鐵路平交道口雙向智能報警系統的設計應用

胡 斌

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽421002）

在鐵路運行過程中，鐵路報警系統相關技術的更新與應用，是能否有效避免人身傷亡和財產損失的一個重要方面。如果鐵路報警系統能夠朝著更加智能化的方向發展，對于及時預測危險、避免事故發生將起到巨大作用。我國鐵路行業既有鐵路線上，尤其是地方鐵路線上存在著大量的平交道口，大部分都因為技術力量不足而保留了看守人員，并且部分無人看守的平交道口沒有實現對地面交通預警系統的配備，只有極其少量的在道口安裝了較為落后的單向預報警系統，對于鐵路安全的把控仍然不到位，存在著明顯的技術缺陷，急需一套更加科學完整精確的預警系統來保障鐵路運行安全。

1 原有鐵路平交道口防護的問題及現狀

1.1 原有鐵路平交道口防護存在的問題

1）安全效率低下。在原有的鐵路運行模式里，科學技術含量低，僅靠增加人手來實現鐵路正常運營和防護工作，但是人力運行難免會出現紕漏和失誤，難以保證鐵路安全預警預測的準確性和質量，況且由于人力精力有限，難以在短期內實現鐵路線路長距離的監控，可監測范圍較小，導致安全附加值較低。這種僅僅依靠人力來進行鐵路線路情況預警的安全邏輯設置較為單一和不足，難以適應鐵路行業大規模發展的需要，在鐵路線路日益增加、鐵路里程越來越長、道口數量攀升的情況下，會出現人手不夠、部分惡劣天氣和地區人力難以檢測等問題，對鐵路報警系統進行智能化升級是必要之舉。

2）自動化程度低。在鐵路線路上，如今90%以上的線路道口都有人看守，需要人力隨時移動來進行現場處理工作，對于人力依賴性較大，難以實現完全的自動化操作和流水線處理模式。對于突發情況，人的反應速度較慢，在缺乏智能化預測報警系統的情況下，難以實現有效的應對解決。如今的防護措施大多是對行人進行安全防護，對于列車的防護意識和措施嚴重不足，僅僅進行單向防護容易忽略列車的安全情況檢測和列車運行狀態監測，難以最大程度上避免事故。只有建立起列車-行人的雙向防護機制，才能較為徹底地排除隱患，保障人車安全。

3）成本高昂。僅僅依靠大規模人力資源來實現鐵路安全防護管理，既會導致安全效率低下、自動化程度低等問題，又會帶來高昂的勞動成本，為鐵路公司增加巨大的負擔。如果堅持走依靠人力進行管理的老路，就會增加大量的崗位需求，加之工資水平連年上漲，會造成人力成本居高不下。每一個道口均需2人以上的崗位設置，一條鐵路線至少有數十個道口，工資開銷將是一筆不小的數目。

4）對地面交通影響較大。在依靠人力進行管理的情況下，人工防護需要為人的操作預留較大的提前量，所以需進行在人工準備時延長道口的防護時間，極有可能造成列車延遲或者被迫減速等問題。此外，在人的不安全管理因素影響下，防護員的失誤失職引起的列車被迫停車、收到錯誤指示消息等問題，也會對列車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人化防護現狀

下面以內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人化防護現狀。

1）內蒙古鄂爾多斯地方鐵路平交道口數量是123個，全部使用人工進行防護管理，實現了100%的人工化，崗位人數220人。筆者在調研中發現了許多突出問題，比如5年來出現了一次撞死行人的重大事故、多次出現因為看守員脫離崗位而造成列車被迫停車、看守員操作失誤導致地面交通堵塞等問題。由此可見鄂爾多斯地區的鐵路平交道口依靠人工難以實現良好的防護成效。

2）廣東惠州地方鐵路共計46個道口，其中有2個無人道口，其余44個均是人工防護道口，道口無人化普及率偏低，崗位設置人數100余人。在調研中同樣發現了道口處看守員離職導致列車被迫停下、看守員操作失誤導致地面交通堵塞等問題。在無人道口有一定普及的情況下，無人化防護的現狀仍然不容樂觀，需要進一步改進。

2 雙向智能報警系統設計概況

據不完全統計，僅內蒙古鐵路的平交道口就有數千個，在全國各大鐵路局集團公司都在優化人力資源配置、壓縮崗位設置的情況下，全部依靠人力進行管理既需要高昂成本又效果較差，鐵路無人化和智能化管理已經成為大勢所趨，在這樣的背景下，鐵路平交道口雙向智能報警系統應運而生。

2.1 雙向智能報警系統技術原理

2.1.1 基本技術

在鐵路平交道口處，利用軌道電路和重力傳感、移動傳感等技術監測列車和道口行車、機動車與非機動車之間的安全防護時間和距離間隔，通過對數據的分析和偵察對地面交通和機車形成雙向預警，實現雙向防護和管理[1]。在鐵路道口列車制動距離內（800～1 000 m）設置感應系統，感應系統平時不工作，直到列車到達感應區域時，感應系統被激活啟動進入感應預報警工作狀態，通過機械部分帶動各種感應裝置，使預警系統發出警報信息提示列車與行人。無論列車是移動還是靜止，感應電路均能識別出列車接近預警區域而發出語音報警提示，對行人和路面交通起到預警作用，提醒過往行人和車輛提前做好準備[2]。距離傳感器可報出具體的動態接近距離，擁有極為人性化的特點，既提高了預報警的準確性，也容易引起行人和地面交通駕駛員的注意。

2.1.2 雙向預報警設計

1）正向。當列車進入預警區域時，感應系統通過喚醒感應器進行預警，對道口報警距離內的行人及地面交通方式發出預報警信息。同時落下防護欄桿，避免行人通過，保證列車順利通行，實現了有效的防護和提示。

2）反向。當預報警系統功能處于故障狀態時，系統會反向對列車發出預警。列車及時減速，在道口處一度停車，對地面交通提醒和確認安全后再啟動列車通過，杜絕了由于列車制動不及時而無法避免與行人、機動車、非機動車發生的相撞事故，有效地提高了安全系數與道口處列車運行的可靠性。

2.1.3 技術特點

1）智能化。列車進入相應的感應區后，雙向智能報警系統會自動生成防護。主要體現在：一是報警系統會精確計算落閘和顯示防護信號的時間，在時間上進行提醒與防護；二是通過地面監測裝置準確提供道口安全信息，及時檢測和更新地面車輛以及行人狀態，在車輛與行人相遇處進行重點監視，避免出現人車相撞的交通事故；三是通過加載的司機端口實時顯示系統功能狀態，通過遠程網絡傳輸實現系統運行狀態和防護畫面的實時傳播與更新，讓司機對前面道口狀況了然于心，面對突發情況也能提前知悉和掌握；四是防護系統平時不工作，只有列車進入感應區后才可激活，平時不被使用，減少了磨損與消耗，大大提高設備及原件的使用壽命，減小不必要的交通干擾[3]。

2）無人化。產品全程無人工操作，智能化水平大大提高，減少了人力成本，提高了防護工作成效。主要體現在：一是正常情況下，雙向防護系統處于正常工作狀態，防護會實現自動生成[4]，無需人工二次操縱，具有較高的自動化水平；二是非正常情況下系統反向預警司機采取減速或一度停車措施，由司機確認道口狀態，在確保安全的情況下采取合理措施通過，實現了雙重防護，最大程度避免交通事故或者擁堵情況的發生。

3）雙向預警。產品設置了機車-地面的雙向預警，相當于擁有雙重保障。主要體現在：一是建立車-地（道口）雙向通信，進行安全關聯，司機隨時了解道口相關動態，提前對道口可能出現的各種情況進行應對，面對突發情況也能及時合理處理；二是行人、非機動車侵入鐵路安全行車限界時反向預警司機，提醒司機觸發緊急制動，應對緊急突發情況；三是系統某功能失效時，可準確反饋到司機端口，提示司機按非正常辦法操作通行，實現了極端情況下的列車快速有效通行。

4）可靠的安全冗余。產品符合故障-安全原則，預留和附加了可靠的安全冗余。主要體現在：一是列車移動感應區采取A，B兩個獨立電路設計，其中任何一個電路都可以提供列車接近道口位置的可靠信息來源，能夠大大降低系統的故障率；二是機車上加載了反向預警端，任何功能模塊功能異常均能發出系統反向預警，司機可及時掌握系統工作狀態而采取必要的措施和行車方法；三是在鋼軌感應區域擬采用軌道電路和動態化的重力感應裝置雙套信息啟動路徑，兩種路徑互為印證和核對，大大提高了系統的準確性和預報警功能的穩定性。

2.2 雙向智能報警系統技術水平

在技術水平上，該鐵路平交道口的雙向智能報警系統完全符合鐵路信號設計規范的相關理論基礎、模型與技術原理，符合國家標準與學術規范，同時具有較強的創新性與應用性，突破了固有僵化報警模式和系統的限制，實現了較為智能化的無人道口管理，通過各項功能的整合關聯實現了鐵路平交道口報警系統的升級，提高了系統的穩定性。

2.3 該系統的突出特性

1）新穎性。該系統不僅改變了原有的單向預報警系統，對其缺陷進行彌補和改造，提出了智能化管理的概念，將其實際運用于鐵路報警系統之中，實現了車-地雙向通信與預報警，能夠有效地對各種突發情況進行監測和處理，減少了交通事故和擁堵發生的概率。系統在設計上也完全遵循安全原則，對系統的可靠性與穩定性進行了提升改造。

2）獨特性。雙向智能報警系統在鐵路道口事故防護方面具有精妙的獨到之處，系統既符合普速列車的行車特點，實現了地面交通與輪軌交通之間較為契合的地方，又立意高遠，通過定位技術的提高來降低鐵路線對于地面交通的干擾與影響。

2.4 雙向智能報警系統的經濟壽命

我國既有鐵路線路的建設和發展目前雖處在維持現狀的階段，但是依然保留了相當多和地面交通平面相互交叉的部分。隨著城市不斷進行擴張和地面交通壓力的逐步增大，無人看守的鐵路平交道口的安全問題日益凸顯。預計該系統投入市場在5～10年內會有一個穩定的應用期，在這期間會實現較為穩步的發展應用與推進。同時隨著智能技術和遙感技術的不斷進步，該系統預計將會以5年為一個周期進行升級換代，以適應未來鐵路行業大變革大發展的需求，市場前景廣闊，應用價值巨大，經濟壽命自然就會延長。

2.5 鐵路平交道口雙向智能報警系統研發階段

此系統目前處在研發改進階段，中鐵惠州鐵路作為該項目的合作企業和試驗基地，在部分道口安裝了相應的功能模塊進行技術試驗和數據采集，在具體的實踐和檢測中發現問題并進行及時改進處理。該項目是與中鐵惠州鐵路有限責任公司共同開發的技術項目，成立了專門的技術團隊來對技術進行研發和管理。技術特點的調試和測試都會在完全封閉的環境下進行，并未有第三合作方和第三授權方，具有較高的可靠性與保密性。該系統正在申請1項發明型專利和1項實用新型技術專利。

3 鐵路平交道口雙向智能報警系統的盈利模式

3.1 行業利益模式

行業利益模式主要有3種：一是通過產品銷售與鐵路信號廠家合作，共同開發生產，獲得銷售收入；二是在取得技術專利后可選取技術轉讓或者部分轉讓的方式獲取收入；三是通過每年對產品進行定期維護，更換易損原件和進行系統穩定性測試，獲得維護服務收入。

3.2 用戶付費誘因

用戶付費誘因主要有4個方面：一是低成本，可大幅降低企業的運營成本；二是安全性高，完全替代了人工操作模式，提高了人-機安全管理的可靠性；三是效率高，降低了列車被迫停車的概率，顯著提高了列車通過道口的速度，提高了行車效率，同時降低了對地面交通的影響；四是專業性強，由于軌道交通信號技術特點和安全管理的特殊性，必須由廠家專業的技術人員提供專門服務，維護服務收入穩定。

3.3 價格策略

過去每個道口配置兩名員工，每個員工年均工資約7萬元，10年使用周期內的員工工資為140萬元。運用新技術設備后，整套設備安裝定價為15萬元/套，運營維護費用較低，以設備使用10年的使用周期測算，年均運營維護成本約3 000元。

4 結論

在鐵路平交道口事故多發、管理水平低下的背景下，雙向智能報警系統的應用能大大提高管理水平和效率，提高司機與行人的警覺性與安全意識，實現車-地雙向通信與預警，提高報警系統的智能化水平和精確率，減少交通事故和擁堵情況的發生，預計未來會有廣闊的發展前景與市場潛力。但是由于目前處于調試和研發階段，面臨諸多困難與挑戰，距離該系統的成熟應用與市場化還需要一段時間。