城市軌道交通工程車安全控制及運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用研究

王成峰，卞榮俊

城市軌道交通工程車（以下簡(jiǎn)稱“城軌工程車”）,主要承擔(dān)城市軌道交通的車輛段（停車場(chǎng)）內(nèi)調(diào)車、事故救援、地鐵施工、線路維護(hù)和檢測(cè)作業(yè)等任務(wù),具有使用頻率高,作業(yè)區(qū)域廣,作業(yè)涉及部門多,正線作業(yè)時(shí)段多在夜間等特點(diǎn)［1］。目前,國(guó)內(nèi)的城軌工程車均未安裝行車安全防護(hù)設(shè)備,主要依靠乘務(wù)員經(jīng)驗(yàn)、目視信號(hào)進(jìn)行車輛運(yùn)行操控；且執(zhí)行正線的施工作業(yè)、線路維護(hù)和檢測(cè)作業(yè)等任務(wù)時(shí),多集中在每日0：00以后,人員精神狀態(tài)對(duì)行車安全易產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同時(shí),隨著土地資源日漸緊張,多數(shù)地鐵公司采用在車輛段上加蓋物業(yè)的方式（如青島地鐵2號(hào)線遼陽(yáng)東路車輛段）,造成車輛段內(nèi)光線暗、彎道多、立柱密集等,司機(jī)視野受限,同樣影響城軌工程車的調(diào)車作業(yè)安全。因此,如何加強(qiáng)對(duì)工程車輛的運(yùn)用和乘務(wù)人員的管理是目前亟待解決的問題。

1 城軌工程車安全控制及運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 研發(fā)背景

隨著列車運(yùn)行記錄監(jiān)控裝置（LKJ）在鐵路列車上的成功推廣應(yīng)用,其記錄和分析功能已經(jīng)成為確保行車安全的必要手段［2］?；贚KJ2000監(jiān)控裝置平臺(tái),結(jié)合城軌工程車的實(shí)際作業(yè)需求,青島地鐵集團(tuán)有限公司和河南思維自動(dòng)化有限公司聯(lián)合開發(fā),研制出適合工程車運(yùn)用管理的新型一體化“城市軌道交通工程車安全控制及運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”）,使管理人員能夠全面分析和監(jiān)督駕駛員的操控過程,提高工程車的安全管理水平。

1.2 系統(tǒng)組成

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由車載設(shè)備、地面設(shè)備和應(yīng)用軟件等組成。車載設(shè)備包括運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備、綜合視頻監(jiān)控設(shè)備和車載無線通信設(shè)備［3-4］。其中,運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備包括運(yùn)行監(jiān)控主機(jī)、屏幕顯示器（DMI）、壓力傳感器、速度傳感器、常用制動(dòng)裝置、定位查詢主機(jī)和查詢天線［5］等；綜合視頻監(jiān)控設(shè)備包括視頻主機(jī)和音視頻采集設(shè)備（數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、音頻采集裝置等）；無線通信設(shè)備包括無線路由器、4G通信模塊和接收天線等。地面設(shè)備包括地面信標(biāo)、地面服務(wù)器、查詢分析終端、移動(dòng)終端及運(yùn)行監(jiān)控裝置專用管理設(shè)備（如IC卡、讀卡器等）。應(yīng)用軟件包括服務(wù)器處理軟件、運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析軟件、視頻分析軟件和移動(dòng)終端軟件。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 城市軌道交通工程車安全控制及運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1.3 工作原理

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是采用無線Wi-Fi/4G公網(wǎng)信號(hào),以及數(shù)傳電臺(tái)的組網(wǎng)方案,將采集的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)控機(jī)數(shù)據(jù)（各線路上的信號(hào)機(jī)狀態(tài)信息、通信注冊(cè)信息等）、乘務(wù)員操作情況、城軌工程車及設(shè)備的故障情況等,傳輸給該系統(tǒng)的地面服務(wù)器。一方面,地面服務(wù)器接收到計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)后,結(jié)合工程車所在位置,實(shí)時(shí)將前方地面信號(hào)機(jī)的編號(hào)和狀態(tài)發(fā)送給車載運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng),由車載運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)更新工程車的限速值,并及時(shí)發(fā)出停車指令,避免工程車作業(yè)過程中出現(xiàn)冒進(jìn)關(guān)閉信號(hào)機(jī)、超速行駛、擠道岔等問題［6］；另一方面,實(shí)現(xiàn)全程運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理分析和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,利用無線Wi-Fi/4G公網(wǎng)進(jìn)行推送,使管理者及時(shí)掌握安全相關(guān)信息,不斷提高工程車的修、管、用水平。

1.4 主要功能

1）工程車運(yùn)行安全控制子系統(tǒng)。可以通過采集計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù),結(jié)合工程車所在位置,實(shí)時(shí)計(jì)算生成連續(xù)式距離-速度控制曲線,在發(fā)生車輛超速、試圖越過關(guān)閉的信號(hào)機(jī)等情況時(shí),輸出制動(dòng)指令,實(shí)現(xiàn)城軌工程車安全防護(hù)［7］。同時(shí),該子系統(tǒng)具備工程車運(yùn)行線路數(shù)據(jù)（包括公里標(biāo)、信號(hào)機(jī)、站名、曲線、坡道）顯示、防冒出關(guān)閉的信號(hào)機(jī)、防超速、盡頭線防護(hù)、調(diào)車控車、封鎖作業(yè)控制、數(shù)據(jù)和距離誤差修正、工程車定位,以及運(yùn)行過程數(shù)據(jù)記錄等功能。

2）工程車運(yùn)行過程綜合視頻監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。對(duì)司機(jī)操作過程進(jìn)行全程錄音,對(duì)司機(jī)室、前方線路、機(jī)械間、連掛車鉤等進(jìn)行視頻監(jiān)控；在線智能識(shí)別司機(jī)盹睡及非正常精神狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)異常后及時(shí)進(jìn)行報(bào)警［8］；可推送消息及圖片至管理人員手機(jī)終端。該子系統(tǒng)可累計(jì)記錄包括語(yǔ)音錄音、司機(jī)室視頻、盹睡視頻、機(jī)械間視頻、線路前方視頻等信息長(zhǎng)達(dá)15天,以此作為事后分析依據(jù)。

3）監(jiān)控信息實(shí)時(shí)傳輸子系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)車地通信,將安全控制子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及報(bào)警信息、綜合視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的報(bào)警信息、圖片及點(diǎn)播的視頻流等,通過無線收發(fā)接口設(shè)備傳輸給服務(wù)器,與服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙向信息交互；同時(shí),可接收地面信號(hào)狀態(tài)信息。

4）車輛段調(diào)車監(jiān)控地面子系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)防錯(cuò)辦監(jiān)督預(yù)警及車地聯(lián)控發(fā)車控制、圖形化調(diào)車作業(yè)計(jì)劃編輯及管理功能。采用基于400 MHz數(shù)字電臺(tái)（或可靠性更高的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）,組建車輛段車地通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)單信息、調(diào)車控制命令信息等安全控制信息的傳輸,地面信標(biāo)運(yùn)用狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)記錄、圖形化顯示段場(chǎng)圖等功能［9］,以及調(diào)車作業(yè)一度停車標(biāo)等關(guān)鍵點(diǎn)控制。車輛段調(diào)車監(jiān)控地面子系統(tǒng)功能見圖2。

圖2 車輛段調(diào)車監(jiān)控地面子系統(tǒng)功能

5）應(yīng)用分析子系統(tǒng)。主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)全程運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理分析及運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)掌握運(yùn)行中存在的安全隱患。其主要功能模塊有：①全程運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)的分析和回放；②乘務(wù)員通話記錄回放；③視頻回放；④視頻在線點(diǎn)播及權(quán)限管理；⑤運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及報(bào)警；⑥運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警信息實(shí)時(shí)推送,通過手機(jī)及時(shí)提醒相關(guān)值班、調(diào)度、管理人員；⑦運(yùn)行數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理等。

2 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很好地利用了LKJ2000運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展功能,在實(shí)現(xiàn)LKJ2000運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)基本的作業(yè)四防功能基礎(chǔ)上,結(jié)合青島地鐵實(shí)際特點(diǎn),將乘務(wù)員視頻監(jiān)控、盹睡報(bào)警、軸溫檢測(cè)、工程車關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成,并通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)與地面服務(wù)器的實(shí)時(shí)通信。該系統(tǒng)的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)如下。

2.1 應(yīng)用創(chuàng)新

1）人工智能應(yīng)用創(chuàng)新。采用圖像智能識(shí)別技術(shù),自動(dòng)捕獲乘務(wù)員面部特征,對(duì)乘務(wù)員盹睡等異常精神狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別及報(bào)警。

2）大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用創(chuàng)新。通過對(duì)運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,查找車輛在運(yùn)行中的安全隱患,規(guī)范乘務(wù)員標(biāo)準(zhǔn)化操作能力。

3）移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新。采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過微信將車輛運(yùn)行狀態(tài)信息實(shí)時(shí)推送到管理人員手機(jī)終端,實(shí)現(xiàn)管理人員遠(yuǎn)程電子添乘。

4）計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖信號(hào)分析和應(yīng)用創(chuàng)新。在信號(hào)系統(tǒng)供應(yīng)商開放計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖信號(hào)的前提下,通過計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)控機(jī)的隔離串口通信模塊,將計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的地面服務(wù)器,由地面服務(wù)器結(jié)合工程車所在位置,實(shí)時(shí)將前方地面信號(hào)機(jī)的編號(hào)和狀態(tài)發(fā)送給車載運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)時(shí)更新工程車的限速值,并及時(shí)發(fā)出停車指令,避免城軌工程車發(fā)生冒進(jìn)關(guān)閉信號(hào)機(jī)、超速行駛、擠道岔等問題。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新

1）通過采集計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù),結(jié)合工程車所在位置,實(shí)時(shí)計(jì)算生成連續(xù)式距離-速度控制曲線,遇異常情況輸出制動(dòng)指令,實(shí)現(xiàn)城軌工程車安全防護(hù)。

2）采用無線射頻技術(shù)讀取信標(biāo)信息,結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)存儲(chǔ)線路數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)工程車精確定位。

3）采用視頻壓縮技術(shù),使視頻傳輸更高效、更清晰、更流暢。

4）采用4G無線通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)圖片及視頻數(shù)據(jù)和車輛實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的傳輸。

5）采用RSA數(shù)據(jù)加密技術(shù),提高了信息傳輸?shù)耐暾院桶踩浴?/p>

3 應(yīng)用效果

目前,城市軌道交通工程車安全控制及運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在青島地鐵3號(hào)線上完成裝車使用,實(shí)現(xiàn)了超速防護(hù)、信號(hào)冒進(jìn)防護(hù)、車輛溜逸防護(hù)、盡頭線防護(hù)、正線封鎖作業(yè)控制等功能［10］。通過近3年的應(yīng)用,該系統(tǒng)的各項(xiàng)功能穩(wěn)定,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；實(shí)現(xiàn)了乘務(wù)員由接到作業(yè)任務(wù)到完成的全過程信息記錄,為乘務(wù)員的整備、操作、呼喚、應(yīng)答等作業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化提供了技術(shù)支持,節(jié)約了人員管理和時(shí)間成本。目前該技術(shù)已在上海地鐵、深圳地鐵等進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

城市軌道交通工程車安全控制及運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)工程車安全防護(hù)設(shè)備的缺失,依據(jù)“科技保安全、技術(shù)強(qiáng)管理”的先進(jìn)理念,開創(chuàng)了智能化、自動(dòng)化的城軌工程車運(yùn)用管理新模式,在國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)內(nèi)具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。今后還需基于5G、人工智能、無人駕駛等前沿科技,結(jié)合城市軌道交通工程車的運(yùn)用特點(diǎn),進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能,使工程車管理完全實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和智能化。