移动式电动防护信号智能监控系统的设计与研究

张旭东

(中国铁路北京局集团有限公司 丰台货运中心，北京 102300)

1 概述

带脱轨器的移动式防护信号作为铁路装卸作业区段防护的隔离设备，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、车辆进入该作业区域，但移动式防护信号安设、撤除的确认作业需要货运员往返于货运室与作业现场，作业过程较为复杂，而且在实际作业中容易出现人为漏洞，造成移动式防护信号的安设、撤除作业落实不到位，易造成行车事故，并且移动式防护信号存在丢失、被盗等安全风险，已经不适应铁路运输发展的要求。因此，为了强化安全基础管理，加强生产过程控制，实现作业标准化，管理规范化的要求，加快当前铁路装卸作业移动式防护信号的自动化、智能化建设已成为当务之急[1]。

遵循以中国国家铁路集团有限公司信息化发展总体规划和安全技术规范为原则，在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的基础上，设计移动式电动防护信号智能监控系统。通过自动控制设备进行网络监测和控制，可以实现在控制室中对移动式防护信号安设和撤除过程的实时控制和监视，对于降低作业人员作业强度、保障安全生产具有重要意义[2]。

2 移动式电动防护信号智能监控系统设计

2.1 系统架构

移动式电动防护信号智能监控系统使用可编程逻辑控制器(PLC)、机械工程、计算机网络、图像处理、指纹识别、全球定位系统(GPS)定位等关键技术，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、定位信息处理与分析[3]。移动式电动防护信号智能监控系统架构如图1所示。

图1 移动式电动防护信号智能监控系统架构Fig.1 A mobile intelligent monitoring system on electric protection signals

（1）图像采集子系统。图像采集子系统由信号牌控制箱内安装的网络高清红外照相机和辅助光源组成。该子系统输出数字化图像信号，并通过无线通信模块输送至远端监控机房，当检测到移动防护信号安设和撤除完成后自动拍照并上传，方便货运员远程监控移动防护信号安设、撤除状态。

（2）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，接口方式为通用申行总线(Universal Serial Bus，USB)。

（3）通信服务装置。通信服务装置由无线通信模块与服务器端接收器组成，负责将网络高清红外照相机的图像数据和GPS数据上传，发现异常及时报警，实现图像及定位管理控制。

（4）定位及报警子系统。由控制箱内GPS定位模块、脱轨器测量限位模块及远端系统报警软件组成。当脱轨器安设在铁轨上且可靠固定(螺栓拧到头)后，测量模块的限位开关才被按下，产生电信号通知系统移动式防护信号安设到位。例如，移动式防护信号有微小位移，限位开关马上松开并通知系统报警。

（5）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(装卸值班室或货运室)，其内部安装相应的控制软件，由控制软件实现移动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、脱轨器安设撤除状态及位置信息、作业管理、系统维护、历史信息查询、报表打印等。

2.2 硬件结构

移动式电动防护信号智能监控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、信号表示器、网络高清红外照相机等；室内设备包括工业控制计算机、指纹采集器、服务器、网络设备等。

（1）脱轨器。脱轨器的金属底座上安装有位置测量功能的模块，只有当脱轨器安设在铁轨上且可靠固定(螺栓拧到头)后，测量模块的限位开关才被启动，产生电信号通知系统移动式防护信号安设到位。例如，脱轨器有微小位移，限位开关被关闭并通知系统[4]。

（2）信号表示器。信号表示器内装有对底部脱轨器限位开关电信号的处理电路，还有高精度GPS模块，用以随时定位移动式防护信号设备本身的位置信息。定位模块首先可以确认移动式防护信号安设位置是否正确，同时监控系统会记录存放地点及移动式防护信号安设位置，并随时监控设备本身位置信息，如果设备超出指定定位范围及时进行报警，从而达到设备防盗效果。信号表示器内无线通信模块与系统进行无线通信，及时上传移动式防护信号的实时状态信息，方便货运员远程监测移动式防护信号状态。

（3）网络高清红外照相机。主要用于对移动式防护信号安设、撤除状态进行自动拍照并上传。

（4）指纹采集器。采集安撤人、确认人、系统管理员指纹信息，主要用于作业生产及系统管理等。

（5）工业控制计算机。软件采用人机交互界面，主要用于接收、存储和显示作业状态，并对数据进行管理，还用于还有站场地图设置、手持设备管理、操作人员管理、数据信息管理、实时状态显示、错误报警提示等。

2.3 系统功能分析

移动式电动防护信号智能监控系统可以实时记录系统各设备的状态变化，当脱轨器发生安设(或撤除)不到位、信号灯不亮、通信中断、图像不正常、移动式防护信号存放位置偏离指定范围等情况时，系统自动提示并且进行语音报警。移动式电动防护信号智能监控系统主要由调度作业管理、防护信号管理、历史信息查询、系统管理4个模块组成[5]，具体如下。

（1）调度作业管理。调度作业管理用于新建调度作业，安排相应的工作班组，是整个业务系统流程的起始点。可以根据需要，新建调度并对调度指定股道、作业别、接收人，通过指纹采集器确定发布人。调度创建后可以安排一个到多个工作班组，并在调度未结束前随时追加班组。

（2）防护信号管理。防护信号管理用于显示系统当前所有股道的实时状态，对对应股道进行安设确认、撤除确认，以及对班组作业进行结束确认，是整个业务系统流程中最主要也是最重要的一个环节[6]。

（3）历史信息查询。历史信息查询用于显示系统所有的调度安设历史记录，以表格的形式详细列出了相关记录的起始时间及相关的操作人员，是整个业务系统流程中极为重要的环节。可根据需要，根据日期、股道、班组、作业别、操作人等条件进行精确查找。此外，对于每一条记录，都可以进一步查看对应时间内的视频语音回放。

（4）系统管理。系统管理只对管理员开放，用于管理当前系统的各项参数，分为作业信息、股道信息、用户信息、班组信息、IP绑定等5个模块。各模块分别提供了对相关信息的增加、删除修改功能，股道信息和IP绑定模块还分别提供了修改补光灯开启关闭时间设定和IP绑定开启关闭功能。系统管理模块是影响整个业务系统安全正常运行的重要模块。

2.4 操作流程

（1）系统登录。拥有系统权限的铁路货场作业人员，可以通过指纹采集器验证指纹登录系统(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采集器登录系统，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[7]。

（3）防护信号安设。①防护信号安设人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值班室拥有安撤确认权限的人员回复 “某班组可以在某道安设防护信号”； ③安设人开始进行安设操作；④安设成功后，系统自动进入“安设确认”界面后进行语音提示，拥有安撤确认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；⑤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”，安设人回复“某道安设防护信号成功，某班组明白”；⑥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。移动式电动防护信号智能监控系统防护信号的撤除作业流程与其安设作业流程类似[8]。

3 结束语

移动式电动防护信号智能监控系统是在原移动式防护信号的基础上，利用信息技术研发出的一种高效、智能型创新产品，改变了传统设备的使用管理模式，有效实现了铁路装卸作业移动式防护信号安设、撤除、存放监控等工作智能化管理，能够大幅度提高装卸作业效率、减轻职工劳动强度，有效控制了移动式防护信号被盗行为的发生，从而实现了人防、物防、技防的结合，对强化移动式防护信号作业管理、保证铁路运输安全生产起到积极作用，并拥有良好的扩展性、兼容性、可靠性，具有广阔的应用前景。