施工安全防护系统研究

朱宗涛，朱攀峰，李亚亚

（1.中国铁路兰州局集团有限公司，银川 750011；

2.北京思维鑫科信息技术有限公司，北京 100067；3.机械工业经济管理研究院，北京 100055）

随着中国铁路数次大提速以及大量新造车投入应用，列车运行密度急剧增加，施工天窗期[1]被不断压缩，而铁路线路施工复杂，具有施工作业区域大、线路长、作业环境条件差、施工周期短等特点[2]。既有施工安全防护主要采用人防为主、技防为辅的模式[3]，通常在站内设置驻站防护员，施工区域设置现场防护员，列车接近施工区域时，由站内防护员通过电台通知现场防护员作施工撤离指示，存在由于施工现场环境恶劣（雨雪、风沙、施工噪音等特点），导致施工人员撤离不及时，进而造成严重人身伤亡事故的情况。目前，国内外很多学者就铁路施工安全防护进行了研究，康燕仁[4]研究了基于红外探测的铁路施工安全防护报警系统，通过红外等技术确定机车接近信息，并实时播报给施工人员。李博绪[5]等人研究了铁路区间施工的防护报警问题，通过Zigbee等物联网通信技术实时传输机车接近信息，实现施工安全防护报警功能。上述研究均是通过技术手段获取机车接近信息，对于施工防护人员标准化作业管理以及设备故障后情况，并未提出有效解决方法。本文结合现场施工流程，通过对施工流程再造，结合LMD系统[6]（LKJ设备运行监测系统）中机车实时运行位置信息和施工人员位置信息，采用“故障导向安全”策略，实现危险源接近报警、人员越界报警等功能，多途径保证现场作业施工安全。

1 施工安全防护系统需求分析

当前，施工作业防护主要由施工负责人、站内防护员、施工防护员、施工人员组成，施工负责人对施工整体负责，站内防护员负责将机车接近施工区域信息给施工防护员，施工防护员负责通知并确认施工人员下道避让。上述防护模式存在以下缺陷点[7]：

（1）站内防护员依靠微机联锁信息掌握机车过站信息，信息来源单一；

（2）站内防护员与施工防护员应按照一定时间周期保持通信，存在防护员未严格执行该项规定的现象；

（3）无法获取接近施工区域机车的运行速度以及公里标；

（4）施工过程中，施工人员位置信息无法及时掌握；

（5）施工完成后，施工过程无有效手段查询。

因此，系统功能需求如表1所示。

图1 施工安全防护系统架构示意图

表1 系统功能需求

2 施工安全防护系统架构

施工作业人员与线路运行机车是本系统的两大重要因素[8]，通过LMD系统获取当前施工线路运行机车，通过移动无线网络以及GPS/北斗定位技术获取施工防护人员对应防护公里标[9]，后台服务器根据该信息进行运算处理，确认施工作业人员是否安全。当列车接近时，向作业人员提供声、光、震动等安全预警信息，提示作业人员及时下道避让；同时能够在现场提交、接收作业单，在作业现场进行作业单流转管理，从而形成铁路安全生产的闭环管理。系统架构如图1所示，主要由施工防护服务器、作业终端组成，根据应用帐号不同区分用户类型。

3 基于“故障导向安全”策略的作业流程

根据现场作业流程和“故障导向安全”策略，施工安全防护系统作业流程设计如图2所示。

（1）施工负责人负责编辑施工作业内容，确定施工防护作业人员；

（2）各岗位到岗后，应确认到达作业地点，上传施工GPS位置后，将自动生成作业施工安全电子围栏；

（3）站内防护员与施工防护员通话确认，了解位置及准备情况；

（4）施工负责人确认施工开始；

（5）施工过程中，站内防护员间隔3～5 min与站内防护员进行通信确认，一方未确认均会导致系统报警，提醒施工人员下道避让；

（6）站内防护员发现机车接近施工区域，通过终端向施工人员发送机车接近预警信息；

（7）系统从LMD系统获取机车运行信息，计算机车接近施工区域时，也将向施工防护人员发送机车接近预警信息；

（8）施工结束后，由施工负责人确认施工关闭，施工作业记录单封存并提交服务器。

图2 基于“故障导向安全”策略的作业流程图

4 施工安全防护系统功能

4.1 施工作业记录单功能

系统将作业记录单电子化，通过作业终端接收并管理作业单，实时记录施工过程中人员操作信息并上报服务器，为管理人员提供标准化作业检查依据，如图3所示。

图3 施工作业记录单功能结构示意图

4.2 作业人员分布显示以及安全预警功能

服务器实时采集“作业人员位置”信息，并在地图上以“人员图标”方式显示。服务器实时监控站内开通的每条进路距离每个作业人员的最短距离，估算区间上列车距作业人员的距离，当服务器的计算结果小于安全距离时，系统将发起危险报警。

（1）作业人员离线、越区报警功能

作业人员离线是指施工作业人员与服务器通信中断，作业人员的越区是指作业人员远离施工作业区域、超出施工作业安全电子围栏，上述两种方式均会导致系统报警。

（2）机车接近预警功能

系统获取LMD系统中的机车运行信息，经服务器计算机车距离施工位置约5 km/3 km/1 km时，分别发出机车接近预警信息，提醒施工人员下道避让。施工防护人员接收该信息后应予以确认，终端界面显示如图4所示。

图4 机车接近预警功能界面显示

（3）“心跳”保持功能

系统每3 min要求站内防护员与施工防护员进行“心跳”确认，确认超时将会导致系统记录并报警。

5 结束语

本文重点研究了施工作业安全防护方法，从现场需求出发，通过对施工作业安全的流程再造，采用“故障导向安全”的策略，基于LMD系统和移动定位技术构建施工安全防护系统，有效降低了施工作业安全风险，最终通过现场应用进行了系统验证，为施工作业人员安全防护提供了有效的解决机制。但可以看到，由于GPS/BD在铁路沿线存在盲区，导致无法完全实时获取机车接近位置信息，下一步将重点研究基于智能图像识别技术分析站场机车发车信息，增加安全防护信息来源，以提高系统可靠性。