鐵路防溜器具自組網智能定位追蹤裝置研究

張延波 王志行 于春曉

摘要：鐵路場站中大量使用的無網無源防溜器具（如鐵鞋）普遍缺乏有效的定位追蹤手段，在日常使用中主要依靠人為監管，無法實現有效的全天候管理，造成潛在的風險。文章分析了國內外的鐵路場站防溜器具的研究現狀，針對其弊端，介紹了一款適用于鐵路防溜器具保管、作業、巡檢等全流程使用場景的智能化系統，自組網智能定位追蹤裝置在不破壞和影響鐵路防溜器具既有形態的情況下，實現對鐵路防溜器具的集中式智能化管控，并建立與使用和管理人員之間的對應連接關系。

關鍵詞：無網無源防溜器具;智能化管控;智能定位追蹤

中圖法分類號：U298文獻標識碼：A

Research on AD hoc intelligent positioning and tracking device forrailway anti-slipappliance

ZHANG Yanbo，WANG Zhixing，YU Chunxiao

（Handan Station of China Railway Beijing Bureau Group Co.，Ltd.，Handan，Hebei 056000，China）

Abstract：A large number of netless passive anti-slip devices （such as iron shoes） used in railway stations generally lack effective means of positioning and tracking， mainly rely on artificial supervision in daily use， unable to achieve all-weather effective management， resulting in potential risks. This paper analyzes the research status of railway depot anti-running equipment at home and abroad， according to its defects， introduces a suitable for railway anti-running equipment storage and operation，checking and other intelligent systems of usage scenarios of the whole flow， ad-hoc network intelligent positioning tracking device without damage and affect the railway anti-running equipment in the form of both cases， the implementation of intelligent railway anti-running equipment centralized control， and establishes corresponding links with users and management personnel.

Key words： no-network passive anti-slip device， intelligent management and control，intelligent positioning and tracking

21世紀以來，大數據、云計算、物聯網、人工智能等技術迅猛發展，“創新、智能”成為發展的主題。信息化、智能化正在鐵路各個主要領域滲透，這就要求鐵路加強信息化建設。車站智能化、信息化建設是發展建設的重要方向。本文在鐵路客運站智能化發展現狀的基礎上，闡述了如何讓鐵路場站中大量使用的無網無源防溜器具（如鐵鞋）在日常工作中實現有效的全天候管理，避免潛在的風險，實現對鐵路防溜器具的集中式智能化管控，提升鐵路生產效率，達到兩全其美的效果[1]。

1現狀分析

1.1國外現狀分析

法國國家鐵路公司（ SNCF）設計了一款智能鐵鞋系統，打造了智能化移動管理體系，現場作業人員可根據智能鐵鞋系統狀態判定鐵鞋的放置狀態和丟失狀態，并且針對終端低功耗要求進行設計與開發。

德國鐵路公司（DB）實施了“鐵路4.0戰略”——針對鐵鞋在使用中存在的適用范圍窄、安置及撤除不便、附著力小、辨識度差的問題進行分析，采用了收縮軟鋼絲繩以減輕鞋牌組合重量、安裝永磁鐵塊防止鐵鞋在軌頂上發生移位或脫落、粘貼反光貼來增強辨識度的措施。

1.2國內研究現狀

我國的智能化防溜鐵鞋從理論研究到實際應用歷經多年的摸索，通常可將業界所采用的鐵鞋分為三大類：一是采用機械原理，將機械鎖閉加入鐵鞋上的防盜鐵鞋;二是通過將遠距離通信終端與傳感器相結合，安裝在鐵鞋上的防溜鐵鞋;三是采用應用無線通信技術、單片機和高科技檢測技術相結合的方法，對以鐵鞋為智能化模塊進行數據采集和傳輸，集防盜和定位功能于一體[2]。

根據對已有鐵鞋的各種應用模式進行探究，最初從處理鐵鞋本體的機械設計問題出發，僅以上述三類方法對鐵鞋進行改進，現階段還受技術和器具的制約，很多改進措施都沒有使設備信息化收集、無線通信技術、智能化管理等方面達到經濟性和實用性的完美結合的目標。圖1為鐵鞋使用情況。

根據目前所存在的問題，列出研究方案：（1）研制磁吸式自供電定位追蹤模塊，解決現場器具無源問題;（2）研制智能保管箱（鐵鞋），解決安全器具保管問題;（3）研制基于 GIS 底圖的手持定位追蹤智能終端，解決安全器具可實時查看器具狀態、器具管理可追溯問題;（4）建立基于時間、位置和作業邏輯的多區域鐵路防溜器具智能管控中心。

2鐵鞋智能定位追蹤裝置設計

鐵路防溜器具自組網位追蹤裝置設計主要包括智能保管箱，可以進行集中管控、遠程報警、存取對號[3]。安全器具智能管控中心可以進行集中監控、記錄存儲、報警互控，具有定位追蹤功能。

2.1智能定位追蹤裝置

智能定位追蹤裝置采用強磁方式進行安裝，周期性上報狀態位置，由中央智能模塊、NFC 識別模塊、電池、組件等組成（圖2）。

2.2智能保管箱

智能保管柜（鐵鞋）主要由防溜器具柜（硬件）和防撤溜互控系統（軟件）構成。

智能鐵鞋柜箱體電器部分由太陽能板、電源模塊、智能控制器、電子鎖、機械鎖和無線通信天線、NFC 識別器等組成。它可以自動識別存放、智能緊固器身份信息及其離箱、取放時間，向監視終端周期上報自身電量信息和實時上報防溜器具箱開/關狀態、操作人等信息，具備關箱自鎖功能。

2.3智能巡檢終端

OS 定制化功能：（1）一鍵自定義功能，即通過終端設備側面的自定義鍵，可以隨心設置二級菜單應用;（2）對講功能，即終端設備采用 DMR 標準的數字對講模塊，支持單工語音、確認/非確認數據短信通信。其中，軟件系統包括智能保管箱軟件系統（圖3）。

關于防撤溜互控系統兩端互控，具體狀態顯示為：（1）上道。一端器具出柜，另一端器具沒有出柜時，防溜揭示板對應線路發出紅色慢閃，提示另一端器具及時做好防溜措施。直到另一端器具出柜，紅閃消失;（2）下道。一端器具歸位，另一端器具未歸位時，防溜揭示板對應線路發出紅色慢閃，同時發出一次“XX 站，注意 X 道兩端防溜是否撤除”聲音提示，直到另一端器具歸位，紅閃消失，目的是提示兩端防溜撤除和器具歸位;（3）其他情況。僅使用一端防溜器具，或使用了備用器具、手閘等防溜措施時，線路也會發出紅閃警示，要注意區分。

2.4智能管控中心

智能管控中心主要收集定位追蹤裝置信息、智能保管箱狀態信息，顯示作業動態，并利用管控軟件和報警裝置對異常情況進行分析、報警。其主要設備包括計算機、以太網數據交換機和相應的應用軟件。

智能管控中心可通過鐵路內網實時同步所有使用單位部署的本地化智能防溜鐵鞋系統及調車機、自輪運轉設備型智能防溜鐵鞋系統運行情況及數據，使用者可以在任何地方監控任意已部署的本地防溜系統的現場情況、防溜記錄、報警數據。

3鐵路防溜器具自組網位追蹤裝置關鍵技術

在鐵路防溜器具作業智能定位追蹤方面，研制磁吸式自供電定位追蹤模塊。該模塊集成車規級定位模組，支持 BDS，GPS，Galileo 和 QZSS 多個 GNSS 星座的多頻段信號，具備北斗定位功能、NFC 識別功能、慣性輔助定位功能和遠程參數設置功能，實時輸出位置、速度方向等信息。

在鐵路防溜器具電子化保管方面，研制智能保管箱。其具備 NFC 識別對號存取、箱門開閉報警、NFC 刷卡開門與自觸發拍照和存取記錄自動生成、LORA 自組網場域傳輸等功能。

在鐵路防溜器具智能化巡檢方面，研制基于 GIS 底圖的手持定位追蹤智能終端，通過 GIS 標畫鐵路防溜器具作業區域、建立可量測場站 GIS 底圖等方式生成智能終端離線作業底圖，實現管理人員精準定位條件下對保管、作業條件下的鐵路防溜器具的精準巡檢導航。

在鐵路防溜器具智能化管控方面，建立基于時間、位置和作業邏輯的多區域鐵路防溜器具智能管控中心，實現一場多專用線、一中心場多附屬場站等條件下對鐵路防溜器具的區域網集中式管控。

4預期效果

鐵路防溜器具自組網位追蹤裝置通過軟硬件結合以及網絡互通、數據融合、信息集成等技術，深度集成了智能定位追蹤裝置、智能保管箱、智能巡檢終端和智能管控策略的關鍵技術。

4.1安全管理

以往車站各類信息碎片化分布，時效性不強，在日常使用中主要依靠人為監管，無法實現有效的全天候管理，經常出現因內部防范措施未落實，造成鐵路防溜防撞專用器材丟失、被盜等情況。通過鐵路安全器具自組網智能定位追蹤裝置，對鐵鞋進行信息化管理，可以有效避免出現鐵鞋丟失、被盜等情況。

4.2集中管控

以往場站中使用的防溜器具無網無源，難以實現器具的信息化管理。場站安全器具使用頻次高，出庫、入庫、就位、使用都依靠人工臺賬記錄，經驗和個人習慣占主導地位，數字化管理流程基本缺失。通過鐵路安全器具自組網智能定位追蹤裝置，實現鐵鞋在場站內可留存精準數據、信息化管理，以防信息管理數據丟失。

4.3智能鐵鞋柜的現場應用效果

（1）用于鐵路車輛防溜器具的保管，實現現場領取、現場歸還，減少因取、送溜器具增加的作業時間，提升運輸效率。

（2）實現防溜作業人員不用往返防溜器具保管點取送防溜器具，最大限度減少上線作業帶來的人身風險。

（3）智能鐵鞋柜電子加鎖，狀態變化實時同步顯示和聲音提示遠程位置，可有效防盜。

5結語

鐵路安全器具自組網智能定位追蹤裝置全面滿足了鐵路安全器具的管控、監控和定位追蹤的需求。其中，智能定位追蹤裝置結構簡單、輕便小巧;智能保管箱具備較高的安全性、可維護性;智能巡檢終端具備高效性和準確性，防塵、防水、防摔;該裝置的應用為安全器具的管控、監控、定位追蹤提供技術保障，經濟、安全效益明顯。

參考文獻：

[1]王同軍.智能鐵路總體架構與發展展望[J].鐵路計算機應用，2018，27（7）：1?8.

[2]劉鑫鵬，趙偉，牛有生，等.一種新型智能鐵鞋管理系統[J].鐵路計算機應用，2017，26（4）：25?29.

[3]葉彥斐，黃家輝，胡文杰，等.智能鐵鞋定位糾偏及被盜判定的設計與實現[J].工業控制計算機，2020，33（1）：54?55+58.

作者簡介：

張延波（1976—），本科，工程師，研究方向：鐵路運輸與安全。