鐵路道口遠(yuǎn)程集中看護(hù)控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

曹偉華 郭 翔 于忠寧

我國(guó)目前尚未實(shí)施封閉的鐵路平交道口還有很多，基于平交道口安全防護(hù)的重要性，國(guó)內(nèi)外科研人員已經(jīng)對(duì)其控制和管理進(jìn)行了深入的研究。

楊秀杰等［1］結(jié)合道口作業(yè)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，遵循“實(shí)際、實(shí)用、實(shí)效”的原則，著重對(duì)道口看守人員的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、保安設(shè)備的使用、道口的故障處理，以及道口非正常情況下的處理方法和事故案例等進(jìn)行了研究；馬增強(qiáng)等［2］開發(fā)了基于DSP和以太網(wǎng)的鐵路道口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；陳鳳翔［3］分析了鐵路與公路平交道口設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)；許光橋［4］研究了鐵路道口遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)；牛英?。?］研究了無(wú)人鐵路道口自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)；闞建平［6］研究了鐵路道口列車接近安全預(yù)警系統(tǒng)；張志剛［7］研究了基于PLC 的鐵路道口智能安全報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)；劉宏杰等［8］基于STPA 方法分析了平交道口安全需求；陳睿［9］提出了一種基于PLC 技術(shù)的平交道口控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用于海外項(xiàng)目；葛鵬飛［10］研究了GSM-R 網(wǎng)絡(luò)區(qū)段有人值守道口車地聯(lián)控通信技術(shù)方案。

以山東高速軌道交通集團(tuán)有限公司（原山東省地方鐵路局）為例，管內(nèi)共有各類道口209 處，其中有人看守道口14 處，無(wú)人看守道口195 處。由于無(wú)人道口時(shí)刻處于開放狀態(tài)，過(guò)往行人、車輛不受約束，隨意搶越道口的情況時(shí)有發(fā)生，所以極易引發(fā)鐵路交通事故。雖然公司對(duì)109 處無(wú)人看守道口實(shí)施了人工監(jiān)護(hù)管理，但管理難度大、成本高，效果并不理想。為此研發(fā)了鐵路無(wú)人值守道口遠(yuǎn)程集中看護(hù)控制系統(tǒng)，并在管內(nèi)道口進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的效果。目前該成果已獲得實(shí)用新型專利［12］。

1 系統(tǒng)工作原理

按照操作方式，鐵路道口遠(yuǎn)程看護(hù)控制系統(tǒng)分為集中控制和分散控制2 種方式。

1）集中控制方式是在多個(gè)道口安裝遙控欄桿，統(tǒng)一由一個(gè)集中監(jiān)控室遠(yuǎn)程遙控電動(dòng)欄桿（門）的起落（開關(guān)）。對(duì)于集中控制道口，當(dāng)列車到達(dá)接近傳感器時(shí)，由接近傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給智能控制器，智能控制器根據(jù)信號(hào)判別來(lái)車方向，控制道口欄桿落下，信號(hào)燈由黃閃變?yōu)榧t燈，同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音提示；當(dāng)整列車全部通過(guò)并駛離傳感器后，智能控制器控制欄桿抬起，信號(hào)燈由紅燈轉(zhuǎn)為黃閃，語(yǔ)音提示停止?，F(xiàn)場(chǎng)情況由視頻采集設(shè)備實(shí)時(shí)傳送至集中監(jiān)護(hù)室，當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，集中監(jiān)護(hù)室值班人員可通過(guò)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程喊話等方式進(jìn)行人工干預(yù)，通過(guò)列調(diào)設(shè)備直接與機(jī)車司機(jī)聯(lián)控。集中控制方式工作原理見圖1。

2）分散控制方式是由相鄰道口或車站通過(guò)遙控方式對(duì)道口進(jìn)行操控。電動(dòng)欄桿（門）起落（開關(guān)）以人工操作控制終端來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)欄桿（門）控制終端就近安裝在道口或行車室內(nèi)，由相鄰道口或車站值班人員操作。值班人員根據(jù)監(jiān)控顯示屏查看道口車輛、行人和設(shè)備情況，根據(jù)列車運(yùn)行情況控制終端遙控欄桿（門）起落（開關(guān)）。分散控制方式工作過(guò)程及設(shè)備見圖2。

2 系統(tǒng)設(shè)備組成

被控道口現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要包括信號(hào)機(jī)、道閘機(jī)、語(yǔ)音接收和播放、視頻采集、通信、照明、電源等。

集中控制道口的集中監(jiān)控室主要有控制臺(tái)、顯示器、主機(jī)柜、語(yǔ)音接收和播放、通信、存儲(chǔ)、電源等設(shè)備。被控道口需安裝接近傳感器和駛離傳感器，駛離傳感器安裝在道口附近適當(dāng)位置，接近傳感器的設(shè)置則應(yīng)滿足如下條件：

式中：T1為設(shè)備動(dòng)作時(shí)間；T2為人員反應(yīng)時(shí)間；T 為列車由接近傳感器行駛至道口所需時(shí)間；L 為接近傳感器至道口的距離；v 為列車速度。結(jié)合各道口兩側(cè)線路實(shí)際情況，接近傳感器一般安裝在距離道口0.8～1.5 km 處。

分散控制道口的主控道口主要包括遠(yuǎn)程控制終端、顯示器、主機(jī)柜、語(yǔ)音接收和播放、通信、存儲(chǔ)、電源等設(shè)備。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

接近傳感器與駛離傳感器采用相同的設(shè)計(jì)，內(nèi)部采用雙線圈，在列車從不同方向經(jīng)過(guò)傳感器上方時(shí)，能夠產(chǎn)生不同的波形信號(hào)。傳感器信號(hào)傳輸至道口控制器，經(jīng)過(guò)控制器運(yùn)算，可以判斷列車運(yùn)行方向和車速。在控制器中還有傳感器狀態(tài)檢測(cè)電路，當(dāng)傳感器發(fā)生短路或斷路時(shí)，可以向控制室發(fā)出故障指示，并通過(guò)道口預(yù)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示行人車輛注意安全。

圖3 為試驗(yàn)室測(cè)得的檢測(cè)信號(hào)，圖4 為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的上行列車的信號(hào)。由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的列車信號(hào)會(huì)有干擾，所以列車檢測(cè)信號(hào)需經(jīng)過(guò)LM258 放大器處理后轉(zhuǎn)換為2 個(gè)方波，該方波信號(hào)即作為單片機(jī)控制器的輸入信號(hào)。

圖1 鐵路道口遠(yuǎn)程集中看護(hù)控制系統(tǒng)工作原理

圖2 分散控制方式工作過(guò)程及設(shè)備

圖3 試驗(yàn)室環(huán)境下列車檢測(cè)信號(hào)

圖4 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的列車檢測(cè)信號(hào)

4 電子警察系統(tǒng)

為配合道口遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)，進(jìn)一步保障道口安全，山東高速軌道交通集團(tuán)有限公司與山東省交通廳、公安系統(tǒng)合作，在道口還安裝電子警察系統(tǒng)，具有測(cè)速拍照、抓拍違章、全程錄像等功能，使用后效果顯著，道口超速違章大大減少。

電子警察系統(tǒng)由電子卡口的紅黃燈升級(jí)為紅黃綠燈。正常狀態(tài)綠燈常亮，通過(guò)與道口預(yù)警和電動(dòng)欄桿相結(jié)合，當(dāng)列車接近時(shí)，自動(dòng)黃燈閃3 s后轉(zhuǎn)成紅燈常亮，如果需要提前放桿，當(dāng)欄桿落下時(shí)，黃燈自動(dòng)閃3 s 后轉(zhuǎn)成紅燈常亮，機(jī)車通過(guò)抬桿后自動(dòng)轉(zhuǎn)成綠燈常亮。整個(gè)過(guò)程完全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要道口工人工操作，杜絕了誤操作、漏操作，并且落桿和機(jī)車接近由2 套傳感器觸發(fā)黃燈信號(hào)，確保信號(hào)觸發(fā)穩(wěn)定無(wú)誤，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不增加道口工的工作量。道口電子警察系統(tǒng)如圖5 所示，目前已全部納入地方交警智能交通綜合管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫對(duì)接，與地方公路制式電子警察系統(tǒng)完全一致，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)道口處機(jī)動(dòng)車輛的超速行駛、闖紅燈、越線停車、壓黃線等行為進(jìn)行處罰。交警智能交通綜合管控平臺(tái)顯示界面見圖6。

圖5 道口電子警察系統(tǒng)

圖6 交警智能交通綜合管控平臺(tái)顯示界面

隨著道口電子警察設(shè)備的不斷規(guī)范，按地方交通規(guī)定設(shè)置了鐵路標(biāo)線、限速標(biāo)志等，安裝電子警察抓拍單元、終端服務(wù)器、復(fù)合控制單元、信號(hào)燈控制機(jī)、信號(hào)燈、高清攝像頭、補(bǔ)光燈、臂桿等設(shè)備。整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，道口標(biāo)準(zhǔn)化程度進(jìn)一步提高。

5 實(shí)施效果

鐵路道口遠(yuǎn)程集中看護(hù)控制系統(tǒng)不僅將鐵路道口自動(dòng)預(yù)警、道口實(shí)時(shí)監(jiān)控、道口電子警察等技術(shù)進(jìn)行了綜合利用，還采用了工業(yè)控制、傳感、信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，有效保障了鐵路沿線交通和行車安全。該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)，沒(méi)有發(fā)生任何道口責(zé)任事故；近3 年，有效防止列車與汽車相撞事故1 起，阻止搶越道口行為近百起，實(shí)現(xiàn)了公司管內(nèi)道口的全部看護(hù)。與實(shí)施監(jiān)護(hù)管理前相比，減少監(jiān)護(hù)人員用工51人，每年節(jié)省各項(xiàng)支出約200萬(wàn)元。

6 結(jié)論

本文研究了鐵路道口遠(yuǎn)程控制技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)了鐵路道口遠(yuǎn)程集中看護(hù)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)鐵路道口的無(wú)人值守，道口欄桿（門）的自動(dòng)控制，能夠有效解決道口安全防護(hù)隱患，保障道口行車安全，降低企業(yè)用人成本，為解決道口管理難題提供了新方向。