地铁工程车智能安全监控系统设计及应用

地铁工程车智能安全监控系统设计及应用

冯文杰,王通

（天津凯发电气股份有限公司 天津 300000）

摘要:因为地铁工程车并不具有行车检测与保护装置,所以,在现场完成调车作业之后,通常是靠乘客的经验和目视的信号才能完成作业,很容易出现安全事故。为破解这一问题,本文设计了一种适用于所有地铁车辆的智能安全监测系统。ISM系统主要由运行时监控部分、图像部分、定位部分、车载无线通讯子系统等四个模块构成。本章对城市轨道交通施工车辆及信息管理系统中各个子系统的功能、关系、工作机理、设备结构和运营维护装置等的设计问题作出了比较详细的阐述,并对各系统的正常工作方法和降级运行方法等作出了说明。ISM系统具备高集成化、高资源效率、高可靠性、自动化、信息交互等关键技术特点。

关键词：地铁工程车；安全防护；监控系统；智能化

1系统组成和工作原理

1.1系统组成

ISM控制系统可以实时监测工程车辆的运行状况、速度、驾驶员身份、离岗、疲劳等行车状态,并按照为工程车辆所设定的工作范围、限速、线路位置等状态,通过智能算法对工程车辆的安全防护措施作出实时的保护判断,并根据工程车辆的行驶情况,提供相应的刹车控制命令。该控制系统的功能需要多个装置共同完成。根据控制系统的用途,将其分成四大子系统:列车运行监测子系统、视频子系统、定位子系统、车内无线通信子系统。ISM系统的各个子系统的主要作用和相互关系见图1。

图1 ISM系统各子系统主要功能和关系

ISM系统结构及设备如图2所示。

图2 ISM系统结构及设备

1.2系统工作原理

该系统是帮助驾驶员实施车辆安全监测和保护的关键设备，能够自动识别、报警和保护车辆的冒进信号、超速行驶、驾驶员疲劳、离岗等。除了与设备系统内的外设协同工作,ISM平台上也需要和外界的设备系统实现互动,才能实现统一的工作。ISM系统的系统结构比较复杂,必须通过线路与信号系统、工作现场与指挥系统、运行情况控制器这三个层面,来完成对管线信息、工作单、以及前后数据的收集,并将它们用作安全保障计划的约束条件。操作保护控制指令由外部刹车装置界面完成。

2工作模式

2.1正常模式

在正常工作方式下，车辆运行保护装置利用车辆与地面的无线通讯，从信号系统中获得地面信号，并依据线路的实际信号状况和进路开启情况，对车辆进行安全保护，达到“二冒一超”的目的。

2.2降级模式

2.2.1出现车地无线通信故障

在车辆与地面无线通讯发生故障时，ISM系统采取了一种降低保护方式，即在运行监视屏幕上进行人工路径选择。驾驶员在确定第一台信号机开启后，按照打印的操作指令，在屏幕上手工选定操作的起点和路线。完成入路手续后，驾驶员驾驶工程车辆在限速以内行驶。如果在第一台信号之前，工程车辆接收到RFID标识的位置与进入线路不符，则由工程车辆自行进行紧急刹车，以确定路线选择是否正确。如果接收到的RFID标记位置与期望相符，则工程车辆通过标记，完成了最初的定位。操作保护设备会在第一个信号机默以为在进入通道第一个信号机后关闭，在工程车辆到达信号灯之前，提醒驾驶员解除锁定。驾驶员操作解锁，确认后，操作保护系统判定信号机开启，并将保护控制点移动到相邻的下一个信号机。

2.2.2出现施工管理平台故障

在施工管理平台发生故障而不能直接获得作业单的情况下，ISM地面DCC设置了备用终端，编写了工作方案，并将其通过无线通讯方式传送到操作保护设备。操作保护设备接收到工作指令和线路的真实信号，所采取的操作保护原则与常规操作方式相符合。

2.2.3出现信号系统接口故障

在信号系统发生接口失效的情况下，不能进行信号的数据传送。作业单由无线通讯车辆传输，其操作保护原则与发生车地通讯失效模式相同。

3系统特点

3.1高度集成

从设备构成上来看,ISM系统的车载装置均为标准的机柜,并集成了三层交换机、运行安全保护器、视频摄像仪、视频分析类型等,具有很强的一体化能力,可以根据用户的需要自行设计。在功能上,单个ISM系统的防护装置,就集成了所有干线高速公路的LKJ主线保护功能、STP区场保护功能、以及无线通讯功能。行车安全管理系统和影像识别系统形成连接,通过影像子系统将驾驶员的行车状态和身份资料传输至操作维护系统,进行运算和数据处理后,对车辆的视器上发出警告,降低因驾驶员的疏忽所致的意外,预防非正常驾驶人员的动车。ISM系统地面只有1台一体化设备,能够对轨道交通的所有工程车辆进行智能化的安全监测。

3.2可靠性高

ISM系统运行保护设备的安全保护控制算法采用LKJ核心算法，并在列车与地面通讯、信号界面等方面存在故障时，采用LKJ核心算法。

3.3信息互联互通

通过与外部建筑管理平台的连接，将手工操作的手工操作转移到网上进行。ISM系统上的作业保护装置可以根据作业速度、区域等的限制信息，对安全保护进行计算，从而使信息得到充分的利用。ISM系统可以对工程车辆的运行状态、驾驶员的操作、电子作业单的完成、驾驶员的违规行为进行数据统计和分析。在今后，可以通过大数据平台将记录信息与用户进行共享，并能对故障趋势、运营策略进行分析。

4运行效果

(1)在线路信号的车辆显示测试中，操作监测子系统的地面服务器组从信号系统获得信号，并将其传输到车辆的运行保护设备。操作保护设备，传输实时的信号状态，并在运行监测屏幕上显示。经过检验，该系统所提供的信号与实际线路的信号状况基本吻合。在偶然遇到的下雨天，驾驶员很难辨认出地面信号，而通过观察运行监测显示屏上的信号状况，可以很好地解决了地面信号的观测难题。

(2)针对冒进信号、超速行驶、正线作业违规越界等的安全保护测试，是以驾驶员人为地超速行驶，或者接近许可运行区的边界点时，进行安全保护的测试。当工程车辆经过RFID标识后，RFID读取器就能知道车辆的定位，并将其传输到操作监测子系统的保护设备上。

人工录入出错的工作单，并在正常的工作过程中进行操作。工程车辆的定位子系统获取工程车辆的实际位置，并将其发送到安全保护设备。操作防护设备将实际位置信息与手工录入的工作单进行比较，发现二者的信息不相符。通过ISM系统的报警和紧急刹车，对错办进路的保护作用进行了验证。

(3)在测试期间，由视频子系统对驾驶员的识别及异常行为进行分析，并将其传输至运营监测子系统的保护设备。操作保护系统将驾驶员的身份信息与操作记录中的驾驶员信息相比较，并将其显示在操作监视屏幕上。运行保护系统将车辆运行状态信息、驾驶员操作信息、违章事件信息、设备故障信息等信息存储在当地，并将其传输给地面服务器。经过处理后，通过DCC用户终端进行显示、查询、统计。用户终端能够利用视频子系统的流媒体服务器，对工程车辆的进行实施监控和管理，为事故的追踪提供基础。

结语：

核心设备是利用已有的成熟设备和技术，结合地铁车辆的实际使用要求，对其进行整合与创新。利用地铁交通的一些现有资源，可以有效的减少资源的浪费，并能有效的提高城市的交通资源利用率。在试验中，通过集成ISM技术和装备，提升了工程车辆的监控防护能力、运行维护和管理能力，为地铁工程车辆的工程应用和推广提供了良好的依据。

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