团结村车站货场作业安全防护系统建设研究

汤世全，马 超

（中国铁路成都局集团有限公司兴隆场车站，重庆 401335）

引言

针对团结村车站站线长、作业范围广、作业分散性强、作业环节多、工作量大、劳动强度高和现场安全管控难度大等实际情况，基于对现有的移动防护脱轨器及智能铁鞋使用管理，及相关点状系统现状，均未能脱离人工操作、以人为主的管理模式。因此，有必要建设一套可用于移动防护脱轨器、铁鞋及作业人员安全防护及管理的智能化系统。

1 车站货场移动防护脱轨器、铁鞋及作业人员的管控现状

1.1 移动防护脱轨器

团结村车站货场划分为A、B 两个作业区（不含集装箱中心站）。A 区移动防护脱轨器固定存放于快2 线C 库货运值班员室，由作业班组中的安全员安撤，最先开始作业的班组负责安设，最后作业完毕的负责撤除；B 区移动防护脱轨器分两处固定存放：装卸食堂旁装卸楼1-1 房间，货6 线旧装卸楼1-7，由1名专门人员负责安撤。需要安撤时，由货调用对讲机通知安撤人员，接到通知后，安撤人员从脱轨器存放室出发至作业地点进行作业，到最远的作业线路需5 min 左右，同一条贯通线路安撤完毕需10 min 左右，尽头线路安撤需要3 min 左右，同时作业的不同线路安撤时，根据货调通知，分先后安撤，脱轨器安撤完毕后，安撤人员用对讲机向货调汇报，同时货运员也会用对讲机向货调汇报，撤除后的脱轨器由安撤人员安设在脱轨器固定存放室内的短轨上。脱轨器状态需要人工检查确认，不能适时掌握现状。

1.2 铁鞋

铁鞋分别固定存放于调车员室、调车机车及室外2 个铁鞋箱，调车组人员安撤好后通知信号楼内勤助理值班员登记。一条线路安撤需要3～5 min（含到发线、货物线），撤出后由调车组人员放至固定存放地点并锁闭，3～4 h 巡视一次。铁鞋状态需要人工检查确认，不能适时掌握现状（目前试用的智能铁鞋也需要大量的人工操作，并不能通过系统适时掌握其准确情况）。

1.3 作业人员

防护脱轨器涉及现场作业人员有安撤人员、货运员；铁鞋涉及现场作业人员有调车长、连结员。现场作业人员中调车组人员每班分为两个调别，各设一调四连，基本固定分别负责各自作业区域调车相关作业，货装人员中每班每条货物线设1～2 名货运员、平过道看守人员2 名、脱轨器安撤人员2 名、货运值班员2 名[1]。

以上人员目前存在作业、巡视检查不能及时到位或不到位情况、不按固定径路行走情况，在安全管控上不能完全、适时掌握其真实状态。现场安全管控具有风险大、劳效比低且不可控等特点。

2 智能化系统建设方案

2.1 系统构架

如图1 所示，整个系统分为三个部分：前端感知系统、中端控制系统、后端报警系统。其中前端改制平台又分为地磁监控系统，UWB 监控系统及其他监控系统。这些监控系统将车场里头的三大件土挡、铁鞋、脱轨器的信息传递给中端控制系统。中端控制系统结合自己的地图及电子围栏信息与前端感知平台的信息进行交叉比对，作出逻辑分析判断。如果逻辑分析判断的结果是异常，则传递给后端的报警系统[2]。

2.1.1 系统特点

1）安全性。该系统运用5G 专网数据与公众用户完全隔离，是一个完全的内部局域网，网络资源可管可控。同时该系统独立于铁路既有设备及相关系统。

2）可靠性。核心网功能下沉本地机房，只要内部网络正常，可不受外部网络影响，保障通信功能正常运行。运用成熟的地图技术、电子围栏技术、定位技术等，能够保证系统运行稳定可靠。

3）有效性。该系统能有效防止行车和劳安事故发生和实现作业人员精准管控，进一步减少作业环节，降低劳动强度，提高作业效率。

4）开放性。系统预留功能的拓展和外部系统共享接口，能够保证后续维护、开发和共享数据。

5）推广性。该系统均可在所有车站使用，还可以个性化设置。

6）智能化。系统无需人工操作和干预，所有信息均自动收集和发布。

2.1.2 系统功能

1）及时报警功能。系统能够实时在出现危及安全及超出管控区域时，室内外及时发出声光报警。

2）精准定位功能。系统能够对设施设备及作业人员（作业人员使用手环匹配）进行实时定位，轨迹回放等，精准掌握其所处位置。

3）姿态掌握功能。系统能够对设施设备的安装稳定状态、压实状态、在线状态、离线状态、电池电量及充电状态等进行实时显示。

4）统计分析功能。系统能够运用收集信息数据，适时进行相关统计分析，便于管控人员及时掌握现场动态、及时发现和解决问题，为进一步科学决策提供参与依据。

5）系统更新功能。系统能够根据现场运用情况，及时对系统进行优化升级。

2.2 改进方案的实施

2.2.1 脱轨器方案

如图2 所示，脱轨器的改造主要通过安装UWB标签以及姿态传感器来检测设备的位置及判断是否安装到位。传感器系统主要安装在脱轨器下端侧面，并做防爆、防破坏处理，可以有效保障传感器设备的安全。同时系统还采用耐压防爆合成锂电池，保证一次充电使用10 d 左右，整体采用可拆卸设计，方便对脱轨器进行升级优化。

2.2.2 铁鞋方案

如图3 所示，铁鞋的改造方案与脱轨器的基本相似。但是铁鞋的空间有限，如果在实现时有难度建议去掉姿态传感器或者将电池的单次使用时常降低到5 d。如有对使用者监控的需求，可将铁鞋的储藏柜改造，将使用者记录，以达一人一鞋的记录目的。

脱轨器和铁鞋的定位主要是采用UWB 技术对这两类设备定位。UWB 技术具有系统复杂度低、发射信号功率谱密度低、对信道衰落不敏感、截获能力低、定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

2.2.3 尽头线土挡方案

土挡方案的本质是要测量土挡到列车头的实际距离，是一种绝对测距，通过对该方案的实施比现有的通过传感器测量尽头距离更可靠和精确。

所以两者距离公式：相对距离=列车位置-土挡位置（如图4 所示）。其中列车位置的定位主要是采用地测检测系统，在团结村车站货场内的线路中间，每隔10 m 放置一个地磁传感器（以下简称地磁设备）。当机车车辆经过地磁设备上方时，地磁设备可以感应到列车的经过。当机车车辆尾部离开地磁设备上方时，地磁设备能够感应到列车的离开。

综上所述，前端感知系统通过对设备及人员进行监控并将相关信息传输至中端控制系统中进行逻辑分析，最终由中端系统将结果传输至末端系统。中端控制系统主要是利用电子围栏技术将被监控设备（例如带有定位装置的铁鞋或工作人员）为有源设备，实时发送自身的定位信息给定位基站，并由定位基站把数据传输给中心主机，由中心主机用软件方式判断是否位置偏移出虚拟的边界外，最终将分析结果发生至端报警系统。

3 结语

经实践分析，该智能化监控系统可以实时监控铁鞋、移动脱轨器以及土挡运行情况，具有智能化高、安全可靠性强等优点，可以有效保障设备及人员的安全，进而提升车站的安全稳定运行，具有很好的推广应用价值。