智聯(lián)鐵脈車地聯(lián)控技術在冶金鐵路安全中的應用研究

一、前言

冶金企業(yè)鐵路運輸是連接鐵前、煉鋼、軋鋼等工序的核心紐帶，作業(yè)環(huán)境復雜，存在高溫、粉塵污染、安全風險高。傳統(tǒng)人工調度有信息滯后、協(xié)同效率低等問題，亟須智能化升級。

車地聯(lián)控技術是融合了5G通信、物聯(lián)網、智能感知等多種先進技術的創(chuàng)新解決方案，構建全方位運輸信息網絡。智能感知技術可精準監(jiān)測機車運行速度、位置、設備狀態(tài)等參數。

以湖北某鋼企應用為例，該系統(tǒng)顯著提升了運輸安全與效率。調度員可實現(xiàn)精準調度與任務優(yōu)化。系統(tǒng)有智能預警功能，對超速、設備故障等異常情況即時觸發(fā)警報并啟動控制措施，能預防事故發(fā)生，該技術還強化了生產工序協(xié)同機制。

因此，深入研究車地聯(lián)控技術在冶金企業(yè)鐵路安全管理中的應用有重要意義，推動整個冶金行業(yè)鐵路運輸智能化安全管理發(fā)展[。

二、車地聯(lián)控技術的核心架構與關鍵功能

（一）技術原理與系統(tǒng)組成

車地聯(lián)控系統(tǒng)構建了一個高度集成、智能協(xié)同的一體化管控體系，主要由車載安控系統(tǒng)、地面安全監(jiān)控系統(tǒng)以及移動端App這三大關鍵模塊組成，實現(xiàn)了對冶金企業(yè)鐵路運輸的全方位、實時化監(jiān)控與管理[2-3]。

1.車載安控系統(tǒng)

作為機車運行的智能核心，該系統(tǒng)集成高精度定位模塊（北斗/GPS）、視覺識別攝像頭、語音交互終端及自動控車設備，構成全方位實時監(jiān)測網絡。

（1）定位模塊：米級精度衛(wèi)星定位，實時追蹤機車位置。（2）視覺識別：AI算法解析環(huán)境信息（道岔狀態(tài)、障礙物等）。（3）自動控車：異常時自動調整車速或制動，保障安全。（4）語音交互：支持司機語音指令查詢任務、接收預警。各設備通過5G網絡實時上傳速度、位置等數據至地面系統(tǒng)，為調度提供精準支持。

2.地面安全監(jiān)控系統(tǒng)

地面安全監(jiān)控系統(tǒng)利用數字孿生技術構建廠區(qū)鐵路三維模型，實現(xiàn)運輸場景三維可視化。該系統(tǒng)整合多源數據，構建鐵路運輸信息數據庫，確保機車運行安全。

3.移動端App

移動端App為調度員與司機提供實時交互界面，打造“移動指揮中心”。調度員可在線下發(fā)送運輸任務分配、機車調度等指令，司機實時接收并確認，保障作業(yè)精準執(zhí)行。系統(tǒng)實現(xiàn)“車一地一人”三方信息實時同步，顯著提升鐵路運輸協(xié)同效率與管理水平。

（二）關鍵技術突破

1.5G專網通信技術

針對冶金廠區(qū)電磁與多金屬干擾難題，5G工業(yè)專網憑高速率、低時延實現(xiàn)機車與地面系統(tǒng)毫秒級數據交互。其傳輸速率較4G有質的飛躍，能實時傳輸機車速度、位置及設備狀態(tài)數據，確?？刂浦噶罹珳仕瓦_。

2.高精度定位與視覺識別融合

UWB定位技術結合AI視覺算法，解決工業(yè)場景定位精度不足的問題。UWB靠超寬帶信號實現(xiàn)厘米級定位，AI視覺實時識別道岔狀態(tài)、障礙物等環(huán)境信息。二者融合后，系統(tǒng)精準判斷機車位姿，在道岔通行時同步驗證道岔位置與機車相對距離，形成雙重安全校驗機制。

3.自動控車與人工干預協(xié)同

針對冶金鐵路復雜工況，系統(tǒng)在機車冒進信號、設備故障等緊急情況下自動觸發(fā)緊急制動，同步推送故障分析及處置步驟至司機端，且支持人工干預。通過“智能控制為主、人工干預為輔”機制，融合自動系統(tǒng)快速響應與人工操作靈活優(yōu)勢，構建雙重安全保障體系。

三、冶金企業(yè)鐵路運輸安全管理現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

（一）傳統(tǒng)安全管理痛點

1.信息孤島問題突出

傳統(tǒng)冶金企業(yè)鐵路運輸存在“信息孤島”問題，調度系統(tǒng)、機車監(jiān)控系統(tǒng)和地面信號設備各自獨立運行，數據相互隔離，無統(tǒng)一平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通。司機可能延遲接收指令，調度員難掌握機車實際位置，易引發(fā)多機車駛入同一軌道的運行沖突。同時，地面信號設備數據無法實時回傳系統(tǒng)，故障發(fā)生時難以及時預警，致使調度員和司機無法提前采取應急措施，安全事故風險大幅提升。打破數據壁壘、構建集成化信息平臺成為行業(yè)安全升級核心需求。

2.人工干預依賴度高

冶金企業(yè)鐵路運輸關鍵環(huán)節(jié)依賴人工操作。調車作業(yè)靠司機經驗判斷車輛位置及編組。道口監(jiān)護靠人工觀察。交通高峰或惡劣天氣時，人工監(jiān)護難以準確判斷通行情況，易引發(fā)事故。據統(tǒng)計，人為因素占行業(yè)事故 60% 以上，疲勞與誤操作是主因，智能化升級迫在眉睫。

3.設備老化與環(huán)境適配性差

冶金企業(yè)鐵路信號設備在高溫、粉塵環(huán)境下故障頻發(fā)，傳統(tǒng)人工巡檢效率低、隱患難預警。在設備老化 +環(huán)境適配差雙重壓力下，故障頻發(fā)擾亂運輸秩序，安全事故風險驟增。

（二）新形勢下的安全管控需求

隨著冶金企業(yè)產能提升及綠色化改造推進，鐵路運輸呈“大運量、高頻次、多品種”趨勢，對安全管理的要求更高。

1.工序協(xié)同精度

冶金鐵水運輸溫度穩(wěn)定性影響煉鋼能耗與質量，溫度每降 10^°C ，煉鋼能耗增加 1.5% 。車地聯(lián)控技術靠路徑優(yōu)化與精準控速保障溫度：系統(tǒng)實時規(guī)劃最優(yōu)運輸路徑，規(guī)避擁堵、繞行致溫降；動態(tài)調控機車速度，確保鐵水準時穩(wěn)定送達。該技術將煉鋼工序協(xié)同精度提升 30% ，實現(xiàn)能耗與效率雙優(yōu)化。

2.應急響應能力

冶金鐵路運輸中脫軌、碰撞事故威脅生產安全。車地聯(lián)控技術構建實時監(jiān)測—預警一處置閉環(huán)應急機制：機車搭載傳感器與5G傳輸，實時追蹤速度、位置、設備狀態(tài)；異常情況觸發(fā)秒級預警（超速、脫軌、故障）；調度員即刻啟動預案，遠程停車并調度救援，實現(xiàn)損失最小化。

四、車地聯(lián)控技術在冶金鐵路安全管理中的應用實踐一一以湖北省某鋼企為例

（一）項目實施背景與目標

湖北省某鋼企鐵水運輸量達日均1.3萬噸，此前依賴人工調度，日均僅45趟。鐵水到站溫度波動 ±30^°C 推高煉鋼能耗且影響鋼質。人工對講機溝通易受干擾，安全隱患大。

2023年該企業(yè)啟動車地聯(lián)控項目，系統(tǒng)有三方面升級目標：一是效率方面，優(yōu)化調度提升日均運輸頻次；二是安全方面，實時監(jiān)測預警降低事故率；三是協(xié)同方面，信息共享實現(xiàn)鐵水運輸與煉鋼工序無縫銜接。

（二）系統(tǒng)部署與實施路徑

1.硬件改造

湖北某鋼企完成14臺機車硬件升級，賦能車地聯(lián)控。車載設備集高精度定位模塊與高清攝像頭（實時捕捉環(huán)境隱患），5G終端秒傳數據至地面系統(tǒng)。高精度定位模塊可實時準確確定機車的位置信息。高清攝像頭用于實時捕捉機車周邊的環(huán)境圖像，借助圖像識別技術及時發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患。利用5G網絡高速傳輸能力，將機車運行數據、圖像信息等實時傳輸至地面安全監(jiān)控系統(tǒng)。地面感知方面，實現(xiàn)運行數據、環(huán)境風險全鏈路監(jiān)控，筑牢運輸安全基座，如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結構圖

2.軟件平臺搭建

湖北某鋼企依托5G技術打造鐵水運輸指揮調度平臺“智慧大腦”。全流程管控：整合機車數據、調度計劃、設備狀態(tài)，實現(xiàn)運輸數字化管理。精準調度：實時追蹤機車位置、速度，動態(tài)優(yōu)化運輸路徑。智能預警：異常狀況秒級報警并給出處置建議，輔助調度員高效決策，如圖2所示。

3.聯(lián)調與優(yōu)化

在系統(tǒng)部署完成后，湖北省某鋼企試運行3個月，其間遇到了諸多技術難題。一是網絡優(yōu)化方面，增加基站、調整布局消除信號盲區(qū)。二是算法升級，迭代定位模型，使數據延遲從秒級降至毫秒級。經持續(xù)聯(lián)調，系統(tǒng)可靠性達 99.9% ，實現(xiàn)機車一地面全鏈路穩(wěn)定交互，為車地聯(lián)控技術的穩(wěn)定運行和應用奠定了堅實基礎。

（三）實施效果分析

1.安全性能顯著提升

實時追蹤 + 沖突預警降低了機車追尾事故發(fā)生率。視覺識別系統(tǒng)安裝在機車上，能夠自動檢測道口行人、車輛侵限情況。當有行人或車輛進入鐵路限界時，系統(tǒng)會迅速識別并發(fā)出報警信號，報警響應時間小于2秒，侵限事故減少 90% 。

2.運輸效率大幅提高

在車地聯(lián)控技術的支持下，湖北省某鋼企的鐵路運輸效率顯著提升。日均運輸趟數從45趟大幅增至60趟，鐵水罐周轉率達到6.5次/日（歷史峰值）。鐵水運輸溫控優(yōu)化使到站溫度同比提升 21.6^°C ，煉鋼能耗下降 3% 為企業(yè)帶來顯著的經濟效益。

3.管理模式智能化轉型

車地聯(lián)控項目實施，推動了湖北省某鋼企鐵路運輸管理模式向智能化方向轉型。調度員通過鐵水運輸指揮調度平臺，可以實時監(jiān)控機車狀態(tài)（如機車位置、運行速度、設備運行情況等）。作業(yè)指令下發(fā)方面，調度指令下發(fā)時間從5分鐘壓縮至30秒。移動端App實現(xiàn)任務簽收、異常秒報，管理效率提升 40% ，有效提高了企業(yè)的運營管理水平。

五、車地聯(lián)控技術應用的效益與推廣價值

（一）經濟效益

直接成本節(jié)約：燃油消耗月均降5.3噸（年省30萬元），設備維護成本降 15% ，還減少了對環(huán)境的污染。

間接效益提升：穩(wěn)定的鐵水溫度還有助于提高鋼水的質量，減少次品率，進一步提升了企業(yè)的經濟效益和市場競爭力。

（二）安全與社會效益

1.構建本質安全體系

車地聯(lián)控技術在冶金企業(yè)鐵路運輸中的應用從“人一車一環(huán)境一管理”四要素入手，構建一個全方位、多層次的本質安全體系。提高管理效率和決策科學性，使得安全管理更加精準、高效。

“人一車一環(huán)境—管理”四要素聯(lián)動的安全管理模式實現(xiàn)雙控升級，完成“被動應急一主動預防”轉型，契合國家風險分級管控與隱患排查治理機制。湖北某鋼企應用后，鐵路事故率銳減。為企業(yè)的安全生產提供了

有力保障。

2.推動行業(yè)智能化升級

圖2系統(tǒng)功能圖

湖北省某鋼企在車地聯(lián)控技術應用成功，為冶金行業(yè)智能化升級提供了寶貴的經驗和借鑒。該技術具有可復制性、通用性強的特點，在冶金、化工、礦山等擁有鐵路專用線的企業(yè)中應用前景廣闊。

六、車地聯(lián)控技術應用的挑戰(zhàn)與對策

（一）主要挑戰(zhàn)

1.技術集成難度大

多品牌機車、信號設備協(xié)議、接口不統(tǒng)一（如通信頻率、數據格式差異），需開發(fā)兼容性中間件實現(xiàn)跨設備協(xié)同。研發(fā)過程需大量人力物力投入，且面臨技術適配成本高、周期長等風險，成為系統(tǒng)落地核心難點。

2.人員技能不匹配

傳統(tǒng)司機慣于人工操作，面對車地聯(lián)控系統(tǒng)時存在智能化技能缺口。調度員從“經驗決策”轉向“數據決策”，需掌握分析工具、重構管理流程，基于機車軌跡、任務進度、設備狀態(tài)等數據科學決策，新舊模式切換成轉型關鍵阻力。

（二）對策建議

1.強化技術標準化

行業(yè)協(xié)會需牽頭制定車地聯(lián)控系統(tǒng)統(tǒng)一接口、通信協(xié)議標準，降低集成成本。推動廠商聯(lián)合攻關，制定兼顧企業(yè)差異的標準，確?？刹僮餍?。

2.構建“培訓 + 考核”體系

一是搭建仿真平臺，供司機演練車地聯(lián)控操作，調度員模擬數據決策場景。二是分崗分層培訓，定制化課程匹配崗位需求與技能短板。三是嚴控上崗資質，實施系統(tǒng)操作考核，達標者方可持證作業(yè)。

3.探索多元化投資模式

引入第三方承接車地聯(lián)控系統(tǒng)建維升級，企業(yè)分期付服務費，合同期滿回收所有權。第三方通過運營優(yōu)化共享節(jié)能增效收益，政企聯(lián)動加速技術普及。

七、結語

車地聯(lián)控技術通過數據交互與智能控制，破解冶金鐵路運輸信息孤島與效率瓶頸，實踐驗證其安全、經濟雙重價值。未來可結合5G-A、數字孿生技術，實現(xiàn)“生產一物流一能耗”全鏈協(xié)同，助力行業(yè)高質量發(fā)展。

參考文獻

[1]張正光，李國寧，田俊鵬，等.鐵路專用線車地聯(lián)控系統(tǒng)的研究與設計[J].鐵道標準設計，2013（01）：115-118.

[2]徐天英.南鋼機車車地聯(lián)控系統(tǒng)的設計與應用[J].南鋼科技與管理，2020（02）：14-18.

[3]劉兆健.中國列車運行控制系統(tǒng)的技術解析[J].城市軌道交通研究，2009，12（12）：83-86.

作者單位：寶武集團鄂城鋼鐵有限公司

責任編輯：張津平尚丹