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        工務及電務現(xiàn)場作業(yè)安全防護系統(tǒng)

        2011-05-12 07:59:52郭榮昌林俊亭李國寧
        鐵道運營技術(shù) 2011年1期
        關(guān)鍵詞:報警器預警列車

        郭榮昌,林俊亭,李國寧

        (蘭州交通大學自動化與電氣工程學院,1.碩士研究生;2.講師;3.副教授,甘肅 蘭州 730070)

        鐵路線路作業(yè)安全防護是指鐵路工務和電務部門,對在現(xiàn)場作業(yè)的工作人員進行的安全防護工作?,F(xiàn)場作業(yè)防護是安全生產(chǎn)的一項重要工作,是確保行車和人身安全的一項關(guān)鍵措施。施工作業(yè)中,如果不設防護或防護措施不到位,就會嚴重威脅鐵路行車安全和作業(yè)人員的人身安全,甚至造成嚴重后果。隨著鐵路的不斷提速,列車密度的日益增大,防護工作愈來愈重要。而現(xiàn)有的安全防護方法,已經(jīng)不能滿足施工作業(yè)的要求,影響鐵路運輸?shù)陌l(fā)展。為此,開發(fā)工務及電務現(xiàn)場作業(yè)安全防護系統(tǒng),以加強現(xiàn)場的作業(yè)防護。

        1 安全防護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        工務及電務現(xiàn)場作業(yè)安全防護系統(tǒng),由系統(tǒng)硬件設備和系統(tǒng)應用軟件構(gòu)成。該系統(tǒng)硬件設備包括青藏線專用于鐵路的通信系統(tǒng)(GSM-R)網(wǎng)絡及加強型列車控制系統(tǒng)(ITCS)設備,以及在調(diào)度中心增設的現(xiàn)場作業(yè)安全防護平臺(計算機),在現(xiàn)場增設的移動終端設備等;應用軟件包括原有的GSM-R通信系統(tǒng)網(wǎng)絡軟件和ITCS系統(tǒng)的軟件,還包括新開發(fā)的安全防護平臺軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)的安全防護平臺硬件包括微機、打印機、接收設備、聯(lián)網(wǎng)設備以及原有的消息轉(zhuǎn)發(fā)設備、微機監(jiān)測和GPS設備、ITCS設備。安全防護終端設備為手持報警器。

        2 安全防護系統(tǒng)的原理及實現(xiàn)

        列控車載設備將列車當前位置和速度信息,通過GSM-R通信系統(tǒng)網(wǎng)絡實時傳送給調(diào)度中心的消息轉(zhuǎn)發(fā)設備,局域網(wǎng)的通信前端機將消息轉(zhuǎn)發(fā)設備的信息傳送給現(xiàn)場作業(yè)安全防護平臺的接收設備。現(xiàn)場作業(yè)人員的終端設備即手持報警器,利用全球定位系統(tǒng)(GPS)或者公里標定位當前經(jīng)緯度或線路里程,將位置信息通過GSM-R通信系統(tǒng)傳送回現(xiàn)場作業(yè)安全防護平臺。

        2.1 安全防護平臺安全防護平臺的軟件系統(tǒng)對接收設備接收到的列車位置、速度等信息和現(xiàn)場作業(yè)人員的位置信息進行里程標轉(zhuǎn)換,通過匹配數(shù)據(jù)庫中電子地圖上的線路信息,實時計算出列車以當前速度下運行到作業(yè)位置的時間,從而產(chǎn)生出不同的報文信息。

        軟件系統(tǒng)主要是對接收到的信息進行處理,計算出預警級別,將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視圖,形象地向調(diào)度人員表示,并給現(xiàn)場作業(yè)安全防護終端傳送計算結(jié)果。該部分為安全防護平臺軟件設計的核心。為提高現(xiàn)場作業(yè)安全防護平臺的可靠性,采用冗余結(jié)構(gòu),同時將平臺與微機監(jiān)測系統(tǒng)相連,實時監(jiān)測和記錄該平臺的運行狀況,并且采用統(tǒng)一條件觸發(fā)式的發(fā)送過程完成單向通訊。通過GPS獲取精確的時鐘信息,采用定時重復發(fā)送機制實現(xiàn)單向通訊。微機監(jiān)測和GPS設備通過以太網(wǎng)相連接,接口為RJ-45網(wǎng)絡通信接口。

        現(xiàn)場作業(yè)安全防護平臺的微機、打印機、接收及轉(zhuǎn)發(fā)設備、聯(lián)網(wǎng)設備等設置于調(diào)度所室內(nèi)。因其需要全天候運行,且運算量比較大,所以對防護平臺的上述硬件要求相對較高。

        平臺軟件系統(tǒng)采用VC++軟件編寫,系統(tǒng)工作界面左上角和右上角部分為安全報警的級別詳情,中上部分為安全報警顯示結(jié)果,下半部分為鐵路線路及車輛顯示。其截圖如圖1所示。

        圖1 防護平臺軟件界面

        2.2 安全防護終端作為安全防護終端的手持報警器,接收通過GSM-R通信系統(tǒng)網(wǎng)絡傳送過來的預警信息,針對不同的預警報文采用不同級別的預警信息,從而達到防護現(xiàn)場作業(yè)人員的目的。

        終端接收GSM-R網(wǎng)絡發(fā)送過來的預警級別信號;同時現(xiàn)場人員需按壓手持報警器自復式按鈕,向安全防護平臺傳遞反饋預警級別接收報文。手持報警器裝有電子顯示燈(LED)、喇叭、GPS及GSM-R通信系統(tǒng)接收裝置。

        安全防護終端的工作界面左半部分為安全報警的顯示結(jié)果,右半部分為安全報警的等級詳情。截圖如圖2所示。

        圖2 防護終端工作界面截圖

        3 系統(tǒng)的功能

        3.1 安全防護平臺硬件安全防護平臺微機通過接收設備接收列車及人員的速度和位置信息,依據(jù)速度和位置信息計算出預警時間,然后將預警信息通過原有的消息轉(zhuǎn)發(fā)設備傳送給安全防護終端并在平臺上顯示警示燈光。

        3.1.1 微機 微機是安全防護系統(tǒng)工作的硬件載體,所有軟件都需要在微機上運行。

        3.1.2 接收和轉(zhuǎn)發(fā)設備 在安全防護平臺上設有接收和轉(zhuǎn)發(fā)設備。接收設備用于接收現(xiàn)場傳送過來的列車和現(xiàn)場工作人員的信息以及終端反饋回來的信息。轉(zhuǎn)發(fā)設備用于將平臺計算出的預警信息傳送給安全防護終端。

        3.1.3 警示燈光 在安全防護平臺上設有燈光預警裝置,可以提示現(xiàn)場及調(diào)度人員對危險情況做出及時反應。

        3.2 安全防護平臺軟件平臺應用軟件主要功能是對接收到的原始信息進行計算處理,根據(jù)計算處理結(jié)果得出相應的預警級別,并產(chǎn)生預警報文和預警信息。

        3.2.1 分級預警命令計算 防護平臺中的預警裝置采用分級時間預警模式,即根據(jù)列車運行的速度及列車與維修人員之間的距離得到不同級別的預警。預警信息分為4個等級:1)正常(藍色表示):告訴維護人員,可以正常維護,列車2 min之內(nèi)不會到達;2)有情況(綠色):列車2 min內(nèi)可能到達,準備下道;3)緊急(黃色):30~60 s之內(nèi)列車可能到達,維修人員立刻下道;4)非常緊急(紅色):列車30 s內(nèi)到達,施工人員必須迅速下道。

        在確定不同預警級別的同時,考慮到線路的曲線、坡度等復雜因素,速度的變化可能較為劇烈。因此,在防護平臺中確定黃色和紅色級別為不可降級預警。

        3.2.2 預警報文自動選擇和發(fā)送 現(xiàn)場安全作業(yè)平臺軟件對采集到的列車速度、位置信息和現(xiàn)場作業(yè)人員的位置信息進行計算和分析,自動選擇合理的預警級別,并及時向現(xiàn)場作業(yè)人員發(fā)送報文信息,同時將預警級別情況反饋給調(diào)度員。

        3.2.3 列車和人員信息實時采集 列車在線路上的位置和速度是隨機的,這就決定預警級別的計算也是隨機的。為了準確地計算預警結(jié)果,安全防護軟件系統(tǒng)實時采集列車的位置和速度信息,及現(xiàn)場作業(yè)人員的位置信息。同時為保證計算的精度,不僅采集列車的位置和速度,而且還采集列車的載重、機車型號、線路的狀況等信息。

        3.2.4 預警級別實時計算 線路上的臨時限速、坡度、風速等情況直接影響著列車的實時速度,現(xiàn)場情況的復雜多變造成列車實際速度很難準確預測。為了能更加安全可靠地預警,安全防護系統(tǒng)軟件設定時間間隔為5 s,即每5 s對采集到的列車速度、位置和現(xiàn)場作業(yè)人員的位置等信息進行計算,得出實時的預警信息。

        3.2.5 閉環(huán)接收終端反饋信息 現(xiàn)場作業(yè)人員的精確位置很難在施工前確定,作業(yè)人員是否接收到預警信號,這些信息能否準確地傳送給平臺,都將直接影響到平臺產(chǎn)生出的預警信息的準確性。因此,安全防護平臺軟件還提取安全防護終端反饋來的信息。

        3.2.6 虛擬信號降級顯示 由于現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境十分復雜,受地理位置、電磁干擾、太陽活動、基站覆蓋、天氣狀況等諸多因素影響,存在現(xiàn)場作業(yè)人員不能及時接收到預警信息的危險。在現(xiàn)場無應答的緊急情況下,安全作業(yè)防護平臺可向相應的地面無線站臺發(fā)出緊急臨時限速命令,控制列車在一個安全的速度下運行。當接收到現(xiàn)場的反饋信號后,安全作業(yè)平臺向地面無線站臺發(fā)送解除臨時限速命令,列車恢復正常運行。

        3.3 安全防護終端安全防護終端設備——手持報警器具有聲、光、震動預警以及反饋信息、定位、通話功能。

        3.3.1 聲音提示預警 為防止現(xiàn)場工作人員不能及時看見燈光預警,手持報警器設置了聲音預警功能:可用不同的語音提示,表示不同級別預警。

        3.3.2 燈光提示預警 考慮到鐵路現(xiàn)場工作環(huán)境嘈雜,維修人員有可能聽不到聲音提示,手持報警器還設置有燈光提示預警。

        3.3.3 震動提示預警 現(xiàn)場環(huán)境比較復雜,在聲音預警和燈光預警的基礎之上,手持報警器還增設了震動預警方式。震動提示預警在接收到綠色、黃色和紅色級別預警時才會起作用,但此種預警方式無法準確表示是哪一級別預警。

        3.3.4 反饋接收預警 當現(xiàn)場人員接收到預警信息后,需及時按壓手持報警器上的自復按鈕,以表示接收到信息。這樣就可以向平臺及時反饋接收到的信息,從而使調(diào)度人員及時了解現(xiàn)場是否接受到預警。

        3.3.5 定位功能 現(xiàn)場施工人員通過防護終端的手持報警器GPS定位功能,確定所處位置,并將經(jīng)緯度信息發(fā)回給安全防護平臺,可以彌補公里標定位不精確的缺點。

        3.3.6 語音通信功能 現(xiàn)場人員可以借助手持報警器語音通信功能,向調(diào)度人員匯報現(xiàn)場情況。

        4 結(jié)束語

        與原有的現(xiàn)場作業(yè)安全防護方法相比較,青藏線工務及電務現(xiàn)場作業(yè)安全防護系統(tǒng)在列車速度不斷提高的情況下,能夠更好地保障作業(yè)人員的人身安全,滿足鐵路安全生產(chǎn)的需求。

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