动车检修基地防溜装置信息化管理系统设计与应用.pdf

中国新技术新产品2024 NO.4（上）-37-信 息 技 术为防止动车组在检修时因车辆本身停放制动失效导致的溜逸，必须在钢轨与车轮间使用止轮器等1防溜装置对动车组进行固定，利用止轮器的踏面阻力阻止动车组移动2。目前，各动车检修站段止轮器挂设与撤除作业均为人工卡控，存在人为操作失误而导致的较大安全隐患：止轮器设错检修轨道位置；遗留在动车组被携带出库或者丢失；当动车组断电检修时，止轮器挂设不到位，可能导致检修过程中车辆滑溜；止轮器撤除不及时，动车组检修完成后强行移动可能导致动车组出轨侧翻。为了解决上述问题，国内现有的相关研究通过无线网及相应软件管理系统对止轮器的应用状况进行采集并储存，但未能与站场调度室联网，无法实现列车移动、止轮器挂设及归还的安全联锁等功能。本文研发了一种基于物联网技术的防溜装置信息化管理系统，与站场调度室联动，实现库内所有止轮器的标准化、信息化管理，具有止轮器及人员身份识别、止轮器挂设及撤除安全联控、止轮器搜索定位等主要功能，有效杜绝止轮器错设、漏设、遗失等安全隐患，切实保障生产及行车安全。1 防溜装置信息化管理系统架构基于 ZigBee 的防溜装置信息化管理系统主要由信息化止轮器、列位扫码器、集中管理柜以及警示器构成，各止轮器的无线信号通过列位扫码器与集中管理柜中基站进行通信，从而将检修库内止轮器组成一个区域网络，反馈站段内所有止轮器实时定位、追踪以及挂设状态，同时在站场调度室设置可视化交互装置，掌握库内止轮器状态，并按计划下发作业指令，系统整体框架如图 1 所示。基于企业网络安全管理要求3，虽然 ZigBee 通信范围较小，但是其定位精度高、功耗低、安全性高，稳定性强，在做好电磁防护的情况下适合库内长时间工作。止轮器与各列位扫码器实现身份识别、信号发生、信号接收以及声音警示等功能4。在库内 2 根检修股道的 4 个列位上，分别安装 4 个列位扫码器，用于止轮器挂设和撤除流程卡控。各检修股道的二层平台上，在头车司机室的正前方安装止轮器状态指示模块，用于向司机室内作业人员直观反馈止轮器的挂设状态。动车检修基地防溜装置信息化管理系统设计与应用叶丹向前张华（中国铁路上海局集团有限公司上海动车段，上海 201812）摘 要：高速动车组入库检修断电后，须在其中一端头车的轮对处架设防溜止轮器起防溜固定的作用。原先高速动车组检修站段防溜止轮器的设置与撤除作业都是通过人工卡控来完成的，无法及时掌握管控现场作业存在的人为操作问题，存在极大的生产与行车安全隐患。因此，本文研制了一套基于物联网技术的防溜装置信息化管理系统，并在长三角动车检修基地投入应用，实现库内所有止轮器的信息化、标准化、可视化管理，切实保障了车辆设备设施以及作业人员人身安全。关键词：高速动车组；检修基地；防溜装置；信息化中图分类号：U270.7文献标志码：A由表 1 的测试结果可以得出，系统的平均数据采集时间为 8.058M/s，说明本系统的数据采集效率较高，能够快速获取学籍档案信息；系统的平均数据传输速率为 22.02MB/s，表明本系统的数据传输速度相对较快，能够快速将学籍档案信息传输至目标节点；系统的数据准确率达到 98.5%以上，表明本系统在数据管理过程中具有较高的准确性，有效避免数据错误和漏报情况发生。综上所述，基于移动互联网的高校学籍档案管理系统设计不仅可以提高学籍管理效率，而且通过提供准确、及时的数据分析结果，进一步提升高校学籍信息处理的有效性。4 结语综上所述，本文从高校学籍档案管理的实际需求出发，对基于移动互联网的高校学籍档案管理系统进行整体设计。系统硬件采用了先进的移动处理器和存储设备，系统架构采用现代化的 Web 架构，从而实现高效的移动办公和学籍档案信息的自动存储、处理和展现。试验结果表明，移动互联网加持下设计的高校学籍档案管理系统能够有效提升高校学籍档案管理的效率和精度，具有较高的实用性。该系统还可以进一步拓展和升级，不断满足高校学籍档案管理的新需求，建设更智能、便捷、安全的学籍管理新生态。参考文献1 刘晓霞，曹敏.基于用户行为的智能档案管理系统设计 J.电脑编程技巧与维护，2023（9）：114-116.2 史海珠.数字化智能档案管理系统研究 J.办公自动化，2023，28（17）：52-54.3 刘振令.电子档案管理系统的设计与实现 J.集成电路应用，2023，40（7）：322-323.4 裴蕾.数字化档案管理系统在医院中的运用探析 J.兰台内外，2023（19）：31-33.5 李京.基于区块链的高校学籍档案管理系统研究 J.电脑知识与技术，2023，19（9）：31-33，45.中国新技术新产品2024 NO.4（上）-38-信 息 技 术2 防溜装置信息化管理系统硬件结构设计2.1 信息化止轮器结构设计目前，检修调试作业现场使用塑胶式止轮器，如图 2（a）所示，为了向站场调度室实时反馈挂设信号，并能在搜索过程中发出提示蜂鸣，在止轮器侧面加装控制模块内部包括 RFID 芯片、ZigBee 信号发生模块、低耗 DC 电池模块以及蜂鸣器等，同时在止轮器上表面两侧加装弹性触点用于判断是否与车轮接触，内部下方安装位置传感器来判别是否在钢轨上，其具体结构如图 2（b）所示。当止轮器正确挂设后，有源回路闭合，触发 Zigbee 信号发生模块，扫码器确认止轮器挂设完毕。2.2 集中管理柜结构设计集中管理柜是集中存放信息化止轮器的区域，为实现监控止轮器的取用，记录取存人员的信息，接收基站、列位扫码器及站场调度室的信号，同时具备声光报警功能，配有工卡机、RFID 射频模块、柜外警示灯、柜内指示灯、备用止轮器存放柜以及扬声器等主要模块。其中，工卡机起到限制专人取用的作用，通过设置系统黑、白名单，甄别使用人员权限，将芯片与职工胸卡进行绑定，方便作业人员操作；RFID 射频模块用于识别止轮器身份，并确认领取和归还股道列位正确，防止止轮器归还位置错误；柜外警示灯与柜内指示灯实时反馈所有止轮器是否按规定使用的状态，警示丢失或常开门；扬声器的作用是进行1-动车车轮；2-止轮器外壳；3-止轮器把手及天线；4-钢轨；5-弹性触点；6-控制模块；7-位置传感器。图 2 改造前后止轮器对比（a）改造前 （b）改造后1567234图 3 特征库建立流程图开始初始化集中管理柜接收模块采集某一空间位置的RSSI值RSSI值滤波处理存储处理后的RSSI值建立止轮器位置信号特征数据库结束采集下一个空间位置的RSSI值RSSIRSSIRSSIRSSI图 1 安全联控系统总体技术框架12道2列位12道1列位站场调度室13道1列位13道2列位止轮器状态 指示模块止轮器状态 指示模块列位扫码器ZigBee接收基站列位扫码器列位扫码器列位扫码器ZigBee接收基站ZigBee接收基站ZigBee接收基站ZigBee接收基站集中管理柜中国新技术新产品2024 NO.4（上）-39-信 息 技 术操作提示和纠正错误；备用止轮器存放柜存放 4 组备用止轮器。当区域断电或联控系统故障时，应急使用。2.3 列位扫码器结构设计列位扫码器箱体内包括 RFID 射频读卡器与 Zigbee 接收模块，RFID 射频读卡器用于确认止轮器身份信息，判定作业人员是否设错股道列位；Zigbee 接收模块则用于实时接收各止轮器状态，并向集中管理柜中的 Zigbee 集中发送反馈信号。其安装在库内钢轨的下方支架上，并位于动车组入库停车时两端轮对的正下方附近。2.4 止轮器状态指示模块设计止轮器挂设、撤除和存放过程中需要对其他相关作业人员及司机进行提示，避免因不了解止轮器安设状态而发生意外的情况，因此在列位端二层平台加装了止轮器状态指示模块，提前在使用权限、语音提示及亮灯提示上进行卡控提示，止轮器安全联控系统引导及警示功能见表 1。3 防溜装置信息化管理系统功能设计3.1 止轮器定位模型设计止轮器定位采用 ZigBee 技术，采集止轮器常设位置的接收信号强度值（RSSI），并建立特征数据库；通过集中管理柜 Zigbee 接收模块在线采集止轮器未知位置接收的 RSSI值，并将接收数据传输到处理器，再经处理器发送到站场调度室，将采集的数据与特征数据库中的数据进行对比，利用差距最小的数据进行计算，得到止轮器未知位置的空间坐标。特征库建立流程如图 3 所示。RSSI 测距的估计如公式（1）所示。RSSI=-（10nlgd+A）（1）式中：RSSI 为止轮器常设位置的接收信号强度值；d 为待求的路径距离；A 为接收信号强度；n 为信号传输常数。信号强度值会随着距离增大而变小，由于动车组检修库内环境干扰较大，因此信号强度在接收过程中会发生波动或者突变，并且距离越远时引起的误差就越大。在接收信号强度的过程中，为了减少定位误差，须通过处理器滤波。利用相邻法则，使用欧氏距离公式，如公式（2）所示。DrssiRSSIiiiN?21（2）式中：D 为在多维空间中计算邻近两点之间的直线距离；相邻两点向量分别为 rssi=（rssi1，rssi2，rssiN）和 RSSI=（RSSI1，RSSI2，RSSIN）；i=1，2，N；N 是向量的维数。匹配最邻近的空间特征点坐标以及相应的 RSSI 值，然后根据最接近的特征点坐标确定未知节点的空间区域，并根据未知节点与区域内特征点的距离，采用多边定位算法计算未知节点的空间坐标。经过邻近法匹配到距离最近的常设位置特征点后，以该区域内 3 个特征点 A、B、C 为球心、3 个特征点 A、B、C到未知位置 M 的距离为半径画球，如图 4 所示。通过三边定位算法计算止轮器未知位置的空间坐标。假设止轮器未知位置的空间坐标 M（x0，y0，z0）。止轮器常设位置特征的空间坐标分别为（xi，yi，zi），i=1，2，n，信号传输距离为 di，根据已知条件可得止轮器未知位置与特征位置关系，如公式（3）所示，利用该方程组可计算止轮器未知位置的空间坐标（x0，y0，z0）。dxxyyzzdxxyyzz121022022022220210210?22020202dxxyyzznnnn（3）式中：di为信号传输距离；（xi，yi，zi）为止轮器常设位置特征的空间坐标；i=1，2，n；（x0，y0，z0）为止轮器未知位置的空间坐标。3.2 系统通信功能设计集中管理柜作为 Zigbee 网络中的核心，也就是协调节点，主要有 2 个功能：建立无线传感网络，并使其他信息化止轮器（传感节点）加入建立的网络；从列位扫码器（路由节点）接收数据进行处理后传送给站场调度室的终端控制软表 1 引导及警示器功能列表序号警示功能提示方式警示位置1无权限语音：作业人员无使用权限集中存放柜2无权限语音：作业人员无撤除权限列位扫码器3归还错误语音：止轮器归还位置错误集中存放柜4挂设错误语音：止轮器挂设列位错误列位扫码器5状态异常语音：止轮器长时间未归还集中存放柜语音：止轮器长时间未挂设集中存放柜语音：止轮器丢失集中存放柜；站场调度室6挂设情况红色：止轮器已设；灰色：止轮器已归还；红色闪烁：止轮器状态不明确列位指示灯注：A、B、C为区域内3个特征点的球心；M为止轮器未知位置。图 4 定位算法原理图yACBOzxM中国新技术新产品2024 NO.4（上）-40-信 息 技 术件界面，同时也可以接收站场调度室的指令信息，校验后发送给各列位扫码器。集中管理柜作为协调节点的通信功能设计流程如图 5 所示。列位扫码器是 Zigbee 网络中的路由节点，在网络中充中转站的角色。由于信息化止轮器（传感器节点）与集中管理柜（协调器节点）距离较远，因此需要使用列位扫码器作为路由节点实现网络加入及数据传输。列位扫码器作为路由节点的通信功能设计流程如图 6 所示。3.3 系统安全联控功能设计集中管理柜及列位扫码器软件控制逻辑流程如图7所示。在集中管理柜存取的过程中需要对操作人员进行身份验证，并对存取的止轮器进行验证避免存取错误，同时对操作者进行语音提示或报警，使操作更智能化、人性化；当列位扫码器上方安设或撤除止轮器时也对止轮器进行监控，避免超时未安设或归还导致遗失或安设撤除错股道。3.4 站场调度室人机交互设计集中管理柜及列位扫码器均通过 ZigBee 的组网连接至站场调度室的服务器，可以在任何连接到该网络的设备上通过浏览器查看止轮器设备的实时使用情况，方便各监管部门与站场调度室监控现场止轮器运用情况，提高安全生产监管力度，监管模式更人性化、信息化、直观化，其终端控制软件界面开发如图 8 所示。控制软件界面每 3 秒钟自动刷新和现场设备保持同步，获取最新状态数据。绿色表明设备使用一切正常，红色为有止轮器处于挂设状态，红色闪烁为柜门长时间未关闭、止轮器丢失以及止轮器闲置超时等情况，需要工人介入纠正。同时页面可查看设备使用所有信息，包括取用人、取用时间以及归还时间等。4 防溜装置信息化管理系统调试应用防溜装置信息化管理系统开发完成后，对其进行组装和调试并进行无规则功能试验，每日安排 20 人，其中一部分职工不具备操作权限，站场调度随机下发 4 个列位止轮器的挂设和撤除作业任务。试验结果如下：所有不具备权限职工取用或撤除止轮器均被系统制止并及时反馈至站场调度室；所有挂设位置错误、归还位置错误、长时间不挂设、长时间不归还止轮器的行为，均在逻辑设定时间内得到及时制止和纠正；丢失在库内的止轮器在较短时间图 6 列位扫码器通信功能设计流程开始初始化建立成功？信号是否请求入网？送达至特定止轮器关闭开关是否建立成功？信号是否通过？结束分配网络地址是是否是否否开始初始化建立网络建立成功？等待节点加入？允许节点加入分配位置绑定列位扫码器及信息化止轮器接收数据接收完成？发送数据至站场调度室发送完成？否是否否否是是是图 5 集中管理柜通信功能设计流程中国新技术新产品2024 NO.4（上）-41-信 息 技 术内被快速锁定；企图携带止轮器出库在库门闸机处被及时截获。5 结论本文提供了一种智能化、可视化的防溜装置集中管理系统和方法，依托信息化技术实现了止轮器“人防、技防”双重管理，与人工管理相比更高效、严谨和可靠；实现止轮器身份识别、动车安全连锁、止轮器挂设安全连锁、止轮器归还安全连锁、止轮器实时定位、库内丢失搜索以及与调试生产信息系统联动等功能，通过卡控机制，杜绝止轮器挂设不正确、动车前未撤除、防溜不到位、止轮器被携带出库等现象。该系统已在长三角动车检修基地投入运用，取得了良好的经济效益和安全效益，可以减少因止轮器漏设、错设及遗漏等导致的安全隐患，全面提高动车组检修库止轮器管理水平，切实保障车辆设备设施以及作业人员人身安全。参考文献1 中国铁路总公司.铁路技术管理规程 M.北京：中国铁道出版社，2014.2 宋毅.防溜铁鞋（止轮器）铁道行业标准解读 J.铁道技术监督，2010，38（4）：5-63 李林贵.关于防溜铁鞋实现远程监控的探讨 J.黑龙江科技信息，2013（35）：204-205.4 徐博洋.防溜铁鞋安全监控及自动化系统研究与设计 J.中国科技纵横，2020（7）：38-40.图 8 控制软件界面D12-1 列位D12-2 列位D13-1 列位D13-2 列位调试库止轮器实时状态看板图 7 挂设/撤除控制逻辑流程框图（a）挂设控制逻辑流 （b）撤除控制逻辑流归还止轮器撤除止轮器规定时间内归还到相应的存放单元产生警报通知相应管理和作业人员超出时间核验止轮器身份是否与单元对应自动上锁柜门否是否列位指示灯变绿列位允许出车语音提示单元指示灯变绿是挂设止轮器作业人员在智能定置柜刷工卡作业人员输入所需止轮器的列位判断操作权限否语音提示弹出柜门并提示拿取止轮器规定时间内在识别终端核验止轮器产生警报通知相应管理和作业人员超出时间或止轮器身份不对应相应存放单元指示灯变红挂设止轮器判断止轮器状态延时5秒挂设不到位或者松脱列位指示灯变红否状态正常列位禁止出车是是否是