铁路营业线作业智能防护系统设计方案

摘要：文章在分析铁路发展和铁路营业线作业对智能防护需求的基础上，提出了营业线作业智能化防护系统设计方案。该系统通过充分利用现有监控成熟技术和营业线防护作业标准，实现铁路营业线作业过程的智能防护，当工作人员在铁路营业线进行工务、电务、供电等作业过程中，作业区段前后方有列车经过时，防护系统能进行智能化、自动防护提醒，减轻防护人员的作业劳动强度，降低铁路营业线作业安全事故率，提升铁路营业线作业智能化应用水平。

关键词：铁路;营业线作业;智能防护;下道避车

0 引言

中国国家铁路集团有限公司发布的统计数字显示，截至2020年7月底，我国铁路营业里程达到14.14万km，其中高铁达3.6万km[1]。《新时代交通强国铁路先行规划纲要》提出，到2035年，全国铁路网要建成人防、物防、技防“三位一体”的安全保障体系，全面提升安全水平、安全预防及管控能力、应急处置及救援能力，铁路交通事故率、死亡率大幅降低[2]。铁路“十三五”发展规划指出，要全面提升安全监控自动化水平，应用物联网、移动互联和智能感知等技术，深化专业安全监测监控应用，建立集监测、监控和管理于一体的安全监管信息系统，实现安全生产动态信息实时监测监控[3]。

铁路营业线工务、电务、供电的检查、维修、养护作业人员的人身安全在作业全过程中均受到营业线上营运列车的威胁，是铁路安全防护和安全监控的重点环节。建立基于智能感知、移动互联的防护系统，能对营业线作业的安全生产过程进行实时监控和预警，降低铁路交通事故率。

1 智能防护系统的需求

铁路已开通运营的营业线路，需要在列车运营间隙对铁路的基础设施进行检查、维修或改造等施工作业，主要包括轨道线路检修或施工、桥隧检修或施工、路基涵洞检修或施工（以下简称工务作业），通信和信号设备检修或施工（以下简称电务作业），接触网和电力线路运行检修或施工（以下简称供电作业）。在进行营业线工务、电务、供电作业时，为防止列车与作业地点的人员、材料机具刮撞而造成人员伤亡、设备损坏、经济损失、行车中断等事故，需根据不同的作业类型在作业地点设置防护。[=XTL（]铁路营业线作业智能防护系统设计方案/何江斌[=JP2] 工务、电务、供电作业必须在施工和维修作业计划审批完成后实施，施工和维修作业过程中均需按要求设置驻站联络员和现场防护员[4]。驻站联络员在施工和维修作业场所附近的车站驻守，在施工和维修作业前与车站值班员办理施工、维修登记手续，向作业负责人传达调度命令，随时与现场防护员保持联系，通报列车运行情况。现场防护员在铁路营业线施工、维修作业现场主要采取瞭望防护的方法，当发现瞭望点有列车通过时，立即通知作业负责人停止作业，下道避车。

预防和卡控铁路营业线和邻近营业线施工安全事故、确保施工安全是铁路工程建设安全风险管理的重要内容之一[5]。全国铁路每年均有大量的营业线施工和维修作业，对营业线智能防护系统有大量的需求。最近几年，铁路营业线施工安全事故时有发生，引起了较为广泛的关注[6]。现有的营业线施工和维修作业时，作业地点的人员主要依靠驻站联络员、现场防护员向施工作业负责人通报列车通过信息，以在列车通过作业地点前下道避车。这种防护方法在恶劣天气、通信不畅、现场防护员疏忽、施工作业负责人疏忽、作业人员不掌握列车通过信息等情况下，易于发生行车安全事故。对此，可通过充分利用现有监控成熟技术及移动互联、智能感知等技术，打造营业线智能防护系统，降低铁路营业线作业安全事故，提升铁路营业线作业智能化应用水平。

2 智能防护系统的原理和实现方式2.1 智能防护的响应方式

按照营业线防护的智能化程度，响应方式可分为全自动响应、半自动响应和人工响应三种。全自动响应可由系统自动发布指令到施工作业负责人，同步向作业点人员发布信息，无须人工干预;半自动响应可根据监控信息自动判断，然后以鸣笛或消息闪烁方式提醒现场防护员，如需人工核实，可经现场防护员核实并确认后，系统再自动发布指令、发布信息;人工响应可根据现场防护员瞭望到来车方向有列车后，由现场防护员向施工作业负责人发布信息。

2.2 智能防护的原理和实现方式

智能防护的全自动响应，主要是驻站联络员与车站值班员确认列车信息后，在智能防护系统内进行列车通过信息录入和确认操作，在车站对施工区段办理闭塞时通过移动互联发出预报，并在作业点向作业人员发布语音广播预报;在车站对施工区段发车时，通过移动互联发出确报，并在作业点向作业人员发布语音广播确报;在列车接近作业现场时，通过北斗系统、移动互联发出警报，并在作业点向作业人员发布语音广播警报和立即下道的指令。

智能防护的半自动响应，主要是现场防护员在防护点分别安置远点、近点激光探测装置[7]。远点激光探测装置迎向来车方向，探测距离在1 000 m以上;近点激光探测装置垂直于营业线方向，探测距离在5 m以上。远点、近点激光探测装置均每1 s发射一次探测激光，远点探测装置发现有列车通过时，以鸣笛或消息闪烁方式提醒现场防护员，经现场防护员核实并确认后，系统通过移动互联发出警报，并在作业点向作业人员发布语音广播警报和立即下道的指令。近点探测装置发现有列车通过时，可自动发出下道避车指令。

智能防护的人工响应，主要是现场防护员按工务安全规则，瞭望到来车方向的列车后，由现场防护员通过对讲设备，人工向施工作业负责人发布列车到来信息。

3 智能防护系统设计方案

3.1 智能防护系统的硬件配置

智能防护系统的硬件包括一个控制中心和多个施工作业模块，每个施工作业模块包括一个驻站联络点、一个现场防护点、一个施工作业点。

控制中心配置电脑、分级显示屏、无线对讲机、固定电话和手机。电脑安装营业线智能防护系统，统筹监控多個施工作业点的防护运行状态。分级显示屏可显示多个施工作业点的下道避车、工具和材料是否有遗漏、现场防护员及激光探测装置工作情况等。无线对讲机、固定电话和手机用于实时与驻站联络员、现场防护员、施工负责人保持联络，确认施工现场信息，必要时发布命令。

驻站联络点设驻站联络员一人，配置手提电脑、无线对讲机和手机各一台，手提电脑安装营业线智能防护系统。手提电脑用于防护系统自动接入车站列车调度系统的列车信息，或由驻站联络员根据施工作业点的作业性质、作业时间在防护系统内录入本区间、本时段内的列车信息，实时显示防护系统的运行状态、列车距施工作业点的距离、施工作业人员是否下道避车等情况。无线对讲机用于实时与现场防护员、施工负责人保持联络，传达调度命令。手机安装防护系统APP和北斗位置芯片，可用于查看防护系统运行状态、半自动响应和人工响应方式下的人工确认、通信联络等。

现场防护点设现场防护员一人，配置远点、近点激光探测装置一套、无线对讲机和手机各一台。远点激光探测装置迎向来车方向，探测远距离方向有无列车通过;近点激光探测装置垂直于营业线方向，探测到列车通过时自动发出下道避车指令。无线对讲机用于实时与驻站联络员、施工负责人保持联络，通报现场激光探测装置捕获的防护信息。手机安装防护系统APP和北斗位置芯片，可用于查看防护系统运行状态、半自动响应和人工响应方式下的人工确认、通信联络等。

施工作业点配置语音广播设备、视频监控设备、无线对讲机和手机各一台。语音广播设备用于广播发布列车通过的预报、确报、警报、下道命令等语音通知。视频监控设备用于传递施工作业人员是否按要求和命令下道避车、工具和材料等是否遗漏在线路上。无线对讲机用于实时与驻站联络员、现场防护员保持联络，接收调度命令。手机安装防护系统APP和北斗位置芯片，可用于查看防护系统运行状态、现场防护员和施工区段拟通过列车的实时位置、通信联络等。

3.2 智能防护系统的软件配置

防护系统的软件设置电脑版和移动终端版，两者之间互通。控制中心和驻站联络点的电脑均安装电脑版软件，控制中心和驻站联络点、现场防护点、施工作业点的手机均安装移动终端版。软件的主要功能包括：控制中心接收各施工点的施工信息、防护信息、施工区段列车通过信息、视频监控及存储，协调及发布命令;驻站联络点接入施工区段列车通过信息、传达车站调度命令，发布预报、确报、警报;现场防护点通过激光探测装置采集施工作业点的列车通过信息并分析、上传、发布预警和命令;施工作业点上传视频监控信息、接收命令、发布语音警告信息等。

3.3 智能防护的分类及实现方式

3.3.1 智能防护预报及实现方式

智能防护预报，可将列车调度系统的列车信息接入防护系统，防护系统自动检索施工作业点的作业性质（如封锁、慢行等）、作业时间;也可由驻站联络员根据施工作业点的作业性质、作业时间录入本区间、本时段内的列车信息。在营业线施工作业开始前，驻站联络员按规程办好施工作业手续后，再与车站值班员确认通过施工作业点的列车信息。防护系统在对信息进行整合、数据分析处理后，自动比对防护系统是否设置有预案，若符合预案要求，则在车站值班员对施工区段办理闭塞时即自动进行响应，防护系统自动通过移动互联、无线对讲设备发出预报。施工作业负责人和现场防护员在APP、无线对讲设备上能即时接收到列车通过信息的预报，防护系统同时在作业点通过语音广播设备向所有作业人员发布列车信息预报，提醒全体作业人员注意。

3.3.2 智能防护确报及实现方式

智能防护确报，是在列车信息已录入防护系统、驻站联络员与车站值班员确认通过施工作业点的列车信息，已进行预报后，在车站值班员发出调度命令通知列车可以进入施工区段时，防护系统自动通过移动互联、无线对讲设备发出确报。施工作业负责人和现场防护员在APP、无线对讲设备上能即时接收到列车通过信息的确报，防护系统同时在作业点通过语音广播设备向所有作业人员发布列车信息确报，提醒全体作业人员做好下道避车准备。

3.3.3 智能防护警报及实现方式

智能防护警报，是在列车接近施工作业现场时，防护系统可以同时按全自动响应、半自动响应、人工响应模式分别对施工作业点的负责人、现场防护员和全体作业人员发出避车下道的警报。

智能防护警报全自动响应，是通过安装在列车上的北斗系统自动向防护系统发出列车实时位置，在列车到达施工作业点规定的避车下道距离时，防护系统自动通过移动互联、无线对讲设备发出警报。施工作业负责人和现场防护员在APP、无线对讲设备上能即时接收到列车距施工作业点的距离播报、语音或窗口警报、下道避车指令，防护系统同时在作业点通过闪烁红灯和语音广播设备向所有作业人员发布下道避车的指令。

智能防护警报半自动响应，是通过现场防护员在防护点设置的远点、近点激光探测装置发现有列车通过时，防护系统以鸣笛或消息闪烁方式提醒现场防护员，现场防护员核实并确认后，防护系统自动通过移动互联、无线对讲设备向施工作业负责人发出警报。防护系统同时在作业點通过闪烁红灯和语音广播设备向所有作业人员发布下道避车的指令。

智能防护警报人工响应，是现场防护员按工务安全规则，肉眼瞭望看到列车后，通过对讲设备，人工向施工作业负责人发布警报，施工作业负责人再向全体作业人员发布立即下道避车的指令。

3.4 智能防护控制流程

铁路营业线作业智能防护流程如图1所示。

铁路营业线作业智能防护系统属于联网交通监控，按各铁路局集团管辖范围设立局级防护系统，各局级防护系统联网组成国家级防护系统。局级防护系统由各铁路局集团负责管理运营，国家级防护系统由国铁集团管理运营，局级防护系统服从国家级防护系统的统一指挥调度和管理、相互协调。

局级防护系统具体对辖区内的营业线作业防护进行跟踪、监测管理和响应，国家级防护系统不进行具体响应和实际控制，但可对局级防护系统进行监管，同时国家级防护系统享有优先控制权。在特殊营业线地段、各局级管辖范围交汇处，国家级防护系统可根据需要优先进行处置、发布指令，各局级防护系统应对国家级防护系统的指令进行响应。

4 结语

本设计方案在分析近年铁路发展和铁路规划、铁路营业线作业对智能防护需求的基础上，对铁路营业线作业智能防护进行了相关研究，对响应方式、智能防护分类、智能防护实现方式提出建议，拟定了铁路营业线作业智能防护控制流程，旨在列车计划进入、即将进入、进入施工作业区段时，能在最快的时间段内做出响应，发布下道避车指令，降低和避免铁路营业线发生作业人员伤亡、设备损坏、经济损失、营业线运营中断等事故，同时可减轻驻站联络员、现场防护人员的作业劳动强度，提升铁路营业线作业智能化应用水平。

参考文献：

[1]中国国家铁路集团有限公司.中国铁路营业里程超14万公里[EB/OL].http：//www.china-railway.com.cn/xwzx/ywsl/202008/t20200810_107563.html，2020-08-10.

[2]中国国家铁路集团有限公司.国铁集团出台《新时代交通强国铁路先行规划纲要》[EB/OL].http：//www.china-railway.com.cn/xwzx/ywsl/202008/t20200813_107656.html，2020-08-13.

[3]中华人民共和国国家发展和改革委员会.铁路“十三五”发展规划[EB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2017-11/24/5242034/files/0c903bd66a9d47fd8acb4db8b9816aa9.pdf，2017-11-24.

[4]中国铁路总公司.普速铁路工务安全规则[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[5]贺廿生.铁路营业线施工安全事故预防及卡控[J].铁道工程学报，2016（5）：32-36.

[6]王秦涛.铁路营业线施工安全事故预防及管控措施[J].智能城市，2020（10）：144-145.

[7]何江斌，陈国升.桥梁限高架主动提醒超高车辆的警示系统研究[J].西部交通科技，2019（11）：148-150.