国外铁路闯红灯防护系统技术研究

张志鹏

（通号国际控股有限公司，北京 100070）

国外铁路闯红灯防护系统技术研究

张志鹏

（通号国际控股有限公司，北京 100070）

国外铁路闯红防护系统按照安全类型分为非故障安全的闯红灯防护系统和故障安全的闯红灯防护系统两类。对国外闯红灯防护系统的组成和原理进行介绍。

闯红灯防护；信号机；速度传感器；紧急制动；车载电子地图

1 非故障安全的闯红灯防护系统

非故障安全的闯红灯防护系统由闯红灯防护（ATSD）车载设备和轨旁设备两部分组成，ATSD车载主机设备和地面设备均采用单套配置，如果设备出现故障，系统将不具备闯红灯防护功能。由于系统为非安全的系统，因此列车运行安全由司机保证，司机依据地面信号机的显示行车。当列车越过红灯信号机后，系统将立即触发紧急制动使列车停车，从而实现闯红灯防护功能。

1.1系统组成

非故障安全的闯红灯防护系统组成结构如图1所示：列车每端安装1套ATSD车载设备，单端车载设备分别由ATSD主机设备、DMI显示器、速度传感器和车载接收器组成。

图1　非故障安全闯红灯防护系统组成图

轨旁设备由地面电感器组成，安装于线路运行方向的右侧，地面电感器可以发送不同的频率，本文以发送500 Hz和2 000 Hz频率的地面电感器组成的系统介绍其工作原理。

1.2系统原理

地面电感器安装于列车运行方向线路的右侧，每架信号机对应安装1台500 Hz地面电感器和1台2 000 Hz地面电感器。2 000 Hz地面电感器安装于每架信号机外方3～5 m以内，具体安装位置需考虑防止列车在红灯信号机前停车时收到该地面电感器发送的频率信息从而触发紧急制动；500 Hz地面电感器安装于信号机外方275 m的位置。如图2所示。

图2　轨旁设备布置图

信号机轨旁箱内设置信号机继电器，该信号机继电器由联锁系统控制。当信号机显示红灯信号时，该信号机继电器励磁吸起； 当信号机显示允许信号时，该信号机继电器失磁落下；500 Hz地面电感器和2 000 Hz地面电感器与信号机继电器接点相连接，由该信号机继电器接点控制其是否向列车发送频率信息。

当信号机显示允许信号时，信号机轨旁箱内的信号机继电器接点将断开相应500 Hz地面电感器和 2000 Hz地面电感器的电路，使其处于未激活状态，列车经过两台地面电感器时，收不到任何信息。

当信号机显示红灯时，信号机轨旁箱内的信号机继电器接点将闭合相应500 Hz地面电感器和2 000 Hz地面电感器的电路，此时两个地面电感器被激活向列车发送频率信息。当列车收到500 Hz地面电感器频率后，车载DMI显示设备向司机发出语音和显示报警，此时司机需对列车进行减速操作，在250 m内将列车运行速度降至30 km/h以下，系统会通过速度传感器计算列车的移动距离并在250 m位置监测列车的运行速度，如果发现列车运行速度高于30 km/h，系统将立即触发紧急制动。500 Hz地面电感器设置的作用：一方面是为了提醒司机前方为红灯信号机，另一方面使司机提前减速，确保列车在红灯信号机前可以停车。

如果列车以低于30 km/h的速度继续前行冒进红灯信号机，车载设备将收到2 000 Hz地面电感器的频率信息立即触发紧急制动以实现闯红灯防护功能。如果2 000 Hz地面电感器故障或丢失，系统此时将不能实现闯红灯防护功能。

车载传感器安装于列车运行方向的右侧，与地面电感器安装位置相对应，始终接收列车运行方向右侧的地面电感器频率信息。列车运行线路上的反向信号机地面电感器由于安装于线路左侧，列车首端经过时不会读取到该地面信息，不会触发紧急制动。因此非故障安全的车载系统不需配置车载电子地图。车载接收器布置如图3所示。

图3　车载接收器布置示意图

2 故障安全的闯红灯防护系统

故障安全的闯红灯防护系统由车载ATP设备和轨旁设备两部分组成，车载设备一般选用具有SIL4安全等级的二乘二取二或三取二结构的ATP设备，轨旁采用具备SIL4安全等级的欧标应答器，该系统为安全系统，因此列车运行安全由系统保证，司机依据车载信号显示行车。

2.1系统组成

故障安全的闯红灯防护系统组成结构如图4所示。车载设备由ATP主机设备、速度传感器、雷达、BTM天线和DMI显示器组成。

图4　故障安全的闯红灯防护系统结构图

轨旁设备采用无源应答器，有源应答器和LEU组成，有源应答器通过电缆与室内电子编码单元LEU连接，LEU由联锁控制。

2.2系统原理

在每架信号机外方一定距离内线路中心安装由有源应答器和无源应答器构成的应答器组。无源应答器存储列车运行前方的线路数据，有源应答器向列车发送移动授权信息。列车运行进路末端红灯信号机内方的一个闭塞分区将作为overlap保护区段，如图5所示，以四显示自动闭塞区段为例。

图5　故障安全的闯红灯防护系统原理图

当列车通过应答器组时，BTM天线接收地面应答器的信息，车载根据接收信息确定列车的定位，并且根据获取的移动授权生成如图5所示的列车运行目标速度-距离曲线，

系统将列车实际运行速度与速度监控曲线进行比较，当列车实际运行速度接近列车速度监控曲线时，通过DMI向司机报警；当列车实际运行速度超过列车速度监控曲线时，触发常用制动减速或者紧急制动停车。

当列车接近移动授权终点，且速度低于缓解速度 （配置为20 km/h） 时，司机可驾驶列车停在信号机前等待信号开放。信号机开放后，司机根据信号机显示，启动列车低于缓解速度越过信号机，收到新的移动授权后，车载将根据移动授权计算新的速度监控曲线，并监督列车的运行。

如果列车冒进未开放的信号机，车载将启动冒进防护，实施紧急制动停车。由于车载设备可以从无源应答器获取前方线路的数据信息，从前一架黄灯信号机位置的有源应答器获取本架信号机显示红灯的信息，因此当红灯信号机对应的有源应答器故障或丢失时，系统也会立即触发紧急制动实现闯红灯防护功能。

3 结束语

非故障安全的闯红灯系统技术上易于实现，系统车载软件设计相对简单，不需配置车载电子地图或者从轨旁获取线路数据。同时非故障安全的闯红灯系统可基于既有联锁系统，仅需在其基础上增加ATSD车载设备和部分轨旁设备，投资成本较低，对于铁路信号技术水平薄弱，经济水平又比较落后的国家，从技术要求和经济成本角度考虑，其更倾向于选用该系统。故障安全的闯红灯防护系统车载软件设计复杂，需根据线路数据和移动授权生成目标距离曲线，并且实时监控列车的运行速度确保列车安全运行。故障安全的闯红灯系统轨旁需配置新的联锁系统和ATP防护等设备，投资成本相对较高，适用于技术要求高且经济比较发达的国家。

通过对国外闯红灯防护系统技术的了解，有助于向国外提供更有竞争优势满足用户需求的信号系统解决方案，进一步扩大中国铁路技术和产品在海外市场上的推广和应用。

The Automatic Train Stop at Danger System （ATSD） in foreign countries is classifi ed into two kinds depending on its safety type such as non fail-safe and fail-safe systems. The paper gives a research on the composition and principles of the ATSD system.

ATSD； signal； speed sensor； emergency braking； onboard electric map

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.04.025

2016-03-14）