南山矿铁路运输行车安全预警系统建设与应用

2023-11-26杨小江何先文朱春山陈宗援

现代矿业 2023年10期

杨小江何先文朱春山陈宗援

（安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司）

当前，随着信息技术的发展，机车运行安全和设备监测系统正朝着集多功能安全监测模块于一体的大型平台化、系统化的方向发展，国内各类新型机车目前也广泛运用具备高效传输、统一存储、智能化人机交互界面的车载安全防护系统及其地面专家系统，这些车载安全防护系统正在国内电力机车、内燃机车、调车机等车型上进行工程化应用，为解决机车运用中最突出的安全问题提供了有效技术支撑。露天矿山由于其特殊的运行环境，老式的机车设备缺少必要的安全防护系统，使得行车安全成为企业生产的短板，需要对现有铁路运输设备进行改造升级，从而达到安全行车的目的。

1 南山矿铁路运输现状

南山矿作为国内大型露天矿山，同时也是近城矿山，其内部运输（采场—选厂、采场—排土场）主要采用铁路运输方式，其铁路运输线路全长约50 km，经过多个村庄道口，铁路线为开放式线路。运输设备为传统的ZG150—1500型直流电力机车和KF60型自翻矿石敞车，运行过程中电机车连挂9节自翻车在单行轨道上进行往返作业，其平均运行速度达25 km/h。为保证电机车安全稳定运行，单台运行车组配置3人（正副驾驶员各1 人，调车员1 人）。牵引作业时，由驾驶员观察前方道路情况并控制电机车；推进作业时，由于车组较长（约120 m），驾驶员无法观察到行进方向道路情况，主要依靠车组尾端翻斗车上的调车员给驾驶员相应的信号。

南山矿铁路运输电机车安全运行存在巨大的挑战：一是铁路线途经大量村庄和道口，且铁路线上日常维护人员较多，人员或异物入侵铁路线时有发生，行车过车中如不能及时发现并停车将产生严重后果；二是在长周期作业情况下，操作指挥人员容易产生思想麻痹或精力不集中的情况，也将严重影响行车安全；三是调度指挥人员无法及时掌控电机车运行状态及位置，影响运行指挥效率；四是现有电机车因制造年代较久，缺少机车运行安全和设备监测装置。随着行业和技术发展，以及企业减员增效和安全生产要求，传统的电机车和人工驾驶模式需要升级改造，逐步向智能化和无人化方向发展。

2 预警系统功能要求

为提高露天矿山电机车行车安全，减少事故的发生，同时为露天矿山电机车无人化奠定基础，电机车行车预警系统改造参照国内外关于车载安全防护系统设计理念，并针对南山矿铁路运输场景实施。

电机车行车安全预警系统主要从防火监控、视频监控、目标识别（行车防撞）、超速监控4 个方面对电机车行车提供安全预警，还为电机车行车信息预留数据接口，为物联网无线数据传输提供技术支撑。为此，行车安全预警系统由中央处理平台和4个子系统（防火监控子系统、视频监控子系统、行车防撞子系统、GPS 测速子系统）构成。中央处理平台对各子系统进行数据集中、数据管理，并对数据进行综合分析；各子系统遵照统一的通信协议，与中央处理平台通讯［1-4］。

2.1 防火监测子系统功能

该系统由防火监控板、前端探测设备、连接器和线缆组成，其点型感烟探测器具备漂移补偿、污染自动识别和报警功能。系统具备注册登录功能，注册登录完成后能自动识别在线设备的类型。系统实时监测机车高压室的烟雾、热量等物理量，超过限值时发出火灾报警信号；当发出火警时，由中央处理平台在音视频终端上显示火警区域并发出语音报警；同时具备人工消除当次报警功能。系统实时采集前端探测设备（视频、激光雷达、传感器等）状态信息，并能将状态信息实时分析处理，从而判断电机车设备的正常、火警、故障、短路等状态。

2.2 视频监控子系统功能

该系统能实时采集电机车司机室前方路况、电机车电弓情况、电机车两侧车身情况、电机车车组尾端翻斗车前方路况图像，系统根据电机车行车信号的变换（牵引行车、推进行车），可自动切换行车视频图像（牵引行车时主要显示电机车司机室前方路况，推进行车时主要显示尾端翻斗矿石敞车前方路况），也可手动切换视频图像，可切换多画面显示模式及单画面显示模式。系统具备视频图像存储能力，存储视频图像时间最短不少于10 d。视频存储采用滚动方式，当占用的存储空间达到上限时，自动覆盖早期的视频数据；存储的视频图像可以在音视频终端进行本地回放，并提供下载功能。当有报警事件时，系统可进行相应语音报警，包括火警提示、行人提示及超速提示等。电机车车组调整时，系统主界面可以与新挂接的尾端翻斗车的视频装置进行自由配置。系统具备查看监控数据、运行记录及历史记录功能。

2.3 行车防撞子系统功能

该系统利用计算机视觉及深度学习技术，实时检测电机车车身四周及电机车行进方向路况的视频图像。当检测到有可能影响行车安全的行人及异物时，及时发送预警信息，利用音视频终端发出语音报警提示，在视频画面上标注车身四周出现行人或异物的位置，在视频图像上用红框提示行人位置且显示行人与机车之间的距离信息。

2.4 GPS测速子系统功能

该系统通过GPS 模组，结合电机车运行的电子地图，实时获取车辆行驶速度及坐标。系统通过设置电机车各区段的最高行驶速度，在电机车超速时，及时发出超速的语音提示。

3 行车预警改造方案

3.1 系统方案

南山矿现有的ZG150-1500 型直流电力机车为两端拼接结构，具有双驾驶室，驾驶室空间位置狭小。牵引作业时驾驶员在前端驾驶进行操作，推进作业时驾驶员则在连接自翻车一端的驾驶室进行操作。同时，考虑到电机车行驶轮轮缘磨损，电机车将定期掉头。因此行车预警改造时需要在电机车Ⅰ端及Ⅱ端都安装相应的视频监控及检测显示装置。考虑电机车推进作业时要实时掌握车组尾端的路况，需要对尾端自翻车进行改造，安装相应的视频检测设备。电机车行车预警设备改造安装方案如图1 所示。

3.2 主机安装

主机是行车预警系统的数据处理及控制单元，由于ZG150-1500 型直流电力机车为双车拼接结构，需要在电机车两端司机室各安装1 台主机。考虑空间限制及使用特点，2 台主机的功能不完全相同。一端主机安装在司机室衣帽柜内，一端主机从二端主机输出插取DC24 V电源，并分别给一端显示屏、一端摄像机提供DC12 V电源，主机内装有图像处理板、机车信号接收板、交换机、硬盘等部件。二端主机安装在二端司机室衣帽柜内，二端主机从机车48 V 蓄电池闸刀后端进行取电，并分别给二端主机提供DC24 V 电源，为二端显示屏及二端摄像机提供DC12 V 电源，主机内装有中央处理平台处理板、防火监控板卡、交换机、硬盘等部件。