固定式电动防护信号装置智能监控系统的研究与应用

杨立志

(北京铁路局 北京装卸管理部，北京 100045)

固定式电动防护信号装置智能监控系统的研究与应用

杨立志

(北京铁路局 北京装卸管理部，北京 100045)

目前，铁路装卸作业的固定式防护信号智能化程度相对滞后，制约铁路运输安全生产的发展。从设计依据、硬件结构、系统架构、系统功能及操作流程层面对固定式电动防护信号装置智能监控系统进行研究。实践表明，固定式电动防护信号装置智能监控系统能够在网络控制和网络视频的基础上，利用自动控制设备，在控制室中实现对固定式防护信号的安设和撤除，并且能够实时监控关键作业环节和固定式防护信号的状态，系统操作界面友好，安全可靠，可维护性和扩展性较强，尽可能地减少了作业人员的工作强度，有效提高装卸作业效率，同时实现对铁路装卸作业中固定式防护信号的智能化管理。

固定式防护信号装置；监控系统；自动化；智能化

1 概述

带脱轨器的固定式防护信号作为铁路装卸作业的专业区段防护隔离设备，在铁路货物列车进行装卸作业时，可以有效地防止其他机车、车辆进入该作业区段，从而确保装卸作业人员的人身安全[1]。但是，目前铁路装卸作业固定式防护信号的智能化建设相对滞后，固定式防护信号的安设、撤除作业主要依靠铁路装卸作业人员或货运员的手动操作，需要作业人员往返于作业场所、货运室和固定式防护信号所在位置之间，作业过程较复杂，而且在实际操作中容易出现漏洞，造成固定式防护信号的安设、撤除作业落实不到位等安全隐患，制约铁路运输发展。

因此，为了强化安全管理基础，加强生产过程控制，实现作业标准化、管理规范化的要求[2]，迫切需要加快铁路装卸作业固定式防护信号装置的智能化建设，设计固定式电动防护信号装置智能监控系统，实现在网络控制和网络视频的基础上，通过自动控制设备在控制室中实时控制和监视固定式防护信号的安设、撤除作业，解决作业人员作业强度大、操作繁复等问题，为铁路运输的安全生产发挥积极作用。

1.1 设计依据

固定式电动防护信号装置智能监控系统的设计考虑主要以《铁路技术管理规程》《铁路货物装卸安全技术规则》为依据。

（1）在站内线路上检查、修理、整备车辆或进行装卸作业时，应在线路两端来车方向的左侧钢轨处设置带有脱轨器的固定或移动信号牌 (灯) 进行防

护，前后两端的防护距离均应不小于 20 m，不足 20 m时，应将道岔锁闭在不能通往该线的位置。

（2）进行装卸作业前，装卸工组应在货物线两端来车方向左侧钢轨上设置带脱轨器的固定或移动式防护信号 (尽头线路只在来车一端防护)。作业车停留位置距警冲标不足 20 m时，防护信号设在与警冲标相齐处。如果在同一线路上车辆分解后进行装卸作业时，应在该线路的最前部与最后部车辆外端防护，分解间隔大于 40 m 时，可在间隔 20 m 以外处设置。

（3）同一线路上 2 个及以上工组同时作业时，应由最先开班作业的工组 (或专人) 设置防护信号，最后结束作业的工组 (或专人) 撤除防护信号。各作业工组(有专人负责设置、撤除防护信号除外) 应在防护信号上锁挂工组标识，作业完毕及时摘除。除作业工组(或专人) 外，其他人员无权撤除防护信号。

（4）移动式防护信号使用完毕，应存放在不影响人身和铁路交通安全的地点并加锁。固定式防护信号定、反位须加锁，钥匙由专人保管。

（5）防护信号应统一编号、建档管理，建立请领、使用、保管、维护、销毁制度，并且落实到专人负责。

（6）将装卸防护信号使用管理办法纳入《车站行车工作细则》《货运管理细则》，建立联系确认制度，货运、装卸人员对装卸防护信号安设、撤除情况实施监控，推广应用装卸防护信号监控系统。

图1 固定式防护信号装置智能化系统硬件结构组成

1.2 硬件结构

固定式防护信号装置智能监控系统以遵循中国铁路总公司信息化发展总体规划和安全技术规范为原则，充分整合利用铁路现有信息资源和已经投产的计算机应用系统，实现多系统信息资源共享，具有良好的维护性、移植性和扩充性，同时具备系统界面友好、操作简单、安全性高等特点。系统主要由室外设备和室内设备 2 部分组成。其中，室外设备包括：脱轨器、脱轨器驱动装置[3]及其连接杆、信号表示器、网络高清红外高速球形摄像机、场边作业箱等。室内设备包括：网络设备、工业控制计算机、服务器等。系统硬件结构组成如图 1 所示。货场作业调度人员 (货运值班员) 通过对讲机通知装卸作业班组进行装卸作业，待装卸班组做好作业准备请求安设防护信号后，装卸值班员通过现场网络高清红外高速球形摄像机监控脱轨器、信号表示器状态，启动硬件电路控制子系统，命令机械执行机构驱动脱轨器驱动装置，带动脱轨器爬上铁轨，同时转动信号表示器正面对向来车方向，安设好防护信号。

固定式电动防护信号装置智能监控系统的主要技术参数包括：系统总功率为 1.55 kW；系统电源电压为交流 220 V；脱轨器驱动装置电压为直流 160 V；网络高清红外高速球形摄像电压为交流 24 V，分辨率为 130 万像素 (1 280×960)，最低照度为彩色0.05 Lux，黑白 0.01 Lux，信噪比为 64 dB，数字变倍为 16 倍；室外工作温度为 -40℃～70℃，湿度≤95% (无结露)；绝缘电阻值为不低于 0.5 MΩ；防雷接地电阻为小于 4 Ω。另外，脱轨器非工作状态时与钢轨内侧有不小于 68 mm 的间距 (轨面下 35 mm 处)，

高度不超过轨面 25 mm。

2 固定式电动防护信号装置智能监控系统

2.1 系统架构

固定式电动防护信号装置智能检测系统使用可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller，PLC)、机械工程、计算机网络、图像处理、指纹识别、音频处理等关键技术，通过计算机网络传输数据，服务器接收数据，并且进行图像数据处理与分析[4]。服务器在本地进行音频的数字化并且标记存储，必要时可以与视频同步播放，系统通过计算机下达脱轨器状态命令，本地 PLC 设备对命令进行解析与执行，从而形成一套完整的固定式电动防护信号装置智能监控系统[5]，具体系统架构如下。

（1）图像采集子系统。图像采集子系统由脱轨器附近的灯杆上边安装的网络高清红外高速球形摄像机和安装在其旁边的辅助光源组成。该子系统输出数字化图像信号，并通过光纤传输通道输送至远端监控机房，实时监测脱轨器的位置状态，同时监测脱轨器周边的视频情况[6]。

（2）音频采集回放子系统。音频采集回放子系统由对讲机、连接电缆、语音卡和相关软件组成，使用对讲机作为音频采集载体，将其音频输出连接到专用的语音卡上，再利用电脑对语音卡进行处理，从而实现音频的处理、存储、检索和回放。

（3）指纹采集子系统。指纹采集子系统主要由指纹输入机和相关软件组成。由于该子系统需要进行指纹录入，通过指纹识别相关工作人员及其相关权限，因而采用专用的指纹采集设备，接口方式为通用串行总线 (Universal Serial Bus，USB)。

（4）硬件电路控制子系统。硬件电路控制由 2 台场边作业箱组成，其内部集成各种电源电路，主要包括 24 V 交流电、36 V 交流电、160 V 直流电和 24 V直流电。PLC 是场边作业箱的核心控制设备，由多台固态继电器控制机械设备的动作[7]。因此，该子系统可以实现图像、到位信号的采集，电动脱轨器的安设、撤除和确认，以及信号表示器的点亮与熄灭等多种功能。

（5）机械执行机构。机械执行机构由脱轨器及其驱动装置和信号表示器组成。机械执行机构主要由硬件电路控制，实现电动脱轨器的安设、撤除及信号表示器的转换[8]。

（6）通讯服务装置。通讯服务装置由光纤收发器、网络交换机和串口服务器组成，负责将网络高清红外高速球形摄像机的图像数据和 PLC 数据上传，实现视频管理控制系统对 PLC 命令的下达 (通过串口服务器)和对网络高清红外高速球形摄像机的控制。

（7）图像存储子系统。图像存储子系统主要组部件为一台网络硬盘录像机 (Net-harddisk Video Recorder，NVR)，用于存储图像数据，并且按照控制软件的命令进行回放。

（8）后端服务器 (工业控制计算机)。工业控制计算机安装在监控中心，其内部安装相应的控制软件，由控制软件实现固定式电动防护信号装置智能监控系统的所有工作过程，包括图像展示、音频录制和存储、音视频同步回放、脱轨器动作，作业管理、系统维护、历史信息查询、报表打印等。

2.2 系统功能及操作流程

固定式电动防护信号装置智能监控系统的功能主要包括：①实时记录系统各设备的状态变化，包括脱轨器状态变化，信号表示器上的信号灯状态变化等；②反映轨道上各设备的工作状态和检测参数，实现作业时间 (包括作业开始时间 (即安设到位时刻)、作业结束时间 (即撤除到位时刻)，以及进行作业的时间等) 的记录和显示，自动关联图像文件、语音文件，方便查询和打印；③发生脱轨器安设 (或撤除) 不到位、信号灯不亮、通信中断、视频图像不正常等情况时，系统自动提示并且进行语音报警；④当设备故障或断电时，可以进行人工操作。

固定式电动防护信号装置智能监控系统的操作流程主要包括以下 4 个部分。

（1）系统登录。拥有系统权限的铁路货场作业人员，可以通过指纹仪验证指纹登录系统 (特殊情况采用密码登录)。

（2）调度发布。发布调度作业命令的相关作业人员通过指纹仪登录系统，验明身份后新建调度命

令，选择需要的股道、作业类别和接收人，点击“确定”即可发布调度作业命令。调度列表显示已经新建但尚未结束的调度，点击“安排班组”可以安排或追加班组，勾选需要安排的班组，点击“保存”即可安排班组。保存成功后，返回调度信息列表，可以对该调度继续追加班组。

（3）防护信号安设。① 装卸作业班组长通过现场电台向装卸值班室发出申请“某班组申请某道安设防护信号”；②值班室拥有安撤操作权限的人员回复“某班组申请某道安设防护信号，明白”，开始进行安设操作；③安设成功后，系统自动进入“安设确认”界面后进行语音提示，在拥有安撤操作权限的工作人员在确认无误后点击“安设确认”，通过指纹验证确认安设成功，关闭此页面返回防护信号管理主界面；④值班室通过电台通知现场班组“某道安设防护信号成功，某班组可以开始作业”。班组长回复“某道安设防护信号成功，某班组明白”。⑤当线路增加班组作业时，在调度发布页面进行追加班组操作，并通知某班组到现场进行装卸作业，某班组到达现场后，由班组长通过电台回复值班室“某班组已到达现场开始作业”。

（4）防护信号撤除。铁路装卸作业固定式电动防护信号装置智能监控系统下防护信号的撤除作业流程与其安设作业流程类似，在此不再详述。

2.3 应用效果

固定式电动防护信号装置智能监控系统已经在北京铁路局管内南仓、塘沽、沧州、宣化等 9 个货场应用。该系统将电控部分安装在现场执行机构旁边，值班室通过远程数据连接实现对执行机构的控制。同时，通过智能监控系统的软件管理，将视频监控设备的监控图像和防护信号的安设、撤除过程有效联系起来。操作、管理人员可以实时远程掌握现场情况，也可在事后进行历史查询，方便相关作业人员进行回溯及打印相关数据。同时，该系统通过指纹录入设备，完善了相关操作人员的权限和义务，强制要求防护信号装置进行安设、撤除的每一个流程要有对应人员负责并留证，在很大程度上提高了固定式防护信号装置管理的安全性和可靠性，深受现场广大职工欢迎。铁路装卸作业固定式电动防护信号装置智能监控系统现场安装示意图如图 2 所示。

图2 固定式电动防护信号装置智能监控系统现场安装示意图

3 结束语

固定式电动防护信号装置智能监控系统是在原手动操作固定式防护信号的基础上，经过提升与发展设计开发的一种创新型产品，有效实现铁路装卸作业固定式防护信号的安设、撤除管理工作智能化，大幅度

提高装卸作业效率，减轻职工劳动强度，对强化作业管理、保证生产安全起到积极作用，具有广阔的应用前景。

[1] 杨 浩，何世伟.铁路运输组织学[M].北京：中国铁道出版社，2006.

[2] 钱家骅.深入推进铁路安全标准化建设的思考[J].铁道运输与经济，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] 中华人民共和国铁道部.30 脱轨器：TB/T 2903—1998 [S].北京：中国铁道出版社，1998：5.

[4] 王宴平，郭 晓，葛 锐.光电固定固定式防护信号装置系统的应用思考[J].铁道货运，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，黄东林.智能型电动脱轨器系统方案设计[J].铁道技术监督，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] 中华人民共和国铁道部运输局.铁路综合视频监视系统技术规范 (试行)：运基通信 [2008] 630 号[A].北京：中华人民共和国铁道部运输局，2008.

[7] 中华人民共和国铁道部运输局.集控联锁电动脱轨器制造技术标准：运装管验[2010]598号[A].北京：中华人民共和国铁道部运输局，2010.

[8] 中华人民共和国铁道部.列检电动脱轨器及信号防护装置安装设计技术条件：TB/T 2053—2004[S].北京：中国铁道出版社，2004：1.

（责任编辑 金艳萍）

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

杨立志(1960—)，男，北京人，大学本科。

中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2016X007-E)；北京铁路局科技开发课题(2015BY21)