鐵路沿線長距離主動阻擋防護系統(tǒng)設計

浙江亞衛(wèi)通科技有限公司 陸 杭

近年來，隨著我國鐵路建設的快速發(fā)展，鐵路改造提速，高速鐵路里程不斷增加，鐵路沿線的安全防護成為一個急待解決的重要問題。人員及大型牲畜非法穿越鐵路、在軌道上放置異物等等危險行為，都會給列車安全運營造成嚴重事故隱患。

近年來，鐵路部門選擇在車站周圍，岔道口，隧道的出/入口及橋梁安裝監(jiān)控攝像機，通過鐵路沿線鋪設的光纖或以無線方式將視頻信號傳輸?shù)阶罱恼军c監(jiān)控中心，或者直傳到鐵路局監(jiān)控中心，以便發(fā)現(xiàn)停留在鐵軌上的人或動物，同時在部分路段架設防護欄，以阻擋人畜穿越。

但傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控存在以下弊端：

（1）若有人或大型牲畜非法穿越鐵路，監(jiān)控系統(tǒng)只能被動記錄，無主動阻擋或延緩非法穿越功能；

（2）需要人工實時監(jiān)視視頻信息，難免遺漏非法入侵事件；

（3）視頻監(jiān)控設備故障率高，日常維護工作量大。

同樣，傳統(tǒng)的防護欄易被損毀和翻越。

由此可見，傳統(tǒng)的防護手段已經(jīng)無法滿足鐵路發(fā)展的需要。本文提出的基于高壓脈沖探測器的長距離主動阻擋防護系統(tǒng)有效的解決了上述問題，系統(tǒng)采用模塊化設計，可組網(wǎng)運行，可實現(xiàn)遠程監(jiān)視，主動阻擋報警，實時監(jiān)測鐵路沿線報警信息及設備運行情況，實時長距離數(shù)據(jù)傳輸，并能與原有的監(jiān)控設備聯(lián)動。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路沿線長距離主動阻擋防護系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件包括：前端防護欄、高壓脈沖探測器、中繼器、集控器（報警接收機）、聲光報警器、服務器、客戶終端、打印機等設備。

（1）前端防護欄

前端防護欄包括：支撐桿、絕緣子、合金線、警示牌、萬能固定底座、避雷器等設備。前端防護欄可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的架設方式，既可架設在鐵路沿線原有防護欄的上端，如圖2所示。又可以落地架設。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（2）高壓脈沖探測器

探測器安裝在前端防護欄附近，每個探測器防護區(qū)域最大為1km。

內(nèi)部RS485模塊傳輸距離8km，可接收/發(fā)送遠程設置數(shù)據(jù)、該終端探測器下轄的防區(qū)報警數(shù)據(jù)、設備運行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（3）中繼器

長距離鐵路沿線防護，超過8km需增加1臺中繼器，起到數(shù)據(jù)傳輸中繼作用。相鄰的2臺中繼器之間可掛接8臺高壓脈沖探測器。

（4）集控器（報警接收機）

1臺集控器最多可管理60臺中繼器，480臺探測器，系統(tǒng)最大防護距離496km。

（5）聲光報警器

配置在現(xiàn)場或各個監(jiān)控中心，實現(xiàn)實時報警信息聲光提示。

（6）服務器

服務器用來構(gòu)建Internet網(wǎng)絡，實現(xiàn)終端數(shù)據(jù)共享。

（7）客戶終端

可用GIS地圖方式遠程查詢現(xiàn)場每個防區(qū)實時動態(tài)信息，通過權限設置進行遠程操作、查詢歷史報警事件記錄、查詢設備故障信息、查詢現(xiàn)場人員巡檢記錄等。

1.2 軟件配置

系統(tǒng)軟件包括：服務器軟件、客戶端軟件。

2.系統(tǒng)設計

2.1 高壓脈沖探測器

（1）探測器工作原理

探測器內(nèi)部包括：高壓發(fā)生模塊、探測報警事件反饋模塊、巡檢考核模塊、RS485總線模塊、電源模塊、顯示模塊等。探測器產(chǎn)生的高壓輸出為低頻 脈沖信號，通過高壓絕緣導線與鐵路沿線的前端防護欄連接。探測器將產(chǎn)生的高壓脈沖信號施加于前端防護欄的起始端，高壓脈沖信號沿前端防護欄的金屬導線由起始端傳向終端。再通過高壓絕緣導線施加到探測器的高壓輸入端。

探測器為雙防區(qū)防護，每個防區(qū)由發(fā)射和接收兩部分組成，其工作原理如圖3所示。每個防區(qū)的高壓脈沖信號從發(fā)射端“TOx”傳到前端防護欄上，然后回到主機的接收端“INx”例如第一防區(qū)：一路高壓脈沖信號從發(fā)射端“TO1”傳到前端防護欄上，然后回到探測器的接收端“IN1”，另一路高壓脈沖信號從發(fā)射端“TO2”傳到前端防護欄上，然后回到探測器的接收端“IN2”，從而在前端防護欄第一防區(qū)形成兩個回路。

表1 高壓脈沖探測器技術指標

圖2 前端防護欄示意圖

圖3 探測器工作原理圖

（2）報警觸發(fā)原理

當前端防護欄的防區(qū)內(nèi)某處發(fā)生短路、斷路或觸網(wǎng)時，探測器觸發(fā)報警設備發(fā)出報警信號；探測器AC220V電源斷電或外置備用電源能量不足時也會觸發(fā)報警。

探測器探測前端防護欄信號時，默認設定為連續(xù)3個脈沖信號不正常時，才輸出報警信號，可避免動植物、人等偶然觸及前端防護欄引起的虛假報警。

（3）數(shù)據(jù)傳輸

每臺探測器最大防護距離為1km；每臺探測器在系統(tǒng)中都有預先設置好的唯一ID號；探測器實時監(jiān)視下轄的防區(qū)內(nèi)短路/觸網(wǎng)/開路報警信息，并形成報警事件數(shù)據(jù)幀，等待集控器輪詢上傳數(shù)據(jù)。

（4）巡檢考核

探測器內(nèi)置無線刷卡模塊（RFID），日常巡檢人員只要隨身攜帶工號卡，進入現(xiàn)場探測器30米范圍內(nèi)即可錄入該人員工號，作為巡更考核數(shù)據(jù)。

2.2 中繼器

每臺中繼器在系統(tǒng)中有唯一的組別號；每臺中繼器下端掛接8個探測器，中繼器管理著8個探測器的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換物理傳輸接口為RS485總線。

每臺中繼器與相鄰的中繼器之間最大距離為8km，當接收到集控器發(fā)送的數(shù)據(jù)上傳請求后，中繼器將對應ID號的探測器報警事件數(shù)據(jù)、巡檢考核數(shù)據(jù)、設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)幀上傳至集控器。

2.3 集控器

集控器將收集到的各個探測器的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后通過RS232接口上傳至本地監(jiān)控中心，本地監(jiān)控中心根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)將報警信息顯示在顯示屏的GIS地圖上，并能觸發(fā)監(jiān)控中心內(nèi)的聲光報警設備。

2.4 后臺軟件

后臺軟件通過接收和處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，將防區(qū)內(nèi)的布防及報警信息直觀地顯示在上位機界面上。同時，通過服務器軟件進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)遠程監(jiān)視現(xiàn)場情況。

3.系統(tǒng)功能

（1）系統(tǒng)具有威懾、阻擋、報警三重功能。

（2）系統(tǒng)實現(xiàn)觸網(wǎng)、短路、斷路三種報警模式。

（3）系統(tǒng)防護距離及數(shù)據(jù)傳輸距離長，最遠防護及數(shù)據(jù)傳輸距離496km。

（4）系統(tǒng)通過RS485總線可遠程設置探測器布防/撤防，并設置不同的工作電壓等級。

（5）系統(tǒng)具有現(xiàn)場巡檢考核功能，可記錄人員巡檢時間，地點等信息。

（6）系統(tǒng)不受氣候、植物、小動物等因素影響，誤報率低。

（7）系統(tǒng)可實現(xiàn)組網(wǎng)運行，通過權限設置進行遠程操作，可隨時查看現(xiàn)場運行及報警信息。

（8）系統(tǒng)具有可擴充性，RS485總線或開關量信號可以與其他安防設備聯(lián)動（如與110或固定電話實現(xiàn)聯(lián)動報警）。

（9）系統(tǒng)可以配備DC12V，4AH蓄電池，能夠在220V斷電后自動啟動蓄電池，并觸發(fā)斷電報警。

4.技術指標

目前國內(nèi)鐵路沿線的安全防護手段還是以人工巡防為主，高科技的技術與產(chǎn)品應用的較少。本文提出的基于高壓脈沖探測器的長距離主動阻擋報警系統(tǒng)可以部署在鐵路全線路段，不受地形，環(huán)境，氣候，光線等影響，克服了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及傳統(tǒng)防護欄的弊端，能有效地減少入侵事件的發(fā)生，該系統(tǒng)為鐵路沿線的安全防范提供了一套全新的，完整的解決方案。

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