施工安全防護系統(tǒng)研究

朱宗濤，朱攀峰，李亞亞

（1.中國鐵路蘭州局集團有限公司，銀川 750011；

2.北京思維鑫科信息技術(shù)有限公司，北京 100067；3.機械工業(yè)經(jīng)濟管理研究院，北京 100055）

隨著中國鐵路數(shù)次大提速以及大量新造車投入應(yīng)用，列車運行密度急劇增加，施工天窗期[1]被不斷壓縮，而鐵路線路施工復(fù)雜，具有施工作業(yè)區(qū)域大、線路長、作業(yè)環(huán)境條件差、施工周期短等特點[2]。既有施工安全防護主要采用人防為主、技防為輔的模式[3]，通常在站內(nèi)設(shè)置駐站防護員，施工區(qū)域設(shè)置現(xiàn)場防護員，列車接近施工區(qū)域時，由站內(nèi)防護員通過電臺通知現(xiàn)場防護員作施工撤離指示，存在由于施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣（雨雪、風沙、施工噪音等特點），導(dǎo)致施工人員撤離不及時，進而造成嚴重人身傷亡事故的情況。目前，國內(nèi)外很多學者就鐵路施工安全防護進行了研究，康燕仁[4]研究了基于紅外探測的鐵路施工安全防護報警系統(tǒng)，通過紅外等技術(shù)確定機車接近信息，并實時播報給施工人員。李博緒[5]等人研究了鐵路區(qū)間施工的防護報警問題，通過Zigbee等物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實時傳輸機車接近信息，實現(xiàn)施工安全防護報警功能。上述研究均是通過技術(shù)手段獲取機車接近信息，對于施工防護人員標準化作業(yè)管理以及設(shè)備故障后情況，并未提出有效解決方法。本文結(jié)合現(xiàn)場施工流程，通過對施工流程再造，結(jié)合LMD系統(tǒng)[6]（LKJ設(shè)備運行監(jiān)測系統(tǒng)）中機車實時運行位置信息和施工人員位置信息，采用“故障導(dǎo)向安全”策略，實現(xiàn)危險源接近報警、人員越界報警等功能，多途徑保證現(xiàn)場作業(yè)施工安全。

1 施工安全防護系統(tǒng)需求分析

當前，施工作業(yè)防護主要由施工負責人、站內(nèi)防護員、施工防護員、施工人員組成，施工負責人對施工整體負責，站內(nèi)防護員負責將機車接近施工區(qū)域信息給施工防護員，施工防護員負責通知并確認施工人員下道避讓。上述防護模式存在以下缺陷點[7]：

（1）站內(nèi)防護員依靠微機聯(lián)鎖信息掌握機車過站信息，信息來源單一；

（2）站內(nèi)防護員與施工防護員應(yīng)按照一定時間周期保持通信，存在防護員未嚴格執(zhí)行該項規(guī)定的現(xiàn)象；

（3）無法獲取接近施工區(qū)域機車的運行速度以及公里標；

（4）施工過程中，施工人員位置信息無法及時掌握；

（5）施工完成后，施工過程無有效手段查詢。

因此，系統(tǒng)功能需求如表1所示。

圖1 施工安全防護系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

表1 系統(tǒng)功能需求

2 施工安全防護系統(tǒng)架構(gòu)

施工作業(yè)人員與線路運行機車是本系統(tǒng)的兩大重要因素[8]，通過LMD系統(tǒng)獲取當前施工線路運行機車，通過移動無線網(wǎng)絡(luò)以及GPS/北斗定位技術(shù)獲取施工防護人員對應(yīng)防護公里標[9]，后臺服務(wù)器根據(jù)該信息進行運算處理，確認施工作業(yè)人員是否安全。當列車接近時，向作業(yè)人員提供聲、光、震動等安全預(yù)警信息，提示作業(yè)人員及時下道避讓；同時能夠在現(xiàn)場提交、接收作業(yè)單，在作業(yè)現(xiàn)場進行作業(yè)單流轉(zhuǎn)管理，從而形成鐵路安全生產(chǎn)的閉環(huán)管理。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，主要由施工防護服務(wù)器、作業(yè)終端組成，根據(jù)應(yīng)用帳號不同區(qū)分用戶類型。

3 基于“故障導(dǎo)向安全”策略的作業(yè)流程

根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)流程和“故障導(dǎo)向安全”策略，施工安全防護系統(tǒng)作業(yè)流程設(shè)計如圖2所示。

（1）施工負責人負責編輯施工作業(yè)內(nèi)容，確定施工防護作業(yè)人員；

（2）各崗位到崗后，應(yīng)確認到達作業(yè)地點，上傳施工GPS位置后，將自動生成作業(yè)施工安全電子圍欄；

（3）站內(nèi)防護員與施工防護員通話確認，了解位置及準備情況；

（4）施工負責人確認施工開始；

（5）施工過程中，站內(nèi)防護員間隔3～5 min與站內(nèi)防護員進行通信確認，一方未確認均會導(dǎo)致系統(tǒng)報警，提醒施工人員下道避讓；

（6）站內(nèi)防護員發(fā)現(xiàn)機車接近施工區(qū)域，通過終端向施工人員發(fā)送機車接近預(yù)警信息；

（7）系統(tǒng)從LMD系統(tǒng)獲取機車運行信息，計算機車接近施工區(qū)域時，也將向施工防護人員發(fā)送機車接近預(yù)警信息；

（8）施工結(jié)束后，由施工負責人確認施工關(guān)閉，施工作業(yè)記錄單封存并提交服務(wù)器。

圖2 基于“故障導(dǎo)向安全”策略的作業(yè)流程圖

4 施工安全防護系統(tǒng)功能

4.1 施工作業(yè)記錄單功能

系統(tǒng)將作業(yè)記錄單電子化，通過作業(yè)終端接收并管理作業(yè)單，實時記錄施工過程中人員操作信息并上報服務(wù)器，為管理人員提供標準化作業(yè)檢查依據(jù)，如圖3所示。

圖3 施工作業(yè)記錄單功能結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 作業(yè)人員分布顯示以及安全預(yù)警功能

服務(wù)器實時采集“作業(yè)人員位置”信息，并在地圖上以“人員圖標”方式顯示。服務(wù)器實時監(jiān)控站內(nèi)開通的每條進路距離每個作業(yè)人員的最短距離，估算區(qū)間上列車距作業(yè)人員的距離，當服務(wù)器的計算結(jié)果小于安全距離時，系統(tǒng)將發(fā)起危險報警。

（1）作業(yè)人員離線、越區(qū)報警功能

作業(yè)人員離線是指施工作業(yè)人員與服務(wù)器通信中斷，作業(yè)人員的越區(qū)是指作業(yè)人員遠離施工作業(yè)區(qū)域、超出施工作業(yè)安全電子圍欄，上述兩種方式均會導(dǎo)致系統(tǒng)報警。

（2）機車接近預(yù)警功能

系統(tǒng)獲取LMD系統(tǒng)中的機車運行信息，經(jīng)服務(wù)器計算機車距離施工位置約5 km/3 km/1 km時，分別發(fā)出機車接近預(yù)警信息，提醒施工人員下道避讓。施工防護人員接收該信息后應(yīng)予以確認，終端界面顯示如圖4所示。

圖4 機車接近預(yù)警功能界面顯示

（3）“心跳”保持功能

系統(tǒng)每3 min要求站內(nèi)防護員與施工防護員進行“心跳”確認，確認超時將會導(dǎo)致系統(tǒng)記錄并報警。

5 結(jié)束語

本文重點研究了施工作業(yè)安全防護方法，從現(xiàn)場需求出發(fā)，通過對施工作業(yè)安全的流程再造，采用“故障導(dǎo)向安全”的策略，基于LMD系統(tǒng)和移動定位技術(shù)構(gòu)建施工安全防護系統(tǒng)，有效降低了施工作業(yè)安全風險，最終通過現(xiàn)場應(yīng)用進行了系統(tǒng)驗證，為施工作業(yè)人員安全防護提供了有效的解決機制。但可以看到，由于GPS/BD在鐵路沿線存在盲區(qū)，導(dǎo)致無法完全實時獲取機車接近位置信息，下一步將重點研究基于智能圖像識別技術(shù)分析站場機車發(fā)車信息，增加安全防護信息來源，以提高系統(tǒng)可靠性。