combination with intelligent electricity grounding interlocking,video linkage tracking and analysis,as well as other advanced technologies,to realize the safety management in the process of power supply and staging operation,enhance the work efficiency and reduce the cost of operation management in vehicle depot.

metro vehicle depot; safety assurance; intelligent inspection and earthing interlock; operation flow management; video linkage tracking and analysis

U279.1

10.16037/j.1007-869x.2017.04.031

2016-07-08)