鐵路段內公鐵平交道口機車接近報警與道口封閉系統探討

吳震

【摘 要】機務段、折返段是鐵路機車進行檢修、維護保養，乘務員換乘等生產組織的重要基地，本文通過對機務段、折返段內平交道口設備、周圍環境、人員及車輛的通行情況、出入庫機車的走行徑路等因素，通過軌邊傳感器采集車輛進入信息設立機車接近防控區，采用多目標跟蹤雷達監視機車行駛狀態，設計一套智能化、全封閉、全過程監控的平交道口自動化報警裝置。系統采用嵌入式工業計算機為核心實現機車接近道口時的自動報警和查詢功能，并通過道口交通警示信號、語音報警信息發送;同時傳送給道閘裝置，實現對鐵路線路的封閉與對行人和車輛的攔截功能，該設計對減少鐵路道口交通事故有很高的應用價值，對提高機車檢修作業效率提供了有力的保障。

【關鍵詞】鐵路平交道口;多目標跟蹤雷達;無風扇嵌入式工業計算機;監控軟件報警功能

中圖分類號： U674.7 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0185-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.090

0 前言

隨著鐵路運輸運力的不斷增加，機車入段維修養護的作業日趨繁忙，車輛進出維修大庫的數量和次數猛增。公務汽車、維修車輛、私家車頻繁穿梭于段內鐵路平交道口，時常與機車車輛交會，給調車作業安全和汽車及行人都帶來極大的威脅，對機車的檢修作業生產造成一定的影響。

鐵路站場、段內公鐵平交道口列車接近報警與道口封閉設備是我們根據段內公鐵平交道口的兩側鐵路線路上機車行車組織、相交公路上機動車、行人等安全現狀，運用鐵路軌邊地面接近報警技術與線路空間上多目標跟蹤雷達識別技術組成的一套對線路上行駛的機車行為動態進行全封閉、全過程、全方位的監控報警和道路封閉系統。

1 系統組成及工作說明

1.1 系統構成簡述

本系統由系統控制核心、地面監測子裝置和線路上空間多目標跟蹤監視裝置組成。地面（軌邊）監測裝置實現機車車輛進入防控區后的報警監控功能;多目標跟蹤雷達裝置實施對進入防控區內的機車車輛進行全程跟蹤，對在防護區內出現的機車車輛異常停車、逆向行駛等險情啟動非常報警功能。

設備報警采用紅綠燈、語音報警兩種通用的警示裝置，采用道閘實現公路道口的攔截，對鐵路線路的封閉。段內公鐵平交道口機車接近報警與道口封閉系統圖如圖1

1.2 系統采用主要設備及技術指標

1.2.1 系統主機

系統主機采用無風扇嵌入式工業計算機，Intel Processor I3/I5 雙核處理器，4 GB 內存，整機具有豐富的I/O 界面。支持 Windows 7/8/10、Linux 等操作系統。滿足設備控制系統軟件運行和2個多目標雷達的運行。并配置遠程無線監控功能，可以實現遠程編程修改、設備狀態監控、實時數據調閱、歷史記錄查詢等。

1.2.2 多目標跟蹤雷達和地面接近傳感器

（1）多目標跟蹤雷達

選用德國SMS-UMRR系列通用交通管理雷達，設計思想極為先進，采用微帶平板天線，用寬波束來覆蓋四條車道以上車道，通過測距、測角、和獨有的多目標跟蹤技術來精確定位車輛，以實現目標精確定位，誤差不超過 0.25米。

本系統采用Type29雷達，雷達發射頻率 24.0-24.25GHz，探測距離（車輛）不大于160m，監視區域方位角+/-18°，最小探測距離 1.5m，響應時間 50ms，測距精度 小于+/-2.5%或者小于+/-0.25m，封裝 堅固、防水外殼，IP67級，安裝高度1m-10m。

提供多種標準數據接口：RS485，Can Bus，Ethernet（POE），WiFi， 繼電器等。

適應任何惡劣環境，工作溫度范圍從零下 40 度到零上 80 度。

（2）軌邊接近傳感器

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

1.3 系統工作說明

對段內公鐵平交道口兩側線路各100米區域設置機車車輛接近報警安全監控區域，多目標跟蹤雷達檢測距離應大于100M，雷達始終處于定向檢測狀態，響應時間 50ms;設備監視系統同時裝配視頻監控功能，對道口中央區域，道路兩側近60米區域進行可視化實時監控，并具有記錄回放功能;同時配置無線收放功能。

1.3.1 系統設備檢測報警工作說明

當機車出入庫作業進入公鐵平交道口安全防控區域時，系統通過地面感應傳感器向系統控制工控機發出有車輛進入的報警信號，工控機接到報警信號后啟動安裝在道口的紅綠燈指示裝置，先是黃燈閃爍，而后紅燈點亮，安裝在道口的道閘欄桿隨機降落封鎖鐵路切斷公路交通，同時語音提示報警裝置不斷重復的發出有機車通過的報警提示，通過該道口的汽車車輛待停在鐵路線路兩側的道閘欄桿以外，保障機車調車作業安全和汽車車輛及人員的安全。

與此同時，系統安裝在鐵路線路公路道口兩側的多目標雷達跟蹤監控開啟，對本防護區內運行的機車車輛進行動態跟蹤，機車車輛不斷接近公路道口雷達裝置始終處于報警狀態，當機車車輛正常通過道口后，本側雷達檢測到機車車輛已通過，向系統控制工控機發出解除報警信號，工控機即向報警裝置發出解除報警信號，報警裝置綠燈點亮，紅燈熄滅，道閘欄桿抬起，汽車和行人通過。而另一側的雷達開始對該車實施去向跟蹤，此車正常駛離道口方向行駛，雷達視為車輛行走正常，如該車在系統防護區內停車，目標跟蹤雷達裝置視該車行為異常，并將報警信號發送到系統控制工控機，工控機再次啟動安裝在道口的紅綠燈指示裝置，先是黃燈閃爍，而后紅燈點亮，安裝在道口的道閘欄桿隨機降落封鎖鐵路切斷公路交通，同時語音提示報警裝置不斷重復的發出有機車通過的報警提示，通過該道口的汽車車輛待停在鐵路線路兩側的道閘欄桿以外，保障機車調車作業安全和汽車車輛及人員的安全。

如防護區內有雙向會車時，多目標雷達識別裝置按照駛近道口（來向）報警，駛離（去向）道口視為正常的原則對防護區內的機車車輛實時全程的跟蹤監控，能實現機車雙向通過、單向通過等多種調車作業的接近紅綠燈指示報警、語音提示報警與道口封閉功能。

1.3.2 系統軟件

本系統監控軟件由系統監控軟件和多目標跟蹤雷達設置軟件2部分組成。

設備監控軟件是在臺達工業組態軟件的平臺上按照道口機車接近安全防控動作編制而成，多目標雷達設置軟件為雷達產品自帶。

（1）系統監控軟件

本系統設備應用于鐵路站場、段內公鐵平交道口機車車輛接近報警和道口封閉系統，專用的監控軟件簡單直觀，在設備監控軟件主頁面上用鼠標點擊事件操作窗口就可直觀的瀏覽現場各車道車輛運行動態，報警事件歷史資料，系統操作記錄等。

圖形化操作界面實時顯示被監視股道上機車車輛有無，機車車輛進入防控區設備傳感器檢測到后，設備報警裝置：紅綠燈工作否？語音報警是否開啟？道閘欄桿是否下落等。

還可通過雷達監視軟件實現防控區內機車車輛異常停車、逆行等事件實施監控和回放。

本系統軟件采用臺達工業組態監控系統SCADA，即數據采集與監視控制系統平臺。它是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統;它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警、生成圖表等功能。SCADA系統對提高工業生產、調度控制等的可靠性、安全性、經濟效益與工作效率、減輕人員負擔及減少勞動力、實現自動化與現代化方面有著巨大作用。

（2）雷達設置軟件

TMConfigurator設置軟件—全新的TMConfigurator軟件，簡單而直觀，允許設置任何安裝場景，從單個雷達傳感器到整個交叉路口及多路口網絡和高速公路。

TMConfigurator軟件的安裝向導功能使得雷達傳感器的項目規劃和現場安裝變得簡單，作為一個直觀的分步指南，從傳感器安裝地點的規劃、選擇雷達、配置到在十字路口實際安裝雷達。只需一個簡單的設置窗口和一個可視化的地圖，Easy Mode帶有幫助和解釋設置的功能。顯著的特征是“現場感知”和“引導對準”，這意味著傳感器本身會向安裝者提供幫助，給于安裝位置的反饋便于實際對準/指向應該覆蓋的交叉路口的區域

2 系統設備安裝說明

2.1 系統設備布置

如圖5所示，設備控制柜安裝在道口的一側線路外道口附近，地面接近感應開關安裝在道口防護區的兩側要求的遠端，構成設備防護區域;兩個多目標跟蹤雷達分別安裝在道口一側的對角上，檢測前方線路上運行的機車車輛行駛狀態;紅綠燈報警、語音報警、封閉道閘安裝在線路外兩側道口對角上，起到極佳的報警和線路封閉作用，確保了調車作業和過路車輛及行人的安全。

2.2 系統主要設備安裝要求

2.2.1 多目標跟蹤雷達安裝技術要求

將雷達架設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，雷達的水平監視區域方位角+/-18°，這是雷達的水平波束覆蓋角度。由于機車車體較為高大，雷達的俯仰角可安裝為0°。圖6中我們看到水平方向波束幾乎全部覆蓋，盡管理論上兩個雷達波束中間有所形成的盲區，從本側雷達波束盲區到對側雷達探測巨小距離波束見的距離只有 8m，而且，機車本身長度達幾十米，即使一部分車頭駛入雷達檢測盲區，但是車身仍在雷達的檢測范圍之內，所以，用 TYPE29 雷達，來檢測一個單邊線路防控區域是可行的。

雷達立桿高度應符合線路電氣化安全紅線要求，桿體應符合室外監控設備制造技術規范，桿體上配裝室外電氣控制箱應符合戶外設備電氣安全技術規范，并做好接地。桿體基座制作應符合室外電氣設備安裝基礎建設技術規范。

2.2.2 軌邊傳感器安裝技術要求

本系統接近傳感器安裝時傳感器外沿距鋼軌內側壁距離： 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 設備各部電纜敷設技術要求

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

3 結語

通過對段內公鐵平交道口的兩側鐵路線路上機車行車組織、相交公路上機動車、行人等安全現狀的分析，運用鐵路軌邊地面接近報警技術與線路空間上多目標跟蹤雷達識別技術組成的一套對線路上行駛的機車行為動態進行全封閉、全過程、全方位的監控報警和道路封閉系統，用于實時采集機車車輛在道口防控區的動態信息、及時示警并封閉道口，確保道口機車調車作業安全和公路上車輛與行人的安全，最終實現了預期的設計目標，使其發揮實際應用的價值。