鐵路車務智能防溜作業管理系統研究與應用

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、作業車等發生溜逸危害極大，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、財產損失等，造成重大行車事故。鐵路車務防溜作業一直是鐵路車務部門作業的重點與難點。針對車輛防溜的問題,除了要制定詳細的作業管理辦法和作業流程外,還需積極研發各種智能化的防溜設備及監控手段,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測,減少車輛溜逸等問題的發生。

1 防溜器具發展現狀和目前存在的問題

1.1 發展現狀

針對機械防溜鐵鞋，國內部分科研院所和企業進行了有關智能防溜鐵鞋的研究和探索，只是適當的增加了部分信息化功能，由于技術功能規劃方面的缺陷或者與現場實際作業情況契合程度不高，嚴重影響了智能化鐵鞋的實用推廣。經過大量國內相關產業調研，總結下來國內智能鞋目前主要停留在如下階段，技術分類整理如下：

（1）在原有機械鐵鞋的基礎上，增加一些電子標簽，通過手持終端，內置電子標簽閱讀器（有單獨手持終端、也有共享復用調車電臺終端），現場讀取鐵鞋標簽，發送到數據平臺，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、鐵鞋姿態等不能遠程在線監控，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）在傳統的機械鐵鞋的基礎上，需要信號樓和現場兩人協作布防，現場作業人員布防、撤防操作，電臺口呼溝通，信號樓作業人員，通過電腦軟件拖曳擺放鞋子來實現鞋子的布防、撤防狀態和股道占用信息。

（3）在傳統機械鐵鞋的基礎上，內置了物聯網模塊和電池，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，以及設置布防股道。缺點是股道的設置還是以手工設置、布防為主，很大程度上取決于作業人員的經驗和狀態，容易誤布股道，無從糾正發現。同時增加一個專用的遙控終端增加了維護成本，降低了系統可靠性和使用便捷性。

1.2 目前車務防溜作業管理中主要存在以下實際困難

（1）缺乏防溜作業監控——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，容易發生行車事故。

（2）缺乏防溜狀態監測——防溜鐵鞋在布防和撤防過程中，狀態的在線監測，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，不利于行車安全。

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

（4）防溜器具存放和保管方式管理粗放：現場作業過程中，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，使用狀態未作信息化跟蹤記錄。

為此，結合車務防溜作業管理的實際，針對性的解決以上問題，迫切需要開發一種車務智能防溜作業管理系統（智能鞋在線監測和預警系統），具備防溜鐵鞋布防、撤防在線監測、安全預警功能，同時提供其它防溜器具的管理功能，通過技術創新減輕防溜作業的勞動強度，提高作業管理安全性。在整個項目系統規劃和實施過程中，項目組集思廣益，充分調研現場實際作業需要，充分采用最新的科技手段，在上海局合肥車務段和南翔站做了大量的現場試驗和試點工作。

2 智能運營管理體系架構

2.1 研發目標

開發一套能夠解決現場實際問題的車務智能防溜管理系統（智能鞋在線監測和預警系統），通過鐵路內部局域網遠程獲取車務防溜作業過程數據，遠程監控防溜作業過程的規范性，遠程監測防溜鐵鞋的布防撤防狀態；及時發現防溜作業問題，及時采取措施，減少不規范作業引起的安全事故。智能鞋采用智能物聯網技術，實現鐵鞋的布防、撤防作業過程，以及鐵鞋的輪距、軌面密貼、拉鞋異動等狀態監測，以及智能鞋的閉環位置跟蹤。其中鞋體的設計采用兩種方式：一種普通型采用現有防溜鐵鞋鋼板結構設計，兼容現有鐵鞋材質和技術要求。另外一種增強型采用高分子復合材料，替換現有鋼板材質，通過技術革新，減輕鐵鞋的重量，降低現場作業人員的勞動強度。

2.2 基本原理

車務智能防溜作業管理系統主要由智能鞋完成其防溜狀態檢測，并向系統平臺提供信息，由監控客戶端完成警示項目的聲音和圖像警示，提醒作業者做相應的檢查。

智能鞋內部設有主板、無線數據通訊模塊、傳感器、融合定位模塊及電池管理電路等。主板總體負責所有部件的協調、開關、數據采集、電池充放電管理、發送和接收平臺信息等。

布防時,作業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檢測并通過無線通信網絡向系統平臺發送XX鐵鞋布防信息，同時開始采用超聲波雷達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，并根據融合定位情況自動判別股道信息，布防狀態下，一旦超過了其警示的閥值，鐵鞋將向系統平臺發送相應的告警信息。

撤防時，作業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檢測并通過無線通信網絡向系統平臺發送XX鐵鞋撤防信息。鐵鞋撤防以后，如果作業人員沒有將鐵鞋帶走，仍然遺留在鋼軌上，X分鐘后鐵鞋將發送警示信息給系統平臺，如果鐵鞋撤防后 超過設定時間還沒有送入鞋柜充電，系統也將告警提示，并開啟鐵鞋的北斗定位追蹤功能。

2.3 系統功能

車務智能防溜作業管理系統是以智能鞋為基礎，通過融合傳感器檢測、無線通訊、高精度定位等信息化技術，以智能鞋、智能鞋柜、無線通信基站、服務器客戶端為載體，通過優化車輛防溜作業流程，實現防溜安全卡控與監測的目標。根據《鐵路技術管理規程》及《防止機車車輛溜逸管理辦法》的要求。車務智能防溜管理系統（智能鞋在線監測和預警系統）規劃實現如下功能：

（1）自動識別鐵鞋與輪對的距離：目的監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，智能鞋會主動發送告警信息，防止車輛意外溜逸。

（2）自動監測鞋底與軌面的蜜貼程度，正常布防到位，鞋底應該緊貼柜面，不然就是發現鐵鞋布防不到位。

（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傳感器，及時發現鐵鞋的姿態。

（4）自動布防、自動定位功能，鐵鞋布防的自動發現股道號，所見即所得，無須認為設定股道號。

（5）備智能充電鞋柜閉環管理功能，自動記錄鞋子進柜充電、出柜布防時間。撤防狀態長期不入柜，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)。

鐵路車務智能防溜作業管理系統功能實現如圖1所示。

圖1 鐵路車務智能防溜作業管理系統功能

2.4 系統特點

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

（2）多樣的狀態呈現。作業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作業的實時狀態，用戶也可通過語音播報系統發布重要的信息并播報到其他客戶端；

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

2.5 系統構成

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

圖2 系統組成

車務智能防溜作業管理系統由智能鞋、智能鞋柜、無線通信基站、監控管理系統軟件及其它附件構成。

（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、無線數據通訊模塊等部分組成，鞋體由高分子復合材料成型，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、電磁兼容性等技術參數符合國標和鐵標規定，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，準確區分防溜有效、防溜無效；具備無線通信功能，實時自動上報鐵鞋工作狀態；支持定位，可自動判定設防股道，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；準確識別鐵鞋的歸位狀態，并實現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，負責站內物聯網絡覆蓋；與智能鞋通信，實時獲取鐵鞋防溜狀態及所處位置；與智能鞋柜通信，實時獲取鞋柜及柜內設備狀態。

（4）系統軟件

系統軟件包括服務端軟件和客戶端軟件。服務端軟件重點完成數據的采集、處理和分發；客戶端軟件其主要作用是直觀和動態顯示鐵鞋及各種防溜器具在股道上的位置和狀態；記錄并存儲防溜操作的器具、時間、操作等相關信息，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，并向鐵鞋發送布防或撤防的指令。其功能主界面如圖3所示，可實現：站內各種防溜器具在股道布防的位置及實時狀態顯示；鐵鞋智能布防、撤防或人工布防、撤防時相關信息顯示；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

該系統能夠遠程監控防溜作業過程，遠程監測鐵鞋的工作狀態，能夠對鐵鞋的防溜密貼、放置到位、鐵鞋異動、漏撤、誤撤、非正常撤除等狀況進行監測，并將信息上傳服務器，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電子占線板上同步顯示。當鐵鞋狀態的變化和告警狀態自動上傳管理系統平臺，電腦管理平臺、智能防溜作業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。系統減輕了作業巡檢勞動強度,提高了發現問題的實時性和便捷性，提升了安全管理水平。另外，該系統還具備鐵鞋充電遠程監控、電量遠程監控、鐵鞋北斗定位追蹤、自動生成作業臺帳、防溜器具（鐵鞋、木止輪器、緊固器）存放管理等功能。試用結果表明，該系統功能符合現場需求、操作簡單方便，性能穩定可靠。

3 結束語

車務智能防溜作業管理系統將新一代的智能鞋和傳統防溜設備（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智能化程度和日常維護效率，在對智能鞋作業和狀態進行全時實時監控的同時兼顧傳統防溜設備的維護管理，用戶通過局域網內的任意一臺電腦運行客戶端軟件即可以全面掌握站場內防溜作業的情況。該系統自2020年1月在上海鐵路局南翔站張廟車站安裝使用至今，系統運行穩定，使用安全，操作簡單，維護方便，提高了防溜作業工作效率和安全性，獲得了車間管理人員的一致好評。系統的社會效益和經濟效益主要體現在以下方面：系統投入運用有利于提高防溜作業安全管理。系統的運用，能夠及時發現問題并能及時處理問題，大大減少防溜布防不到位導致車輛溜逸、以及漏撤拉鞋等安全隱患。通過科學技術保安全，對確保車站作業安全有直接的作用。車務智能防溜作業管理系統的研發成功，可以應用到鐵路系統相關的調車編組站場，中間站等等，在上海路局范圍內，預計有600-800個防溜作業點可以安裝該設備，從而實現在提高防溜作業管理效率和防溜作業安全性的同時降低人力成本。