施工安全防護(hù)系統(tǒng)研究

朱宗濤，朱攀峰，李亞亞

（1.中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司，銀川 750011；

2.北京思維鑫科信息技術(shù)有限公司，北京 100067；3.機(jī)械工業(yè)經(jīng)濟(jì)管理研究院，北京 100055）

隨著中國鐵路數(shù)次大提速以及大量新造車投入應(yīng)用，列車運(yùn)行密度急劇增加，施工天窗期[1]被不斷壓縮，而鐵路線路施工復(fù)雜，具有施工作業(yè)區(qū)域大、線路長、作業(yè)環(huán)境條件差、施工周期短等特點(diǎn)[2]。既有施工安全防護(hù)主要采用人防為主、技防為輔的模式[3]，通常在站內(nèi)設(shè)置駐站防護(hù)員，施工區(qū)域設(shè)置現(xiàn)場防護(hù)員，列車接近施工區(qū)域時(shí)，由站內(nèi)防護(hù)員通過電臺通知現(xiàn)場防護(hù)員作施工撤離指示，存在由于施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣（雨雪、風(fēng)沙、施工噪音等特點(diǎn)），導(dǎo)致施工人員撤離不及時(shí)，進(jìn)而造成嚴(yán)重人身傷亡事故的情況。目前，國內(nèi)外很多學(xué)者就鐵路施工安全防護(hù)進(jìn)行了研究，康燕仁[4]研究了基于紅外探測的鐵路施工安全防護(hù)報(bào)警系統(tǒng)，通過紅外等技術(shù)確定機(jī)車接近信息，并實(shí)時(shí)播報(bào)給施工人員。李博緒[5]等人研究了鐵路區(qū)間施工的防護(hù)報(bào)警問題，通過Zigbee等物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸機(jī)車接近信息，實(shí)現(xiàn)施工安全防護(hù)報(bào)警功能。上述研究均是通過技術(shù)手段獲取機(jī)車接近信息，對于施工防護(hù)人員標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理以及設(shè)備故障后情況，并未提出有效解決方法。本文結(jié)合現(xiàn)場施工流程，通過對施工流程再造，結(jié)合LMD系統(tǒng)[6]（LKJ設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)）中機(jī)車實(shí)時(shí)運(yùn)行位置信息和施工人員位置信息，采用“故障導(dǎo)向安全”策略，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源接近報(bào)警、人員越界報(bào)警等功能，多途徑保證現(xiàn)場作業(yè)施工安全。

1 施工安全防護(hù)系統(tǒng)需求分析

當(dāng)前，施工作業(yè)防護(hù)主要由施工負(fù)責(zé)人、站內(nèi)防護(hù)員、施工防護(hù)員、施工人員組成，施工負(fù)責(zé)人對施工整體負(fù)責(zé)，站內(nèi)防護(hù)員負(fù)責(zé)將機(jī)車接近施工區(qū)域信息給施工防護(hù)員，施工防護(hù)員負(fù)責(zé)通知并確認(rèn)施工人員下道避讓。上述防護(hù)模式存在以下缺陷點(diǎn)[7]：

（1）站內(nèi)防護(hù)員依靠微機(jī)聯(lián)鎖信息掌握機(jī)車過站信息，信息來源單一；

（2）站內(nèi)防護(hù)員與施工防護(hù)員應(yīng)按照一定時(shí)間周期保持通信，存在防護(hù)員未嚴(yán)格執(zhí)行該項(xiàng)規(guī)定的現(xiàn)象；

（3）無法獲取接近施工區(qū)域機(jī)車的運(yùn)行速度以及公里標(biāo)；

（4）施工過程中，施工人員位置信息無法及時(shí)掌握；

（5）施工完成后，施工過程無有效手段查詢。

因此，系統(tǒng)功能需求如表1所示。

圖1 施工安全防護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

表1 系統(tǒng)功能需求

2 施工安全防護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

施工作業(yè)人員與線路運(yùn)行機(jī)車是本系統(tǒng)的兩大重要因素[8]，通過LMD系統(tǒng)獲取當(dāng)前施工線路運(yùn)行機(jī)車，通過移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)以及GPS/北斗定位技術(shù)獲取施工防護(hù)人員對應(yīng)防護(hù)公里標(biāo)[9]，后臺服務(wù)器根據(jù)該信息進(jìn)行運(yùn)算處理，確認(rèn)施工作業(yè)人員是否安全。當(dāng)列車接近時(shí)，向作業(yè)人員提供聲、光、震動(dòng)等安全預(yù)警信息，提示作業(yè)人員及時(shí)下道避讓；同時(shí)能夠在現(xiàn)場提交、接收作業(yè)單，在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)單流轉(zhuǎn)管理，從而形成鐵路安全生產(chǎn)的閉環(huán)管理。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，主要由施工防護(hù)服務(wù)器、作業(yè)終端組成，根據(jù)應(yīng)用帳號不同區(qū)分用戶類型。

3 基于“故障導(dǎo)向安全”策略的作業(yè)流程

根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)流程和“故障導(dǎo)向安全”策略，施工安全防護(hù)系統(tǒng)作業(yè)流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

（1）施工負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)編輯施工作業(yè)內(nèi)容，確定施工防護(hù)作業(yè)人員；

（2）各崗位到崗后，應(yīng)確認(rèn)到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)，上傳施工GPS位置后，將自動(dòng)生成作業(yè)施工安全電子圍欄；

（3）站內(nèi)防護(hù)員與施工防護(hù)員通話確認(rèn)，了解位置及準(zhǔn)備情況；

（4）施工負(fù)責(zé)人確認(rèn)施工開始；

（5）施工過程中，站內(nèi)防護(hù)員間隔3～5 min與站內(nèi)防護(hù)員進(jìn)行通信確認(rèn)，一方未確認(rèn)均會導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警，提醒施工人員下道避讓；

（6）站內(nèi)防護(hù)員發(fā)現(xiàn)機(jī)車接近施工區(qū)域，通過終端向施工人員發(fā)送機(jī)車接近預(yù)警信息；

（7）系統(tǒng)從LMD系統(tǒng)獲取機(jī)車運(yùn)行信息，計(jì)算機(jī)車接近施工區(qū)域時(shí)，也將向施工防護(hù)人員發(fā)送機(jī)車接近預(yù)警信息；

（8）施工結(jié)束后，由施工負(fù)責(zé)人確認(rèn)施工關(guān)閉，施工作業(yè)記錄單封存并提交服務(wù)器。

圖2 基于“故障導(dǎo)向安全”策略的作業(yè)流程圖

4 施工安全防護(hù)系統(tǒng)功能

4.1 施工作業(yè)記錄單功能

系統(tǒng)將作業(yè)記錄單電子化，通過作業(yè)終端接收并管理作業(yè)單，實(shí)時(shí)記錄施工過程中人員操作信息并上報(bào)服務(wù)器，為管理人員提供標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢查依據(jù)，如圖3所示。

圖3 施工作業(yè)記錄單功能結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 作業(yè)人員分布顯示以及安全預(yù)警功能

服務(wù)器實(shí)時(shí)采集“作業(yè)人員位置”信息，并在地圖上以“人員圖標(biāo)”方式顯示。服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控站內(nèi)開通的每條進(jìn)路距離每個(gè)作業(yè)人員的最短距離，估算區(qū)間上列車距作業(yè)人員的距離，當(dāng)服務(wù)器的計(jì)算結(jié)果小于安全距離時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)起危險(xiǎn)報(bào)警。

（1）作業(yè)人員離線、越區(qū)報(bào)警功能

作業(yè)人員離線是指施工作業(yè)人員與服務(wù)器通信中斷，作業(yè)人員的越區(qū)是指作業(yè)人員遠(yuǎn)離施工作業(yè)區(qū)域、超出施工作業(yè)安全電子圍欄，上述兩種方式均會導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)警。

（2）機(jī)車接近預(yù)警功能

系統(tǒng)獲取LMD系統(tǒng)中的機(jī)車運(yùn)行信息，經(jīng)服務(wù)器計(jì)算機(jī)車距離施工位置約5 km/3 km/1 km時(shí)，分別發(fā)出機(jī)車接近預(yù)警信息，提醒施工人員下道避讓。施工防護(hù)人員接收該信息后應(yīng)予以確認(rèn)，終端界面顯示如圖4所示。

圖4 機(jī)車接近預(yù)警功能界面顯示

（3）“心跳”保持功能

系統(tǒng)每3 min要求站內(nèi)防護(hù)員與施工防護(hù)員進(jìn)行“心跳”確認(rèn)，確認(rèn)超時(shí)將會導(dǎo)致系統(tǒng)記錄并報(bào)警。

5 結(jié)束語

本文重點(diǎn)研究了施工作業(yè)安全防護(hù)方法，從現(xiàn)場需求出發(fā)，通過對施工作業(yè)安全的流程再造，采用“故障導(dǎo)向安全”的策略，基于LMD系統(tǒng)和移動(dòng)定位技術(shù)構(gòu)建施工安全防護(hù)系統(tǒng)，有效降低了施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，最終通過現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證，為施工作業(yè)人員安全防護(hù)提供了有效的解決機(jī)制。但可以看到，由于GPS/BD在鐵路沿線存在盲區(qū)，導(dǎo)致無法完全實(shí)時(shí)獲取機(jī)車接近位置信息，下一步將重點(diǎn)研究基于智能圖像識別技術(shù)分析站場機(jī)車發(fā)車信息，增加安全防護(hù)信息來源，以提高系統(tǒng)可靠性。