鐵路段內(nèi)公鐵平交道口機(jī)車接近報(bào)警與道口封閉系統(tǒng)探討

吳震

【摘 要】機(jī)務(wù)段、折返段是鐵路機(jī)車進(jìn)行檢修、維護(hù)保養(yǎng)，乘務(wù)員換乘等生產(chǎn)組織的重要基地，本文通過對(duì)機(jī)務(wù)段、折返段內(nèi)平交道口設(shè)備、周圍環(huán)境、人員及車輛的通行情況、出入庫(kù)機(jī)車的走行徑路等因素，通過軌邊傳感器采集車輛進(jìn)入信息設(shè)立機(jī)車接近防控區(qū)，采用多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)監(jiān)視機(jī)車行駛狀態(tài)，設(shè)計(jì)一套智能化、全封閉、全過程監(jiān)控的平交道口自動(dòng)化報(bào)警裝置。系統(tǒng)采用嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)機(jī)車接近道口時(shí)的自動(dòng)報(bào)警和查詢功能，并通過道口交通警示信號(hào)、語(yǔ)音報(bào)警信息發(fā)送;同時(shí)傳送給道閘裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路線路的封閉與對(duì)行人和車輛的攔截功能，該設(shè)計(jì)對(duì)減少鐵路道口交通事故有很高的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)提高機(jī)車檢修作業(yè)效率提供了有力的保障。

【關(guān)鍵詞】鐵路平交道口;多目標(biāo)跟蹤雷達(dá);無(wú)風(fēng)扇嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī);監(jiān)控軟件報(bào)警功能

中圖分類號(hào)： U674.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）12-0185-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.090

0 前言

隨著鐵路運(yùn)輸運(yùn)力的不斷增加，機(jī)車入段維修養(yǎng)護(hù)的作業(yè)日趨繁忙，車輛進(jìn)出維修大庫(kù)的數(shù)量和次數(shù)猛增。公務(wù)汽車、維修車輛、私家車頻繁穿梭于段內(nèi)鐵路平交道口，時(shí)常與機(jī)車車輛交會(huì)，給調(diào)車作業(yè)安全和汽車及行人都帶來(lái)極大的威脅，對(duì)機(jī)車的檢修作業(yè)生產(chǎn)造成一定的影響。

鐵路站場(chǎng)、段內(nèi)公鐵平交道口列車接近報(bào)警與道口封閉設(shè)備是我們根據(jù)段內(nèi)公鐵平交道口的兩側(cè)鐵路線路上機(jī)車行車組織、相交公路上機(jī)動(dòng)車、行人等安全現(xiàn)狀，運(yùn)用鐵路軌邊地面接近報(bào)警技術(shù)與線路空間上多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)識(shí)別技術(shù)組成的一套對(duì)線路上行駛的機(jī)車行為動(dòng)態(tài)進(jìn)行全封閉、全過程、全方位的監(jiān)控報(bào)警和道路封閉系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及工作說(shuō)明

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)述

本系統(tǒng)由系統(tǒng)控制核心、地面監(jiān)測(cè)子裝置和線路上空間多目標(biāo)跟蹤監(jiān)視裝置組成。地面（軌邊）監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)車車輛進(jìn)入防控區(qū)后的報(bào)警監(jiān)控功能;多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)裝置實(shí)施對(duì)進(jìn)入防控區(qū)內(nèi)的機(jī)車車輛進(jìn)行全程跟蹤，對(duì)在防護(hù)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)車車輛異常停車、逆向行駛等險(xiǎn)情啟動(dòng)非常報(bào)警功能。

設(shè)備報(bào)警采用紅綠燈、語(yǔ)音報(bào)警兩種通用的警示裝置，采用道閘實(shí)現(xiàn)公路道口的攔截，對(duì)鐵路線路的封閉。段內(nèi)公鐵平交道口機(jī)車接近報(bào)警與道口封閉系統(tǒng)圖如圖1

1.2 系統(tǒng)采用主要設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)

1.2.1 系統(tǒng)主機(jī)

系統(tǒng)主機(jī)采用無(wú)風(fēng)扇嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)，Intel Processor I3/I5 雙核處理器，4 GB 內(nèi)存，整機(jī)具有豐富的I/O 界面。支持 Windows 7/8/10、Linux 等操作系統(tǒng)。滿足設(shè)備控制系統(tǒng)軟件運(yùn)行和2個(gè)多目標(biāo)雷達(dá)的運(yùn)行。并配置遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程修改、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)閱、歷史記錄查詢等。

1.2.2 多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)和地面接近傳感器

（1）多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)

選用德國(guó)SMS-UMRR系列通用交通管理雷達(dá)，設(shè)計(jì)思想極為先進(jìn)，采用微帶平板天線，用寬波束來(lái)覆蓋四條車道以上車道，通過測(cè)距、測(cè)角、和獨(dú)有的多目標(biāo)跟蹤技術(shù)來(lái)精確定位車輛，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)精確定位，誤差不超過 0.25米。

本系統(tǒng)采用Type29雷達(dá)，雷達(dá)發(fā)射頻率 24.0-24.25GHz，探測(cè)距離（車輛）不大于160m，監(jiān)視區(qū)域方位角+/-18°，最小探測(cè)距離 1.5m，響應(yīng)時(shí)間 50ms，測(cè)距精度 小于+/-2.5%或者小于+/-0.25m，封裝 堅(jiān)固、防水外殼，IP67級(jí)，安裝高度1m-10m。

提供多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口：RS485，Can Bus，Ethernet（POE），WiFi， 繼電器等。

適應(yīng)任何惡劣環(huán)境，工作溫度范圍從零下 40 度到零上 80 度。

（2）軌邊接近傳感器

本系統(tǒng)選擇鐵路通用的接近傳感器，響應(yīng)頻率100HZ。安裝在線路上距道口應(yīng)大于80M（直線距離）。

1.3 系統(tǒng)工作說(shuō)明

對(duì)段內(nèi)公鐵平交道口兩側(cè)線路各100米區(qū)域設(shè)置機(jī)車車輛接近報(bào)警安全監(jiān)控區(qū)域，多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)檢測(cè)距離應(yīng)大于100M，雷達(dá)始終處于定向檢測(cè)狀態(tài)，響應(yīng)時(shí)間 50ms;設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)同時(shí)裝配視頻監(jiān)控功能，對(duì)道口中央?yún)^(qū)域，道路兩側(cè)近60米區(qū)域進(jìn)行可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控，并具有記錄回放功能;同時(shí)配置無(wú)線收放功能。

1.3.1 系統(tǒng)設(shè)備檢測(cè)報(bào)警工作說(shuō)明

當(dāng)機(jī)車出入庫(kù)作業(yè)進(jìn)入公鐵平交道口安全防控區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)通過地面感應(yīng)傳感器向系統(tǒng)控制工控機(jī)發(fā)出有車輛進(jìn)入的報(bào)警信號(hào)，工控機(jī)接到報(bào)警信號(hào)后啟動(dòng)安裝在道口的紅綠燈指示裝置，先是黃燈閃爍，而后紅燈點(diǎn)亮，安裝在道口的道閘欄桿隨機(jī)降落封鎖鐵路切斷公路交通，同時(shí)語(yǔ)音提示報(bào)警裝置不斷重復(fù)的發(fā)出有機(jī)車通過的報(bào)警提示，通過該道口的汽車車輛待停在鐵路線路兩側(cè)的道閘欄桿以外，保障機(jī)車調(diào)車作業(yè)安全和汽車車輛及人員的安全。

與此同時(shí)，系統(tǒng)安裝在鐵路線路公路道口兩側(cè)的多目標(biāo)雷達(dá)跟蹤監(jiān)控開啟，對(duì)本防護(hù)區(qū)內(nèi)運(yùn)行的機(jī)車車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，機(jī)車車輛不斷接近公路道口雷達(dá)裝置始終處于報(bào)警狀態(tài)，當(dāng)機(jī)車車輛正常通過道口后，本側(cè)雷達(dá)檢測(cè)到機(jī)車車輛已通過，向系統(tǒng)控制工控機(jī)發(fā)出解除報(bào)警信號(hào)，工控機(jī)即向報(bào)警裝置發(fā)出解除報(bào)警信號(hào)，報(bào)警裝置綠燈點(diǎn)亮，紅燈熄滅，道閘欄桿抬起，汽車和行人通過。而另一側(cè)的雷達(dá)開始對(duì)該車實(shí)施去向跟蹤，此車正常駛離道口方向行駛，雷達(dá)視為車輛行走正常，如該車在系統(tǒng)防護(hù)區(qū)內(nèi)停車，目標(biāo)跟蹤雷達(dá)裝置視該車行為異常，并將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到系統(tǒng)控制工控機(jī)，工控機(jī)再次啟動(dòng)安裝在道口的紅綠燈指示裝置，先是黃燈閃爍，而后紅燈點(diǎn)亮，安裝在道口的道閘欄桿隨機(jī)降落封鎖鐵路切斷公路交通，同時(shí)語(yǔ)音提示報(bào)警裝置不斷重復(fù)的發(fā)出有機(jī)車通過的報(bào)警提示，通過該道口的汽車車輛待停在鐵路線路兩側(cè)的道閘欄桿以外，保障機(jī)車調(diào)車作業(yè)安全和汽車車輛及人員的安全。

如防護(hù)區(qū)內(nèi)有雙向會(huì)車時(shí)，多目標(biāo)雷達(dá)識(shí)別裝置按照駛近道口（來(lái)向）報(bào)警，駛離（去向）道口視為正常的原則對(duì)防護(hù)區(qū)內(nèi)的機(jī)車車輛實(shí)時(shí)全程的跟蹤監(jiān)控，能實(shí)現(xiàn)機(jī)車雙向通過、單向通過等多種調(diào)車作業(yè)的接近紅綠燈指示報(bào)警、語(yǔ)音提示報(bào)警與道口封閉功能。

1.3.2 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)監(jiān)控軟件由系統(tǒng)監(jiān)控軟件和多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)設(shè)置軟件2部分組成。

設(shè)備監(jiān)控軟件是在臺(tái)達(dá)工業(yè)組態(tài)軟件的平臺(tái)上按照道口機(jī)車接近安全防控動(dòng)作編制而成，多目標(biāo)雷達(dá)設(shè)置軟件為雷達(dá)產(chǎn)品自帶。

（1）系統(tǒng)監(jiān)控軟件

本系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用于鐵路站場(chǎng)、段內(nèi)公鐵平交道口機(jī)車車輛接近報(bào)警和道口封閉系統(tǒng)，專用的監(jiān)控軟件簡(jiǎn)單直觀，在設(shè)備監(jiān)控軟件主頁(yè)面上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件操作窗口就可直觀的瀏覽現(xiàn)場(chǎng)各車道車輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)，報(bào)警事件歷史資料，系統(tǒng)操作記錄等。

圖形化操作界面實(shí)時(shí)顯示被監(jiān)視股道上機(jī)車車輛有無(wú)，機(jī)車車輛進(jìn)入防控區(qū)設(shè)備傳感器檢測(cè)到后，設(shè)備報(bào)警裝置：紅綠燈工作否？語(yǔ)音報(bào)警是否開啟？道閘欄桿是否下落等。

還可通過雷達(dá)監(jiān)視軟件實(shí)現(xiàn)防控區(qū)內(nèi)機(jī)車車輛異常停車、逆行等事件實(shí)施監(jiān)控和回放。

本系統(tǒng)軟件采用臺(tái)達(dá)工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)SCADA，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)平臺(tái)。它是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng);它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警、生成圖表等功能。SCADA系統(tǒng)對(duì)提高工業(yè)生產(chǎn)、調(diào)度控制等的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)效益與工作效率、減輕人員負(fù)擔(dān)及減少勞動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與現(xiàn)代化方面有著巨大作用。

（2）雷達(dá)設(shè)置軟件

TMConfigurator設(shè)置軟件—全新的TMConfigurator軟件，簡(jiǎn)單而直觀，允許設(shè)置任何安裝場(chǎng)景，從單個(gè)雷達(dá)傳感器到整個(gè)交叉路口及多路口網(wǎng)絡(luò)和高速公路。

TMConfigurator軟件的安裝向?qū)Чδ苁沟美走_(dá)傳感器的項(xiàng)目規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)安裝變得簡(jiǎn)單，作為一個(gè)直觀的分步指南，從傳感器安裝地點(diǎn)的規(guī)劃、選擇雷達(dá)、配置到在十字路口實(shí)際安裝雷達(dá)。只需一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置窗口和一個(gè)可視化的地圖，Easy Mode帶有幫助和解釋設(shè)置的功能。顯著的特征是“現(xiàn)場(chǎng)感知”和“引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)”，這意味著傳感器本身會(huì)向安裝者提供幫助，給于安裝位置的反饋便于實(shí)際對(duì)準(zhǔn)/指向應(yīng)該覆蓋的交叉路口的區(qū)域

2 系統(tǒng)設(shè)備安裝說(shuō)明

2.1 系統(tǒng)設(shè)備布置

如圖5所示，設(shè)備控制柜安裝在道口的一側(cè)線路外道口附近，地面接近感應(yīng)開關(guān)安裝在道口防護(hù)區(qū)的兩側(cè)要求的遠(yuǎn)端，構(gòu)成設(shè)備防護(hù)區(qū)域;兩個(gè)多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)分別安裝在道口一側(cè)的對(duì)角上，檢測(cè)前方線路上運(yùn)行的機(jī)車車輛行駛狀態(tài);紅綠燈報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警、封閉道閘安裝在線路外兩側(cè)道口對(duì)角上，起到極佳的報(bào)警和線路封閉作用，確保了調(diào)車作業(yè)和過路車輛及行人的安全。

2.2 系統(tǒng)主要設(shè)備安裝要求

2.2.1 多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)安裝技術(shù)要求

將雷達(dá)架設(shè)在鐵道道床邊上距離股道大約3-5M、距道口5M的 4 米高的立桿上，雷達(dá)的水平監(jiān)視區(qū)域方位角+/-18°，這是雷達(dá)的水平波束覆蓋角度。由于機(jī)車車體較為高大，雷達(dá)的俯仰角可安裝為0°。圖6中我們看到水平方向波束幾乎全部覆蓋，盡管理論上兩個(gè)雷達(dá)波束中間有所形成的盲區(qū)，從本側(cè)雷達(dá)波束盲區(qū)到對(duì)側(cè)雷達(dá)探測(cè)巨小距離波束見的距離只有 8m，而且，機(jī)車本身長(zhǎng)度達(dá)幾十米，即使一部分車頭駛?cè)肜走_(dá)檢測(cè)盲區(qū)，但是車身仍在雷達(dá)的檢測(cè)范圍之內(nèi)，所以，用 TYPE29 雷達(dá)，來(lái)檢測(cè)一個(gè)單邊線路防控區(qū)域是可行的。

雷達(dá)立桿高度應(yīng)符合線路電氣化安全紅線要求，桿體應(yīng)符合室外監(jiān)控設(shè)備制造技術(shù)規(guī)范，桿體上配裝室外電氣控制箱應(yīng)符合戶外設(shè)備電氣安全技術(shù)規(guī)范，并做好接地。桿體基座制作應(yīng)符合室外電氣設(shè)備安裝基礎(chǔ)建設(shè)技術(shù)規(guī)范。

2.2.2 軌邊傳感器安裝技術(shù)要求

本系統(tǒng)接近傳感器安裝時(shí)傳感器外沿距鋼軌內(nèi)側(cè)壁距離： 85+5-2毫米;頂部距鋼軌平面距離60軌為37+2毫米（通常為37～38毫米），50軌為35+2毫米。圖7所示

2.2.3 設(shè)備各部電纜敷設(shè)技術(shù)要求

本設(shè)備選用KVVP4*1.0鋼帶鎧裝信號(hào)電纜，沿軌邊道床地埋敷設(shè)。道床上過軌處，采用貼地面石渣明敷。沿軌邊道床上敷設(shè)的電纜埋深不低于0.7M，穿過道路處地下頂管，穿管敷設(shè)。如圖8所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)段內(nèi)公鐵平交道口的兩側(cè)鐵路線路上機(jī)車行車組織、相交公路上機(jī)動(dòng)車、行人等安全現(xiàn)狀的分析，運(yùn)用鐵路軌邊地面接近報(bào)警技術(shù)與線路空間上多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)識(shí)別技術(shù)組成的一套對(duì)線路上行駛的機(jī)車行為動(dòng)態(tài)進(jìn)行全封閉、全過程、全方位的監(jiān)控報(bào)警和道路封閉系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)采集機(jī)車車輛在道口防控區(qū)的動(dòng)態(tài)信息、及時(shí)示警并封閉道口，確保道口機(jī)車調(diào)車作業(yè)安全和公路上車輛與行人的安全，最終實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，使其發(fā)揮實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。