CAF-I型機車乘務員作業安全輔助系統設計與運用

陳錫龍

(中國鐵路廣州局集團有限公司機務處 廣東 廣州 510088)

列車在運行過程中會遇到各種影響運行安全的非正常情況，需要機車乘務員及時、準確地做出判斷并迅速采取相應處置措施。LKJ監控裝置解決了機務行車安全由人控到人機聯控再到全設備控制的管理機制，實現了列車運行的安全防控功能，但它對列車運行中機車乘務員操縱機車的標準化作業缺乏提示和監督指導功能。為解決以上問題，中國鐵路廣州局集團有限公司(以下簡稱“廣鐵集團公司”)聯合株洲廣義電子技術有限公司研發了CAF-I型機車乘務員作業安全輔助系統。系統結合LKJ運行記錄數據，在車載裝置中預設機車乘務員各種關鍵工作場景、安全因素，并根據機車GPS/北斗定位信息，實現了對機車乘務員作業程序的實時語音提示及監督指導功能。

1 設計思路

1.1 設計目標

(1)準確判斷機車乘務員當前所處的作業場景，實時提醒按標準作業。

(2)準確獲取機車的GPS/北斗位置信息，通知乘務員機車與前方信號機、土擋、禁停區等地面關鍵點的距離。

(3)將機車運行狀態、所處具體區段、公里標位置、速度、乘務員所做的操作等信息實時無線傳輸到地面管理中心，實現人-車-地協同工作。

1.2 設計原理

機車乘務員作業安全輔助系統可預設列車運行的特定工作場景，采用實時操作系統，通過RS485通訊端口，實時采集TAX端口的數據(例如：機車運行時的司機號、車次、站名、公里標、機車信號、列車管壓力、均衡風缸壓力等多項參數)，并通過系統綜合分析處理，對實際場景作出相應的語音提示。語音提示信息以文件形式存儲，存儲數據用U盤下載至分析終端，并通過專用的地面分析軟件進行分析處理。

2 系統構成

CAF-I型機車乘務員作業安全輔助系統由系統硬件和系統軟件構成(見圖1)。安裝了輔助裝置的機車，通過無線網卡自動將機車的位置、現場信息及各種狀態上傳給地面服務器。與服務器同一網絡的客戶端，即可通過網絡查看機車的位置、現場信息及即時的狀態，也可以通過服務器與機車聯系，向裝置發送有關指令。

圖1 系統結構示意圖

2.1 系統硬件

系統硬件包括車載部分和地面部分。車載部分由車載主機、語音提示應答器、TAX接線盒等組成；地面部分由P4微機、專用分析系統、U盤組成，包含服務器、分析終端等[1]。車載部分與地面部分通過轉儲U盤實現聯系(見圖2)。

圖2 車載部分與地面部分聯系圖

車載主機是CAF-I型機車乘務員作業安全輔助系統的核心部件。車載主機接口與語音應答器、LKJ等設備通過電纜連接，語音應答器的位置一般設在兩端司機室靠近司機位置窗戶的下方，主要是通過語音應答器對乘務員進行提示，并通過應答器拾取全程實時記錄司機室環境聲音，通過存儲記錄數據能夠了解系統工作狀態，并可作為乘務員作業安全的實時記錄(見圖3)。

圖3 車載主機外部連接圖

2.2 軟件設計

2.2.1車載主機軟件

車載主機通過MCU(微控制單元)監測485數據，控制語音提示單元、場景存儲記錄、數據下載、檢索分析、數據維護、配置錄音等[2]。車載主機軟件流程圖如圖4所示。當實際場景與預設場景相一致時，主機發出相應的語音提示，提醒乘務員按標準化進行作業。

圖4 車載主機軟件流程圖

2.2.2地面分析軟件

地面分析軟件通過轉儲媒介U盤，將機車運行的各類信息參數以及系統語音提示和人工操作的特定場景、音頻記錄等信息顯示在分析終端上供用戶進行數據分析和信息處理，其軟件工作流程圖如圖5所示。管理人員可通過地面分析軟件選擇某一臺機車的LKJ運行曲線、音視頻文件、場景提示及解鎖信息，對機車乘務員作業情況進行綜合分析評價。

3 系統運用

3.1 裝車運用

每臺機車安裝CAF-I型乘務員作業安全輔助系統，需要1臺車載主機、2個語音提示應答器、1個監控TAX接線盒、1根RS485通訊線、2根語音專用報警線，1根DC110 V電源線等連接電纜(見圖6)。系統實際運用中，必須滿足以下條件：平均無故障工作時間(MTBF)不得小于6 000 h；車載主機應與LKJ時間顯示一致；當某路應答器故障時，不影響其他功能；車載主機裝置出現嚴重故障不能正常工作時，允許司機切除運用。

圖6 系統裝車平面圖

3.2 實現功能

(1)存儲功能：準確記錄機車三大件操作、制動機使用、調車作業及單機進出庫等列車運行重要數據，便于事后分析取證。

(2)提示功能：實時語音報警，提示機車乘務員執行相應的規范操作或人工確認后可解除報警。

(3)衛星定位功能：通過GPS/北斗衛星系統對機車工作狀況進行全程準確定位，控制機車在運行途中的安全因素。

(4)無線傳輸及實時預警功能：通過實時無線傳輸，將機車運行狀態、所處具體區段、公里標位置、速度、乘務員所做的操作等信息顯示在地面管理中心解析軟件畫面上，地面也可以根據實時反饋側信息對機車乘務員進行遠程指導，真正起到實時預警防控的作用。

(5)記錄功能：記錄機車運行中乘務員操作的基本信息，包括機車、車次、時間、司機姓名、場景名稱、人工操作等信息。

(6)轉儲功能：可通過U盤將機車運行記錄的數據轉儲到地面分析軟件進行分析。

(7)檢索分析功能：通過地面分析軟件實現對轉儲的記錄信息進行檢索分析。

(8)數據維護功能：可實時更新和添加工作場景信息，便于日常數據庫維護。

4 結束語

CAF-I型乘務員作業安全輔助系統的裝車運用，實現了機車乘務員標準化作業的人機互控，彌補了LKJ監控裝置無法對機車乘務員的標準化作業進行語音提示和監督指導功能的缺陷，為機務安全管理提供有效的科學管理手段。系統在廣鐵集團公司投入使用以來，有效防止了多起因機車乘務員違反作業標準或遺漏作業程序而發生的惡性行車事故，極大地提升了機務現場作業安全控制，為鐵路機務安全生產穩定提供了可靠的設備保障。