陈锡龙

(中国铁路广州局集团有限公司机务处 广东 广州 510088)

列车在运行过程中会遇到各种影响运行安全的非正常情况，需要机车乘务员及时、准确地做出判断并迅速采取相应处置措施。LKJ监控装置解决了机务行车安全由人控到人机联控再到全设备控制的管理机制，实现了列车运行的安全防控功能，但它对列车运行中机车乘务员操纵机车的标准化作业缺乏提示和监督指导功能。为解决以上问题，中国铁路广州局集团有限公司(以下简称“广铁集团公司”)联合株洲广义电子技术有限公司研发了CAF-I型机车乘务员作业安全辅助系统。系统结合LKJ运行记录数据，在车载装置中预设机车乘务员各种关键工作场景、安全因素，并根据机车GPS/北斗定位信息，实现了对机车乘务员作业程序的实时语音提示及监督指导功能。

1 设计思路

1.1 设计目标

(1)准确判断机车乘务员当前所处的作业场景，实时提醒按标准作业。

(2)准确获取机车的GPS/北斗位置信息，通知乘务员机车与前方信号机、土挡、禁停区等地面关键点的距离。

(3)将机车运行状态、所处具体区段、公里标位置、速度、乘务员所做的操作等信息实时无线传输到地面管理中心，实现人-车-地协同工作。

1.2 设计原理

机车乘务员作业安全辅助系统可预设列车运行的特定工作场景，采用实时操作系统，通过RS485通讯端口，实时采集TAX端口的数据(例如：机车运行时的司机号、车次、站名、公里标、机车信号、列车管压力、均衡风缸压力等多项参数)，并通过系统综合分析处理，对实际场景作出相应的语音提示。语音提示信息以文件形式存储，存储数据用U盘下载至分析终端，并通过专用的地面分析软件进行分析处理。

2 系统构成

CAF-I型机车乘务员作业安全辅助系统由系统硬件和系统软件构成(见图1)。安装了辅助装置的机车，通过无线网卡自动将机车的位置、现场信息及各种状态上传给地面服务器。与服务器同一网络的客户端，即可通过网络查看机车的位置、现场信息及即时的状态，也可以通过服务器与机车联系，向装置发送有关指令。

图1 系统结构示意图

2.1 系统硬件

系统硬件包括车载部分和地面部分。车载部分由车载主机、语音提示应答器、TAX接线盒等组成；地面部分由P4微机、专用分析系统、U盘组成，包含服务器、分析终端等[1]。车载部分与地面部分通过转储U盘实现联系(见图2)。

图2 车载部分与地面部分联系图

车载主机是CAF-I型机车乘务员作业安全辅助系统的核心部件。车载主机接口与语音应答器、LKJ等设备通过电缆连接，语音应答器的位置一般设在两端司机室靠近司机位置窗户的下方，主要是通过语音应答器对乘务员进行提示，并通过应答器拾取全程实时记录司机室环境声音，通过存储记录数据能够了解系统工作状态，并可作为乘务员作业安全的实时记录(见图3)。

图3 车载主机外部连接图

2.2 软件设计

2.2.1车载主机软件

车载主机通过MCU(微控制单元)监测485数据，控制语音提示单元、场景存储记录、数据下载、检索分析、数据维护、配置录音等[2]。车载主机软件流程图如图4所示。当实际场景与预设场景相一致时，主机发出相应的语音提示，提醒乘务员按标准化进行作业。

图4 车载主机软件流程图

2.2.2地面分析软件

地面分析软件通过转储媒介U盘，将机车运行的各类信息参数以及系统语音提示和人工操作的特定场景、音频记录等信息显示在分析终端上供用户进行数据分析和信息处理，其软件工作流程图如图5所示。管理人员可通过地面分析软件选择某一台机车的LKJ运行曲线、音视频文件、场景提示及解锁信息，对机车乘务员作业情况进行综合分析评价。

3 系统运用

3.1 装车运用

每台机车安装CAF-I型乘务员作业安全辅助系统，需要1台车载主机、2个语音提示应答器、1个监控TAX接线盒、1根RS485通讯线、2根语音专用报警线，1根DC110 V电源线等连接电缆(见图6)。系统实际运用中，必须满足以下条件：平均无故障工作时间(MTBF)不得小于6 000 h；车载主机应与LKJ时间显示一致；当某路应答器故障时，不影响其他功能；车载主机装置出现严重故障不能正常工作时，允许司机切除运用。

图6 系统装车平面图

3.2 实现功能

(1)存储功能：准确记录机车三大件操作、制动机使用、调车作业及单机进出库等列车运行重要数据，便于事后分析取证。

(2)提示功能：实时语音报警，提示机车乘务员执行相应的规范操作或人工确认后可解除报警。

(3)卫星定位功能：通过GPS/北斗卫星系统对机车工作状况进行全程准确定位，控制机车在运行途中的安全因素。

(4)无线传输及实时预警功能：通过实时无线传输，将机车运行状态、所处具体区段、公里标位置、速度、乘务员所做的操作等信息显示在地面管理中心解析软件画面上，地面也可以根据实时反馈侧信息对机车乘务员进行远程指导，真正起到实时预警防控的作用。

(5)记录功能：记录机车运行中乘务员操作的基本信息，包括机车、车次、时间、司机姓名、场景名称、人工操作等信息。

(6)转储功能：可通过U盘将机车运行记录的数据转储到地面分析软件进行分析。

(7)检索分析功能：通过地面分析软件实现对转储的记录信息进行检索分析。

(8)数据维护功能：可实时更新和添加工作场景信息，便于日常数据库维护。

4 结束语

CAF-I型乘务员作业安全辅助系统的装车运用，实现了机车乘务员标准化作业的人机互控，弥补了LKJ监控装置无法对机车乘务员的标准化作业进行语音提示和监督指导功能的缺陷，为机务安全管理提供有效的科学管理手段。系统在广铁集团公司投入使用以来，有效防止了多起因机车乘务员违反作业标准或遗漏作业程序而发生的恶性行车事故，极大地提升了机务现场作业安全控制，为铁路机务安全生产稳定提供了可靠的设备保障。