铁路车务智能防溜作业管理系统研究与应用

刘 刚 中国铁路上海局集团有限公司运输部

铁路站场、专用线或段停留车列、机车、轨道车、检测车、作业车等发生溜逸危害极大，溜逸的车辆通过道岔时会脱轨或颠覆、挤坏道岔等行车设备，进入正线后会与正在行驶的列车正面冲突，造成线路中断、人员伤亡、财产损失等，造成重大行车事故。铁路车务防溜作业一直是铁路车务部门作业的重点与难点。针对车辆防溜的问题,除了要制定详细的作业管理办法和作业流程外,还需积极研发各种智能化的防溜设备及监控手段,加强人防、物防、技防“三位一体”的安全保障体系，以强化停留车辆防溜安全控制和监测,减少车辆溜逸等问题的发生。

1 防溜器具发展现状和目前存在的问题

1.1 发展现状

针对机械防溜铁鞋，国内部分科研院所和企业进行了有关智能防溜铁鞋的研究和探索，只是适当的增加了部分信息化功能，由于技术功能规划方面的缺陷或者与现场实际作业情况契合程度不高，严重影响了智能化铁鞋的实用推广。经过大量国内相关产业调研，总结下来国内智能鞋目前主要停留在如下阶段，技术分类整理如下：

（1）在原有机械铁鞋的基础上，增加一些电子标签，通过手持终端，内置电子标签阅读器（有单独手持终端、也有共享复用调车电台终端），现场读取铁鞋标签，发送到数据平台，实际上只是解决了一个人员的定期巡检管理的问题。对于铁鞋是否布防到位、是否撤防、铁鞋姿态等不能远程在线监控，只是依靠人力的高频次巡检查看，通过人力盯防来检查车辆防溜情况。

（2）在传统的机械铁鞋的基础上，需要信号楼和现场两人协作布防，现场作业人员布防、撤防操作，电台口呼沟通，信号楼作业人员，通过电脑软件拖曳摆放鞋子来实现鞋子的布防、撤防状态和股道占用信息。

（3）在传统机械铁鞋的基础上，内置了物联网模块和电池，能够通过铁鞋按钮（或者手持终端遥控）来进行布防、撤防操作，以及设置布防股道。缺点是股道的设置还是以手工设置、布防为主，很大程度上取决于作业人员的经验和状态，容易误布股道，无从纠正发现。同时增加一个专用的遥控终端增加了维护成本，降低了系统可靠性和使用便捷性。

1.2 目前车务防溜作业管理中主要存在以下实际困难

（1）缺乏防溜作业监控——防溜铁鞋布防、撤防不及时造成安全隐患，布防、撤防不到位造成安全隐患，容易发生行车事故。

（2）缺乏防溜状态监测——防溜铁鞋在布防和撤防过程中，状态的在线监测，依靠人工巡检巡防，一方面频繁穿越线路，容易危害人身安全，另外一方面，人员劳动强度大，长期疲劳作业，不利于行车安全。

（3）传统防溜铁鞋笨重，站场防溜器具存放点设置不优化——传统防溜铁鞋由铸铁或者钢板制作，单只传统铁鞋重量在7-8KG，防溜器具存放点设置不合理，作业人员远距离携带作业，劳动强度大，频繁穿越线路时常发生，存在重大安全隐患。

（4）防溜器具存放和保管方式管理粗放：现场作业过程中，防溜器具(铁鞋、木止轮器、紧固器）的存放和保管管理方式粗放，对于防溜器具保有量，使用状态未作信息化跟踪记录。

为此，结合车务防溜作业管理的实际，针对性的解决以上问题，迫切需要开发一种车务智能防溜作业管理系统（智能鞋在线监测和预警系统），具备防溜铁鞋布防、撤防在线监测、安全预警功能，同时提供其它防溜器具的管理功能，通过技术创新减轻防溜作业的劳动强度，提高作业管理安全性。在整个项目系统规划和实施过程中，项目组集思广益，充分调研现场实际作业需要，充分采用最新的科技手段，在上海局合肥车务段和南翔站做了大量的现场试验和试点工作。

2 智能运营管理体系架构

2.1 研发目标

开发一套能够解决现场实际问题的车务智能防溜管理系统（智能鞋在线监测和预警系统），通过铁路内部局域网远程获取车务防溜作业过程数据，远程监控防溜作业过程的规范性，远程监测防溜铁鞋的布防撤防状态；及时发现防溜作业问题，及时采取措施，减少不规范作业引起的安全事故。智能鞋采用智能物联网技术，实现铁鞋的布防、撤防作业过程，以及铁鞋的轮距、轨面密贴、拉鞋异动等状态监测，以及智能鞋的闭环位置跟踪。其中鞋体的设计采用两种方式：一种普通型采用现有防溜铁鞋钢板结构设计，兼容现有铁鞋材质和技术要求。另外一种增强型采用高分子复合材料，替换现有钢板材质，通过技术革新，减轻铁鞋的重量，降低现场作业人员的劳动强度。

2.2 基本原理

车务智能防溜作业管理系统主要由智能鞋完成其防溜状态检测，并向系统平台提供信息，由监控客户端完成警示项目的声音和图像警示，提醒作业者做相应的检查。

智能鞋内部设有主板、无线数据通讯模块、传感器、融合定位模块及电池管理电路等。主板总体负责所有部件的协调、开关、数据采集、电池充放电管理、发送和接收平台信息等。

布防时,作业人员按下智能防溜铁鞋上的布防按钮，智能防溜铁鞋启动布防状态检测并通过无线通信网络向系统平台发送XX铁鞋布防信息，同时开始采用超声波雷达探测铁鞋与轮对的距离，用加速度传感器检测铁鞋移动的加速度和倾斜的角度，并根据融合定位情况自动判别股道信息，布防状态下，一旦超过了其警示的阀值，铁鞋将向系统平台发送相应的告警信息。

撤防时，作业人员按下智能防溜铁鞋上的撤防按钮，智能防溜铁鞋启动撤防状态检测并通过无线通信网络向系统平台发送XX铁鞋撤防信息。铁鞋撤防以后，如果作业人员没有将铁鞋带走，仍然遗留在钢轨上，X分钟后铁鞋将发送警示信息给系统平台，如果铁鞋撤防后 超过设定时间还没有送入鞋柜充电，系统也将告警提示，并开启铁鞋的北斗定位追踪功能。

2.3 系统功能

车务智能防溜作业管理系统是以智能鞋为基础，通过融合传感器检测、无线通讯、高精度定位等信息化技术，以智能鞋、智能鞋柜、无线通信基站、服务器客户端为载体，通过优化车辆防溜作业流程，实现防溜安全卡控与监测的目标。根据《铁路技术管理规程》及《防止机车车辆溜逸管理办法》的要求。车务智能防溜管理系统（智能鞋在线监测和预警系统）规划实现如下功能：

（1）自动识别铁鞋与轮对的距离：目的监测铁鞋是否布防到位，铁鞋与轮对的距离要近，车辆一旦溜逸，距离超出一定范围，智能鞋会主动发送告警信息，防止车辆意外溜逸。

（2）自动监测鞋底与轨面的蜜贴程度，正常布防到位，鞋底应该紧贴柜面，不然就是发现铁鞋布防不到位。

（3）自动识别铁鞋的移动或者倾斜，通过加速度传感器和惯导传感器，及时发现铁鞋的姿态。

（4）自动布防、自动定位功能，铁鞋布防的自动发现股道号，所见即所得，无须认为设定股道号。

（5）备智能充电鞋柜闭环管理功能，自动记录鞋子进柜充电、出柜布防时间。撤防状态长期不入柜，智能鞋会告警，同时具备北斗定位跟踪功能。

（6）系统除了管理智能鞋以外，还具备其它防溜器具(止轮器、紧固器等)。

铁路车务智能防溜作业管理系统功能实现如图1所示。

图1 铁路车务智能防溜作业管理系统功能

2.4 系统特点

（1）实时分布式架构。前端采用C/S架构，后端采用B/S架构，支持多用户同时监控，各用户的操作实时同步到其他用户；

（2）多样的状态呈现。作业信息实时更新在各客户端，采用声光告警+语音播报的形式多角度呈现作业的实时状态，用户也可通过语音播报系统发布重要的信息并播报到其他客户端；

（3）灵活的权限配置。通过灵活的权限配置，同一用户可以监控多个站场的实时防溜作业。

2.5 系统构成

系统采用B/S+C/S方式可实现路局下所有站场防溜作业情况的实时监控，用户通过在电脑上运行客户端即可进行实时监控。如图2所示。

图2 系统组成

车务智能防溜作业管理系统由智能鞋、智能鞋柜、无线通信基站、监控管理系统软件及其它附件构成。

（1）智能鞋

智能鞋由鞋体和电子装置组成。电子装置由电池模块、传感器模块、管理控制模块、无线数据通讯模块等部分组成，鞋体由高分子复合材料成型，其外形尺寸、鞋尖上翘量、踏面与轮轨配合间隙、碾压点、布氏硬度、电磁兼容性等技术参数符合国标和铁标规定，其主要作用是阻 挡车辆溜逸和作为电子装置的载体。电子装置包括硬件和软件两部分，耐受电磁兼容性、振动撞击、防水防尘和高低温。其主要作用是自动识别防溜状态，准确区分防溜有效、防溜无效；具备无线通信功能，实时自动上报铁鞋工作状态；支持定位，可自动判定设防股道，具备找鞋功能。

（2）智能鞋柜

鞋柜由柜体和电子装置组成。鞋柜柜体用不锈钢制作而成，耐受电磁兼容性、振动撞击、防水防尘和高低温。鞋柜内的电子装置包含蓄电池，管理控制模块、无线通讯模块等组成。其主要作用是具备存放管理智能鞋等防溜器具的功能；准确识别铁鞋的归位状态，并实现对智能鞋的充电管理；支持扫码开柜；具备无线通信功能，与站内铁鞋、无线基站等实时通信。

（3）无线通信基站

具备无线通信功能，负责站内物联网络覆盖；与智能鞋通信，实时获取铁鞋防溜状态及所处位置；与智能鞋柜通信，实时获取鞋柜及柜内设备状态。

（4）系统软件

系统软件包括服务端软件和客户端软件。服务端软件重点完成数据的采集、处理和分发；客户端软件其主要作用是直观和动态显示铁鞋及各种防溜器具在股道上的位置和状态；记录并存储防溜操作的器具、时间、操作等相关信息，并生成防溜记录；接收铁鞋上传的信息，提供警示的声音和信息弹窗；接收操作人员的命令，并向铁鞋发送布防或撤防的指令。其功能主界面如图3所示，可实现：站内各种防溜器具在股道布防的位置及实时状态显示；铁鞋智能布防、撤防或人工布防、撤防时相关信息显示；铁鞋各类告警信息的语音及弹窗提示；铁鞋充电及电量指示；自动生成防溜记录簿，支持防溜记录的多字段模糊查询；找鞋等功能。

图3 软件功能主界面

该系统能够远程监控防溜作业过程，远程监测铁鞋的工作状态，能够对铁鞋的防溜密贴、放置到位、铁鞋异动、漏撤、误撤、非正常撤除等状况进行监测，并将信息上传服务器，在值班室或信号楼的电脑管理平台上显示，并且在壁挂的智能防溜作业电子占线板上同步显示。当铁鞋状态的变化和告警状态自动上传管理系统平台，电脑管理平台、智能防溜作业电子占线板和智能鞋会自动同步提示，提示工作人员进行检查，及时排除安全隐患。系统减轻了作业巡检劳动强度,提高了发现问题的实时性和便捷性，提升了安全管理水平。另外，该系统还具备铁鞋充电远程监控、电量远程监控、铁鞋北斗定位追踪、自动生成作业台帐、防溜器具（铁鞋、木止轮器、紧固器）存放管理等功能。试用结果表明，该系统功能符合现场需求、操作简单方便，性能稳定可靠。

3 结束语

车务智能防溜作业管理系统将新一代的智能鞋和传统防溜设备（手闸、紧固器、木止轮等）进行一站式整合，大大提升了铁路车站防溜作业智能化程度和日常维护效率，在对智能鞋作业和状态进行全时实时监控的同时兼顾传统防溜设备的维护管理，用户通过局域网内的任意一台电脑运行客户端软件即可以全面掌握站场内防溜作业的情况。该系统自2020年1月在上海铁路局南翔站张庙车站安装使用至今，系统运行稳定，使用安全，操作简单，维护方便，提高了防溜作业工作效率和安全性，获得了车间管理人员的一致好评。系统的社会效益和经济效益主要体现在以下方面：系统投入运用有利于提高防溜作业安全管理。系统的运用，能够及时发现问题并能及时处理问题，大大减少防溜布防不到位导致车辆溜逸、以及漏撤拉鞋等安全隐患。通过科学技术保安全，对确保车站作业安全有直接的作用。车务智能防溜作业管理系统的研发成功，可以应用到铁路系统相关的调车编组站场，中间站等等，在上海路局范围内，预计有600-800个防溜作业点可以安装该设备，从而实现在提高防溜作业管理效率和防溜作业安全性的同时降低人力成本。