工务机械车安全检测与监测系统方案设计

周佳亮，徐济松，高春雷，王发灯

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)

工务机械车安全检测与监测系统方案设计

周佳亮，徐济松，高春雷，王发灯

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)

基于对工务机械车作业的安全需求，给出工务机械车安全检测与监测系统的总体设计方案。该系统用于工务机械车危及作业安全的重要事项、重点部件和部位的检测与监测。阐述了该系统的构成、关键技术和功能。该系统通过中央处理平台控制防火监测、视频监测、轴温监测、防撞监测和远程运用5个子系统，可提高工务机械车防范安全事故的能力，并有利于解决目前各类监测设备接口不一致、标准不统一、显示与存储等部件重复配置的问题。

工务机械车;安全监测;中央处理平台

火灾隐患、轴温超限、工作装置碰撞铁路设施等都可能危及工务机械车的作业安全，因此，需要收集并分析工务机械车各类实时监测数据。目前针对工务机械车的轴温、防撞、远程运用等已开展了大量研究，开发并应用了多种监测装置，显著提高了工务机械车的作业安全性。由于工务机械车车型多、分布广，不同的技术平台、应用地域等导致监测设备种类多、型号多、厂商多，迫切需要一个平台化的装置对这些监测设备进行综合集成［1-3］。

本文给出了工务机械车安全检测与监测系统的设计方案。该系统用于对工务机械车危及作业安全的重要事项、重点部件和部位进行检测与监测，有利于多种信息的集中管理和综合运用，可实现故障和警示状态的多级诊断，提高防范安全事故的能力，并可解决目前多个监测设备接口不一致、标准不统一、显示与存储等部件重复配置的问题。

1 系统构成及特点

1.1 系统构成

工务机械车安全检测与监测系统总体结构见图1。该系统由一个中央处理平台和多个分布式子系统构成。此种结构具有层次清晰、组态灵活、易于扩展、方便维修等优点［4］。中央处理平台通过统一的网络接口和通信协议，将各个子系统的数据集中和共享，并进行显示数据的集中管理和传输;分布式的各子系统分别检测与监测工务机械车的防火、视频、轴温、防撞等状况。

图1 系统总体结构

1.2 中央处理平台

车载中央处理平台主要由主机和显示终端组成，主要用于实现工务机械车防火、轴温、视频、防撞、远程运用等各监测子系统数据集中管理、信息同步与警报联动等功能，是工务机械车安全检测与监测系统的核心组成单元，其主要功能有:

1)数据采集及存储。通过以太网、RS485/422等接口采集防火监测、视频监视、轴温监测、防撞监测、远程运用等子系统数据并加以存储。

2)公共信息服务。具备向各子系统传输公共信息的功能，公共信息包括但不限于传输时间、里程、经度、纬度、高程等信息。

3)调度服务。根据各子系统视频抓拍触发信息，向视频监测子系统发送图像抓拍指令。各子系统之间可通过中央处理平台进行数据交换。

4)数据传输与转储。数据传输与转储分实时信息的传输、视频信息的传输与记录文件的转储，应能根据不同需求采取不同的策略，将数据传输至地面系统。

5)人机交互。显示各子系统的监测信息和自检信息;根据子系统的报警信息进行报警;根据子系统应用需求进行参数设置。

1.3 关键技术

1)中央处理平台与各个子系统之间的网络通信技术。利用以太网等通信技术实现中央处理平台与各个子系统之间的数据交换，并且构建一个可靠稳定的主从网络。通过制定通信协议和帧格式，使得各子系统可使用公用的网络、存储器、显示终端等设备。构建中央处理平台硬件系统，编制相应的软件，实现中央处理平台统一存储数据、信息集中显示与切换、预警控制等功能。

2)已安装在工务机械车上成熟子系统的软硬件接口兼容性技术。通过对各个子系统通信接口的设计或改进，解决成熟子系统软硬件接口兼容性问题，获取工务机械车上已安装的轴温报警监测装置、污土带辅助避障系统、车-车防碰撞装置等输出的相关监测信息，实现与中央处理平台之间的数据交换。

3)各类检测与监测数据同步存储技术。中央处理平台可将GMS的时间、里程、经度、纬度、高程等时空信息采用固定的数据结构叠加存储到各类子系统的检测与监测数据中，便于在线或离线诊断分析整车的运行工作状况，挖掘监测数据潜在的模式特性及变化趋势，对未来的运用状态做出预测，指导工务机械车运用、管理和维修。

4)多级诊断技术。每个监测子系统独立负责本系统内的故障或报警诊断，并将诊断结果发送给中央处理平台，中央处理平台进行关联子系统诊断，并将结果通过音视频显示终端报告给司乘人员进行处理。例如，防火监测子系统可将火患报警信息发送给中央处理平台，中央处理平台关联视频监测子系统，并调用火患区域的视频信息，并将视频信息和火患报警信息发送到终端进行显示。

2 5大监测子系统的组成与功能

2.1 防火监测子系统

防火监测子系统由防火监测主机、探测器、接线盒和线缆组成。该系统通过安装在司机室、电气间、柴油机间等处的烟雾探测器、温度探测器、感温线缆、火焰探测器等火灾探头，感应烟雾、热量、光等物理量，当超过限定值时，发出火灾报警信息，并与视频监测子系统实现联动报警，触发报警录像及图像抓拍。

2.2 视频监测子系统

视频监测子系统由主机(含硬盘)、监视器、控制器、图像采集设备(云台一体化摄像机、半球摄像机、枪式摄像机、防爆摄像机等)、拾音器、电缆线路及辅助部件组成。该系统在大型养路机械上至少应监测以下部位:车体前方、车体后方、发动机间、电气间、前后(含车钩)端和作业区。该系统在轨道车上至少应监测以下部位:车辆两侧、车辆顶部、前后(含车钩)端和前后司机位。该系统还具有通过中央处理平台与防火监测子系统进行联动的功能，即火灾发生时可自行切换至火情发生区域的视频图像。

2.3 防撞监测子系统

防撞监测子系统分为污土带辅助避障系统和车-车防撞预警系统。

污土带辅助避障系统由主机、左右摄像机、无线测距固定端、无线测距移动端、转角传感器、扬声器、接线板、遥控器、遥控接收器等组成，监测铁路设施距清筛机的距离和污土带的位置。当清筛机污土带最外端距线路中心的距离大于安全设定值，并且铁路设施距离清筛机的距离达到报警值时，该系统发出声光报警，切换到接触网支柱摄像机图像;当操作人员操作清筛机污土带回转至安全设定值以内时，解除报警。若操作人员没有将清筛机污土带回转至安全设定值以内，并且铁路设施距离清筛机的距离达到停车值时，该系统能控制清筛机停车［5］。

车-车防撞预警系统主要由主机、天线组、报警装置等组成。通过安装在车体上的测距传感器，监测工务机械车前后的车间距。工务机械车电源开启后，实时监测前后车间距、速度等信息，当车间距小于安全距离时，系统将实时进行报警。系统具备自检功能，可实时监测无线测距模块工作状态。系统可将报警、故障及系统状态信息通过以太网上传给中央处理平台［6］。

2.4 轴温监测子系统

轴温监测子系统由主机、显示器、监测盒、轴温传感器等组成。系统能实时监测车辆的各个轴位温度，清晰准确地显示每个传感器对应的车号、轴位和温度值，并具有记录、查询、转储和数据分析功能。可实现多车组合联网、多车多轴多点不同类型的轴温检测、显示和报警。每个轴位传感器能独立设置超温报警温度限定值、温升报警温度限定值和温度补偿值，适应各种不同监测点的需求。

2.5 远程运用子系统

远程运用子系统包括车载设备及地面业务系统。车载设备由主机、考勤显示终端、酒测仪、打印机、扬声器、电缆等组成。系统按功能结构分为运行揭示管理单元、监测数据综合运用单元和司机出退勤管理单元。运行揭示管理单元主要解决工务机械车运行揭示管理问题，系统将运行揭示编辑、复核、发布、下载、打印、导入、反馈等全过程进行系统化管理，形成管理闭环。监测数据综合运用单元主要通过综合数据的引入，用以提供司机安全行车警示、运行辅助信息和后台实时监测。司机出退勤管理单元主要解决工务机械车司机出乘作业的规范问题［7］。

3 运用考核方案设想

待系统研制完成后，为了验证系统的适用性、稳定性、可靠性及制造质量，发现设计中的不足，为应用和管理提供经验，需在3个方面进行运用考核:

1)所有设备对工务机械车的正常运用无影响。在成熟运用的工务机械车上安装安全检测与监测系统，考核是否对既有工务机械车的正常工作造成影响或干扰。在考核过程中，系统只监测相关内容，不参与控制，保证工务机械车原有全部功能的正常发挥。

2)确定合理的报警限值。为防止运用中系统产生误报警现象，影响正常运用，需要合理地确定报警限值。

3)长时间运用考核。针对监测的对象，还需要通过长时间的运用考核，不断摸索和完善报警门限值的设定，在尽可能减少误报警的同时提高系统报警的可靠性和准确性，使其在运用中真正发挥安全监控的作用。

4 结语

本文设计的工务机械车安全检测与监测系统具有统一平台、统一接口、统一界面显示的特点，可减少硬件重复配置，降低设备成本，有利于设备技术标准化。系统的监测内容可覆盖工务机械车的主要故障，解决了工务机械车运用中突出的安全问题。“中央处理平台+子系统”的网络结构具有层次清晰、组态灵活、易于扩展、方便维修等优点。监测数据同步存储技术便于操作者在线操作和管理者离线分析，多级诊断技术可提高报警准确率和系统可靠性，全面提升工务机械车的安全防范能力。

［1］申瑞源．机车车载安全防护系统(6A系统)总体方案研究［J］．中国铁路，2012(12):1-6．

［2］张启安，刘峰．机车车载安全防护系统(6A系统)数据的应用［J］．中国铁路，2012(12):7-10．

［3］刘峰，申宇燕，张瑞芳，等．机车车载安全防护系统应用研究［J］．铁路技术创新，2015(2):17-21．

［4］容长生，淡红升，杨帆，等．机车车载安全防护系统(6A系统)状态诊断与维护研究［J］．中国铁路，2012(12):23-26．

［5］薛安琳．基于无线测距技术的清筛机污土带辅助避障系统应用研究［J］．铁道建筑，2013(6):160-163．

［6］徐济松．无线测距技术在大型养路机械车间防撞中的应用研究［J］．铁道建筑，2015(12):120-122．

［7］周毅，刘荣富．工务机械车远程运用管理系统研究［J］．中国铁路，2015(10):12-14．

Scheme Design of Safety Inspection and Monitoring System on Vehicle of Railway Maintenance Machine

ZHOU Jialiang，XU Jisong，GAO Chunlei，WANG Fadeng
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Based on security needs for railway maintenance machine operation，an overall design scheme for safety detection and monitoring system of railway maintenance machine was presented，which could be applied to detecting and monitoring the important matters，key components and parts related to the operation safety of railway maintenance machine，and the constitution，key technologies and functions of this system were studied．T hrough controlling 5 subsystems which are fire prevention monitoring，video monitoring，axle temperature detecting，collision avoidance detecting and remote application by central processing platform，the safety accident prevention ability of railway maintenance machine should be improved and the problems including inconsistent interfaces of various monitoring equipment，disunity of standard and repeated configuration for display and storage components should be solved．

Railway maintenance machine;Safety monitoring;Central processing platform

U216．6

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．12．30

1003-1995(2016)12-0114-03

(责任审编李付军)

2016-07-0;

2016-10-20

中国铁道科学研究院基金(2015YJ031)

周佳亮(1986—)，男，助理研究员，硕士研究生。