張延波 王志行 于春曉

摘要：鐵路場站中大量使用的無網(wǎng)無源防溜器具（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，無法實現(xiàn)有效的全天候管理，造成潛在的風(fēng)險。文章分析了國內(nèi)外的鐵路場站防溜器具的研究現(xiàn)狀，針對其弊端，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，實現(xiàn)對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應(yīng)連接關(guān)系。

關(guān)鍵詞：無網(wǎng)無源防溜器具;智能化管控;智能定位追蹤

中圖法分類號：U298文獻標識碼：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世紀以來，大數(shù)據(jù)、云計算、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主要領(lǐng)域滲透，這就要求鐵路加強信息化建設(shè)。車站智能化、信息化建設(shè)是發(fā)展建設(shè)的重要方向。本文在鐵路客運站智能化發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述了如何讓鐵路場站中大量使用的無網(wǎng)無源防溜器具（如鐵鞋）在日常工作中實現(xiàn)有效的全天候管理，避免潛在的風(fēng)險，實現(xiàn)對鐵路防溜器具的集中式智能化管控，提升鐵路生產(chǎn)效率，達到兩全其美的效果[1]。

1現(xiàn)狀分析

1.1國外現(xiàn)狀分析

法國國家鐵路公司（ SNCF）設(shè)計了一款智能鐵鞋系統(tǒng)，打造了智能化移動管理體系，現(xiàn)場作業(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)，并且針對終端低功耗要求進行設(shè)計與開發(fā)。

德國鐵路公司（DB）實施了“鐵路4.0戰(zhàn)略”——針對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、辨識度差的問題進行分析，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、粘貼反光貼來增強辨識度的措施。

1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國的智能化防溜鐵鞋從理論研究到實際應(yīng)用歷經(jīng)多年的摸索，通?？蓪I(yè)界所采用的鐵鞋分為三大類：一是采用機械原理，將機械鎖閉加入鐵鞋上的防盜鐵鞋;二是通過將遠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)用無線通信技術(shù)、單片機和高科技檢測技術(shù)相結(jié)合的方法，對以鐵鞋為智能化模塊進行數(shù)據(jù)采集和傳輸，集防盜和定位功能于一體[2]。

根據(jù)對已有鐵鞋的各種應(yīng)用模式進行探究，最初從處理鐵鞋本體的機械設(shè)計問題出發(fā)，僅以上述三類方法對鐵鞋進行改進，現(xiàn)階段還受技術(shù)和器具的制約，很多改進措施都沒有使設(shè)備信息化收集、無線通信技術(shù)、智能化管理等方面達到經(jīng)濟性和實用性的完美結(jié)合的目標。圖1為鐵鞋使用情況。

根據(jù)目前所存在的問題，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)場器具無源問題;（2）研制智能保管箱（鐵鞋），解決安全器具保管問題;（3）研制基于 GIS 底圖的手持定位追蹤智能終端，解決安全器具可實時查看器具狀態(tài)、器具管理可追溯問題;（4）建立基于時間、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

鐵路防溜器具自組網(wǎng)位追蹤裝置設(shè)計主要包括智能保管箱，可以進行集中管控、遠程報警、存取對號[3]。安全器具智能管控中心可以進行集中監(jiān)控、記錄存儲、報警互控，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磁方式進行安裝，周期性上報狀態(tài)位置，由中央智能模塊、NFC 識別模塊、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能板、電源模塊、智能控制器、電子鎖、機械鎖和無線通信天線、NFC 識別器等組成。它可以自動識別存放、智能緊固器身份信息及其離箱、取放時間，向監(jiān)視終端周期上報自身電量信息和實時上報防溜器具箱開/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，即通過終端設(shè)備側(cè)面的自定義鍵，可以隨心設(shè)置二級菜單應(yīng)用;（2）對講功能，即終端設(shè)備采用 DMR 標準的數(shù)字對講模塊，支持單工語音、確認/非確認數(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，另一端器具沒有出柜時，防溜揭示板對應(yīng)線路發(fā)出紅色慢閃，提示另一端器具及時做好防溜措施。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，防溜揭示板對應(yīng)線路發(fā)出紅色慢閃，同時發(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，線路也會發(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)動態(tài)，并利用管控軟件和報警裝置對異常情況進行分析、報警。其主要設(shè)備包括計算機、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換機和相應(yīng)的應(yīng)用軟件。

智能管控中心可通過鐵路內(nèi)網(wǎng)實時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)車機、自輪運轉(zhuǎn)設(shè)備型智能防溜鐵鞋系統(tǒng)運行情況及數(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)場情況、防溜記錄、報警數(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。該模塊集成車規(guī)級定位模組，支持 BDS，GPS，Galileo 和 QZSS 多個 GNSS 星座的多頻段信號，具備北斗定位功能、NFC 識別功能、慣性輔助定位功能和遠程參數(shù)設(shè)置功能，實時輸出位置、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 識別對號存取、箱門開閉報警、NFC 刷卡開門與自觸發(fā)拍照和存取記錄自動生成、LORA 自組網(wǎng)場域傳輸?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 GIS 標畫鐵路防溜器具作業(yè)區(qū)域、建立可量測場站 GIS 底圖等方式生成智能終端離線作業(yè)底圖，實現(xiàn)管理人員精準定位條件下對保管、作業(yè)條件下的鐵路防溜器具的精準巡檢導(dǎo)航。

在鐵路防溜器具智能化管控方面，建立基于時間、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，實現(xiàn)一場多專用線、一中心場多附屬場站等條件下對鐵路防溜器具的區(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

以往車站各類信息碎片化分布，時效性不強，在日常使用中主要依靠人為監(jiān)管，無法實現(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，造成鐵路防溜防撞專用器材丟失、被盜等情況。通過鐵路安全器具自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置，對鐵鞋進行信息化管理，可以有效避免出現(xiàn)鐵鞋丟失、被盜等情況。

4.2集中管控

以往場站中使用的防溜器具無網(wǎng)無源，難以實現(xiàn)器具的信息化管理。場站安全器具使用頻次高，出庫、入庫、就位、使用都依靠人工臺賬記錄，經(jīng)驗和個人習(xí)慣占主導(dǎo)地位，數(shù)字化管理流程基本缺失。通過鐵路安全器具自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置，實現(xiàn)鐵鞋在場站內(nèi)可留存精準數(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)場應(yīng)用效果

（1）用于鐵路車輛防溜器具的保管，實現(xiàn)現(xiàn)場領(lǐng)取、現(xiàn)場歸還，減少因取、送溜器具增加的作業(yè)時間，提升運輸效率。

（2）實現(xiàn)防溜作業(yè)人員不用往返防溜器具保管點取送防溜器具，最大限度減少上線作業(yè)帶來的人身風(fēng)險。

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

5結(jié)語

鐵路安全器具自組網(wǎng)智能定位追蹤裝置全面滿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)簡單、輕便小巧;智能保管箱具備較高的安全性、可維護性;智能巡檢終端具備高效性和準確性，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、安全效益明顯。

參考文獻：

[1]王同軍.智能鐵路總體架構(gòu)與發(fā)展展望[J].鐵路計算機應(yīng)用，2018，27（7）：1?8.

[2]劉鑫鵬，趙偉，牛有生，等.一種新型智能鐵鞋管理系統(tǒng)[J].鐵路計算機應(yīng)用，2017，26（4）：25?29.

[3]葉彥斐，黃家輝，胡文杰，等.智能鐵鞋定位糾偏及被盜判定的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2020，33（1）：54?55+58.

作者簡介：

張延波（1976—），本科，工程師，研究方向：鐵路運輸與安全。