鐵路信號機房的無人化建設及巡檢機器人使用初探

王嘉鑫 李亞男 姜旭東

晉控煤業(yè)鐵路運營公司礦山鐵路分公司 山西 大同 037001

引言

從我國建立的第一條電氣化鐵路寶成鐵路到我國在大秦鐵路成功進行了320輛編組、3萬噸重載列車試驗，我國鐵路運輸的發(fā)展實現了里程碑式的跨越，一次次鐵路大提速，既是對我國國民經濟發(fā)展注入的催化劑又是對整個鐵路系統(tǒng)的大考，涉及機務、工務、車輛、通信、供電等多個系統(tǒng)協(xié)調對接[1]。做好鐵路信號機房工作，是對鐵路安全生產運輸的重要保障，加強鐵路機房的無人化建設和智能化建設工作也是非常必要的。

1 做好鐵路信號機房無人化建設的重要性。

做好鐵路安全生產運輸工作，提升鐵路運載能力和準時到達率，是做好鐵路工作的重要目標，鐵路運輸完全依賴于鐵路信號，信號的正確率就代表著鐵路運輸的安全率，鐵路信號機房的建設是做好鐵路信號工作的基本保障。

1.1 鐵路信號是實現安全運行的必要保障

鐵路信號是以標志物、燈具、儀表等感知信息，向行車人員傳送車輛運行條件的相關信息，提升軌道通行能力、區(qū)間通過能力的重要手段，鐵路信號主要包括車站聯鎖系統(tǒng)、區(qū)間閉塞系統(tǒng)、運行監(jiān)視系統(tǒng)、超速防護系統(tǒng)、調度監(jiān)督系統(tǒng)和應急處置系統(tǒng)等幾大類，是安全行車作業(yè)的重要保障因素。

1.2 鐵路信號機房建設的要求

隨著科技的不斷進步，鐵路信號機房設備逐步實現智能化和信息化，對鐵路信號機房的建設也根據信號輻射范圍、鐵路位置等提出不同要求。按照鐵路運營登記共分為A、B、C3個級別，機房的選址應充分考慮地址結構、自然災害、環(huán)境保護、電磁干擾、動力來源等因素，合理選擇機房位置，最大限度的滿足鐵路運行和指揮作業(yè)需求。

1.3 鐵路信號機房無人化建設的必要性

鐵路信號機房承載著鐵路運輸安全的重大使命，是鐵路安全暢通的神經中樞，隨著鐵路運行速度的不斷提升，對信號控制提出更高的要求。無人化不代表著放棄管理人員，降低人員成本，而是通過信息化和智能化的巡檢設備，提高系統(tǒng)識別能力，實現精準、快速的信號處置[2]。“7.23”甬溫線高鐵事故的發(fā)生就是由于信號錯誤和聯控系統(tǒng)故障而引發(fā)的，無人化機房的建立是通過信息手段加強數據采集，精準分析，在相比人為處理不斷提升效率的同時，提高容錯機制，確保鐵路安全可靠運行。

2 鐵路信號機房無人化建設的要求

要實現鐵路信號機房無人化的要求，信號機房的建設、升級、改造等環(huán)節(jié)就需要按照無人化的特定要求進行吻合，以確保機房設備的自動化運行，降低設備故障率，保障設備處于最佳的工作狀態(tài)，無人化的機房設置要滿足一下要求。

2.1 機房的動力系統(tǒng)

鐵路信號機房要根據機房設計的級別配套動力系統(tǒng)，動力系統(tǒng)應包括高壓動力、變電配電設施、低壓動力、弱電動力系統(tǒng)等，動力系統(tǒng)的設計和實施要滿足日常停電、災備應急處理、冗余備份的需求，外電接入要保證雙路380V外網接入和雙回路供電，部分信號機房由于受客觀條件限制，采用牽引變電所的電力作為動力來源時，要充分考慮接觸網負荷變化帶來的電壓變化對設備的影響，有條件的可使用交流穩(wěn)壓電源和精密凈化電源設備，來保障機房設備的動力保障的可靠性。

2.2 機房環(huán)境控制系統(tǒng)

機房環(huán)境控制包括粉塵控制、溫度控制、濕度控制等因素，受鐵路沿線地理環(huán)境的影響，機房選址盡可能選擇在環(huán)境干燥、溫度適宜、太陽輻射較為滿足的區(qū)域，可在有效做好機房環(huán)境控制的同時，最大限度地達到環(huán)保節(jié)能的要求。信號機房要安裝通風設施和空調系統(tǒng)，在日常環(huán)境中優(yōu)先選用自然風對機房進行溫濕度控制，與惡劣天氣時可使用精密空調對機房環(huán)境進行調整，環(huán)境控制系統(tǒng)要盡可能使用智能化集成系統(tǒng)，通過傳感器采集機房溫濕度變化，自動控制采取通風和空調調節(jié)措施，達到機房環(huán)境符合設備要求，在機房空調設備的選擇上，要充分考慮機房設備的總功率、總功耗、所處區(qū)域的年平均溫度、濕度、光照情況，并預留一部分冗余。

2.3 機房監(jiān)控系統(tǒng)

信號機房的監(jiān)控系統(tǒng)是數據和信息采集，保障機房安全的守護神，機房的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是信號機房遠程監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)測、事故追溯的必要條件。機房的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要和門禁、鑒權系統(tǒng)相匹配，無死角、無障礙的進行記錄，真實還原機房發(fā)生的環(huán)境變化、物理變化、人員往來等情況，有助于提升機房自動化率，尤其在無人值守機房，要通過視頻監(jiān)控進行遠程圖像采集、遠程回放等功能，從而實現機房的應急處置和場景還原。視頻監(jiān)控系統(tǒng)要不受環(huán)境影響可以完全正常工作，而且有要具備信號預警、聯動報警功能，重點部位的視頻監(jiān)控要具備呼叫功能和短信通知功能，以實現視頻監(jiān)控的及時性。

2.4 數據通信控制系統(tǒng)

數據通信控制系統(tǒng)是信號機房數據采集控制綜合分析系統(tǒng)，是中央處理器、遠程監(jiān)控平臺、遠程調度平臺、信號傳送平臺的核心樞紐，數據通信系統(tǒng)的建設要充分考慮當地機房的供電情況、電磁環(huán)境、屏蔽環(huán)境等，而且要充分考慮雙路或多路數據的備份傳送控制，既要保證設備信息能有效傳送，不被電磁波、無線電等其他信號干擾，導致數據采集出現誤差，又要保證信號機房的無線通信的暢通，確保能夠及時調度，指令信號可以及時送達。

2.5 自動檢測系統(tǒng)

自動檢測系統(tǒng)是建立無人值守機房的重要保證，無人值守機房由于受地理環(huán)境、溫度濕度、天氣氣候等影響，設備工作狀態(tài)會有所變化，自動檢測系統(tǒng)是對機房的物理環(huán)境狀況、供電配電情況、后備電源情況、人員出入情況等進行自動化采集和分析，尤其在溫度超標、水災、火災等情況發(fā)生時，要能在極短的時間內做出準確辨別和判斷，及時預警和通知指揮調度中心。信號機房的自動檢測系統(tǒng)要遵從ICE104通信規(guī)約，集設備巡視、數據采集、記錄報警于一體的管控系統(tǒng)，有效提高無人值守機房的安全。

3 智能巡檢機器人在無人值守機房的應用

由于信號機房的特殊環(huán)境，高聳的機柜會阻擋視頻的采集，使用傳統(tǒng)的監(jiān)控方案，無法實現無死角覆蓋，智能巡檢機器人應運而生。智能巡檢機器人一般分為輪式巡檢機器人和軌道式巡檢機器人，信號機房由于使用場景是固定的，機房物理環(huán)境不會發(fā)生較大改變，一般情況下，使用吊軌式巡檢機器人，進行預設線路、規(guī)劃路徑的巡視檢查和信息采集。

3.1 吊軌式巡檢機器人的應用場景

鐵路信號機房的主要功能是為鐵路運輸服務的，信號機房的建設一般都在鐵路沿線、是依托鐵路運行區(qū)間建立的，雖然在機房建設前期對機房的選址有過縝密的規(guī)劃，但仍有很多不可克服的因素，存在一些自然環(huán)境因素諸如高溫、高寒、高鹽、常發(fā)生大霧等區(qū)域，或存在一些地理環(huán)境因素，諸如遠離城市、草原、沙漠、雪地等相對比較惡劣的條件中，人工24小時值守會對勞動者的身心健康帶來諸多影響。而巡檢機器人可以克服自然環(huán)境、地理環(huán)境、氣候等因素，可實現24小時不間斷巡檢偵測，從而杜絕勞動者長期處于高危險性或者艱苦環(huán)境中。

吊軌式巡檢機器人同樣適用于鐵路運行密度較大，機房設備較多，數據采集量較大，人工巡檢工作強度大，存在漏檢、錯檢風險的場合，無法準確有效地對工作人員的工作狀態(tài)進行考核和管理，而機器人巡檢可根據實際需求設定巡檢時間、巡檢頻次、巡檢密度，能有效釋放值機人員的工作強度，是現代化信息機房提升工作效率的必要手段。

3.2 吊軌式巡檢機器人的安裝條件

信號機房實現機器人智能化巡檢，要對機房環(huán)境和設備安放環(huán)境提前進行規(guī)劃，由于機器人的巡檢是依靠軌道進行運行的，要在機房頂部安裝機器人行走滑軌，機房的設備諸如供電設備、機柜、設備指示燈等要在軌道能覆蓋的范圍內，距離不宜太遠，以免機器人偵測中由于視距或傳感器的數據采集問題出現誤差，又避免安放太近，避免行走軌道的彎曲半徑不夠，無法實現機器人走行[3]。同時機器人的數據采集要有必要的總線敷設空間，對機器人的數據傳輸提供條件，部分充電式機器人的走行途徑要經過機器人充電機房，以保證機器人的動力需求。信號機房的吊軌式巡檢機器人可根據需要配備垂直升降機構和前端探測機構，以便應用于一些需要近距離采集數據的設備。

3.3 巡檢設施的信息感知系統(tǒng)

巡檢設備最主要的功能就是信息感知和采集系統(tǒng)，信息感知需要通過機器人監(jiān)控頭搭載的各類傳感器來實現，對于鐵路信號機房一般搭載的傳感器包括溫濕度傳感器、空氣檢測、視頻采集、整體掃描儀、互感器等多種傳感器，能夠實時對機房環(huán)境、設備工作狀態(tài)、設備局部溫度等進行檢測，對人員流動情況、夜間巡更情況進行感知和記錄。多方位的巡檢系統(tǒng)可搭載立體旋轉云臺，用戶在同一軌道上對不同角度、高度的設備進行多維的數據采集，有效完善的數據采集系統(tǒng)可及時準確的獲知機房及設備的工作狀態(tài)，并及時將數據上傳到指揮中心，通過后臺智能研判，做出初步判斷，根據信號機房的實際情況，給指揮調度人員提出合理的、最優(yōu)的處置和解決方案。

3.4 巡檢機器人的任務管理

巡檢機器人的巡檢任務是依靠軟件功能實現的，巡檢任務從巡檢方式上應該包括人工操控巡檢、自動巡檢、例行關鍵部位巡檢、遙控巡檢等方式，人工操控巡檢是指可以在人工干預的情況下，到達指定位置進行數據采集，其停留時間、采集方式、探測精度應由操控人員根據工作任務需要進行操作[4]。遙控巡檢是指通過遠程處置在后臺制訂、更改、下發(fā)巡檢任務，自動巡檢是指機器人通過后臺下發(fā)的巡檢任務來自動執(zhí)行，自動巡檢任務應該包括多種任務模式，諸如按時間進行多任務編排，白晝巡檢的任務差異，高峰期低谷期巡檢任務差別，管理人員按照實際需要對時間、路線、目標進行規(guī)劃，一次生成多次重復輪巡的管理任務。多任務管理有助于提升機器人的利用率，還能從節(jié)能環(huán)保和機器人的工作時長上進行調整，有效增加機器人的工作時間，降低后期維護運營成本。

3.5 巡檢機器人的維護

巡檢機器人在日常使用過程中，要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，有效的發(fā)揮機器人在日常工作中的作用，定位的維護和檢修是必不可少的環(huán)節(jié)。管理人員要建立維護檢修制度，建立健全定期、抽檢、臨檢等多種檢修維護模式，以保障機器人的正常工作。檢修分為軟件測試檢查和硬件調試檢修兩個方面，軟件方面要通過模擬故障環(huán)境來測試軟件觸發(fā)機制，測試告警、信號、操控等功能，硬件方面要對各類傳感器進行靈敏度測試，對采集的數據要進行人工校準，尤其是機器人的行走伺服機構要常態(tài)化定期巡檢，確保機器人能長期高效的服務。

4 結束語

在科技不斷發(fā)展進步的時代，無人值守機房是未來發(fā)展趨勢，無人值守機房和智能巡檢機器人的使用，將極大地解放勞動者的工作強度，可以為企業(yè)有效降低用工成本，同時，可以提升工作效率，降低因人工操作帶來的人為失誤，在鐵路不斷提速的大背景下，無人值守機房和巡檢機器人的使用，將為我國經濟建設助力。