姜 抒

(中鐵云網(wǎng)信息科技有限公司,北京 100039)

0 引言

建國以來,基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域經(jīng)過70余年的快速發(fā)展,鐵路行業(yè)形成了高速鐵路、普速鐵路相結(jié)合的鐵路運輸網(wǎng),隨著一帶一路的推進,我國雄厚的基建能力也走出國門,在孟加拉、老撾等先后開展了多個重大鐵路新建、改造項目,這些項目實施過程與鐵路既有線產(chǎn)生了不同程度的時空交叉,不規(guī)范作業(yè)造成的人員安全、列車延誤脫線事故極大地威脅著鐵路行業(yè)的健康發(fā)展。研發(fā)一套依靠設(shè)備自動實現(xiàn)列車臨近預(yù)警、人員撤離監(jiān)管、工具遺漏提示的系統(tǒng)可以有效提升鐵路作業(yè)人員安全保障水平、列車運行安全水平。避免完全依靠人工進行作業(yè)安全防護預(yù)警帶來的不確定性,極大改善行業(yè)安全現(xiàn)狀。

1 既有線施工安全防護現(xiàn)狀

根據(jù)《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》鐵運[2006]177號,中國鐵路總公司《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》等相關(guān)規(guī)程[1-2],當(dāng)前防護機制為:在既有線周邊開展施工作業(yè)時,由現(xiàn)場防護員在上下行方向前出,具體距離結(jié)合線路運行速度和必要的人員撤離時間確定。并在列車運行調(diào)度中心設(shè)置駐站聯(lián)絡(luò)員一名,當(dāng)列車靠近作業(yè)區(qū)段時,駐站聯(lián)絡(luò)員向現(xiàn)場防護員發(fā)送提醒指令,現(xiàn)場防護員目視確認(rèn)列車臨近并下發(fā)撤離指令,作業(yè)人員執(zhí)行撤離動作,并向現(xiàn)場防護員、駐站聯(lián)絡(luò)員回報撤離執(zhí)行完成,列車通過后恢復(fù)作業(yè)。

當(dāng)前國內(nèi)外對于既有線防護的研究,主要集中在人員和車輛定位,涉及的技術(shù)手段涵蓋了北斗人員定位終端、列車定位終端及配套軟件平臺。也有從安全防護理論、安全治理及風(fēng)險評估角度分析防護系統(tǒng)安全性的相關(guān)研究[3-13]。但普遍存在以下不足:

1)列車車載定位終端安裝的合規(guī)性問題,客貨運列車的實時位置是關(guān)系鐵路運輸安全的關(guān)鍵信息,也是涉及國家安全的敏感信息,路局對于在通行列車上加裝第三方定位裝置有著嚴(yán)格的行政審批管控流程。難以大范圍布設(shè),制約了安全監(jiān)測系統(tǒng)的適用性。缺乏列車接近數(shù)據(jù)的安全防護系統(tǒng)對傳統(tǒng)防護作業(yè)模式的改進非常有限。

2)對于人員撤離過程中,施工機具是否全部帶出避車區(qū)域,尚缺乏經(jīng)濟可行的快速檢測確認(rèn)手段。無法保證機具全部撤離?，F(xiàn)有研究不能全面解決既有線施工過程的工具遺漏這一主要安全隱患。

2 既有線施工防護存在的主要問題

既有線人員機具保護及聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)須解決的主要問題包括:

1)列車臨近時的人員安全。列車臨近時,駐站聯(lián)絡(luò)員、現(xiàn)場防護員是否能按規(guī)定及時發(fā)出避車信號,作業(yè)人員能否依信號避讓到安全距離以外。

2)列車臨近時的機具遺漏威脅行車安全。列車臨近時,作業(yè)人員避車前,是否將全部施工機具按規(guī)定撤離,有無遺漏。

3 既有線施工現(xiàn)場人員機具保護及聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)需實現(xiàn)的主要功能

針對上述問題,既有線施工現(xiàn)場人員機具保護及聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)應(yīng)依托智能化終端和高可靠性的信息化系統(tǒng),在滿足技術(shù)先進、經(jīng)濟合理,具備可擴展性和升級改造能力的前提下,對現(xiàn)存問題采取針對性的應(yīng)對措施,系統(tǒng)需實現(xiàn)的主要功能包括:

1)列車臨近偵測。在傳統(tǒng)駐站聯(lián)絡(luò)員—現(xiàn)場防護員—作業(yè)負(fù)責(zé)人協(xié)同保護機制下,建立自動化信息化的列車臨近偵測機制,保證列車臨近施工區(qū)段和離開施工區(qū)段時,聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)能及時可靠地獲得相關(guān)信號。

2)現(xiàn)場防護人員、作業(yè)人員的合規(guī)作業(yè)偵測。通過人員佩戴的定位及通信設(shè)備,實時查看現(xiàn)場防護員、作業(yè)人員是否按規(guī)定到達預(yù)定作業(yè)位置,在收到避車信號后是否按規(guī)定距離和時段避車。

3)施工機具的無遺漏撤離。收到避車信號后,聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)應(yīng)可以偵測作業(yè)人員是否將全部機具、工具撤離作業(yè)區(qū)域,并將確認(rèn)信號上報系統(tǒng)。

4)施工專用車輛的定位。聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)應(yīng)可以實時獲取并顯示施工專用車輛的位置,避免違規(guī)占線,影響行車安全。

3.2 整體方案設(shè)計

針對上述功能點,設(shè)計既有線施工現(xiàn)場人員機具保護及聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng),系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)組成,即列車臨近偵測、作業(yè)人員防護、施工機具遺漏偵測、工務(wù)專業(yè)車輛定位。其中,列車臨近偵測子系統(tǒng)主要依托施工區(qū)段上下行方向前出放置的自供電自通信(太陽能供電、2G/4G通信)紅外偵測終端及配套算法實現(xiàn)列車的通過偵測,并將相關(guān)信號上報系統(tǒng);作業(yè)人員防護子系統(tǒng)主要依托北斗普通精度(分米級)/高精度(厘米級)人員定位終端及選配的音視頻對講、通信組件實現(xiàn)作業(yè)人員位置的實時監(jiān)測,并實時上報系統(tǒng);施工機具遺漏偵測通過專有手持式讀卡器,讀取工具箱內(nèi)每件工具上綁定的無源RFID標(biāo)簽,以非接觸感知的形式快速識別箱內(nèi)工具數(shù)量及種類,判定人員撤離后是否有施工機具遺漏在限界內(nèi),實時發(fā)出提示語音并上報系統(tǒng);工務(wù)專用車輛定位子系統(tǒng)是在工務(wù)車輛上安裝北斗車載定位終端及供電通信組件,實時上報工務(wù)車輛所在里程及車道。系統(tǒng)整體布設(shè)方案見圖1。

3.3 列車臨近偵測子系統(tǒng)

施工區(qū)間多為一股道或二股道,線路相對單一,故只做二維存在性監(jiān)測,列車臨近偵測設(shè)備為紅外偵測終端,由現(xiàn)場防護人員在每次施工作業(yè)開始前,將紅外偵測終端(含紅外傳感器組、北斗定位單元、控制單元、通信單元、供電單元及戶外型一體化外殼)前出布設(shè)于施工區(qū)段兩側(cè)并預(yù)留必要的安全距離?？蓪崟r上報紅外偵測傳感器布設(shè)點的經(jīng)緯度,并通過該紅外偵測終端判定列車通過情況。紅外偵測終端為專門研發(fā)的定制化產(chǎn)品,具備較好的戶外工作能力(防護等級IP65),兼具輕量化、便攜性以及安裝的牢固性,通過工具式便攜底座固定于限界外。

具體實現(xiàn)中,可結(jié)合線路情況采用一種或多種偵測手段相結(jié)合的方式,以保證系統(tǒng)的必要安全儲備,嚴(yán)防漏報,詳見圖2。

3.4 作業(yè)人員防護子系統(tǒng)

作業(yè)人員防護主要通過便攜式北斗人員防護終端實現(xiàn),該終端基于我國自研的北斗定位系統(tǒng),普通精度型號支持實時分米級定位、高精度型號支持實時厘米級定位(見圖3),徹底解決了現(xiàn)有人員定位產(chǎn)品在既有線防護中存在的定位精度不足、撤離告警誤報率高等問題。作業(yè)人員防護子系統(tǒng)配備有移動端和網(wǎng)頁端,支持人員與設(shè)備的綁定/解綁,以及所有作業(yè)人員實時位置的匯總查看。

作業(yè)人員防護設(shè)備可根據(jù)業(yè)務(wù)需要選配雙向音視頻對講和群組通信功能,實現(xiàn)避車告警通知信號、人員撤離回饋信號的同步傳遞和閉環(huán)管理。并依托定位功能,附帶實現(xiàn)作業(yè)人員和班組的工單派發(fā)及外業(yè)自動考勤打卡,實到人員數(shù)量查看和身份認(rèn)證等功能。

3.5 施工機具遺漏偵測子系統(tǒng)

施工機具防護偵測中,由于機具數(shù)量較多且尺寸較小,不便于固定小型定位設(shè)備,故采用無源RFID標(biāo)簽配合手持讀寫器實現(xiàn)施工機具的遺漏監(jiān)測。在每個工具、機具牢固粘貼/抱箍固定無源RFID標(biāo)簽,并在施工班組出發(fā)前通過手持讀寫器掃碼,登記當(dāng)日該班組全部領(lǐng)用工具。作業(yè)人員在現(xiàn)場收到避車信號并撤出時,通過手持讀寫器快速掃描工具箱,核查撤出工具與領(lǐng)用工具是否一致,發(fā)現(xiàn)存在遺漏的,可通過手持讀寫器進行范圍搜索(感知距離0 m～25 m),偵測到遺漏工具后蜂鳴提示,詳見圖4。

3.6 工務(wù)專業(yè)車輛定位子系統(tǒng)

工務(wù)專業(yè)車載定位端即機車車載北斗定位終端,主要安裝于工務(wù)專用車輛上,內(nèi)接車輛供電系統(tǒng)或自備供電單元(太陽能或蓄電池),定位精度不大于3 m,可實時上報工務(wù)專用車輛經(jīng)緯度坐標(biāo)。

3.7 系統(tǒng)工作原理及業(yè)務(wù)流程

既有線施工現(xiàn)場人員機具保護及聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng),采用B/S架構(gòu),服務(wù)器部署于公有云(可根據(jù)客戶需要進行私有化部署),支持多用戶多角色權(quán)限管理,可通過統(tǒng)一授權(quán)的用戶名密碼,在PC端或移動端依身份查看下轄所有分公司、路局工務(wù)段、班組的人員、機具、工務(wù)專業(yè)車輛位置及數(shù)量,查看駐站聯(lián)絡(luò)員、現(xiàn)場防護員、作業(yè)負(fù)責(zé)人及相關(guān)配套設(shè)備的列車偵測告警、人員撤離回饋的響應(yīng)和閉環(huán)執(zhí)行情況。具體業(yè)務(wù)流程為:當(dāng)紅外偵測終端偵測到物體通過信號時,將傳感器組的偵測信號及時間數(shù)據(jù)上報系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的偵測判定算法,判定為列車通過或異物侵限,當(dāng)判定為異物侵限時,通知駐站聯(lián)絡(luò)員確認(rèn)無列車通過,系統(tǒng)留存該事件。當(dāng)判定為列車通過時,系統(tǒng)發(fā)出告警信號,通知人員定位終端執(zhí)行避車動作,并根據(jù)預(yù)設(shè)電子圍欄和作業(yè)人員實時位置,判斷人員是否撤離到危險區(qū)域電子圍欄以外,如撤離不完全,電話通知施工負(fù)責(zé)人;如撤離完全,任務(wù)結(jié)束。人員完全撤離到危險區(qū)域電子圍欄以外時,通過RFID智能標(biāo)簽讀寫器檢查工具遺漏情況,讀取的設(shè)備標(biāo)簽與預(yù)留信息一致時,判定為無工具遺漏;不一致時,通過RFID智能標(biāo)簽讀寫器在作業(yè)現(xiàn)場進行范圍搜尋。聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖見圖5。

4 結(jié)論

鐵路既有線施工安全,是跨線新建工程和既有線運營維護工程的主要風(fēng)險源,如何基于現(xiàn)有工務(wù)管理制度,盡量避免人工作業(yè)潛在的不規(guī)范隱患是當(dāng)前行業(yè)亟需解決的關(guān)鍵問題。研究基于先進的列車偵測、人員精準(zhǔn)定位、工具遺漏檢測物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和專有算法,實現(xiàn)列車通過自動告警、人員撤離自動確認(rèn)、工具遺漏智能檢測,并基于專有算法實現(xiàn)了誤報警判別,有效保障了“零漏報、低誤報”的系統(tǒng)高可靠性。為既有線施工現(xiàn)場人員機具保護提供了可靠幫助。