鐵路道口安全防護系統集中控制的研究與應用

摘 要：鐵路運輸在港口生產工作里占有舉足輕重的地位，而鐵路平交道口的安全防護工作也一直是生產安全工作關注的重點。一般社會道口雖然設有專人進行值守，但是仍然會出現行人隨意穿越道口或車輛強行的情況，從而導致人員傷害以及財產損失，嚴重影響了正常的鐵路運輸秩序。因此如果能建立完善的安全防護系統，既能保證行人、車輛可以預先避讓鐵路又能加強道口工作人員對道口的監護，就能有效地避免交通事故的發生。

關鍵詞：安全防護；遠程控制；鐵路平交道口

中圖分類號：U213.8；U298.55 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）06-0019-03

Abstract：Railway transportation plays an important role in port production，and the safety protection of railway level crossing has always been the focus of production safety work. Although there is a special person on duty at general social crossing，there still appears the situation that pedestrians cross the crossing or the vehicle force at will，which results in personal injury and property loss，which seriously affects the normal railway transportation. Therefore，if a perfect safety protection system can be established，not only to ensure pedestrians，vehicles can avoid the railway in advance，but also to strengthen the supervision of crossing staff，can effectively avoid the occurrence of traffic accidents.

Keywords：safety protection；remote control；railway level crossing

0 引 言

鐵路平交道口是鐵路與公路的交匯地段，它是鐵路運輸安全生產中的薄弱環節和危險地段。它直接威脅著鐵路與道路參與者的人身安全，一旦發生道口事故，通常都會造成重大人身傷害，不僅會影響鐵路運輸秩序，還會造成不可挽回的經濟損失。

港口鐵路屬于地方自營鐵路，是專職服務于港口貨物轉運的專用鐵路。它為港口的裝卸生產服務，負擔著將國鐵運輸的貨物轉運到港口的功能，它是對國鐵功能性上的有效補充。但是由于港口多位于市區臨海，與社會車輛人員接觸緊密，所以在某些社會道口處存在極大的安全隱患。

煙臺港的芝罘灣港區多為無人值守道口，其中西港大道口、幸福南路、環海路道口、立交橋道口屬港區道路與社會道路相交匯的道口，人流量與車流量大，交通狀況比較復雜。因此，在綜合考慮目前技術的適用性、局限性以及行人自身因素等客觀因素后，并未完全取消道口處的看守人員。然而個別道口道路情況復雜，視野范圍內有諸多障礙物，道口工作人員難以同時監控數條道路。例如立交橋道口便是在橋下、幸福南路道口為多條道路交匯。因此，建立完善的監控系統，并與調度室聯動，以集中控制為主、道口工作人員看護為輔的立體式安全防護系統則成為解決這一棘手問題的最佳方法。

根據這一想法構建的安全防護系統流程圖如圖1所示。

1 信息采集系統

信息采集系統負責采集機車的相對位置變化情況及相關信息，以預先在鋼軌安裝的無源磁性傳感器作為檢測原件，隨時采集鐵路過軌時產生的信號數據。當機車通過鋼軌上方時，機車輪穿過傳感器磁場范圍，將在出線端感應出電壓脈沖信號，該信號通過屏蔽線傳輸，經濾波調理后送入控制設備中。通過感應系統，調度室區長臺可以準確地獲取鐵路機車的實時位置，并直觀地反映到調度臺拼接屏上，從而進行下一步的數據分析工作。

2 監控系統

監控系統是最直觀的圖像信息采集裝置，它可以幫助調度臺值班人員隨時監控到道口的即時狀態，隨時檢查道岔正反位，及時掌握道口狀態并預先完成列車通過道口時的準備工作。

2.1 模擬攝像機的優勢與劣勢

根據傳輸信號不同，現在港口的監控系統使用的攝像頭，可分為模擬攝像機和數字攝像機。模擬攝像機是通過前段隔行掃描光感器將光信號轉換成模擬電信號，接著由DSP進行A/D轉換與色彩處理后，再做D/A轉換，最后調制成PAL/NTSC制式電視標準視頻信號輸出，它的優點在于可以通過矩陣實現多路監控即時切換，并可使用硬盤錄像機實現錄像功能。

但是它的缺點同樣明顯，即清晰度普遍比數字攝像機差、模擬記錄走帶機構不穩定、模擬視頻信號傳輸衰減大、畫質損失較重。同時，相較于數字硬盤錄像機，它的系統穩定性較差，DVR軟件與PC硬件、新版本操作系統不兼容。造成安全防護系統無法有效升級，遺留下網絡安全隱患。在使用中還發現模擬硬盤錄像機運行不穩定，容易過熱死機，因此港內鐵路上的攝像機正逐步更換為數字攝像機。

2.2 數字攝像機的優勢與劣勢

數字攝像機是通過CMOS感光器，將光信號轉換成數字信號，通過DSP進行圖像處理與壓縮后，將壓縮的數據包通過網絡進行傳輸。采用數字攝像機最大的優點在于它傳輸的是可以處理的數字信號，傳輸過程比較穩定，可有效避免監控視頻傳輸過程中的圖像信息丟失等情況發生。

數字攝像機的優點在于它可以準確地捕捉道口圖像，并通過算法軟件對采集的圖像進行幾何校正，這種像素校正可以有效地避免風雪、雨水以及灰塵對圖像采集造成干擾。

與模擬攝像機相比，數字攝像機的圖像信息可以較為方便地進行后期的分析處理。通過建立大數據存儲機制，對道口的異常狀態進行關鍵因素點保存采集，建立典型事件屬性結構與智能監控攝像可識別的異常行為的映射關系[1]，例如，行人搶越道口、車輛沖撞柵欄、異物侵線等。一旦在視頻監控圖像中出現了與預先記錄的異常行為相近的視頻畫面，可以及時提供報警反饋并自動截取事件發生時間點的錄像以便后期查閱。同時，根據實際要求，還可以進一步對截取的錄像視頻進行更加細致的分析處理。

3 道口防護系統

道口防護設施是防止車輛與行人誤入道口，保持鐵路限界安全的主要設施，它根據道口大小以及地理位置不同可以進行不同選擇。

現在鐵路平交道口的主要防護設施為電動柵欄門以及電動欄木，大多為自動或半自動。在傳統的道口防護系統啟用時，調度室的調度人員會提前通知道口防護人員關閉道口柵欄以及電動欄木。但是在實際操作過程中，防護人員往往需要兼顧四處柵欄，容易造成疏漏，導致事故發生，所以作為鐵路平交道口的主要防護裝置，無論是電動柵欄門還是電動欄木都不能滿足遠程自動控制的需要。

現在已有的防護裝置大概有以下兩種：

3.1 電動欄木

電動欄木即道閘是常見的防護設施。它的特點是控制簡單、占地少，可較為有效地阻擋行人與車輛通過，且不需要制作額外輔助基礎，對道路路面影響小。這種防護設施多用于停車場等場所。

電動欄木的控制系統是無線控制與有線控制相結合的控制方式。在有人值守道口，道口值班人員通過遙控器對電動欄木進行操控，這種無線控制方式有效距離一般為10米左右，但是其不足之處在于信號容易受到其他信號源或者雨水天氣的干擾。特別是在海邊港口，空氣濕度較大、空氣中鹽分較大，所以經常有遙控失靈的現象發生。在進行集中控制改造時，需對其控制板進行改造，轉換成有線傳輸后可以有效避免信號衰減造成的控制信號減弱的現象的發生。

3.2 道口柵欄

道口柵欄是大型有人值守道口常見的防護設施，現在，煙臺港主要的大型社會道口都是安裝的這種防護裝置。這種防護設施的特點是運行穩定，防護性好，受天氣影響小，易于操作且有良好的防護性。這種道口柵欄的劣勢在于安裝費用較高，且需要有足夠的場地支持，即在道路兩側打制柵欄停放的軌道基礎。

現在的電動欄木屬于模塊化的集成電路板，本身自帶遠程控制模塊，通過信號纜，可以直接達到遠程遙控的目的。道口柵欄驅動裝置為異步電動機，通過控制電動機正轉或反轉達到柵欄的開關或者閉合[2]。所以要增加一個PLC控制器，從而達到自動控制的目的。

現場防護設施與調度平臺的流程圖如圖2所示。

4 警報裝置

警報裝置是警示行人車輛的唯一手段。它包括聲音報警系統以及燈光報警系統。聲光報警系統的特點是可以完全不由人工操作，聲光報警系統的供電與機車信號連接。當機車通過設置在道口的傳感器的時候，傳感器采集到信號后，通過調度臺自動打開聲光報警系統。

5 機車端

由調度室發出的控制信號除了要開啟道口的防護系統，還應傳達給機車司機室，司機室根據該反饋信息控制機車速度。通過無線傳輸系統可以把控制室的命令傳遞給司機室，這樣當道口發生意外事故時，可以由調度室對司機室發出減速慢行的警示信號，以讓司機盡早對機車行進速度進行調控。

6 結 論

隨著企業安全風險意識的提高，作為鐵路事故常發地段的鐵路平交道口安全防護措施更需要投入更多的關注，企業自營鐵路主要的安全防護措施是安全防護，通過安全防護系統集中控制改造，可以利用已有技術對傳統的鐵路道口防護系統進行充分的改造，初步達到運程自動控制的目的。它減少道口房設備設施以及道房操作人員的投入，解決了因人工防護可能造成的安全隱患，提高了道口防護設施的安全性以及可靠性。但是這種鐵路平交道口遠程自動控制系統的建立與實施只是港口鐵路智慧化、智能化的第一步，它僅僅是改變了傳統道口防護設施的人工操作控制模式。未來隨著智能分析、控制系統的發展及完善，完全由電腦進行的智能調度、智能圖像分析采集系統會進一步加強道口安全防護系統，提高系統的可靠性，保證道口的安全性。

參考文獻：

[1] 邵振峰，蔡家駿，王中元，等.面向智能監控攝像頭的監控視頻大數據分析處理 [J].電子與信息學報，2017，39（5）：1116-1122.

[2] 謝穩華.DLM型道口電動欄木控制系統改造 [J].電氣時代，2001（5）：39-41.

作者簡介：王璽（1989-），男，山東煙臺人，助理工程師，本科。研究方向：機電一體化技術。