铁路装卸作业移动式防护信号安全监控管理系统设计

张彦庆

(中国铁路北京局集团有限公司 货运部，北京 100045)

1 铁路装卸作业移动式防护信号安全监控管理系统架构

1.1 现状分析

铁路装卸作业移动式防护信号装置是装卸车作业重要安全防护措施[1]，可以有效防止在铁路装卸作业过程中由于机车车辆的冲撞而造成人员伤亡事故的发生，保护装卸作业人员的人身安全和车辆设备安全。由于其安设位置的灵活性，广泛应用于铁路货物线装卸作业的防护。移动式防护信号装置由脱轨器、信号牌、立杆、锁轨装置等部分组成，装卸作业前在作业车来车方向的左侧钢轨上安设，在装卸车作业完成后撤除，并按规定履行相关登记签认手续。

移动式防护信号装置的安装与撤除由人工操作管理，安撤不及时易造成人身伤亡或调车作业掉道事故，并且由于程序繁琐、装置沉重、距离较大，完成防护信号安设或撤除所需时间较长，延长了装卸车作业时间，同时增加车辆停时，降低了车辆周转效率乃至运输效率，影响了铁路正常的运输生产秩序。

由于移动式防护信号装置的脱轨器具有导致机车车辆脱轨功能，被列为铁路防溜防撞专用器材[2]，为防止不法人员利用铁路防溜防撞专用器材实施破坏活动，纳入重要安全管理对象，要求做到万无一失，采取多种措施，确保移动式防护信号装置的安全管理，不流失、不被盗。

目前，铁路装卸作业移动式防护信号装置管理手段滞后，不能满足安全管理要求，移动式防护信号安全监控管理系统应运而生。铁路装卸作业移动式防护信号安全监控管理系统包括定位系统和控制系统，可以实时掌控移动式防护信号的具体位置，并自动判定是否在规定范围内，超出范围自动报警，确保移动式防护信号的安全；在控制室可监控移动式防护信号安设、撤除状态，省去了货运人员到现场进行确认、安撤人员登记、确认人员签认等过程，减轻了职工劳动强度，提高了效率[3]。

1.2 系统架构

铁路装卸作业移动式防护信号安全监控管理系统由定位管理系统、操作管理系统和软件管理系统3部分组成。移动式防护信号安全监控管理系统架构如图1所示。

图1 移动式防护信号安全监控管理系统架构图Fig.1 The framework of the safety monitoring and management system of mobile protection signal

（1）定位管理系统。定位管理系统由前端定位设备、通讯设备、后台监控、客户端等部分组成，前端定位设备定时采集GPS信息，将数据加密后上传到阿里云通讯服务器，通讯服务器解析数据，并将数据存储在服务器的数据库中，在通讯服务器上部署后台监控系统，通过PC机访问移动防护信号系统，查看系统监控的各个移动防护信号在地图上的实时情况[4]，当防护信号位置超出设定的电子围栏范围时，系统发出警报，并推送消息到管理人员手机移动端，接收到警报消息后可查看防护信号的位置及信息，为快速追踪设备提供可靠手段，实现对设备的追踪管理。

（2）操作管理系统。操作管理系统主要由对讲装置、图像采集、指纹识别仪、无线传输、电池等设备组成，图像采集用于防护信号安设、撤除状态的确认，安撤权限人将防护信号在轨道上安设或撤除时，图像采集设备自动对脱轨器位置拍照，并经无线传输设备即时上传，安撤权限人通过对讲装置申请确认权限人进行确认，确认权限人依据图片，结合设备定位信息，确认防护信号安设或撤除到位[5]。指纹识别仪用于防护信号安撤过程中记录每个操作环节，包括操作人和操作时间。

（3）软件管理系统。软件管理系统由防护信号管理、历史信息查询、系统管理等模块组成。防护信号管理模块用于防护信号的基本信息管理，包括台账管理和位置管理等；历史信息查询模块实现对防护信号安撤信息、位置报警信息的存储和查询；系统管理模块用于股道管理、用户管理、权限设置，可查询股道信息、添加股道、编辑股道信息、删除股道，查询用户信息、添加用户信息、编辑用户信息、删除用户信息，设置系统软件的使用权限，设定管理员、安撤权限人、确认权限人等。

1.3 系统功能分析

（1）实时定位功能。在线显示系统监控的各个移动防护信号位置的实时位置状态，并能在地图上准确显示在库房、股道、货场内其他位置、出货场报警位置等，实时了解移动防护信号位置和使用状态。

（2）防盗追踪功能。在地图中将货场地域范围设定为电子围栏，移动式防护信号位置活动范围限定在电子围栏内，当移动式防护信号位置超出电子围栏或定位装置与防护信号分离时，系统自动报警，并能将报警信息自动发送至管理人员的移动客户端，及时发现移动式防护信号位置异常情况，第一时间内追踪收回移动式防护信号，确保防护信号的安全。

（3）集中管理控制功能。通过移动式防护信号安全监控管理系统可以实现集中管理控制，对移动防护信号的基本信息管理、日常交接清点管理、安撤作业管理、位置管理等工作进行有效管理，提高管理效率[6]。

（4）自动统计功能。自动存储移动式防护信号出入库、安设、撤除的操作记录及移动轨迹，并进行数据统计处理，形成规范的记录表，便于历史数据追溯查询。

2 铁路装卸作业移动式防护信号安全监控管理系统设计

按照定位管理系统、操作管理系统和软件管理系统3个组成部分的功能分别制订技术设计方案，并有机融合为一个功能完备的整体技术设计方案，具体如下。

2.1 定位管理系统

运用计算机网络、无线通讯、卫星定位、光感传感器、电池电源管理等技术，通过计算机网络无线传输数据，服务器接收数据，进行处理及存储，并通过计算机进行移动防护信号位置管理、防盗报警管理，从而形成完整的定位管理系统。移动式防护信号实景定位如图2所示。

图2 移动式防护信号实景定位图Fig.2 Real location map of mobile protection signal

具体定位数据采集处理过程如下。

（1）采用GPS定位技术对移动式防护信号的位置进行准确定位，在地图中实时显示防护信号的准确位置，便于管理人员掌握监控防护信号的使用状态。

（2）采用电子围栏技术在地图中划定防护信号的移动范围，限定防护信号在划定范围内使用，当位置超出范围时系统报警，同时报警信号发送至移动客户端。

（3）采用感光技术防止定位装置与脱轨器分离而不能正确显示防护信号位置，当定位装置与脱轨器分离时，感应装置感光发出报警信息，管理系统微机端和移动客户端同时报警。

（4）采用震动传感技术，当移动式防护信号装置产生震动而位置发生改变时，立即唤醒电子设备并上传数据。

（5）采用大容量电池，无需外接电源，电量可实时监控，提醒及时充电，保证系统正常工作。防护信号静止一定时间后进入休眠状态，执行低功耗省电模式，定时发送定位信息。

2.2 操作管理系统

操作管理系统采用无线传输、触发摄像、指纹识别、音频采集处理等技术，对移动式防护信号装置的安设、撤除工作进行操作管理，在货运值班室可以对移动防护信号移动轨迹、安撤状态、安设位置及操作环节进行监控[6]，并自动记录储存。移动式防护信号安撤操作界面如图3所示。

操作管理系统主要工作内容包括任务发布和移动式防护信号的出入库、安设、撤除、交接清点等，具体操作管理内容如下。

（1）任务发布。货运值班员根据装卸车作业任务，在系统中发布作业任务，包括作业股道、作业班组、防护信号安设数量等。

图3 移动式防护信号安撤操作界面Fig.3 Operation interface of mobile protection signal operation

（2）移动式防护信号出入库。需要安设防护信号时，防护信号安撤权限人到防护信号存放处领取防护信号，并在系统中通过指纹识别进行出库登记；撤除防护信号后需要入库时，防护信号安撤权限人将交回防护信号存放处，并在系统中通过指纹识别进行入库登记；系统实时显示出入库状态，并自动生成出入库记录。

（3）移动式防护信号安设。采用指纹识别技术，安撤权限人到值班室在系统中录入指纹进行安设登记，携带移动防护信号到达指定地点按规定安设在股道上，利用触发技术，摄像装置自动对脱轨器状态拍照，与位置信息一并上传到服务器，在监控系统上显示，通过对讲装置请求确认权限人依据图像进行安设确认，确认权限人指纹进行确认，通知装卸班组开始作业。

（4）移动式防护信号撤除。装卸作业结束，安撤权限人将防护信号从股道撤除，到值班室在系统中录入指纹进行撤除登记，摄像装置自动对脱轨器状态拍照，上传到服务器，在监控系统上显示，通过对讲装置请求确认权限人依据图像进行撤除确认，移动式防护信号入库存放。

（5）移动式防护信号交接清点。交接班人员依据系统对防护信号的准确定位功能，在值班室系统上进行交接确认，交接内容包括位置和管理编号、数量等。

2.3 软件管理系统

软件管理系统是整个防护信号安全监控管理系统的中枢，实施防护信号的用户分级、基本信息、位置信息、权限人设定、使用信息等管理。

（1）用户分级管理。集团公司、货运中心、营业部、营业网点实行分级管理，分配相应权限，在权限内进行监控操作。

（2）防护信号基本信息管理。包括防护信号管理编号、出厂编号、生产厂商、购置日期等。

（3）位置信息管理。绘制货场股道，依据地图设定电子围栏，绑定防护信号，实时显示防护信号位置，超出范围立即报警。

（4）权限人设定管理。采用指纹识别技术设定系统管理权限人、防护信号安撤权限人和确认权限人，系统管理权限人有行系统设定操作，安撤权限人有权进行防护信号安撤作业，确认权限人有权对防护信号安撤状态进行确认。

（5）使用信息管理。对防护信号使用信息数据自动进行整理，随时查询防护信号安撤作业的时间、安撤人、确认人、安设股道、安设数量，以及位置报警等历史信息，便于事件分析。

2.4 应用效果分析

移动式防护信号安全监控管理系统在唐山货运中心进行了应用，并取得良好效果，实现了移动式防护信号装置的有效监管，保障了移动式防护信号安全，减轻了职工劳动强度，提高了作业效率[7]，具体如下。

（1）移动式防护信号安全得到进一步保障。采用定位和电子围栏技术，限定了移动式防护的位置移动范围，超范围时自动报警，增强了移动式防护信号的日常安全管理，消除了移动式防护信号丢失、被盗的安全隐患。

（2）移动式防护信号安撤效率得到提高。应用该系统，省去了安撤确认人到现场确认过程，通过上传图片即可确认；采用指纹识别技术，省去了防护信号安撤、确认人工登记的过程，由系统自动进行记录统计，工作效率明显提高。

（3）移动式防护信号的管理途径得到优化。按要求每日对移动式防护信号进行交接清点，由于防护信号实物分布不定，对实物进行清点耗费人力、时间，往往清点要求落实不到位。该系统采用定位技术，通过定位进行交接清点既简便又能落实到位，减轻了职工劳动强度，保证了移动式防护信号的日常安全。

（4）移动式防护信号安撤程序得到有效落实。由于该系统操作简便，程序自动记录，减少了人为因素，因而避免了简化程序、代登代签等现象，消除了因程序落实不到位而产生的安全隐患。

3 结束语

移动式防护信号安全监控管理系统的开发应用，突破了移动式防护信号传统使用管理模式，提供了对移动式防护信号的有效监控管理手段，实现了安撤作业过程的自动记录、出现异常情况自动报警及集中控制，减轻了职工劳动强度，提高了职工落实标准的自觉性，解决了由于管理手段滞后而带来的作业及运输效率低的问题，消除了使用管理中的漏洞，保证了移动式防护信号的使用安全，特别是满足了作为铁路防溜防撞专用器材的安全管理要求。移动式防护信号安全监控管理系统的应用得到了现场的高度认可，具有广阔推广应用前景。移动式防护信号安全监控管理系统可引入到行车室，便于实时了解货物线防护信号的安设情况，确保调车作业的安全[8]。