鐵路營業線作業智能防護系統設計方案

摘要：文章在分析鐵路發展和鐵路營業線作業對智能防護需求的基礎上，提出了營業線作業智能化防護系統設計方案。該系統通過充分利用現有監控成熟技術和營業線防護作業標準，實現鐵路營業線作業過程的智能防護，當工作人員在鐵路營業線進行工務、電務、供電等作業過程中，作業區段前后方有列車經過時，防護系統能進行智能化、自動防護提醒，減輕防護人員的作業勞動強度，降低鐵路營業線作業安全事故率，提升鐵路營業線作業智能化應用水平。

關鍵詞：鐵路;營業線作業;智能防護;下道避車

0 引言

中國國家鐵路集團有限公司發布的統計數字顯示，截至2020年7月底，我國鐵路營業里程達到14.14萬km，其中高鐵達3.6萬km[1]。《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》提出，到2035年，全國鐵路網要建成人防、物防、技防“三位一體”的安全保障體系，全面提升安全水平、安全預防及管控能力、應急處置及救援能力，鐵路交通事故率、死亡率大幅降低[2]。鐵路“十三五”發展規劃指出，要全面提升安全監控自動化水平，應用物聯網、移動互聯和智能感知等技術，深化專業安全監測監控應用，建立集監測、監控和管理于一體的安全監管信息系統，實現安全生產動態信息實時監測監控[3]。

鐵路營業線工務、電務、供電的檢查、維修、養護作業人員的人身安全在作業全過程中均受到營業線上營運列車的威脅，是鐵路安全防護和安全監控的重點環節。建立基于智能感知、移動互聯的防護系統，能對營業線作業的安全生產過程進行實時監控和預警，降低鐵路交通事故率。

1 智能防護系統的需求

鐵路已開通運營的營業線路，需要在列車運營間隙對鐵路的基礎設施進行檢查、維修或改造等施工作業，主要包括軌道線路檢修或施工、橋隧檢修或施工、路基涵洞檢修或施工（以下簡稱工務作業），通信和信號設備檢修或施工（以下簡稱電務作業），接觸網和電力線路運行檢修或施工（以下簡稱供電作業）。在進行營業線工務、電務、供電作業時，為防止列車與作業地點的人員、材料機具刮撞而造成人員傷亡、設備損壞、經濟損失、行車中斷等事故，需根據不同的作業類型在作業地點設置防護。[=XTL（]鐵路營業線作業智能防護系統設計方案/何江斌[=JP2] 工務、電務、供電作業必須在施工和維修作業計劃審批完成后實施，施工和維修作業過程中均需按要求設置駐站聯絡員和現場防護員[4]。駐站聯絡員在施工和維修作業場所附近的車站駐守，在施工和維修作業前與車站值班員辦理施工、維修登記手續，向作業負責人傳達調度命令，隨時與現場防護員保持聯系，通報列車運行情況。現場防護員在鐵路營業線施工、維修作業現場主要采取瞭望防護的方法，當發現瞭望點有列車通過時，立即通知作業負責人停止作業，下道避車。

預防和卡控鐵路營業線和鄰近營業線施工安全事故、確保施工安全是鐵路工程建設安全風險管理的重要內容之一[5]。全國鐵路每年均有大量的營業線施工和維修作業，對營業線智能防護系統有大量的需求。最近幾年，鐵路營業線施工安全事故時有發生，引起了較為廣泛的關注[6]。現有的營業線施工和維修作業時，作業地點的人員主要依靠駐站聯絡員、現場防護員向施工作業負責人通報列車通過信息，以在列車通過作業地點前下道避車。這種防護方法在惡劣天氣、通信不暢、現場防護員疏忽、施工作業負責人疏忽、作業人員不掌握列車通過信息等情況下，易于發生行車安全事故。對此，可通過充分利用現有監控成熟技術及移動互聯、智能感知等技術，打造營業線智能防護系統，降低鐵路營業線作業安全事故，提升鐵路營業線作業智能化應用水平。

2 智能防護系統的原理和實現方式2.1 智能防護的響應方式

按照營業線防護的智能化程度，響應方式可分為全自動響應、半自動響應和人工響應三種。全自動響應可由系統自動發布指令到施工作業負責人，同步向作業點人員發布信息，無須人工干預;半自動響應可根據監控信息自動判斷，然后以鳴笛或消息閃爍方式提醒現場防護員，如需人工核實，可經現場防護員核實并確認后，系統再自動發布指令、發布信息;人工響應可根據現場防護員瞭望到來車方向有列車后，由現場防護員向施工作業負責人發布信息。

2.2 智能防護的原理和實現方式

智能防護的全自動響應，主要是駐站聯絡員與車站值班員確認列車信息后，在智能防護系統內進行列車通過信息錄入和確認操作，在車站對施工區段辦理閉塞時通過移動互聯發出預報，并在作業點向作業人員發布語音廣播預報;在車站對施工區段發車時，通過移動互聯發出確報，并在作業點向作業人員發布語音廣播確報;在列車接近作業現場時，通過北斗系統、移動互聯發出警報，并在作業點向作業人員發布語音廣播警報和立即下道的指令。

智能防護的半自動響應，主要是現場防護員在防護點分別安置遠點、近點激光探測裝置[7]。遠點激光探測裝置迎向來車方向，探測距離在1 000 m以上;近點激光探測裝置垂直于營業線方向，探測距離在5 m以上。遠點、近點激光探測裝置均每1 s發射一次探測激光，遠點探測裝置發現有列車通過時，以鳴笛或消息閃爍方式提醒現場防護員，經現場防護員核實并確認后，系統通過移動互聯發出警報，并在作業點向作業人員發布語音廣播警報和立即下道的指令。近點探測裝置發現有列車通過時，可自動發出下道避車指令。

智能防護的人工響應，主要是現場防護員按工務安全規則，瞭望到來車方向的列車后，由現場防護員通過對講設備，人工向施工作業負責人發布列車到來信息。

3 智能防護系統設計方案

3.1 智能防護系統的硬件配置

智能防護系統的硬件包括一個控制中心和多個施工作業模塊，每個施工作業模塊包括一個駐站聯絡點、一個現場防護點、一個施工作業點。

控制中心配置電腦、分級顯示屏、無線對講機、固定電話和手機。電腦安裝營業線智能防護系統，統籌監控多個施工作業點的防護運行狀態。分級顯示屏可顯示多個施工作業點的下道避車、工具和材料是否有遺漏、現場防護員及激光探測裝置工作情況等。無線對講機、固定電話和手機用于實時與駐站聯絡員、現場防護員、施工負責人保持聯絡，確認施工現場信息，必要時發布命令。

駐站聯絡點設駐站聯絡員一人，配置手提電腦、無線對講機和手機各一臺，手提電腦安裝營業線智能防護系統。手提電腦用于防護系統自動接入車站列車調度系統的列車信息，或由駐站聯絡員根據施工作業點的作業性質、作業時間在防護系統內錄入本區間、本時段內的列車信息，實時顯示防護系統的運行狀態、列車距施工作業點的距離、施工作業人員是否下道避車等情況。無線對講機用于實時與現場防護員、施工負責人保持聯絡，傳達調度命令。手機安裝防護系統APP和北斗位置芯片，可用于查看防護系統運行狀態、半自動響應和人工響應方式下的人工確認、通信聯絡等。

現場防護點設現場防護員一人，配置遠點、近點激光探測裝置一套、無線對講機和手機各一臺。遠點激光探測裝置迎向來車方向，探測遠距離方向有無列車通過;近點激光探測裝置垂直于營業線方向，探測到列車通過時自動發出下道避車指令。無線對講機用于實時與駐站聯絡員、施工負責人保持聯絡，通報現場激光探測裝置捕獲的防護信息。手機安裝防護系統APP和北斗位置芯片，可用于查看防護系統運行狀態、半自動響應和人工響應方式下的人工確認、通信聯絡等。

施工作業點配置語音廣播設備、視頻監控設備、無線對講機和手機各一臺。語音廣播設備用于廣播發布列車通過的預報、確報、警報、下道命令等語音通知。視頻監控設備用于傳遞施工作業人員是否按要求和命令下道避車、工具和材料等是否遺漏在線路上。無線對講機用于實時與駐站聯絡員、現場防護員保持聯絡，接收調度命令。手機安裝防護系統APP和北斗位置芯片，可用于查看防護系統運行狀態、現場防護員和施工區段擬通過列車的實時位置、通信聯絡等。

3.2 智能防護系統的軟件配置

防護系統的軟件設置電腦版和移動終端版，兩者之間互通。控制中心和駐站聯絡點的電腦均安裝電腦版軟件，控制中心和駐站聯絡點、現場防護點、施工作業點的手機均安裝移動終端版。軟件的主要功能包括：控制中心接收各施工點的施工信息、防護信息、施工區段列車通過信息、視頻監控及存儲，協調及發布命令;駐站聯絡點接入施工區段列車通過信息、傳達車站調度命令，發布預報、確報、警報;現場防護點通過激光探測裝置采集施工作業點的列車通過信息并分析、上傳、發布預警和命令;施工作業點上傳視頻監控信息、接收命令、發布語音警告信息等。

3.3 智能防護的分類及實現方式

3.3.1 智能防護預報及實現方式

智能防護預報，可將列車調度系統的列車信息接入防護系統，防護系統自動檢索施工作業點的作業性質（如封鎖、慢行等）、作業時間;也可由駐站聯絡員根據施工作業點的作業性質、作業時間錄入本區間、本時段內的列車信息。在營業線施工作業開始前，駐站聯絡員按規程辦好施工作業手續后，再與車站值班員確認通過施工作業點的列車信息。防護系統在對信息進行整合、數據分析處理后，自動比對防護系統是否設置有預案，若符合預案要求，則在車站值班員對施工區段辦理閉塞時即自動進行響應，防護系統自動通過移動互聯、無線對講設備發出預報。施工作業負責人和現場防護員在APP、無線對講設備上能即時接收到列車通過信息的預報，防護系統同時在作業點通過語音廣播設備向所有作業人員發布列車信息預報，提醒全體作業人員注意。

3.3.2 智能防護確報及實現方式

智能防護確報，是在列車信息已錄入防護系統、駐站聯絡員與車站值班員確認通過施工作業點的列車信息，已進行預報后，在車站值班員發出調度命令通知列車可以進入施工區段時，防護系統自動通過移動互聯、無線對講設備發出確報。施工作業負責人和現場防護員在APP、無線對講設備上能即時接收到列車通過信息的確報，防護系統同時在作業點通過語音廣播設備向所有作業人員發布列車信息確報，提醒全體作業人員做好下道避車準備。

3.3.3 智能防護警報及實現方式

智能防護警報，是在列車接近施工作業現場時，防護系統可以同時按全自動響應、半自動響應、人工響應模式分別對施工作業點的負責人、現場防護員和全體作業人員發出避車下道的警報。

智能防護警報全自動響應，是通過安裝在列車上的北斗系統自動向防護系統發出列車實時位置，在列車到達施工作業點規定的避車下道距離時，防護系統自動通過移動互聯、無線對講設備發出警報。施工作業負責人和現場防護員在APP、無線對講設備上能即時接收到列車距施工作業點的距離播報、語音或窗口警報、下道避車指令，防護系統同時在作業點通過閃爍紅燈和語音廣播設備向所有作業人員發布下道避車的指令。

智能防護警報半自動響應，是通過現場防護員在防護點設置的遠點、近點激光探測裝置發現有列車通過時，防護系統以鳴笛或消息閃爍方式提醒現場防護員，現場防護員核實并確認后，防護系統自動通過移動互聯、無線對講設備向施工作業負責人發出警報。防護系統同時在作業點通過閃爍紅燈和語音廣播設備向所有作業人員發布下道避車的指令。

智能防護警報人工響應，是現場防護員按工務安全規則，肉眼瞭望看到列車后，通過對講設備，人工向施工作業負責人發布警報，施工作業負責人再向全體作業人員發布立即下道避車的指令。

3.4 智能防護控制流程

鐵路營業線作業智能防護流程如圖1所示。

鐵路營業線作業智能防護系統屬于聯網交通監控，按各鐵路局集團管轄范圍設立局級防護系統，各局級防護系統聯網組成國家級防護系統。局級防護系統由各鐵路局集團負責管理運營，國家級防護系統由國鐵集團管理運營，局級防護系統服從國家級防護系統的統一指揮調度和管理、相互協調。

局級防護系統具體對轄區內的營業線作業防護進行跟蹤、監測管理和響應，國家級防護系統不進行具體響應和實際控制，但可對局級防護系統進行監管，同時國家級防護系統享有優先控制權。在特殊營業線地段、各局級管轄范圍交匯處，國家級防護系統可根據需要優先進行處置、發布指令，各局級防護系統應對國家級防護系統的指令進行響應。

4 結語

本設計方案在分析近年鐵路發展和鐵路規劃、鐵路營業線作業對智能防護需求的基礎上，對鐵路營業線作業智能防護進行了相關研究，對響應方式、智能防護分類、智能防護實現方式提出建議，擬定了鐵路營業線作業智能防護控制流程，旨在列車計劃進入、即將進入、進入施工作業區段時，能在最快的時間段內做出響應，發布下道避車指令，降低和避免鐵路營業線發生作業人員傷亡、設備損壞、經濟損失、營業線運營中斷等事故，同時可減輕駐站聯絡員、現場防護人員的作業勞動強度，提升鐵路營業線作業智能化應用水平。

參考文獻：

[1]中國國家鐵路集團有限公司.中國鐵路營業里程超14萬公里[EB/OL].http：//www.china-railway.com.cn/xwzx/ywsl/202008/t20200810_107563.html，2020-08-10.

[2]中國國家鐵路集團有限公司.國鐵集團出臺《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》[EB/OL].http：//www.china-railway.com.cn/xwzx/ywsl/202008/t20200813_107656.html，2020-08-13.

[3]中華人民共和國國家發展和改革委員會.鐵路“十三五”發展規劃[EB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2017-11/24/5242034/files/0c903bd66a9d47fd8acb4db8b9816aa9.pdf，2017-11-24.

[4]中國鐵路總公司.普速鐵路工務安全規則[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[5]賀廿生.鐵路營業線施工安全事故預防及卡控[J].鐵道工程學報，2016（5）：32-36.

[6]王秦濤.鐵路營業線施工安全事故預防及管控措施[J].智能城市，2020（10）：144-145.

[7]何江斌，陳國升.橋梁限高架主動提醒超高車輛的警示系統研究[J].西部交通科技，2019（11）：148-150.