高速鐵路周界入侵報警系統的研究與應用

翟海伶

（中國鐵建電氣化局集團有限公司，北京 100043）

1 概述

高鐵路網不斷完善，運輸規模持續擴大，技術裝備迭代升級，高鐵安全工作面臨的形勢也日趨嚴峻和復雜。雖然有工作人員的持續巡檢，但在天氣比較惡劣的時候或是夜間，單靠人工巡查很難做到不留死角。總有一些人能夠繞過車站安檢入口，翻越車站、區間圍墻或護欄，直接進入站區、線路，給高速鐵路運營和設備運用安全造成了很大的隱患。2019 年底國家鐵路局發布《高速鐵路安全防護設計規范》（TB10671-2019）（以下簡稱為“安全防護設計規范”），并于2020 年2 月1 日正式開始實施。安全防護設計規范要求如下。

“高速鐵路安全防護工程設計應遵循安全第一、預防為主，以及技防、物防、人防相結合的原則，主要防范外部因素對高速鐵路運營和設備運用的安全風險。”

“高速鐵路安全防護設計主要防范對象應包含下列內容......4）鐵路周界的非法入侵；......6）其他外部因素的安全風險。”

“防止車輛以及其他物體進入、墜入高速鐵路線路的措施應符合下列規定：......”

《高速鐵路周界入侵報警系統技術規范》中要求：“高速鐵路周界入侵報警系統在路基路段、橋基過渡段和橋墩不高于3 m 的橋梁路段宜采用光纖振動與視頻圖像入侵探測設備結合的入侵探測方法。”

“高速鐵路作業通道門、橋梁救援疏散通道、隧道口或隧道豎/斜井及通風口等宜采用視頻圖像入侵探測設備。”

2 系統設計原則

根據防護區域、圍擋樣式及網絡傳輸和供電接口及段內要求，合理選定監測技術、通訊手段和設備安裝點位。

本著保障鐵路沿線和通信基站防護安全、使用可靠、節省工程造價、技術水平先進等因素進行方案設計。

其次以應用需求為導向，以計算機應用技術為手段，以智能化動車所周界防護為目標。系統的規劃設計還應遵循以下原則。

2.1 實用性

依照各鐵路局不同要求，堅持實用性為主的原則，采用光纖光柵傳感技術、雷達與智能視頻結合等技術，在確保技術先進性的同時，在結合未來發展需求的前提下，系統完全滿足沿線、通信基站、車站周界智能防護的實際需求。

2.2 先進性

系統設計遵循系統工程的設計準則，通過科學合理設計，既防止片面追求某一高指標，又充分體現系統的先進性，選用先進、成熟、可靠的設備，最大程度地采用成熟、可繼承、具備廣闊發展前景的先進技術，搭建可升級、可擴展、可兼容的系統和應用平臺，構建智能化、規范化和精細化的綜合安全監控系統。

2.3 可擴展性

系統設計嚴格遵循鐵路相關技術標準，確保系統之間的透明性和互聯互通，并充分考慮與其他業務系統的連接。在設計和設備選型時，將科學預測未來擴容需求，進行冗余設計，便于后期擴展。

2.4 穩定性、安全性

系統的建設需要融合以往建設經驗，結合具體應用需求，使用具有成熟應用實踐的軟件平臺架構確保系統的健壯性，選用具備高可靠性、高安全性，具有數萬小時平均無故障時間的設備。 同時為關鍵設備、關鍵部件設計冗余備份。建立健全系統安全穩定運行保障機制、建設系統運行故障預案，全方位多角度保障系統的順利運行。

2.5 易管理性、易維護性

系統采用全中文、圖形化軟件平臺實現各變電所一體化智能安全監測系統的管理與維護。系統采用穩定易用的硬件和軟件，既降低了維護工作人員的工作難度，又節省了日常的維護費。

3 系統概述

3.1 系統介紹

本系統包含入侵報警、電子巡查、監控中心和個性化終端等子系統，其中周界入侵報警子系統具有對長大路段、咽喉要道等重點區域的監測報警功能。系統架構如圖1 所示。

圖1 系統方案設計架構Fig.1 System scheme design architecture

本文基于光纖光柵傳感技術、雷達與智能視頻結合技術，通過在鐵路路基地段、橋隧結合部柵欄網頂部和通信基站圍墻頂部安裝光纖復合圍欄，并在鐵路沿線監測位置附近通過安裝監控攝像機，在通信基站大門口出/入位置通過安裝智能電子哨兵等實施，能夠有效實現對鐵路沿線和通信基站全時段、全天候的入侵監測，實現對外部人員入侵的報警，自動生成事件報告上傳至監控終端，以便于值班人員快速響應。系統可實現對報警事件的管理、統計和報告。

3.2 系統功能

系統可對人員攀爬、破壞等事件進行實時監測，并能聯動附近攝像機進行抓拍錄像。

系統支持電子地圖功能，當系統探測到入侵告警時，平臺可顯示告警時間、告警位置和告警圖片。

對巡查人員進行自動化的管理，有效監督其作業任務，記錄其巡查軌跡。

3.3 系統邏輯結構

系統報警邏輯結構如圖2 所示。

圖2 報警邏輯結構Fig.2 Alarm logic structure

當發生人員攀爬或翻越圍墻等行為時，監測主機通過敷設在周界的復合圍欄感知到異常信號，并上傳平臺服務器進行分析。同時聯動現場攝像機對報警位置進行拍攝，經確認后轉換成聲光報警并將現場抓拍的圖片上傳至監控終端。

當作業人員在非作業時間點進入通信基站或外來人員由通道口進入軌行區時，智能雷達哨兵可探測到人員進入，并對其運行軌跡進行追蹤同時聯動攝像機進行抓拍錄像。

4 方案設計

4.1 光纖復合圍欄

1）技術原理

光纖復合監測系統是無源的周界入侵監測系統，由基于光纖復合檢測技術的光纖復合圍欄、監測主機和光纜等組成，系統如圖3 所示。將光纖復合圍欄安裝在周界墻體上，并通過光纜將圍欄與監測主機相連，即可對周界墻體上的攀爬、穿越等入侵行為進行實時監測和定位。光纖光柵解調儀通過光纜發射探測光到復合圍欄中，對光纖光柵反射回來的光波長進行檢測，當光波長發生變化時，表明復合圍欄中的光柵受到擾動。

圖3 光纖復合圍欄示意Fig.3 Schematic diagram of optical fiber composite fence

光纖復合圍欄現場安裝如圖4 所示。在實體墻和柵欄網上安裝復合圍欄控制桿和承力桿，用鋼絞線將控制桿連接起來形成圍欄，光纜將控制桿與監測主機連接后即具備圍欄監測能力。

圖4 光纖復合圍欄現場安裝Fig.4 Site installation diagram of optical fiber composite fence

2）技術優勢

光纖復合圍欄具有以下核心優勢：

無源——全周界無源，不需要供電，不需要網絡，適用于項目的現場環境；

可靠——誤報率極低，不受風雨、電磁、小動物和植被影響；

長壽命——使用壽命長，光纖無源，不會因為電學損耗而失效；

阻攔威懾——具備阻攔威懾能力，可代替柵欄起到防護作用；

擴展能力——備用光纖可以用于有線網絡傳輸，保證補盲攝像機、電子哨兵的數據傳輸穩定性。

與其他監測技術手段對比如表1 所示。

表1 監測方案對比Tab.1 Comparison of monitoring schemes

4.2 智能電子哨兵

1）技術原理

智能電子哨兵采用雷達技術與智能圖像識別技術相結合，融合雷達數據與圖像數據，安裝于所需監測區域，可對該區域人員入侵行為進行實時監測和分析。智能電子哨兵多技術融合可濾除惡劣環境、小動物等影響，準確性高、誤報率低，全天候工作。可以采用壁掛、立柱等多種安裝方式，能廣泛應用于鐵路、場站、哨所等多種安全防護場景。智能電子哨兵報警邏輯如圖5 所示。

圖5 智能電子哨兵報警邏輯Fig.5 Alarm logic of intelligent electronic sentry

2）技術優勢

智能電子哨兵具備以下技術優勢：

多技術融合，準確性高；

誤報率極低，不受風雨、電磁、小動物和植被影響；

可全天候工作；

安裝方式靈活，適應各種工況。

5 不同區段方案選擇

5.1 路基監測區域

針對鐵路沿線砼柵欄網，采用光纖復合圍欄及智能視頻進行人員入侵和車輛撞擊監測。

1）光纖復合圍欄

將光纖復合圍欄控制桿和承力桿底座采用膨脹螺栓釘固在砼柵欄網橫梁外側面，與水平成60°夾角，如圖6 所示，每隔20 m 安裝1 根控制桿，兩控制桿之間每隔4 m 安裝1 根承力桿，保持承力桿和控制桿上下對齊并在同一平面上，光纖復合圍欄控制桿之間采用鋼絞線拉伸4 道，各道鋼絞線穿過承力桿過嘴線，保持鋼絞線拉伸，松緊度控制在設計要求內。

圖6 光纖復合圍欄安裝示意Fig.6 Schematic diagram of optical fiber composite fence installation

根據控制桿數量，每10 根控制桿串接成一個通道接入主光纜，主光纜和視頻電源線同穿一根管線敷設，沿柵欄網底部釘固。控制桿之間的蝶形光纜沿柵欄網橫梁進行釘固，蝶形光纜串接的光纜保護盒釘固砼柵欄網立柱上。

2）攝像機

在所監測的區域，根據現場情況選擇攝像機安裝位置，使照射的角度、視野盡可能遠和廣。攝像機安裝位置應和柵欄網保持至少2 m 安全距離，攝像機基礎開挖截面70 mm×70 mm，深度900 mm。特殊位置采用拉盤進行防護，立桿安裝時做好接地保護和防雷措施。

5.2 通信基站、存車場

針對通信基站采用光纖復合圍欄及智能電子哨兵進行人員入侵監測。

1）光纖復合圍欄

將光纖復合圍欄安裝在圍墻頂部，將光纖復合圍欄的底座用膨脹螺栓固定在墻頂外側立面，與水平成60°夾角，底座位置與墻頂等高。在每面實體墻兩端安裝1 根光纖復合圍欄控制桿，每兩根控制桿之間按間隔4 m 安裝承力桿，保持承力桿和控制桿在同一高度和平面上。光纖復合圍欄控制桿之間采用鋼絞線拉伸4 道，各道鋼絞線穿過承力桿過嘴線，保持鋼絞線拉伸，松緊度控制在設計要求內。

2）智能電子哨兵

智能電子哨兵安裝于通信基站大門附近位置，根據現場實際情況選取合適的安裝點位，保證安裝后智能電子哨兵能夠覆蓋大門口區域。智能電子哨兵采用立柱式安裝，基礎開挖界面500 mm×500 mm，深度50 mm。保持立桿垂直安裝，安裝前預埋網線和電纜管道，預埋深度200 mm，采用硅芯管保護。

智能電子哨兵從通信基站取電，并通過鐵路2 M 傳輸連接到通信機房，再經過核心交換機接入鐵路數據網。

5.3 過渡段

針對隧道口上/下行缺口位置，采用智能電子哨兵進行人員入侵監測。監測設備安裝位置如圖7所示。

圖7 隧道口重點區域Fig.7 Key areas of tunnel entrance

智能電子哨兵就近取電，光纖復合圍欄前端監測設備無源，無需供電。新增傳輸光纜連接至附近通信基站，通過鐵路2 M 傳輸接到通信機房，再經過核心交換機接入鐵路數據網。

5.4 車站周界

針對車站周界采用光纖復合圍欄及監控視頻進行人員入侵監測，并配合巡跟設備進行人員巡檢。

1）光纖復合圍欄

將光纖復合圍欄安裝在圍墻頂部，將光纖復合圍欄的底座用膨脹螺栓固定在墻頂外側立面，與水平成60°夾角，底座位置與墻頂等高。在每面實體墻兩端安裝1 根光纖復合圍欄控制桿，每兩根控制桿之間按間隔4 m 安裝承力桿，保持承力桿和控制桿在同一高度和平面上。光纖復合圍欄控制桿之間采用鋼絞線拉伸4 道，各道鋼絞線穿過承力桿過嘴線，保持鋼絞線拉伸，松緊度控制在設計要求內。

2）攝像機

在所監測的區域，根據現場情況選擇攝像機安裝位置，使照射的角度、視野盡可能遠和廣。攝像機安裝位置應與圍墻保持至少2 m 安全距離，基礎開挖截面70 mm×70 mm，深度900 mm。特殊位置需采用拉盤進行防護，立桿安裝時做好接地保護和防雷措施，接地棒應從基礎往下打入地下。

針對重點巡查點可安裝巡更按鈕，根據巡查要求進行巡查打卡，有效監督巡檢人員工作。

6 結論

針對高速鐵路路基、橋梁、隧道口、存車場、車站、無人值守電氣化所（亭）及基站等不同應用場景、選用不同類型的周界入侵報警系統方式，當發生人員攀爬或翻越圍墻等行為時，監測主機通過敷設在周界的復合圍欄感知到異常信號，并上傳平臺服務器進行分析。同時聯動現場攝像機對報警位置進行拍攝，經確認后轉換成聲光報警并將現場抓拍的圖片上傳至監控終端，可大大提高監測報警的及時性、可靠性與實用性。