固定式電動防護信號裝置智能監控系統的研究與應用

楊立志

(北京鐵路局 北京裝卸管理部，北京 100045)

固定式電動防護信號裝置智能監控系統的研究與應用

楊立志

(北京鐵路局 北京裝卸管理部，北京 100045)

目前，鐵路裝卸作業的固定式防護信號智能化程度相對滯后，制約鐵路運輸安全生產的發展。從設計依據、硬件結構、系統架構、系統功能及操作流程層面對固定式電動防護信號裝置智能監控系統進行研究。實踐表明，固定式電動防護信號裝置智能監控系統能夠在網絡控制和網絡視頻的基礎上，利用自動控制設備，在控制室中實現對固定式防護信號的安設和撤除，并且能夠實時監控關鍵作業環節和固定式防護信號的狀態，系統操作界面友好，安全可靠，可維護性和擴展性較強，盡可能地減少了作業人員的工作強度，有效提高裝卸作業效率，同時實現對鐵路裝卸作業中固定式防護信號的智能化管理。

固定式防護信號裝置；監控系統；自動化；智能化

1 概述

帶脫軌器的固定式防護信號作為鐵路裝卸作業的專業區段防護隔離設備，在鐵路貨物列車進行裝卸作業時，可以有效地防止其他機車、車輛進入該作業區段，從而確保裝卸作業人員的人身安全[1]。但是，目前鐵路裝卸作業固定式防護信號的智能化建設相對滯后，固定式防護信號的安設、撤除作業主要依靠鐵路裝卸作業人員或貨運員的手動操作，需要作業人員往返于作業場所、貨運室和固定式防護信號所在位置之間，作業過程較復雜，而且在實際操作中容易出現漏洞，造成固定式防護信號的安設、撤除作業落實不到位等安全隱患，制約鐵路運輸發展。

因此，為了強化安全管理基礎，加強生產過程控制，實現作業標準化、管理規范化的要求[2]，迫切需要加快鐵路裝卸作業固定式防護信號裝置的智能化建設，設計固定式電動防護信號裝置智能監控系統，實現在網絡控制和網絡視頻的基礎上，通過自動控制設備在控制室中實時控制和監視固定式防護信號的安設、撤除作業，解決作業人員作業強度大、操作繁復等問題，為鐵路運輸的安全生產發揮積極作用。

1.1 設計依據

固定式電動防護信號裝置智能監控系統的設計考慮主要以《鐵路技術管理規程》《鐵路貨物裝卸安全技術規則》為依據。

（1）在站內線路上檢查、修理、整備車輛或進行裝卸作業時，應在線路兩端來車方向的左側鋼軌處設置帶有脫軌器的固定或移動信號牌 (燈) 進行防

護，前后兩端的防護距離均應不小于 20 m，不足 20 m時，應將道岔鎖閉在不能通往該線的位置。

（2）進行裝卸作業前，裝卸工組應在貨物線兩端來車方向左側鋼軌上設置帶脫軌器的固定或移動式防護信號 (盡頭線路只在來車一端防護)。作業車停留位置距警沖標不足 20 m時，防護信號設在與警沖標相齊處。如果在同一線路上車輛分解后進行裝卸作業時，應在該線路的最前部與最后部車輛外端防護，分解間隔大于 40 m 時，可在間隔 20 m 以外處設置。

（3）同一線路上 2 個及以上工組同時作業時，應由最先開班作業的工組 (或專人) 設置防護信號，最后結束作業的工組 (或專人) 撤除防護信號。各作業工組(有專人負責設置、撤除防護信號除外) 應在防護信號上鎖掛工組標識，作業完畢及時摘除。除作業工組(或專人) 外，其他人員無權撤除防護信號。

（4）移動式防護信號使用完畢，應存放在不影響人身和鐵路交通安全的地點并加鎖。固定式防護信號定、反位須加鎖，鑰匙由專人保管。

（5）防護信號應統一編號、建檔管理，建立請領、使用、保管、維護、銷毀制度，并且落實到專人負責。

（6）將裝卸防護信號使用管理辦法納入《車站行車工作細則》《貨運管理細則》，建立聯系確認制度，貨運、裝卸人員對裝卸防護信號安設、撤除情況實施監控，推廣應用裝卸防護信號監控系統。

圖1 固定式防護信號裝置智能化系統硬件結構組成

1.2 硬件結構

固定式防護信號裝置智能監控系統以遵循中國鐵路總公司信息化發展總體規劃和安全技術規范為原則，充分整合利用鐵路現有信息資源和已經投產的計算機應用系統，實現多系統信息資源共享，具有良好的維護性、移植性和擴充性，同時具備系統界面友好、操作簡單、安全性高等特點。系統主要由室外設備和室內設備 2 部分組成。其中，室外設備包括：脫軌器、脫軌器驅動裝置[3]及其連接桿、信號表示器、網絡高清紅外高速球形攝像機、場邊作業箱等。室內設備包括：網絡設備、工業控制計算機、服務器等。系統硬件結構組成如圖 1 所示。貨場作業調度人員 (貨運值班員) 通過對講機通知裝卸作業班組進行裝卸作業，待裝卸班組做好作業準備請求安設防護信號后，裝卸值班員通過現場網絡高清紅外高速球形攝像機監控脫軌器、信號表示器狀態，啟動硬件電路控制子系統，命令機械執行機構驅動脫軌器驅動裝置，帶動脫軌器爬上鐵軌，同時轉動信號表示器正面對向來車方向，安設好防護信號。

固定式電動防護信號裝置智能監控系統的主要技術參數包括：系統總功率為 1.55 kW；系統電源電壓為交流 220 V；脫軌器驅動裝置電壓為直流 160 V；網絡高清紅外高速球形攝像電壓為交流 24 V，分辨率為 130 萬像素 (1 280×960)，最低照度為彩色0.05 Lux，黑白 0.01 Lux，信噪比為 64 dB，數字變倍為 16 倍；室外工作溫度為 -40℃～70℃，濕度≤95% (無結露)；絕緣電阻值為不低于 0.5 MΩ；防雷接地電阻為小于 4 Ω。另外，脫軌器非工作狀態時與鋼軌內側有不小于 68 mm 的間距 (軌面下 35 mm 處)，

高度不超過軌面 25 mm。

2 固定式電動防護信號裝置智能監控系統

2.1 系統架構

固定式電動防護信號裝置智能檢測系統使用可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller，PLC)、機械工程、計算機網絡、圖像處理、指紋識別、音頻處理等關鍵技術，通過計算機網絡傳輸數據，服務器接收數據，并且進行圖像數據處理與分析[4]。服務器在本地進行音頻的數字化并且標記存儲，必要時可以與視頻同步播放，系統通過計算機下達脫軌器狀態命令，本地 PLC 設備對命令進行解析與執行，從而形成一套完整的固定式電動防護信號裝置智能監控系統[5]，具體系統架構如下。

（1）圖像采集子系統。圖像采集子系統由脫軌器附近的燈桿上邊安裝的網絡高清紅外高速球形攝像機和安裝在其旁邊的輔助光源組成。該子系統輸出數字化圖像信號，并通過光纖傳輸通道輸送至遠端監控機房，實時監測脫軌器的位置狀態，同時監測脫軌器周邊的視頻情況[6]。

（2）音頻采集回放子系統。音頻采集回放子系統由對講機、連接電纜、語音卡和相關軟件組成，使用對講機作為音頻采集載體，將其音頻輸出連接到專用的語音卡上，再利用電腦對語音卡進行處理，從而實現音頻的處理、存儲、檢索和回放。

（3）指紋采集子系統。指紋采集子系統主要由指紋輸入機和相關軟件組成。由于該子系統需要進行指紋錄入，通過指紋識別相關工作人員及其相關權限，因而采用專用的指紋采集設備，接口方式為通用串行總線 (Universal Serial Bus，USB)。

（4）硬件電路控制子系統。硬件電路控制由 2 臺場邊作業箱組成，其內部集成各種電源電路，主要包括 24 V 交流電、36 V 交流電、160 V 直流電和 24 V直流電。PLC 是場邊作業箱的核心控制設備，由多臺固態繼電器控制機械設備的動作[7]。因此，該子系統可以實現圖像、到位信號的采集，電動脫軌器的安設、撤除和確認，以及信號表示器的點亮與熄滅等多種功能。

（5）機械執行機構。機械執行機構由脫軌器及其驅動裝置和信號表示器組成。機械執行機構主要由硬件電路控制，實現電動脫軌器的安設、撤除及信號表示器的轉換[8]。

（6）通訊服務裝置。通訊服務裝置由光纖收發器、網絡交換機和串口服務器組成，負責將網絡高清紅外高速球形攝像機的圖像數據和 PLC 數據上傳，實現視頻管理控制系統對 PLC 命令的下達 (通過串口服務器)和對網絡高清紅外高速球形攝像機的控制。

（7）圖像存儲子系統。圖像存儲子系統主要組部件為一臺網絡硬盤錄像機 (Net-harddisk Video Recorder，NVR)，用于存儲圖像數據，并且按照控制軟件的命令進行回放。

（8）后端服務器 (工業控制計算機)。工業控制計算機安裝在監控中心，其內部安裝相應的控制軟件，由控制軟件實現固定式電動防護信號裝置智能監控系統的所有工作過程，包括圖像展示、音頻錄制和存儲、音視頻同步回放、脫軌器動作，作業管理、系統維護、歷史信息查詢、報表打印等。

2.2 系統功能及操作流程

固定式電動防護信號裝置智能監控系統的功能主要包括：①實時記錄系統各設備的狀態變化，包括脫軌器狀態變化，信號表示器上的信號燈狀態變化等；②反映軌道上各設備的工作狀態和檢測參數，實現作業時間 (包括作業開始時間 (即安設到位時刻)、作業結束時間 (即撤除到位時刻)，以及進行作業的時間等) 的記錄和顯示，自動關聯圖像文件、語音文件，方便查詢和打?。虎郯l生脫軌器安設 (或撤除) 不到位、信號燈不亮、通信中斷、視頻圖像不正常等情況時，系統自動提示并且進行語音報警；④當設備故障或斷電時，可以進行人工操作。

固定式電動防護信號裝置智能監控系統的操作流程主要包括以下 4 個部分。

（1）系統登錄。擁有系統權限的鐵路貨場作業人員，可以通過指紋儀驗證指紋登錄系統 (特殊情況采用密碼登錄)。

（2）調度發布。發布調度作業命令的相關作業人員通過指紋儀登錄系統，驗明身份后新建調度命

令，選擇需要的股道、作業類別和接收人，點擊“確定”即可發布調度作業命令。調度列表顯示已經新建但尚未結束的調度，點擊“安排班組”可以安排或追加班組，勾選需要安排的班組，點擊“保存”即可安排班組。保存成功后，返回調度信息列表，可以對該調度繼續追加班組。

（3）防護信號安設。① 裝卸作業班組長通過現場電臺向裝卸值班室發出申請“某班組申請某道安設防護信號”；②值班室擁有安撤操作權限的人員回復“某班組申請某道安設防護信號，明白”，開始進行安設操作；③安設成功后，系統自動進入“安設確認”界面后進行語音提示，在擁有安撤操作權限的工作人員在確認無誤后點擊“安設確認”，通過指紋驗證確認安設成功，關閉此頁面返回防護信號管理主界面；④值班室通過電臺通知現場班組“某道安設防護信號成功，某班組可以開始作業”。班組長回復“某道安設防護信號成功，某班組明白”。⑤當線路增加班組作業時，在調度發布頁面進行追加班組操作，并通知某班組到現場進行裝卸作業，某班組到達現場后，由班組長通過電臺回復值班室“某班組已到達現場開始作業”。

（4）防護信號撤除。鐵路裝卸作業固定式電動防護信號裝置智能監控系統下防護信號的撤除作業流程與其安設作業流程類似，在此不再詳述。

2.3 應用效果

固定式電動防護信號裝置智能監控系統已經在北京鐵路局管內南倉、塘沽、滄州、宣化等 9 個貨場應用。該系統將電控部分安裝在現場執行機構旁邊，值班室通過遠程數據連接實現對執行機構的控制。同時，通過智能監控系統的軟件管理，將視頻監控設備的監控圖像和防護信號的安設、撤除過程有效聯系起來。操作、管理人員可以實時遠程掌握現場情況，也可在事后進行歷史查詢，方便相關作業人員進行回溯及打印相關數據。同時，該系統通過指紋錄入設備，完善了相關操作人員的權限和義務，強制要求防護信號裝置進行安設、撤除的每一個流程要有對應人員負責并留證，在很大程度上提高了固定式防護信號裝置管理的安全性和可靠性，深受現場廣大職工歡迎。鐵路裝卸作業固定式電動防護信號裝置智能監控系統現場安裝示意圖如圖 2 所示。

圖2 固定式電動防護信號裝置智能監控系統現場安裝示意圖

3 結束語

固定式電動防護信號裝置智能監控系統是在原手動操作固定式防護信號的基礎上，經過提升與發展設計開發的一種創新型產品，有效實現鐵路裝卸作業固定式防護信號的安設、撤除管理工作智能化，大幅度

提高裝卸作業效率，減輕職工勞動強度，對強化作業管理、保證生產安全起到積極作用，具有廣闊的應用前景。

[1] 楊 浩，何世偉.鐵路運輸組織學[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[2] 錢家驊.深入推進鐵路安全標準化建設的思考[J].鐵道運輸與經濟，35(12)：41-44.QIAN Jia-hua.Thoughts on Deeply Promoting Establishment of Railway Safety Standardization[J].Railway Transport and Economy，35(12)：41-44.

[3] 中華人民共和國鐵道部.30 脫軌器：TB/T 2903—1998 [S].北京：中國鐵道出版社，1998：5.

[4] 王宴平，郭 曉，葛 銳.光電固定固定式防護信號裝置系統的應用思考[J].鐵道貨運，2016(7)：48-51.WANG Yan-ping，GUO Xiao，GE Rui.Thoughts on Application of Opto-Electronic Fixed Prevention Signal System[J].Railway Freight Transport，2016(7)：48-51.

[5] 喻燕青，黃東林.智能型電動脫軌器系統方案設計[J].鐵道技術監督，2010，38(3)：46-50.YU Yan-qing，HUANG Dong-lin.Design of the Intelligent Electrical Derailment System[J].Railway Quality Control，2010，38(3)：46-50.

[6] 中華人民共和國鐵道部運輸局.鐵路綜合視頻監視系統技術規范 (試行)：運基通信 [2008] 630 號[A].北京：中華人民共和國鐵道部運輸局，2008.

[7] 中華人民共和國鐵道部運輸局.集控聯鎖電動脫軌器制造技術標準：運裝管驗[2010]598號[A].北京：中華人民共和國鐵道部運輸局，2010.

[8] 中華人民共和國鐵道部.列檢電動脫軌器及信號防護裝置安裝設計技術條件：TB/T 2053—2004[S].北京：中國鐵道出版社，2004：1.

（責任編輯 金艷萍）

Research and Application of Intelligent Monitoring System for Fixed Electric Protection Signal

Yang Li-zhi
(Beijing Administration of Loading and Unloading, Beijing Railway Administration, Beijing 100045)

At present, the development of fixed protection signal intelligence for railway loading and unloading operation is lagging behind, which restricts the safe production of railway transportation. This paper studies the intelligent monitoring system of fixed electric protection signal device from these aspects of design basis, hardware structure, system architecture, system function and operation flow. The practical result shows that the intelligent monitoring system of fixed electric protection signal device can realize the installation and removal of the fixed protection signal in the control room based on the network control and the network video. It can also monitor the key operations in real time and the status of fixed protection signal by using automatic control equipment. The system has a user-friendly interface with safe and reliable performance and strong maintainability and expansibility. It can reduce the working intensity of operators as much as possible and effectively improve the efficiency of loading and unloading operations, so as to realize the intelligent management of fixed protection signal in railway loading and unloading operation.

Fixed Protection Signal Device; Monitoring System; Automation; Intelligentization

1004-2024(2016)10-0054-05

TP399：U284.18

B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.10.11

2016-10-13

楊立志(1960—)，男，北京人，大學本科。

中國鐵路總公司科技研究開發計劃課題(2016X007-E)；北京鐵路局科技開發課題(2015BY21)