基于计算机控制的铁道信号系统电务维护及监控方法

1.基于计算机控制的铁道信号系统电务维护及监控方法，其特征在 于，它含以下依次由主控计算机实现的步骤：
(1)、向主控计算机输入数据并建立、管理相应的数据库；
电务人员数据库：含有电务人员姓名、性别、年龄、工位及指纹或虹 膜信息；
车务人员数据库：含有车务人员姓名、性别、年龄、工位及指纹或虹 膜信息；
电务人员维修记录数据库：包括，①申请人身份验证信息，有指纹或 虹膜信息、姓名，人数及分工，②维修申请登记时间、开始时间和结束时 间，③维修申请设备名称，④维修内容，⑤拟采用的方法，⑥维修设备请 求箱盒或机构开锁时间及实际开锁时间，⑦维修结束箱盒或机构锁闭时 间，⑧电务消记人员身份验证信息，有指纹或虹膜信息、姓名，⑨电务消 记时间记录，⑩邻线来车报警记录；
车务人员批准维修记录数据库：包括，①批准人身份验证信息，有指 纹或虹膜信息、姓名，②批准时间、开始时间和结束时间，③批准维修 申请设备名称，④批准维修设备请求箱盒、机构开锁时间及实际开锁时间， ⑤批准电务消记时间记录，⑥维修设备接收使用时间记录；
室外设备状态监测数据库：有①信号机室外点灯变压器二次侧电 压实时数据记录，②道岔缺口检查实时数据记录，③轨道电路发送、 接受端轨面电压实时数据记录，④轨面电码类型实时数据记录，⑤室 外箱盒、机构开启、锁闭状态实时数据记录；
监测及控制参数，含有：
①信号机室外点灯变压器二次侧电压的正常工作范围值，超出范 围值时报警；
②信号机主、副灯丝冷热丝断丝监测，断丝后报警；
③道岔缺口监测分析，以一个周期内，安装在道岔缺口上传感器 发出的脉冲电压占空比表示，道岔缺口报警的条件是占空比小于或等 于0.5；
④轨道电路轨面供、受电端分别得到的电压监测信号，当该电压 不在正常范围内时报警；
⑤由装在轨道电路箱盒、转辙机箱盒、信号机箱盒及机构内的 电磁传感器发出的箱盒、机构盖开启、锁闭信号，以高电位表示箱盒、 机构盖在开启状态，低电位表示箱盒、机构盖在锁闭状态；
⑥由主控计算机向装在箱盒、机构盖上的电磁锁发出的箱盒、机 构盖开启信号，以高电位表示开启箱盒、机构盖，低电位表示电磁锁 不开启箱盒、机构盖；
⑦轨道电路轨面电码信息以及室内发码器检测信号经过处理得 到的电码信息两者不一致时报警；
(2)、根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验电务维护人员的 身份，若身份不合法，则转入步骤(1)等待，否则，电务维护人员输 入要维护设备的名称和编号，屏幕显示同意电务维护申请，
(3)、根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验当班车务人员的身 份，若身份不合法，则返回步骤(2)等待，否则，车务人员输入同 意维护设备的名称和编号，并同意电务维护申请；
(4)主控计算机根据车务人员同意维护设备的名称和编号锁闭该设 备；
(5)主控计算机通过RS232接口与通信组件相连，通过通信组件、 通信通道及RS232与室外的监控机相连；主控计算机一旦收到位于现 场的室外设备监控机发回的电务维护人员到达维护现场的信号，主控 计算机便向上述监控机发出允许电务人员维护的命令，同时监控机向 电子锁发出打开箱盒、机构盖的指令，否则，等待；
(6)主控计算机一旦从现有铁路信号系统中接受到邻线来车报警信 息，便沿着步骤(5)所述的通信链路通过上述监控机向室外现场电 务维护人员发出邻线来车报警信号，否则，等待；
(7)当电务维护按时结束时，上述监控机便向主控计算机发出维护 结束信号，否则，上述监控机便向主控计算机发出延长维护时间的请 求，同时，向现场电务人员发出暂停维护的信号，当监控机接受到主 控计算机发出的允许延时维护指令后，再向现场电务维护人员发出允 许延时维护的命令，显示允许延时的时间范围；
(8)电务维护结束后，主控计算机先发出关闭箱盒、机构盖的命令， 并根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验电务维护人员的身份， 若身份合法，便申请消记，否则，等待；
(9)接着根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验当班车务人 员的身份，若身份合法，便批准相应编码的设备消记，同时，向对步 骤(4)所述的室外设备发出设备可正常使用的信息，并把维修结果输 入到所述的室外设备状态监测数据库；
(10)维护作业结束；
主控计算机在执行(2)至(10)所述步骤的同时，还执行以下监 控步骤：
主控计算机接收、记录及处理室外监控机通过上述步骤(5)所述 途径发送过来的下述信息：
①信号机室外点灯变压器二次侧电压实时数据记录，超出阀值范 围时，便声光报警，信号机主、副灯丝冷热丝断丝监测，断丝后报警， ②道岔缺口检查实时数据记录，超出阀值范围时，便声光报警，③轨 道电路发送、接受端轨面电压实时数据记录，超出阀值范围时，便声 光报警，④轨面电码类型实时数据记录，当与室内发码器检测信号经 过处理得到的电码信息两者不一致时报警，⑤室外箱盒、机构开启、 锁闭状态实时数据记录，当室外箱盒、机构为开启状态与无允许维护 命令不一致时，便发出防盗报警，
此外，若主控计算机收到用户从外部设备发来的检索上述任一数 据库的请求，就检索相应的数据库，并把检索结果在显示器上显示出来 或打印出来。

技术领域：\n基于计算机控制的铁道信号系统电务维护及监控方法属于铁道交通运 输技术领域，尤其涉及铁道信号系统自动控制技术领域。\n技术背景：\n铁道信号系统的电务维护和监控问题在控制方面基本处于空白状态，其现 状如下：\n一、对室外设备的工作状态不能得到数据，往往等到设备故障后方可发 现，此时对此设备进行紧急维修，必将影响设备的使用，从而影响行车效 率。\n二、室外设备无防盗报警和人为破坏报警。这与对设备高安全性要求不 符。\n三、室外的维修和施工采用几十年来一贯采用的方法：\n1、向车站值班员申请要点，并进行书面的登记，车站值班员签字批准 后，维修和施工作业方可进行。\n2、维修和施工人员在室外按照登记的时间和范围在室外开始作业。作业 过程中由室内人员进行设备安全及人身安全防护。\n3、作业完成后，维修和施工人员回到控制室进行例行试验，试验合格后， 向车站值班员签字消记，此时车站值班人员方可正常使用此设备。\n可以看出，以上的这种维修和施工的程序有以下的几个问题：\n1、维修管理方法落后，无法实现信息化、网络化的管理；\n2、维修过程中人为因素太多，缺乏有效的监控设备，可能造成以下 几种不规范行为：\n其一、维修和施工人员不进行登记，而直接作业；\n其二、作业人员不按照登记的时间、范围作业；\n其三、作业人员身份无有效的确认手段。\n其四、室内安全防护人员疏忽大意直接危及设备安全、运行列车安全 及室外作业人员的人身安全；\n其五、室外设备不可避免的受到非法人员的破坏，遭到破坏的设备无 法立刻得知。\n对于以上几点，都没有有效的手段加以约束和监管，从而给行车安全 造成了隐患。\n在这种客观条件下，产生了种种难以克服的弊端：\n其一，日常维护方面的不足——不能对信号维护人员的维护工作进行 有效的监督管理。\n其二，现场维护人员人身安全保护的不足——维护过程中，易发生由 于预警不利而造成的人身伤害事故。。\n其三，对办理经过有维修设备的列车进路没有可靠的制约手段——维 修过程中，车站值班员办理列车进路时，禁止使用正在维修的 设备，对此只能依靠维修登记的内容人为进行。一旦值班员疏 忽则易造成重大事故。\n其四，室外信号设备自身安全性的不足，无防盗、防破坏的实时报警。\n针对以上存在的问题和弊端，发明人提出铁路信号室外监测与安全保 护系统，可以完全实现室外信号设备的实时监测及控制功能，克服前述的 种种不足。\n发明内容：\n本发明的目的在于提供一种基于计算机控制的铁道信号系统电务维护 及监控方法。\n主控计算机在经过人员身份验证后，记录作业人员的身份，经电务人 员申请，车务人员批准后，锁定要维修的设备，主控计算机经通信通道向 室外相应的监控机发出允许维修的命令报文，室外监控机在接受到该命令 报文后，进入待维修状态，当电务人员到达室外后，通过请求室内电务人 员方可下达开锁命令报文，室外监控机收到此报文后即可开启电控锁，使 箱盒打开，室外维修人员完成维修任务后，经请求并锁闭室外箱盒，由室 外监控机向室内主控计算机发出维修完毕报文，室内主控计算机既可将此 设备列入待消记设备，经电务人员办理消记手续后，主控计算机取消该设 备的锁定状态，在整个维修过程中，主控计算机通过通信通道实时查询该 监控机。维修结束后，主控计算机通过通信通道实时查询室外所有的监控 机，并得到实时的监控信息。\n本发明的特征在于：\n它含以下依次由主控计算机实现的步骤：\n(1)、向主控计算机输入数据并建立、管理相应的数据库；\n(1.1)电务人员数据库，主要含有电务人员姓名、性别、年龄、工位及 指纹或虹膜信息，\n(1.2)车务人员数据库，主要含有车务人员姓名、性别、年龄、工位及 指纹或虹膜信息；\n(1.3)电务人员维修记录数据库：主要包括①申请人身份验证信息， 主要有指纹或虹膜信息、姓名，人数及分工②维修申请登记时间、开始时 间和结束时间，③维修申请设备名称，④维修内容，⑤拟采用的方法，⑥ 维修设备请求箱盒或机构开锁时间及实际开锁时间，⑦维修结束箱盒或机 构锁闭时间，⑧电务消记人员身份验证信息，主要有指纹或虹膜信息、姓 名，⑨电务消记时间记录，⑩邻线来车报警记录；\n(1.4)车务人员批准维修记录数据库：主要包括①批准人身份验证信 息，主要有指纹或虹膜信息、姓名，②批准时间、开始时间和结束时间， ③批准维修申请设备名称，④批准维修设备请求箱盒或机构开锁时间及实 际开锁时间，⑤批准电务消记时间记录，⑥维修设备接收使用时间记录， ⑦邻线来车报警记录；\n(1.5)室外设备状态监测数据库：主要有①信号机室外点灯变压器二 次侧电压实时数据记录，②道岔缺口检查实时数据记录，③轨道电路发送、 接受端轨面电压实时数据记录，④轨面电码类型实时数据记录，⑤室外箱 盒、机构开启、锁闭状态实时数据记录；\n(1.6)监测及控制参数，主要含有：\n①信号机室外点灯变压器二次侧电压的正常工作范围值，超出范围值时报 警；\n②信号机主、副灯丝冷热丝断丝监测，断丝后报警；\n③道岔缺口监测分析，以一个周期内，安装在道岔缺口上传感器发出的 脉冲电压占空比表示，道岔缺口报警的阀值是占空比小于或等于0.5；\n④轨道电路轨面供、受电端分别得到的电压监测信号，当该电压不在正 常范围内时报警；\n⑤由装在轨道电路供受电端的箱盒、转辙机箱盒、信号机箱盒及机构内 的电磁传感器发出的箱盒、机构盖开启、锁闭信号，以高电位表示箱盒、 机构盖在开启状态，低电位表示箱盒、机构盖在锁闭状态；\n⑥由主控计算机向装在箱盒、机构盖上的电磁锁发出的箱盒、机构盖开 启信号，以高电位表示开启箱盒、机构盖，低电位表示电磁锁不开启箱盒、 机构盖；\n⑦轨道电路轨面电码信息以及室内发码器检测信号经过处理得到的电码 信息两者不一致时报警；\n(1.7)装在主控计算机上的指纹识别软件包或虹膜识别软件包；\n(2)、根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验电务维护人员的身份， 若身份不合法，则转入步骤(1)等待，否则，电务维护人员输入要维护 设备的名称和编号，屏幕显示同意电务维护申请，；\n(3)、根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验当班车务人员的身份， 若身份不合法，则返回步骤(2)等待，否则，车务人员输入同意维护设 备的名称和编号，并同意电务维护申请；\n(4)主控计算机根据车务人员同意维护设备的名称和编号锁闭该设备；\n(5)主控计算机通过RS232接口与通信组件相连，通过通信组件及通信 通道与室外监控机的RS232接口相连，主控计算机一旦收到收到位于现 场的室外设备监控机发回的电务维护人员到达维护现场的信号，主控计算 机便向上述监控机发出允许电务人员维护的命令，同时监控机向电子锁发 出打开箱盒、机构盖的指令，否则，等待；\n(6)主控计算机一旦从现有铁路信号系统中接受到邻线来车报警信息， 便沿着步骤(5)所述的通信链路通过上述监控机向室外现场电务维护人 员发出邻线来车报警信号，否则，等待；\n(7)当电务维护按时结束时，上述监控机便向主控计算机发出维护结束 信号，否则，上述监控机便向主控计算机发出延长维护时间的请求，同时， 向现场电务人员发出暂停维护的信号，当监控机接受的主控计算机发出的 允许延时维护指令后，再向现场电务维护人员发出允许延时维护的命令， 显示允许延时的时间范围；\n(8)电务维护结束后，主控计算机先发出关闭箱盒、机构盖的命令，并 根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验电务维护人员的身份，若身份 合法，便申请消记，否则，等待；\n(9)接着根据输入主控计算机的指纹或虹膜信息检验当班车务人员的身 份，若身份合法，便批准相应编码的设备消记，同时，向对步骤(4)所 述的室外设备发出设备可正常使用的信息，并把维修结果输入到(1.5) 所述的室外设备信息库；\n(10)维护作业结束；\n主控计算机在执行步骤(2)至(10)所述线程的同时，还执行以下监控线 程：\n(1)主控计算机接收、记录及处理室外监控机通过上述步骤(5)所 述途径发送过来的下述信息：\n①信号机室外点灯变压器二次侧电压实时数据记录，超出阀值范围时，便 声光报警，信号机主、副灯丝冷热丝断丝监测，断丝后报警；②道岔缺口 检查实时数据记录，超出阀值范围时，便声光报警；③轨道电路发送、接 受端轨面电压实时数据记录，超出阀值范围时，便声光报警；④轨面电码 类型实时数据记录，当与室内发码器检测信号经过处理得到的电码信息两 者不一致时报警；⑤室外箱盒、机构开启、锁闭状态实时数据记录，当室 外箱盒、机构为开启状态与无允许维护命令不一致时，便发出防盗报警；\n(2)此外，若主控计算机收到用户从外部设备发来的检索步骤(1.1) 至(1.5)所述数据库的请求，就检索相应的数据库，并把检索结果在显示器上 显示出来或打印出来。\n模拟实验表明：对分布于室外4公里的监控机可实现电务维护及监控 的目的，因此，本发明可以实现电务维护及监控的目的。它有以下功能：\n1、监测功能：1)、信号机主、副灯丝冷热断丝监测，并在主控计算机 上提供报警信息，2)、信号点灯电压室外实时监测，并在主控计算机上提 供门限报警，3)、道岔缺口监测，并在主控计算机上提供报警，4)、轨道 电路轨面供端电压监测，并在主控计算机上提供门限报警，5)、轨道电路 受端轨面电压监测，并在主控计算机上提供门限报警，6)站内电码化轨 面信息内容的监测，传输到室内与室内编码相对比，不一致时报警，7) 室外箱盒机构非法开启报警。\n2、安全保护功能：1)，室外箱、盒、机构及道岔盖的开启、锁闭状态 实时反映到室内，并在主控计算机的显示器上显示出来。2)通过维护管 理系统，由主控计算机向要维修的室外设备发送授权维护命令，在现场人 员的请求下，可远程开启设备箱盒，3)现场人员在设备维护期间，该设 备的维护状态将实时反映到室内，并在主控计算机上反映出来，提醒作业 人员该设备不可用，4)当设备维护结束后，维护人员通过请求，并锁闭 箱盒，室内主控计算机将此箱盒列入维修结束标志，6)当维护人员正在 维修时，主控计算机可以向该设备发出邻线来车报警，提醒现场作业人员 注意安全，7)当室外设备被盗或遭到人为破坏时，室内主控计算机将及 时发出报警信息，\n3、维修信息管理功能：1)现场作业人员可以由主控计算机进行身份 验证，2)通过主控计算机可以进行维修登记，消记工作，3)主控计算 机可以将室外设备的监测信息、维护信息、设备安全状态进行记录存入数 据库中，4)主控计算机提供查询界面，供现场作业人员查询使用，\n附图说明：、\n图1：本发明所述方法的程序流程图——维护部分。\n图2：本发明所述方法的程序流程图——监测部分。\n图3：本发明所述方法的程序流程图——检索部分\n图4：本发明的电路原理框图\n具体实施方式：\n本发明的硬件是由室内主控计算机、通信通道(或移动存储器) 和室外多个智能监控机组成，主控计算机是完成维护监控信息的的分析、 管理、人员验证、报警信息产生、提供查询和数据记录的工业控制计算机， 放置于运转室或信号机械室。\n室外智能监控机为嵌入式微处理器系统，不同类型的监控机具有不同 的接口数量，主要有电源、开关量采集、模拟量采集、信息前处理、通信 控制、自监测电路等部分组成，采集的信息有箱盒状态信息、设备状态信 息、监控机自检信息、维护结束等基础信息，将这些信息经过简单的前处 理、存储并形成固定格式的报文，等收到主控计算机查询命令报文后，将 此报文发向主控计算机。\n室外智能监控机分为多种类型：1)信号机型，完成信号机主、副灯 丝冷热断丝监测，信号机箱盒、机构开启锁闭状态检查与控制，并实现与 主控计算机的通信，接受主控计算机的控制命令，并实时向主控计算机发 送信号机监控信息，2)道岔型，完成道岔缺口监测，并进行前处理，道 岔箱盒开启锁闭状态检查与控制，接受主控计算机的控制命令，并实时向 主控计算机发送道岔监控信息，3)轨道型，完成轨道电路轨面供、受端 电压监测，站内电码化轨面信息内容的监测，并进行前处理，轨道箱盒开 启锁闭状态检查与控制，接受主控计算机的控制命令，并实时向主控计算 机发送轨道监控信息及电码化的信息内容。\n通信通道：是连接主控计算机与室外智能监控机的桥梁，该通道可以 是有线的、无线的，也可以是移动存储器，当采用移动存储器时，实时信 息将无法传输，只能传输历史信息。\n通信通道可以有四种方式实现，1)CAN总线方式，2)电力载波传 输方式，3)自定义总线方式，4)采用无线传输方式。\n如受到客观条件的限制，无法采用以上四种方式时可采用移动存储器 方式，但无法实现实时监控。\n以下分类描述本发明的各线程的流程\n1、车务人员管理：通过对指纹或虹膜识别可确认在一个车站车务 人员的身份，通过车务人员管理界面，完成，1)、注册车务管理人员操作， 2)、注消车务管理人员操作，3)、变更车务管理人员信息操作，4)、修改 已注册车务管理人员信息操作，5)、注册人员操作，6)、注销人员操作， 7)、更新车务人员信息操作，8)、查询车务人员信息等操作，例如：查询 车务人员信息操作，查询者在车务人员管理界面上输入车务人员信息查询 条件，主控计算机通过调用查询车务人员信息程序模块，对车务人员信息 数据库进行查询，并将车务人员信息查询结果反映到车务人员管理界面 上。\n2、电务人员管理：通过对指纹或虹膜识别可确认在一个车站电务 人员的身份，通过电务人员管理界面，完成，1)、注册电务管理人员操作， 2)、注消电务管理人员操作，3)、变更电务管理人员信息操作，4)、修改 已注册电务管理人员信息操作，5)、注册人员操作，6)、注销人员操作， 7)、更新电务人员信息操作，8)、查询电务人员信息等操作，例如：查询 电务人员信息操作，查询者在电务人员管理界面上输入电务人员信息查询 条件，主控计算机通过调用查询电务人员信息程序模块，对电务人员信息 数据库进行查询，并将电务人员信息查询结果反映到电务人员管理界面 上。\n3、电务交接班\n电务人员交接班双方通过对指纹或虹膜识别，确认交接班的合法性，通过 更新电务当班人员信息程序模块将电务当班人员信息存入电务当班人员信 息数据库中。\n4、车务交接班\n同电务交接班过程\n5、状态查询\n电务人员通过电务人员查询界面，可以通过查询设备状态程序模块对 箱盒状态、箱盒非法开启报警信息、室外机自检信息、设备状态信息、授 权信息、设备维护结果、监控机自检故障报警信息、信号设备状态异常报 警信息等历史性信息进行查询。\n6、设备维护\n电务人员通过身份验证后提交设备维护信息申请信息，通过查询箱盒 状态信息后，由通过身份验证的车务人员产生授权信息，将授权信息置入 到授权信息库中，待现场电务人员再次申请，下达授权命令到室外智能监 控机。\n电务维修结束后，经过身份验证可发出设备消记申请信息，经过身份 验证的车务人员，发出消记确认信息，调用注销维修记录程序模块，查询 维护结束信息后，将设备维修结果存入设备维修结果数据库。\n7、设备报警\n当箱盒、机构非法开启、信号设备状态异常、监控机自检故障时室外 监控机可将这些信息通过通信通道传给主控计算机，主控计算机将这些信 息分别反映到车务人员界面或电务人员界面上。以上三种报警信息分别是 由室外监控机的产生箱盒、机构非法开启报警信息程序模块，产生信号设 备状态异常报警程序模块，产生模块自检故障报警程序模块产生的。\n当邻线来车时由电务人员发出邻线来车报警信息至监控机，监控机发 出声音告警信号，提醒作业人员注意。\n具体通信组间是采用电力载波组件构成，电力载波组件的前端与信 号电缆相连，并在主控计算机的电力载波组件前端设电力滤波器，在电力 载波组件后端与监控机的RS232串行接口相连，室外监控机的数量和类 型可根据室外的设备的类型和数量配置，在图4中分别以NO.1～NO.N表 示。\n具体采样时，所述的信号机，轨道送、受电端电压是各通过一个独 立的耦合变压器隔离采入并经监控机内部的A/D转换后分析实现的，信 号机冷热丝断丝报警的采样是通过该变压器副边输出信号加上2KHZ的载 波电压后变成采样信号，通过检测副边的阻抗变大来知道主、副丝断丝的， 道岔缺口信号是通过一个位于缺口检查器上的光电传感器来采集的，缺口 检查设备位移的改变导致接受端所收到的光电传感器的光通量变化，使光 电传感器接受端的输出电压值变化，采样此电压值即可知道缺口变化实时 情况，道岔缺口的变化是一个模糊值，只有通过一个采样周期内大量的数 据进行分析，方可得到道岔缺口的实际情况。箱盒、机构盖的开、闭状态 是采用电磁开关采样的，箱盒、机构盖的开启、关闭是监控机在得到主控 计算机的命令后给出的，上述各种采样信息及控制信息都是通过通信通道 及通信组件来传输的。