鐵路道口遠程集中看護控制系統的研發與應用

曹偉華 郭 翔 于忠寧

我國目前尚未實施封閉的鐵路平交道口還有很多，基于平交道口安全防護的重要性，國內外科研人員已經對其控制和管理進行了深入的研究。

楊秀杰等［1］結合道口作業過程中的實際問題，遵循“實際、實用、實效”的原則，著重對道口看守人員的標準化作業、保安設備的使用、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行了研究；馬增強等［2］開發了基于DSP和以太網的鐵路道口監測系統；陳鳳翔［3］分析了鐵路與公路平交道口設計中的注意事項；許光橋［4］研究了鐵路道口遠程安全監控系統設計；牛英?。?］研究了無人鐵路道口自動控制方案設計；闞建平［6］研究了鐵路道口列車接近安全預警系統；張志剛［7］研究了基于PLC 的鐵路道口智能安全報警系統設計；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 技術的平交道口控制系統軟件結構設計，用于海外項目；葛鵬飛［10］研究了GSM-R 網絡區段有人值守道口車地聯控通信技術方案。

以山東高速軌道交通集團有限公司（原山東省地方鐵路局）為例，管內共有各類道口209 處，其中有人看守道口14 處，無人看守道口195 處。由于無人道口時刻處于開放狀態，過往行人、車輛不受約束，隨意搶越道口的情況時有發生，所以極易引發鐵路交通事故。雖然公司對109 處無人看守道口實施了人工監護管理，但管理難度大、成本高，效果并不理想。為此研發了鐵路無人值守道口遠程集中看護控制系統，并在管內道口進行了應用，取得了良好的效果。目前該成果已獲得實用新型專利［12］。

1 系統工作原理

按照操作方式，鐵路道口遠程看護控制系統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道口安裝遙控欄桿，統一由一個集中監控室遠程遙控電動欄桿（門）的起落（開關）。對于集中控制道口，當列車到達接近傳感器時，由接近傳感器將檢測到的信號發送給智能控制器，智能控制器根據信號判別來車方向，控制道口欄桿落下，信號燈由黃閃變為紅燈，同時進行語音提示；當整列車全部通過并駛離傳感器后，智能控制器控制欄桿抬起，信號燈由紅燈轉為黃閃，語音提示停止?，F場情況由視頻采集設備實時傳送至集中監護室，當遇到緊急情況時，集中監護室值班人員可通過遠程控制和遠程喊話等方式進行人工干預，通過列調設備直接與機車司機聯控。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遙控方式對道口進行操控。電動欄桿（門）起落（開關）以人工操作控制終端來實現。電動欄桿（門）控制終端就近安裝在道口或行車室內，由相鄰道口或車站值班人員操作。值班人員根據監控顯示屏查看道口車輛、行人和設備情況，根據列車運行情況控制終端遙控欄桿（門）起落（開關）。分散控制方式工作過程及設備見圖2。

2 系統設備組成

被控道口現場設備主要包括信號機、道閘機、語音接收和播放、視頻采集、通信、照明、電源等。

集中控制道口的集中監控室主要有控制臺、顯示器、主機柜、語音接收和播放、通信、存儲、電源等設備。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位置，接近傳感器的設置則應滿足如下條件：

式中：T1為設備動作時間；T2為人員反應時間；T 為列車由接近傳感器行駛至道口所需時間；L 為接近傳感器至道口的距離；v 為列車速度。結合各道口兩側線路實際情況，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程控制終端、顯示器、主機柜、語音接收和播放、通信、存儲、電源等設備。

3 系統特點

接近傳感器與駛離傳感器采用相同的設計，內部采用雙線圈，在列車從不同方向經過傳感器上方時，能夠產生不同的波形信號。傳感器信號傳輸至道口控制器，經過控制器運算，可以判斷列車運行方向和車速。在控制器中還有傳感器狀態檢測電路，當傳感器發生短路或斷路時，可以向控制室發出故障指示，并通過道口預警設備發出報警信號，提示行人車輛注意安全。

圖3 為試驗室測得的檢測信號，圖4 為現場檢測到的上行列車的信號。由于現場測得的列車信號會有干擾，所以列車檢測信號需經過LM258 放大器處理后轉換為2 個方波，該方波信號即作為單片機控制器的輸入信號。

圖1 鐵路道口遠程集中看護控制系統工作原理

圖2 分散控制方式工作過程及設備

圖3 試驗室環境下列車檢測信號

圖4 現場環境下的列車檢測信號

4 電子警察系統

為配合道口遠程遙控系統，進一步保障道口安全，山東高速軌道交通集團有限公司與山東省交通廳、公安系統合作，在道口還安裝電子警察系統，具有測速拍照、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。

電子警察系統由電子卡口的紅黃燈升級為紅黃綠燈。正常狀態綠燈常亮，通過與道口預警和電動欄桿相結合，當列車接近時，自動黃燈閃3 s后轉成紅燈常亮，如果需要提前放桿，當欄桿落下時，黃燈自動閃3 s 后轉成紅燈常亮，機車通過抬桿后自動轉成綠燈常亮。整個過程完全自動實現，不需要道口工人工操作，杜絕了誤操作、漏操作，并且落桿和機車接近由2 套傳感器觸發黃燈信號，確保信號觸發穩定無誤，系統運行穩定可靠，不增加道口工的工作量。道口電子警察系統如圖5 所示，目前已全部納入地方交警智能交通綜合管控平臺，實現了無縫對接，與地方公路制式電子警察系統完全一致，可以實現對道口處機動車輛的超速行駛、闖紅燈、越線停車、壓黃線等行為進行處罰。交警智能交通綜合管控平臺顯示界面見圖6。

圖5 道口電子警察系統

圖6 交警智能交通綜合管控平臺顯示界面

隨著道口電子警察設備的不斷規范，按地方交通規定設置了鐵路標線、限速標志等，安裝電子警察抓拍單元、終端服務器、復合控制單元、信號燈控制機、信號燈、高清攝像頭、補光燈、臂桿等設備。整套系統運行穩定，道口標準化程度進一步提高。

5 實施效果

鐵路道口遠程集中看護控制系統不僅將鐵路道口自動預警、道口實時監控、道口電子警察等技術進行了綜合利用，還采用了工業控制、傳感、信號處理、網絡等技術，有效保障了鐵路沿線交通和行車安全。該系統自投入運行以來，沒有發生任何道口責任事故；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，實現了公司管內道口的全部看護。與實施監護管理前相比，減少監護人員用工51人，每年節省各項支出約200萬元。

6 結論

本文研究了鐵路道口遠程控制技術，重點研發了鐵路道口遠程集中看護系統，可以實現鐵路道口的無人值守，道口欄桿（門）的自動控制，能夠有效解決道口安全防護隱患，保障道口行車安全，降低企業用人成本，為解決道口管理難題提供了新方向。