視頻監(jiān)控系統(tǒng)在計軸監(jiān)測中的應用

王燁堃

（國能運輸技術研究院有限責任公司，北京 100000）

鐵路軌道電路分路不良，是鐵路信號系統(tǒng)中最為常見的問題，同時也是信號部門最為重視的一個環(huán)節(jié)之一。軌道電路分路不良，會導致車列占用丟失、列車接發(fā)錯誤、信號錯誤開放等問題，對鐵路行車安全造成難以預估的危害。因此，如何對軌道電路分路不良區(qū)段進行有效管控是鐵路信號部門的重點、難點。

針對軌道電路分路不良，各鐵路公司均采取了管控措施，常見的技術有計軸器監(jiān)測、高壓脈沖軌道電路。計軸器監(jiān)測即在軌道區(qū)段進出兩端安裝輪軸傳感器、計數(shù)器，通過輪對經(jīng)過計軸點產(chǎn)生的車軸脈沖進行輪軸與方向確認，在比較駛?cè)牒婉偝鲕壍绤^(qū)段的軸數(shù)是否一致后，確定區(qū)段占用與空閑；高壓脈沖軌道電路是利用高壓脈沖發(fā)碼器將軌道電源轉(zhuǎn)化為脈沖信號，通過瞬間高壓電擊穿軌面銹層或灰塵、非金屬粉末散落軌面形成的絕緣層，改善了軌道電路分路靈敏度。

但在現(xiàn)有分路不良管控技術中，因其技術特點限制，無法在復雜多變的鐵路環(huán)境中準確無誤的做到列車占用監(jiān)督、無車空閑顯示，不能完全解決軌道電路分路不良問題。本文主要針對計軸器監(jiān)測受外界環(huán)境因素干擾較大，無法正確反映區(qū)段的占用與空閑的問題，提出將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于計軸器監(jiān)測。

1 軌道電路分路不良

1.1 軌道電路分路不良概念

在鐵路運輸生產(chǎn)中，軌道電路主要用于監(jiān)督區(qū)段是否占用、檢查鋼軌是否斷裂、傳遞行車信息。其中，軌道電路的占用監(jiān)督作用，可以防止進路錯誤辦理，確保列車運行安全[1-2]。但是，在日常生產(chǎn)中，由于鋼軌軌面銹蝕、軌面清潔不良或者列車輪對生銹導致在列車占用軌道區(qū)段時，輪對對軌道電路的分流作用小，未能將軌道區(qū)段完全分路，造成機械室內(nèi)軌道繼電器仍會接收到信號電流勵磁吸起，控制臺相應區(qū)段未顯示占用紅光帶或列車通過遺留綠光帶。

根據(jù)《普速鐵路信號維護規(guī)則》，在軌道區(qū)段分路最不利處利用0.06Ω 標準分路電阻線分路時，軌道繼電器應可靠落下，工頻交流軌道電路分路殘壓應不大于2.7V，25Hz 軌道電路分路殘壓應不大于7.4V，否則確認該區(qū)段為分路不良區(qū)段。

1.2 軌道電路分路不良原因

軌道電路分路不良，主要是由于鋼軌軌面銹蝕、軌面清潔不良、列車輪對生銹以及輕車跳動導致[3-4]，具體如下：

1.2.1 鋼軌軌面銹蝕。鐵路站場部分線路，由于列車不經(jīng)常通過，鋼軌被列車碾壓次數(shù)少，造成鋼軌軌面銹蝕，列車壓入該區(qū)段后輪對不能起到有效的分路作用，軌道繼電器未能正確落下。

1.2.2 軌面清潔不良。鐵路專用線、貨運線等特殊線路以及列車制動撒沙，鋼軌軌面清潔不良，列車與鋼軌間不能有效接觸造成接觸電阻大，軌道電路未完全分路。

1.2.3 列車輪對生銹。機車、車輛因長時間股道停留造成列車輪對生銹，不能起到分流作用，軌道繼電器勵磁吸起，控制臺股道顯示空閑，股道內(nèi)保留車丟失。

1.2.4 輕車跳動。軌道車、自輪運轉(zhuǎn)車列因軸重輕，在線路上運行時跳動造成輪對與鋼軌軌面接觸不良，軌道繼電器時吸時落，控制臺相應區(qū)段遺留綠光帶。

1.3 軌道電路分路不良影響

軌道電路分路不良會造成軌道區(qū)段占用不顯示、車列未出清區(qū)段道岔錯誤轉(zhuǎn)換、進路信號錯誤開放，導致信號聯(lián)鎖失效嚴重，危及行車安全[5-6]。

計算機聯(lián)鎖中“三點”檢查，即列車占用本區(qū)段、列車占用下一區(qū)段、列車出清本區(qū)段可以有效的解決因軌道電路分路不良而造成的車列未出清區(qū)段道岔錯誤轉(zhuǎn)換、進路信號錯誤開放的問題。而列車占用不顯示是軌道電路分路不良管控的難點，同樣危害也最為嚴重。

1.3.1 運行列車丟車不顯示。列車運行在分路不良區(qū)段，因特殊原因造成列尾脫鉤，車列停留區(qū)段不顯示占用。

1.3.2 保丟車列占用不顯示。保留車列在分路不良區(qū)段停留，因輪對分路作用失效，保留車列占用區(qū)段不顯示。

2 計軸器監(jiān)測原理

2.1 計軸器監(jiān)測工作原理

計軸器監(jiān)測包括室外設備、室內(nèi)設備兩部分。室外設備由車輪傳感器、電子檢測器、連接電纜組成；室內(nèi)設備由計軸主機、繼電器組成[7-9]，如圖1。

圖1 計軸器檢測組成

計軸器監(jiān)測是通過安裝于軌道區(qū)段兩端的計軸點對車軸通過時產(chǎn)生的脈沖信號計數(shù)與比對來確認軌道區(qū)段占用與出清。每個計軸點交錯設置兩組車輪傳感器，在列車輪對通過時，由于電感、互感作用使其磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生輪軸脈沖信號，且由于兩個車輪傳感器交錯設置，產(chǎn)生的軸脈沖信號在時間上先后不同，滿足有先有后的重疊特征，以此可以判斷輪對是駛?cè)雲(yún)^(qū)段還是駛出區(qū)段，如圖2。

圖2 車輪傳感器脈沖信號

當列車出發(fā)，車輪進入輪軸傳感器作用區(qū)時，微機開始計軸，輪對經(jīng)過傳感器磁頭時，開始計數(shù)同時判定運行方向，確定對軸數(shù)是累加還是遞減計數(shù)。如果未計有進入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，說明區(qū)段空閑，沒有列車在運行；如果計有進入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，而離去區(qū)段尚未計有輪軸數(shù)，說明區(qū)段內(nèi)正有列車在運行，區(qū)段被占用；如果離去區(qū)段的輪軸數(shù)等于進入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，即減軸運算結(jié)果為0，說明區(qū)段內(nèi)沒有遺留車輛，列車已出清區(qū)段；如果離去區(qū)段的輪軸數(shù)不等于進入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，即減軸運算的結(jié)果不為0，說明區(qū)段內(nèi)遺留車輛。

2.2 計軸器監(jiān)測短板

計軸器監(jiān)測不受道床電阻、軌面狀態(tài)影響，可以有效的解決因分路不良或道床漏泄給列車運行帶來安全隱患的問題。但計軸器監(jiān)測易受金屬等其它因素干擾，有時無法正確反映區(qū)段的占用與空閑。

2.2.1 在軌道區(qū)段空閑時，金屬物品經(jīng)過輪軸傳感器切割磁場產(chǎn)生脈沖信號，向微機傳送軸脈沖，微機記錄進入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，系統(tǒng)認為有列車或車列進入，軌道區(qū)段顯示占用。

2.2.2 在軌道區(qū)段占用時，金屬物品經(jīng)過輪軸傳感器切割磁場產(chǎn)生脈沖信號，向微機傳送軸脈沖，微機記錄離去區(qū)段的輪軸數(shù)，且最終離去區(qū)段累積的輪軸數(shù)等于進入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，系統(tǒng)認為列車或車列已全部出清，軌道區(qū)段顯示空閑。

3 視頻監(jiān)控技術的應用

針對計軸器監(jiān)測易受金屬等其它因素干擾，無法正確反映區(qū)段占用與空閑的問題，提出將視頻監(jiān)控應用于計軸監(jiān)測，基于圖像檢測識別，對列車輪對進行識別判斷，同時以TAZⅡ計軸系統(tǒng)[10]為設計案例，改進計軸軌道繼電器驅(qū)動電路，減少外界因素干擾造成計軸器監(jiān)測非正常占用或出清。

3.1 視頻監(jiān)控技術應用原理

在軌道區(qū)段各個計軸點位置加裝攝像頭，對計軸點進行實時監(jiān)控。在計軸點兩組車輪傳感器磁場先后被切割產(chǎn)生有效的輪軸脈沖信號時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對磁場切割物進行識別比對，確認是否為列車、車列輪對經(jīng)過，是則輸出驅(qū)動信號，驅(qū)動計軸主機內(nèi)計軸板處理分析輪軸脈沖信號。計軸板根據(jù)輪軸信號相位確定列車運行方向并統(tǒng)計經(jīng)過計軸點車輪軸數(shù)，輸出軌道區(qū)段的占用/空閑信息至輸出板，進而驅(qū)動計軸繼電器GJ 動作。同時在25Hz 相敏軌道電路中納入計軸繼電器接點，軌道區(qū)段的占用/空閑與計軸器監(jiān)測的占用/空閑共同區(qū)段二元二位繼電器GJR 動作，進而實現(xiàn)軌道區(qū)段占用/空閑信息的控制。如圖3。

圖3 視頻監(jiān)控技術應用原理

3.2 基于視頻技術的TAZⅡ計軸電路改進

3.2.1 TAZⅡ計軸系統(tǒng)工作原理

列車輪對占用車輪傳感器時輸出有效車輪信號經(jīng)線纜傳計軸放大板放大驅(qū)動車輪傳感繼電器S1、S2 勵磁吸起后，斷開CL 電路，CL 繼電器失磁落下，S1、S2 繼電器勵磁吸起與CL 繼電器失磁落下共同構成CLH 繼電器勵磁條件，CLH 勵磁吸起。

列車輪對完全通過車輪傳感器時，計軸板運算單元開始計算列車通過軸數(shù)，同時軸數(shù)表示繼電器Oc1、Oc2被驅(qū)動吸起，溝通Oc3 勵磁電路，Oc3 勵磁吸起。

同時，計軸板Ⅰ、Ⅱ運算單元對列車通過軸數(shù)進行獨立運算，計算一致則驅(qū)動BRKDN 繼電器勵磁吸起。

計軸器監(jiān)測系統(tǒng)主機在CL 繼電器、Oc3 繼電器、BRKDN 繼電器吸起以及CLH 繼電器落下條件任何一個不滿足時，輸出驅(qū)動占用信息，計軸軌道繼電器失磁落下。

軌道區(qū)段出清過程相關繼電器動作順序與占用過程相反，在列車輪對完全通過車輪傳感器時，計軸板區(qū)段軸數(shù)為零，Oc1、Oc2 繼電器落下、Oc3 繼電器吸起，計軸板Ⅰ、Ⅱ運算單元計算一致BRKDN 繼電器勵磁吸起，同時車輪傳感器磁場無輪對切割，繼電器S1、S2 失磁落下，驅(qū)動CL 繼電器勵磁吸起后，CLH 繼電器失磁落下。此時，滿足在CL 繼電器、Oc3 繼電器、BRKDN 繼電器吸起以及CLH 繼電器落下條件，軌道區(qū)段輸出出清信息，計軸軌道繼電器勵磁吸起。

各繼電器電路具體可參考《基于計軸系統(tǒng)的軌道電路棕光帶故障分析探討》[10]。

3.2.2 基于視頻技術的TAZⅡ計軸電路改進

針對車輪傳感器因受金屬物品或其他干擾而導致計軸板錯誤計數(shù)，計軸監(jiān)測主機占用、出清信息錯誤輸出的問題，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)于計軸點輪對識別應用。

在車輪傳感器磁場被切割產(chǎn)生輪軸脈沖信號時，車輪傳感器繼電器S1-1、S1-2、S2-1、S2-2 勵磁吸起后，驅(qū)動磁場切割繼電器CCQG 勵磁吸起，如圖4、圖5。

圖4 S1、S2 繼電器驅(qū)動電路

圖5 CCQG 繼電器勵磁電路

CCQG 勵磁吸起后驅(qū)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)對磁場切割物進行識別判斷，輸出0-5V 的方波電平。在頻監(jiān)控系統(tǒng)確認為列車、車列輪對分路時則輸出5V 的高電平電壓，同時驅(qū)動視頻繼電器SPJ 勵磁吸起，如圖6。

圖6 SPJ 驅(qū)動電路

將SPJ 繼電器前接點納入CL 繼電器勵磁電路中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)判斷為列車、車列輪對占用分路時，SPJ 繼電器勵磁吸起，溝通CL 繼電器勵磁電路，CL 繼電器勵磁吸起，CLH 繼電器失磁落下，計軸主機計軸板開始接收分析輪軸脈沖信號，并根據(jù)輪軸信號相位確定列車運行方向并統(tǒng)計經(jīng)過計軸點車輪軸數(shù)，輸出軌道區(qū)段的占用/空閑信息，如圖7。

圖7 基于視頻技術的CL 繼電器勵磁電路

4 結(jié)論

基于計軸器監(jiān)測廣泛應用于軌道電路分路不良管控，其穩(wěn)定運行攸關行車安全和行車效率。本文針對現(xiàn)有計軸器監(jiān)測易受外界干擾而導致軌道區(qū)段占用、空閑錯誤判斷的問題，提出將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用于軌道電路計軸器監(jiān)測系統(tǒng)，利用圖像監(jiān)測技術對列車輪對實時監(jiān)測、識別分析，準確判斷軌道區(qū)段是否為列車、車列占用或出清。