鐵路防溜器具自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置研究

張延波 王志行 于春曉

摘要：鐵路場(chǎng)站中大量使用的無(wú)網(wǎng)無(wú)源防溜器具（如鐵鞋）普遍缺乏有效的定位追蹤手段，在日常使用中主要依靠人為監(jiān)管，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的全天候管理，造成潛在的風(fēng)險(xiǎn)。文章分析了國(guó)內(nèi)外的鐵路場(chǎng)站防溜器具的研究現(xiàn)狀，針對(duì)其弊端，介紹了一款適用于鐵路防溜器具保管、作業(yè)、巡檢等全流程使用場(chǎng)景的智能化系統(tǒng)，自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置在不破壞和影響鐵路防溜器具既有形態(tài)的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路防溜器具的集中式智能化管控，并建立與使用和管理人員之間的對(duì)應(yīng)連接關(guān)系。

關(guān)鍵詞：無(wú)網(wǎng)無(wú)源防溜器具;智能化管控;智能定位追蹤

中圖法分類(lèi)號(hào)：U298文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on AD hoc intelligent positioning and tracking device forrailway anti-slipappliance

ZHANG Yanbo，WANG Zhixing，YU Chunxiao

（Handan Station of China Railway Beijing Bureau Group Co.，Ltd.，Handan，Hebei 056000，China）

Abstract：A large number of netless passive anti-slip devices （such as iron shoes） used in railway stations generally lack effective means of positioning and tracking， mainly rely on artificial supervision in daily use， unable to achieve all-weather effective management， resulting in potential risks. This paper analyzes the research status of railway depot anti-running equipment at home and abroad， according to its defects， introduces a suitable for railway anti-running equipment storage and operation，checking and other intelligent systems of usage scenarios of the whole flow， ad-hoc network intelligent positioning tracking device without damage and affect the railway anti-running equipment in the form of both cases， the implementation of intelligent railway anti-running equipment centralized control， and establishes corresponding links with users and management personnel.

Key words： no-network passive anti-slip device， intelligent management and control，intelligent positioning and tracking

21世紀(jì)以來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)迅猛發(fā)展，“創(chuàng)新、智能”成為發(fā)展的主題。信息化、智能化正在鐵路各個(gè)主要領(lǐng)域滲透，這就要求鐵路加強(qiáng)信息化建設(shè)。車(chē)站智能化、信息化建設(shè)是發(fā)展建設(shè)的重要方向。本文在鐵路客運(yùn)站智能化發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述了如何讓鐵路場(chǎng)站中大量使用的無(wú)網(wǎng)無(wú)源防溜器具（如鐵鞋）在日常工作中實(shí)現(xiàn)有效的全天候管理，避免潛在的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路防溜器具的集中式智能化管控，提升鐵路生產(chǎn)效率，達(dá)到兩全其美的效果[1]。

1現(xiàn)狀分析

1.1國(guó)外現(xiàn)狀分析

法國(guó)國(guó)家鐵路公司（ SNCF）設(shè)計(jì)了一款智能鐵鞋系統(tǒng)，打造了智能化移動(dòng)管理體系，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可根據(jù)智能鐵鞋系統(tǒng)狀態(tài)判定鐵鞋的放置狀態(tài)和丟失狀態(tài)，并且針對(duì)終端低功耗要求進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

德國(guó)鐵路公司（DB）實(shí)施了“鐵路4.0戰(zhàn)略”——針對(duì)鐵鞋在使用中存在的適用范圍窄、安置及撤除不便、附著力小、辨識(shí)度差的問(wèn)題進(jìn)行分析，采用了收縮軟鋼絲繩以減輕鞋牌組合重量、安裝永磁鐵塊防止鐵鞋在軌頂上發(fā)生移位或脫落、粘貼反光貼來(lái)增強(qiáng)辨識(shí)度的措施。

1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)的智能化防溜鐵鞋從理論研究到實(shí)際應(yīng)用歷經(jīng)多年的摸索，通常可將業(yè)界所采用的鐵鞋分為三大類(lèi)：一是采用機(jī)械原理，將機(jī)械鎖閉加入鐵鞋上的防盜鐵鞋;二是通過(guò)將遠(yuǎn)距離通信終端與傳感器相結(jié)合，安裝在鐵鞋上的防溜鐵鞋;三是采用應(yīng)用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、單片機(jī)和高科技檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)以鐵鞋為智能化模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，集防盜和定位功能于一體[2]。

根據(jù)對(duì)已有鐵鞋的各種應(yīng)用模式進(jìn)行探究，最初從處理鐵鞋本體的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題出發(fā)，僅以上述三類(lèi)方法對(duì)鐵鞋進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)階段還受技術(shù)和器具的制約，很多改進(jìn)措施都沒(méi)有使設(shè)備信息化收集、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、智能化管理等方面達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的完美結(jié)合的目標(biāo)。圖1為鐵鞋使用情況。

根據(jù)目前所存在的問(wèn)題，列出研究方案：（1）研制磁吸式自供電定位追蹤模塊，解決現(xiàn)場(chǎng)器具無(wú)源問(wèn)題;（2）研制智能保管箱（鐵鞋），解決安全器具保管問(wèn)題;（3）研制基于 GIS 底圖的手持定位追蹤智能終端，解決安全器具可實(shí)時(shí)查看器具狀態(tài)、器具管理可追溯問(wèn)題;（4）建立基于時(shí)間、位置和作業(yè)邏輯的多區(qū)域鐵路防溜器具智能管控中心。

2鐵鞋智能定位追蹤裝置設(shè)計(jì)

鐵路防溜器具自組網(wǎng)位追蹤裝置設(shè)計(jì)主要包括智能保管箱，可以進(jìn)行集中管控、遠(yuǎn)程報(bào)警、存取對(duì)號(hào)[3]。安全器具智能管控中心可以進(jìn)行集中監(jiān)控、記錄存儲(chǔ)、報(bào)警互控，具有定位追蹤功能。

2.1智能定位追蹤裝置

智能定位追蹤裝置采用強(qiáng)磁方式進(jìn)行安裝，周期性上報(bào)狀態(tài)位置，由中央智能模塊、NFC 識(shí)別模塊、電池、組件等組成（圖2）。

2.2智能保管箱

智能保管柜（鐵鞋）主要由防溜器具柜（硬件）和防撤溜互控系統(tǒng)（軟件）構(gòu)成。

智能鐵鞋柜箱體電器部分由太陽(yáng)能板、電源模塊、智能控制器、電子鎖、機(jī)械鎖和無(wú)線(xiàn)通信天線(xiàn)、NFC 識(shí)別器等組成。它可以自動(dòng)識(shí)別存放、智能緊固器身份信息及其離箱、取放時(shí)間，向監(jiān)視終端周期上報(bào)自身電量信息和實(shí)時(shí)上報(bào)防溜器具箱開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、操作人等信息，具備關(guān)箱自鎖功能。

2.3智能巡檢終端

OS 定制化功能：（1）一鍵自定義功能，即通過(guò)終端設(shè)備側(cè)面的自定義鍵，可以隨心設(shè)置二級(jí)菜單應(yīng)用;（2）對(duì)講功能，即終端設(shè)備采用 DMR 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字對(duì)講模塊，支持單工語(yǔ)音、確認(rèn)/非確認(rèn)數(shù)據(jù)短信通信。其中，軟件系統(tǒng)包括智能保管箱軟件系統(tǒng)（圖3）。

關(guān)于防撤溜互控系統(tǒng)兩端互控，具體狀態(tài)顯示為：（1）上道。一端器具出柜，另一端器具沒(méi)有出柜時(shí)，防溜揭示板對(duì)應(yīng)線(xiàn)路發(fā)出紅色慢閃，提示另一端器具及時(shí)做好防溜措施。直到另一端器具出柜，紅閃消失;（2）下道。一端器具歸位，另一端器具未歸位時(shí)，防溜揭示板對(duì)應(yīng)線(xiàn)路發(fā)出紅色慢閃，同時(shí)發(fā)出一次“XX 站，注意 X 道兩端防溜是否撤除”聲音提示，直到另一端器具歸位，紅閃消失，目的是提示兩端防溜撤除和器具歸位;（3）其他情況。僅使用一端防溜器具，或使用了備用器具、手閘等防溜措施時(shí)，線(xiàn)路也會(huì)發(fā)出紅閃警示，要注意區(qū)分。

2.4智能管控中心

智能管控中心主要收集定位追蹤裝置信息、智能保管箱狀態(tài)信息，顯示作業(yè)動(dòng)態(tài)，并利用管控軟件和報(bào)警裝置對(duì)異常情況進(jìn)行分析、報(bào)警。其主要設(shè)備包括計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換機(jī)和相應(yīng)的應(yīng)用軟件。

智能管控中心可通過(guò)鐵路內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)同步所有使用單位部署的本地化智能防溜鐵鞋系統(tǒng)及調(diào)車(chē)機(jī)、自輪運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備型智能防溜鐵鞋系統(tǒng)運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)，使用者可以在任何地方監(jiān)控任意已部署的本地防溜系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)情況、防溜記錄、報(bào)警數(shù)據(jù)。

3鐵路防溜器具自組網(wǎng)位追蹤裝置關(guān)鍵技術(shù)

在鐵路防溜器具作業(yè)智能定位追蹤方面，研制磁吸式自供電定位追蹤模塊。該模塊集成車(chē)規(guī)級(jí)定位模組，支持 BDS，GPS，Galileo 和 QZSS 多個(gè) GNSS 星座的多頻段信號(hào)，具備北斗定位功能、NFC 識(shí)別功能、慣性輔助定位功能和遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置功能，實(shí)時(shí)輸出位置、速度方向等信息。

在鐵路防溜器具電子化保管方面，研制智能保管箱。其具備 NFC 識(shí)別對(duì)號(hào)存取、箱門(mén)開(kāi)閉報(bào)警、NFC 刷卡開(kāi)門(mén)與自觸發(fā)拍照和存取記錄自動(dòng)生成、LORA 自組網(wǎng)場(chǎng)域傳輸?shù)裙δ堋?/p>

在鐵路防溜器具智能化巡檢方面，研制基于 GIS 底圖的手持定位追蹤智能終端，通過(guò) GIS 標(biāo)畫(huà)鐵路防溜器具作業(yè)區(qū)域、建立可量測(cè)場(chǎng)站 GIS 底圖等方式生成智能終端離線(xiàn)作業(yè)底圖，實(shí)現(xiàn)管理人員精準(zhǔn)定位條件下對(duì)保管、作業(yè)條件下的鐵路防溜器具的精準(zhǔn)巡檢導(dǎo)航。

在鐵路防溜器具智能化管控方面，建立基于時(shí)間、位置和作業(yè)邏輯的多區(qū)域鐵路防溜器具智能管控中心，實(shí)現(xiàn)一場(chǎng)多專(zhuān)用線(xiàn)、一中心場(chǎng)多附屬場(chǎng)站等條件下對(duì)鐵路防溜器具的區(qū)域網(wǎng)集中式管控。

4預(yù)期效果

鐵路防溜器具自組網(wǎng)位追蹤裝置通過(guò)軟硬件結(jié)合以及網(wǎng)絡(luò)互通、數(shù)據(jù)融合、信息集成等技術(shù)，深度集成了智能定位追蹤裝置、智能保管箱、智能巡檢終端和智能管控策略的關(guān)鍵技術(shù)。

4.1安全管理

以往車(chē)站各類(lèi)信息碎片化分布，時(shí)效性不強(qiáng)，在日常使用中主要依靠人為監(jiān)管，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的全天候管理，經(jīng)常出現(xiàn)因內(nèi)部防范措施未落實(shí)，造成鐵路防溜防撞專(zhuān)用器材丟失、被盜等情況。通過(guò)鐵路安全器具自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置，對(duì)鐵鞋進(jìn)行信息化管理，可以有效避免出現(xiàn)鐵鞋丟失、被盜等情況。

4.2集中管控

以往場(chǎng)站中使用的防溜器具無(wú)網(wǎng)無(wú)源，難以實(shí)現(xiàn)器具的信息化管理。場(chǎng)站安全器具使用頻次高，出庫(kù)、入庫(kù)、就位、使用都依靠人工臺(tái)賬記錄，經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人習(xí)慣占主導(dǎo)地位，數(shù)字化管理流程基本缺失。通過(guò)鐵路安全器具自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置，實(shí)現(xiàn)鐵鞋在場(chǎng)站內(nèi)可留存精準(zhǔn)數(shù)據(jù)、信息化管理，以防信息管理數(shù)據(jù)丟失。

4.3智能鐵鞋柜的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

（1）用于鐵路車(chē)輛防溜器具的保管，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)取、現(xiàn)場(chǎng)歸還，減少因取、送溜器具增加的作業(yè)時(shí)間，提升運(yùn)輸效率。

（2）實(shí)現(xiàn)防溜作業(yè)人員不用往返防溜器具保管點(diǎn)取送防溜器具，最大限度減少上線(xiàn)作業(yè)帶來(lái)的人身風(fēng)險(xiǎn)。

（3）智能鐵鞋柜電子加鎖，狀態(tài)變化實(shí)時(shí)同步顯示和聲音提示遠(yuǎn)程位置，可有效防盜。

5結(jié)語(yǔ)

鐵路安全器具自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置全面滿(mǎn)足了鐵路安全器具的管控、監(jiān)控和定位追蹤的需求。其中，智能定位追蹤裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便小巧;智能保管箱具備較高的安全性、可維護(hù)性;智能巡檢終端具備高效性和準(zhǔn)確性，防塵、防水、防摔;該裝置的應(yīng)用為安全器具的管控、監(jiān)控、定位追蹤提供技術(shù)保障，經(jīng)濟(jì)、安全效益明顯。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

張延波（1976—），本科，工程師，研究方向：鐵路運(yùn)輸與安全。