鐵路裝卸作業移動式防護信號安全監控管理系統設計

張彥慶

(中國鐵路北京局集團有限公司 貨運部，北京 100045)

1 鐵路裝卸作業移動式防護信號安全監控管理系統架構

1.1 現狀分析

鐵路裝卸作業移動式防護信號裝置是裝卸車作業重要安全防護措施[1]，可以有效防止在鐵路裝卸作業過程中由于機車車輛的沖撞而造成人員傷亡事故的發生，保護裝卸作業人員的人身安全和車輛設備安全。由于其安設位置的靈活性，廣泛應用于鐵路貨物線裝卸作業的防護。移動式防護信號裝置由脫軌器、信號牌、立桿、鎖軌裝置等部分組成，裝卸作業前在作業車來車方向的左側鋼軌上安設，在裝卸車作業完成后撤除，并按規定履行相關登記簽認手續。

移動式防護信號裝置的安裝與撤除由人工操作管理，安撤不及時易造成人身傷亡或調車作業掉道事故，并且由于程序繁瑣、裝置沉重、距離較大，完成防護信號安設或撤除所需時間較長，延長了裝卸車作業時間，同時增加車輛停時，降低了車輛周轉效率乃至運輸效率，影響了鐵路正常的運輸生產秩序。

由于移動式防護信號裝置的脫軌器具有導致機車車輛脫軌功能，被列為鐵路防溜防撞專用器材[2]，為防止不法人員利用鐵路防溜防撞專用器材實施破壞活動，納入重要安全管理對象，要求做到萬無一失，采取多種措施，確保移動式防護信號裝置的安全管理，不流失、不被盜。

目前，鐵路裝卸作業移動式防護信號裝置管理手段滯后，不能滿足安全管理要求，移動式防護信號安全監控管理系統應運而生。鐵路裝卸作業移動式防護信號安全監控管理系統包括定位系統和控制系統，可以實時掌控移動式防護信號的具體位置，并自動判定是否在規定范圍內，超出范圍自動報警，確保移動式防護信號的安全；在控制室可監控移動式防護信號安設、撤除狀態，省去了貨運人員到現場進行確認、安撤人員登記、確認人員簽認等過程，減輕了職工勞動強度，提高了效率[3]。

1.2 系統架構

鐵路裝卸作業移動式防護信號安全監控管理系統由定位管理系統、操作管理系統和軟件管理系統3部分組成。移動式防護信號安全監控管理系統架構如圖1所示。

圖1 移動式防護信號安全監控管理系統架構圖Fig.1 The framework of the safety monitoring and management system of mobile protection signal

（1）定位管理系統。定位管理系統由前端定位設備、通訊設備、后臺監控、客戶端等部分組成，前端定位設備定時采集GPS信息，將數據加密后上傳到阿里云通訊服務器，通訊服務器解析數據，并將數據存儲在服務器的數據庫中，在通訊服務器上部署后臺監控系統，通過PC機訪問移動防護信號系統，查看系統監控的各個移動防護信號在地圖上的實時情況[4]，當防護信號位置超出設定的電子圍欄范圍時，系統發出警報，并推送消息到管理人員手機移動端，接收到警報消息后可查看防護信號的位置及信息，為快速追蹤設備提供可靠手段，實現對設備的追蹤管理。

（2）操作管理系統。操作管理系統主要由對講裝置、圖像采集、指紋識別儀、無線傳輸、電池等設備組成，圖像采集用于防護信號安設、撤除狀態的確認，安撤權限人將防護信號在軌道上安設或撤除時，圖像采集設備自動對脫軌器位置拍照，并經無線傳輸設備即時上傳，安撤權限人通過對講裝置申請確認權限人進行確認，確認權限人依據圖片，結合設備定位信息，確認防護信號安設或撤除到位[5]。指紋識別儀用于防護信號安撤過程中記錄每個操作環節，包括操作人和操作時間。

（3）軟件管理系統。軟件管理系統由防護信號管理、歷史信息查詢、系統管理等模塊組成。防護信號管理模塊用于防護信號的基本信息管理，包括臺賬管理和位置管理等；歷史信息查詢模塊實現對防護信號安撤信息、位置報警信息的存儲和查詢；系統管理模塊用于股道管理、用戶管理、權限設置，可查詢股道信息、添加股道、編輯股道信息、刪除股道，查詢用戶信息、添加用戶信息、編輯用戶信息、刪除用戶信息，設置系統軟件的使用權限，設定管理員、安撤權限人、確認權限人等。

1.3 系統功能分析

（1）實時定位功能。在線顯示系統監控的各個移動防護信號位置的實時位置狀態，并能在地圖上準確顯示在庫房、股道、貨場內其他位置、出貨場報警位置等，實時了解移動防護信號位置和使用狀態。

（2）防盜追蹤功能。在地圖中將貨場地域范圍設定為電子圍欄，移動式防護信號位置活動范圍限定在電子圍欄內，當移動式防護信號位置超出電子圍欄或定位裝置與防護信號分離時，系統自動報警，并能將報警信息自動發送至管理人員的移動客戶端，及時發現移動式防護信號位置異常情況，第一時間內追蹤收回移動式防護信號，確保防護信號的安全。

（3）集中管理控制功能。通過移動式防護信號安全監控管理系統可以實現集中管理控制，對移動防護信號的基本信息管理、日常交接清點管理、安撤作業管理、位置管理等工作進行有效管理，提高管理效率[6]。

（4）自動統計功能。自動存儲移動式防護信號出入庫、安設、撤除的操作記錄及移動軌跡，并進行數據統計處理，形成規范的記錄表，便于歷史數據追溯查詢。

2 鐵路裝卸作業移動式防護信號安全監控管理系統設計

按照定位管理系統、操作管理系統和軟件管理系統3個組成部分的功能分別制訂技術設計方案，并有機融合為一個功能完備的整體技術設計方案，具體如下。

2.1 定位管理系統

運用計算機網絡、無線通訊、衛星定位、光感傳感器、電池電源管理等技術，通過計算機網絡無線傳輸數據，服務器接收數據，進行處理及存儲，并通過計算機進行移動防護信號位置管理、防盜報警管理，從而形成完整的定位管理系統。移動式防護信號實景定位如圖2所示。

圖2 移動式防護信號實景定位圖Fig.2 Real location map of mobile protection signal

具體定位數據采集處理過程如下。

（1）采用GPS定位技術對移動式防護信號的位置進行準確定位，在地圖中實時顯示防護信號的準確位置，便于管理人員掌握監控防護信號的使用狀態。

（2）采用電子圍欄技術在地圖中劃定防護信號的移動范圍，限定防護信號在劃定范圍內使用，當位置超出范圍時系統報警，同時報警信號發送至移動客戶端。

（3）采用感光技術防止定位裝置與脫軌器分離而不能正確顯示防護信號位置，當定位裝置與脫軌器分離時，感應裝置感光發出報警信息，管理系統微機端和移動客戶端同時報警。

（4）采用震動傳感技術，當移動式防護信號裝置產生震動而位置發生改變時，立即喚醒電子設備并上傳數據。

（5）采用大容量電池，無需外接電源，電量可實時監控，提醒及時充電，保證系統正常工作。防護信號靜止一定時間后進入休眠狀態，執行低功耗省電模式，定時發送定位信息。

2.2 操作管理系統

操作管理系統采用無線傳輸、觸發攝像、指紋識別、音頻采集處理等技術，對移動式防護信號裝置的安設、撤除工作進行操作管理，在貨運值班室可以對移動防護信號移動軌跡、安撤狀態、安設位置及操作環節進行監控[6]，并自動記錄儲存。移動式防護信號安撤操作界面如圖3所示。

操作管理系統主要工作內容包括任務發布和移動式防護信號的出入庫、安設、撤除、交接清點等，具體操作管理內容如下。

（1）任務發布。貨運值班員根據裝卸車作業任務，在系統中發布作業任務，包括作業股道、作業班組、防護信號安設數量等。

圖3 移動式防護信號安撤操作界面Fig.3 Operation interface of mobile protection signal operation

（2）移動式防護信號出入庫。需要安設防護信號時，防護信號安撤權限人到防護信號存放處領取防護信號，并在系統中通過指紋識別進行出庫登記；撤除防護信號后需要入庫時，防護信號安撤權限人將交回防護信號存放處，并在系統中通過指紋識別進行入庫登記；系統實時顯示出入庫狀態，并自動生成出入庫記錄。

（3）移動式防護信號安設。采用指紋識別技術，安撤權限人到值班室在系統中錄入指紋進行安設登記，攜帶移動防護信號到達指定地點按規定安設在股道上，利用觸發技術，攝像裝置自動對脫軌器狀態拍照，與位置信息一并上傳到服務器，在監控系統上顯示，通過對講裝置請求確認權限人依據圖像進行安設確認，確認權限人指紋進行確認，通知裝卸班組開始作業。

（4）移動式防護信號撤除。裝卸作業結束，安撤權限人將防護信號從股道撤除，到值班室在系統中錄入指紋進行撤除登記，攝像裝置自動對脫軌器狀態拍照，上傳到服務器，在監控系統上顯示，通過對講裝置請求確認權限人依據圖像進行撤除確認，移動式防護信號入庫存放。

（5）移動式防護信號交接清點。交接班人員依據系統對防護信號的準確定位功能，在值班室系統上進行交接確認，交接內容包括位置和管理編號、數量等。

2.3 軟件管理系統

軟件管理系統是整個防護信號安全監控管理系統的中樞，實施防護信號的用戶分級、基本信息、位置信息、權限人設定、使用信息等管理。

（1）用戶分級管理。集團公司、貨運中心、營業部、營業網點實行分級管理，分配相應權限，在權限內進行監控操作。

（2）防護信號基本信息管理。包括防護信號管理編號、出廠編號、生產廠商、購置日期等。

（3）位置信息管理。繪制貨場股道，依據地圖設定電子圍欄，綁定防護信號，實時顯示防護信號位置，超出范圍立即報警。

（4）權限人設定管理。采用指紋識別技術設定系統管理權限人、防護信號安撤權限人和確認權限人，系統管理權限人有行系統設定操作，安撤權限人有權進行防護信號安撤作業，確認權限人有權對防護信號安撤狀態進行確認。

（5）使用信息管理。對防護信號使用信息數據自動進行整理，隨時查詢防護信號安撤作業的時間、安撤人、確認人、安設股道、安設數量，以及位置報警等歷史信息，便于事件分析。

2.4 應用效果分析

移動式防護信號安全監控管理系統在唐山貨運中心進行了應用，并取得良好效果，實現了移動式防護信號裝置的有效監管，保障了移動式防護信號安全，減輕了職工勞動強度，提高了作業效率[7]，具體如下。

（1）移動式防護信號安全得到進一步保障。采用定位和電子圍欄技術，限定了移動式防護的位置移動范圍，超范圍時自動報警，增強了移動式防護信號的日常安全管理，消除了移動式防護信號丟失、被盜的安全隱患。

（2）移動式防護信號安撤效率得到提高。應用該系統，省去了安撤確認人到現場確認過程，通過上傳圖片即可確認；采用指紋識別技術，省去了防護信號安撤、確認人工登記的過程，由系統自動進行記錄統計，工作效率明顯提高。

（3）移動式防護信號的管理途徑得到優化。按要求每日對移動式防護信號進行交接清點，由于防護信號實物分布不定，對實物進行清點耗費人力、時間，往往清點要求落實不到位。該系統采用定位技術，通過定位進行交接清點既簡便又能落實到位，減輕了職工勞動強度，保證了移動式防護信號的日常安全。

（4）移動式防護信號安撤程序得到有效落實。由于該系統操作簡便，程序自動記錄，減少了人為因素，因而避免了簡化程序、代登代簽等現象，消除了因程序落實不到位而產生的安全隱患。

3 結束語

移動式防護信號安全監控管理系統的開發應用，突破了移動式防護信號傳統使用管理模式，提供了對移動式防護信號的有效監控管理手段，實現了安撤作業過程的自動記錄、出現異常情況自動報警及集中控制，減輕了職工勞動強度，提高了職工落實標準的自覺性，解決了由于管理手段滯后而帶來的作業及運輸效率低的問題，消除了使用管理中的漏洞，保證了移動式防護信號的使用安全，特別是滿足了作為鐵路防溜防撞專用器材的安全管理要求。移動式防護信號安全監控管理系統的應用得到了現場的高度認可，具有廣闊推廣應用前景。移動式防護信號安全監控管理系統可引入到行車室，便于實時了解貨物線防護信號的安設情況，確保調車作業的安全[8]。