鐵路平交道口雙向智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

胡 斌

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng)421002）

在鐵路運(yùn)行過(guò)程中，鐵路報(bào)警系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的更新與應(yīng)用，是能否有效避免人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的一個(gè)重要方面。如果鐵路報(bào)警系統(tǒng)能夠朝著更加智能化的方向發(fā)展，對(duì)于及時(shí)預(yù)測(cè)危險(xiǎn)、避免事故發(fā)生將起到巨大作用。我國(guó)鐵路行業(yè)既有鐵路線上，尤其是地方鐵路線上存在著大量的平交道口，大部分都因?yàn)榧夹g(shù)力量不足而保留了看守人員，并且部分無(wú)人看守的平交道口沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)地面交通預(yù)警系統(tǒng)的配備，只有極其少量的在道口安裝了較為落后的單向預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于鐵路安全的把控仍然不到位，存在著明顯的技術(shù)缺陷，急需一套更加科學(xué)完整精確的預(yù)警系統(tǒng)來(lái)保障鐵路運(yùn)行安全。

1 原有鐵路平交道口防護(hù)的問(wèn)題及現(xiàn)狀

1.1 原有鐵路平交道口防護(hù)存在的問(wèn)題

1）安全效率低下。在原有的鐵路運(yùn)行模式里，科學(xué)技術(shù)含量低，僅靠增加人手來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵路正常運(yùn)營(yíng)和防護(hù)工作，但是人力運(yùn)行難免會(huì)出現(xiàn)紕漏和失誤，難以保證鐵路安全預(yù)警預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和質(zhì)量，況且由于人力精力有限，難以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)鐵路線路長(zhǎng)距離的監(jiān)控，可監(jiān)測(cè)范圍較小，導(dǎo)致安全附加值較低。這種僅僅依靠人力來(lái)進(jìn)行鐵路線路情況預(yù)警的安全邏輯設(shè)置較為單一和不足，難以適應(yīng)鐵路行業(yè)大規(guī)模發(fā)展的需要，在鐵路線路日益增加、鐵路里程越來(lái)越長(zhǎng)、道口數(shù)量攀升的情況下，會(huì)出現(xiàn)人手不夠、部分惡劣天氣和地區(qū)人力難以檢測(cè)等問(wèn)題，對(duì)鐵路報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行智能化升級(jí)是必要之舉。

2）自動(dòng)化程度低。在鐵路線路上，如今90%以上的線路道口都有人看守，需要人力隨時(shí)移動(dòng)來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理工作，對(duì)于人力依賴性較大，難以實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化操作和流水線處理模式。對(duì)于突發(fā)情況，人的反應(yīng)速度較慢，在缺乏智能化預(yù)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的情況下，難以實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)對(duì)解決。如今的防護(hù)措施大多是對(duì)行人進(jìn)行安全防護(hù)，對(duì)于列車(chē)的防護(hù)意識(shí)和措施嚴(yán)重不足，僅僅進(jìn)行單向防護(hù)容易忽略列車(chē)的安全情況檢測(cè)和列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，難以最大程度上避免事故。只有建立起列車(chē)-行人的雙向防護(hù)機(jī)制，才能較為徹底地排除隱患，保障人車(chē)安全。

3）成本高昂。僅僅依靠大規(guī)模人力資源來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵路安全防護(hù)管理，既會(huì)導(dǎo)致安全效率低下、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，又會(huì)帶來(lái)高昂的勞動(dòng)成本，為鐵路公司增加巨大的負(fù)擔(dān)。如果堅(jiān)持走依靠人力進(jìn)行管理的老路，就會(huì)增加大量的崗位需求，加之工資水平連年上漲，會(huì)造成人力成本居高不下。每一個(gè)道口均需2人以上的崗位設(shè)置，一條鐵路線至少有數(shù)十個(gè)道口，工資開(kāi)銷將是一筆不小的數(shù)目。

4）對(duì)地面交通影響較大。在依靠人力進(jìn)行管理的情況下，人工防護(hù)需要為人的操作預(yù)留較大的提前量，所以需進(jìn)行在人工準(zhǔn)備時(shí)延長(zhǎng)道口的防護(hù)時(shí)間，極有可能造成列車(chē)延遲或者被迫減速等問(wèn)題。此外，在人的不安全管理因素影響下，防護(hù)員的失誤失職引起的列車(chē)被迫停車(chē)、收到錯(cuò)誤指示消息等問(wèn)題，也會(huì)對(duì)列車(chē)造成較大的延誤和影響，從而干擾地面交通。

1.2 鐵路平交道口目前的無(wú)人化防護(hù)現(xiàn)狀

下面以內(nèi)蒙古鄂爾多斯地方鐵路和廣東惠州地方鐵路為例，分析鐵路平交道口無(wú)人化防護(hù)現(xiàn)狀。

1）內(nèi)蒙古鄂爾多斯地方鐵路平交道口數(shù)量是123個(gè)，全部使用人工進(jìn)行防護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)了100%的人工化，崗位人數(shù)220人。筆者在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)了許多突出問(wèn)題，比如5年來(lái)出現(xiàn)了一次撞死行人的重大事故、多次出現(xiàn)因?yàn)榭词貑T脫離崗位而造成列車(chē)被迫停車(chē)、看守員操作失誤導(dǎo)致地面交通堵塞等問(wèn)題。由此可見(jiàn)鄂爾多斯地區(qū)的鐵路平交道口依靠人工難以實(shí)現(xiàn)良好的防護(hù)成效。

2）廣東惠州地方鐵路共計(jì)46個(gè)道口，其中有2個(gè)無(wú)人道口，其余44個(gè)均是人工防護(hù)道口，道口無(wú)人化普及率偏低，崗位設(shè)置人數(shù)100余人。在調(diào)研中同樣發(fā)現(xiàn)了道口處看守員離職導(dǎo)致列車(chē)被迫停下、看守員操作失誤導(dǎo)致地面交通堵塞等問(wèn)題。在無(wú)人道口有一定普及的情況下，無(wú)人化防護(hù)的現(xiàn)狀仍然不容樂(lè)觀，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

2 雙向智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅內(nèi)蒙古鐵路的平交道口就有數(shù)千個(gè)，在全國(guó)各大鐵路局集團(tuán)公司都在優(yōu)化人力資源配置、壓縮崗位設(shè)置的情況下，全部依靠人力進(jìn)行管理既需要高昂成本又效果較差，鐵路無(wú)人化和智能化管理已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，在這樣的背景下，鐵路平交道口雙向智能報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

2.1 雙向智能報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)原理

2.1.1 基本技術(shù)

在鐵路平交道口處，利用軌道電路和重力傳感、移動(dòng)傳感等技術(shù)監(jiān)測(cè)列車(chē)和道口行車(chē)、機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)之間的安全防護(hù)時(shí)間和距離間隔，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和偵察對(duì)地面交通和機(jī)車(chē)形成雙向預(yù)警，實(shí)現(xiàn)雙向防護(hù)和管理[1]。在鐵路道口列車(chē)制動(dòng)距離內(nèi)（800～1 000 m）設(shè)置感應(yīng)系統(tǒng)，感應(yīng)系統(tǒng)平時(shí)不工作，直到列車(chē)到達(dá)感應(yīng)區(qū)域時(shí)，感應(yīng)系統(tǒng)被激活啟動(dòng)進(jìn)入感應(yīng)預(yù)報(bào)警工作狀態(tài)，通過(guò)機(jī)械部分帶動(dòng)各種感應(yīng)裝置，使預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)信息提示列車(chē)與行人。無(wú)論列車(chē)是移動(dòng)還是靜止，感應(yīng)電路均能識(shí)別出列車(chē)接近預(yù)警區(qū)域而發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警提示，對(duì)行人和路面交通起到預(yù)警作用，提醒過(guò)往行人和車(chē)輛提前做好準(zhǔn)備[2]。距離傳感器可報(bào)出具體的動(dòng)態(tài)接近距離，擁有極為人性化的特點(diǎn)，既提高了預(yù)報(bào)警的準(zhǔn)確性，也容易引起行人和地面交通駕駛員的注意。

2.1.2 雙向預(yù)報(bào)警設(shè)計(jì)

1）正向。當(dāng)列車(chē)進(jìn)入預(yù)警區(qū)域時(shí)，感應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)喚醒感應(yīng)器進(jìn)行預(yù)警，對(duì)道口報(bào)警距離內(nèi)的行人及地面交通方式發(fā)出預(yù)報(bào)警信息。同時(shí)落下防護(hù)欄桿，避免行人通過(guò)，保證列車(chē)順利通行，實(shí)現(xiàn)了有效的防護(hù)和提示。

2）反向。當(dāng)預(yù)報(bào)警系統(tǒng)功能處于故障狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)反向?qū)α熊?chē)發(fā)出預(yù)警。列車(chē)及時(shí)減速，在道口處一度停車(chē)，對(duì)地面交通提醒和確認(rèn)安全后再啟動(dòng)列車(chē)通過(guò)，杜絕了由于列車(chē)制動(dòng)不及時(shí)而無(wú)法避免與行人、機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)生的相撞事故，有效地提高了安全系數(shù)與道口處列車(chē)運(yùn)行的可靠性。

2.1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）智能化。列車(chē)進(jìn)入相應(yīng)的感應(yīng)區(qū)后，雙向智能報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成防護(hù)。主要體現(xiàn)在：一是報(bào)警系統(tǒng)會(huì)精確計(jì)算落閘和顯示防護(hù)信號(hào)的時(shí)間，在時(shí)間上進(jìn)行提醒與防護(hù)；二是通過(guò)地面監(jiān)測(cè)裝置準(zhǔn)確提供道口安全信息，及時(shí)檢測(cè)和更新地面車(chē)輛以及行人狀態(tài)，在車(chē)輛與行人相遇處進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視，避免出現(xiàn)人車(chē)相撞的交通事故；三是通過(guò)加載的司機(jī)端口實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)功能狀態(tài)，通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和防護(hù)畫(huà)面的實(shí)時(shí)傳播與更新，讓司機(jī)對(duì)前面道口狀況了然于心，面對(duì)突發(fā)情況也能提前知悉和掌握；四是防護(hù)系統(tǒng)平時(shí)不工作，只有列車(chē)進(jìn)入感應(yīng)區(qū)后才可激活，平時(shí)不被使用，減少了磨損與消耗，大大提高設(shè)備及原件的使用壽命，減小不必要的交通干擾[3]。

2）無(wú)人化。產(chǎn)品全程無(wú)人工操作，智能化水平大大提高，減少了人力成本，提高了防護(hù)工作成效。主要體現(xiàn)在：一是正常情況下，雙向防護(hù)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，防護(hù)會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成[4]，無(wú)需人工二次操縱，具有較高的自動(dòng)化水平；二是非正常情況下系統(tǒng)反向預(yù)警司機(jī)采取減速或一度停車(chē)措施，由司機(jī)確認(rèn)道口狀態(tài)，在確保安全的情況下采取合理措施通過(guò)，實(shí)現(xiàn)了雙重防護(hù)，最大程度避免交通事故或者擁堵情況的發(fā)生。

3）雙向預(yù)警。產(chǎn)品設(shè)置了機(jī)車(chē)-地面的雙向預(yù)警，相當(dāng)于擁有雙重保障。主要體現(xiàn)在：一是建立車(chē)-地（道口）雙向通信，進(jìn)行安全關(guān)聯(lián)，司機(jī)隨時(shí)了解道口相關(guān)動(dòng)態(tài)，提前對(duì)道口可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行應(yīng)對(duì)，面對(duì)突發(fā)情況也能及時(shí)合理處理；二是行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)侵入鐵路安全行車(chē)限界時(shí)反向預(yù)警司機(jī)，提醒司機(jī)觸發(fā)緊急制動(dòng)，應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)情況；三是系統(tǒng)某功能失效時(shí)，可準(zhǔn)確反饋到司機(jī)端口，提示司機(jī)按非正常辦法操作通行，實(shí)現(xiàn)了極端情況下的列車(chē)快速有效通行。

4）可靠的安全冗余。產(chǎn)品符合故障-安全原則，預(yù)留和附加了可靠的安全冗余。主要體現(xiàn)在：一是列車(chē)移動(dòng)感應(yīng)區(qū)采取A，B兩個(gè)獨(dú)立電路設(shè)計(jì)，其中任何一個(gè)電路都可以提供列車(chē)接近道口位置的可靠信息來(lái)源，能夠大大降低系統(tǒng)的故障率；二是機(jī)車(chē)上加載了反向預(yù)警端，任何功能模塊功能異常均能發(fā)出系統(tǒng)反向預(yù)警，司機(jī)可及時(shí)掌握系統(tǒng)工作狀態(tài)而采取必要的措施和行車(chē)方法；三是在鋼軌感應(yīng)區(qū)域擬采用軌道電路和動(dòng)態(tài)化的重力感應(yīng)裝置雙套信息啟動(dòng)路徑，兩種路徑互為印證和核對(duì)，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和預(yù)報(bào)警功能的穩(wěn)定性。

2.2 雙向智能報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)水平

在技術(shù)水平上，該鐵路平交道口的雙向智能報(bào)警系統(tǒng)完全符合鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)理論基礎(chǔ)、模型與技術(shù)原理，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)術(shù)規(guī)范，同時(shí)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性與應(yīng)用性，突破了固有僵化報(bào)警模式和系統(tǒng)的限制，實(shí)現(xiàn)了較為智能化的無(wú)人道口管理，通過(guò)各項(xiàng)功能的整合關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)了鐵路平交道口報(bào)警系統(tǒng)的升級(jí)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 該系統(tǒng)的突出特性

1）新穎性。該系統(tǒng)不僅改變了原有的單向預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)其缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)和改造，提出了智能化管理的概念，將其實(shí)際運(yùn)用于鐵路報(bào)警系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)了車(chē)-地雙向通信與預(yù)報(bào)警，能夠有效地對(duì)各種突發(fā)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，減少了交通事故和擁堵發(fā)生的概率。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上也完全遵循安全原則，對(duì)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性進(jìn)行了提升改造。

2）獨(dú)特性。雙向智能報(bào)警系統(tǒng)在鐵路道口事故防護(hù)方面具有精妙的獨(dú)到之處，系統(tǒng)既符合普速列車(chē)的行車(chē)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了地面交通與輪軌交通之間較為契合的地方，又立意高遠(yuǎn)，通過(guò)定位技術(shù)的提高來(lái)降低鐵路線對(duì)于地面交通的干擾與影響。

2.4 雙向智能報(bào)警系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)壽命

我國(guó)既有鐵路線路的建設(shè)和發(fā)展目前雖處在維持現(xiàn)狀的階段，但是依然保留了相當(dāng)多和地面交通平面相互交叉的部分。隨著城市不斷進(jìn)行擴(kuò)張和地面交通壓力的逐步增大，無(wú)人看守的鐵路平交道口的安全問(wèn)題日益凸顯。預(yù)計(jì)該系統(tǒng)投入市場(chǎng)在5～10年內(nèi)會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的應(yīng)用期，在這期間會(huì)實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)步的發(fā)展應(yīng)用與推進(jìn)。同時(shí)隨著智能技術(shù)和遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步，該系統(tǒng)預(yù)計(jì)將會(huì)以5年為一個(gè)周期進(jìn)行升級(jí)換代，以適應(yīng)未來(lái)鐵路行業(yè)大變革大發(fā)展的需求，市場(chǎng)前景廣闊，應(yīng)用價(jià)值巨大，經(jīng)濟(jì)壽命自然就會(huì)延長(zhǎng)。

2.5 鐵路平交道口雙向智能報(bào)警系統(tǒng)研發(fā)階段

此系統(tǒng)目前處在研發(fā)改進(jìn)階段，中鐵惠州鐵路作為該項(xiàng)目的合作企業(yè)和試驗(yàn)基地，在部分道口安裝了相應(yīng)的功能模塊進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集，在具體的實(shí)踐和檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)處理。該項(xiàng)目是與中鐵惠州鐵路有限責(zé)任公司共同開(kāi)發(fā)的技術(shù)項(xiàng)目，成立了專門(mén)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)對(duì)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和管理。技術(shù)特點(diǎn)的調(diào)試和測(cè)試都會(huì)在完全封閉的環(huán)境下進(jìn)行，并未有第三合作方和第三授權(quán)方，具有較高的可靠性與保密性。該系統(tǒng)正在申請(qǐng)1項(xiàng)發(fā)明型專利和1項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)專利。

3 鐵路平交道口雙向智能報(bào)警系統(tǒng)的盈利模式

3.1 行業(yè)利益模式

行業(yè)利益模式主要有3種：一是通過(guò)產(chǎn)品銷售與鐵路信號(hào)廠家合作，共同開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，獲得銷售收入；二是在取得技術(shù)專利后可選取技術(shù)轉(zhuǎn)讓或者部分轉(zhuǎn)讓的方式獲取收入；三是通過(guò)每年對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定期維護(hù)，更換易損原件和進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試，獲得維護(hù)服務(wù)收入。

3.2 用戶付費(fèi)誘因

用戶付費(fèi)誘因主要有4個(gè)方面：一是低成本，可大幅降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本；二是安全性高，完全替代了人工操作模式，提高了人-機(jī)安全管理的可靠性；三是效率高，降低了列車(chē)被迫停車(chē)的概率，顯著提高了列車(chē)通過(guò)道口的速度，提高了行車(chē)效率，同時(shí)降低了對(duì)地面交通的影響；四是專業(yè)性強(qiáng)，由于軌道交通信號(hào)技術(shù)特點(diǎn)和安全管理的特殊性，必須由廠家專業(yè)的技術(shù)人員提供專門(mén)服務(wù)，維護(hù)服務(wù)收入穩(wěn)定。

3.3 價(jià)格策略

過(guò)去每個(gè)道口配置兩名員工，每個(gè)員工年均工資約7萬(wàn)元，10年使用周期內(nèi)的員工工資為140萬(wàn)元。運(yùn)用新技術(shù)設(shè)備后，整套設(shè)備安裝定價(jià)為15萬(wàn)元/套，運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用較低，以設(shè)備使用10年的使用周期測(cè)算，年均運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本約3 000元。

4 結(jié)論

在鐵路平交道口事故多發(fā)、管理水平低下的背景下，雙向智能報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用能大大提高管理水平和效率，提高司機(jī)與行人的警覺(jué)性與安全意識(shí)，實(shí)現(xiàn)車(chē)-地雙向通信與預(yù)警，提高報(bào)警系統(tǒng)的智能化水平和精確率，減少交通事故和擁堵情況的發(fā)生，預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有廣闊的發(fā)展前景與市場(chǎng)潛力。但是由于目前處于調(diào)試和研發(fā)階段，面臨諸多困難與挑戰(zhàn)，距離該系統(tǒng)的成熟應(yīng)用與市場(chǎng)化還需要一段時(shí)間。