铁路道口远程集中看护控制系统的研发与应用

2021-05-10曹伟华于忠宁

铁道通信信号 2021年4期

曹伟华郭翔于忠宁

我国目前尚未实施封闭的铁路平交道口还有很多，基于平交道口安全防护的重要性，国内外科研人员已经对其控制和管理进行了深入的研究。

杨秀杰等［1］结合道口作业过程中的实际问题，遵循“实际、实用、实效”的原则，着重对道口看守人员的标准化作业、保安设备的使用、道口的故障处理，以及道口非正常情况下的处理方法和事故案例等进行了研究；马增强等［2］开发了基于DSP和以太网的铁路道口监测系统；陈凤翔［3］分析了铁路与公路平交道口设计中的注意事项；许光桥［4］研究了铁路道口远程安全监控系统设计；牛英俊［5］研究了无人铁路道口自动控制方案设计；阚建平［6］研究了铁路道口列车接近安全预警系统；张志刚［7］研究了基于PLC 的铁路道口智能安全报警系统设计；刘宏杰等［8］基于STPA 方法分析了平交道口安全需求；陈睿［9］提出了一种基于PLC 技术的平交道口控制系统软件结构设计，用于海外项目；葛鹏飞［10］研究了GSM-R 网络区段有人值守道口车地联控通信技术方案。

以山东高速轨道交通集团有限公司（原山东省地方铁路局）为例，管内共有各类道口209 处，其中有人看守道口14 处，无人看守道口195 处。由于无人道口时刻处于开放状态，过往行人、车辆不受约束，随意抢越道口的情况时有发生，所以极易引发铁路交通事故。虽然公司对109 处无人看守道口实施了人工监护管理，但管理难度大、成本高，效果并不理想。为此研发了铁路无人值守道口远程集中看护控制系统，并在管内道口进行了应用，取得了良好的效果。目前该成果已获得实用新型专利［12］。

1 系统工作原理

按照操作方式，铁路道口远程看护控制系统分为集中控制和分散控制2 种方式。

1）集中控制方式是在多个道口安装遥控栏杆，统一由一个集中监控室远程遥控电动栏杆（门）的起落（开关）。对于集中控制道口，当列车到达接近传感器时，由接近传感器将检测到的信号发送给智能控制器，智能控制器根据信号判别来车方向，控制道口栏杆落下，信号灯由黄闪变为红灯，同时进行语音提示；当整列车全部通过并驶离传感器后，智能控制器控制栏杆抬起，信号灯由红灯转为黄闪，语音提示停止。现场情况由视频采集设备实时传送至集中监护室，当遇到紧急情况时，集中监护室值班人员可通过远程控制和远程喊话等方式进行人工干预，通过列调设备直接与机车司机联控。集中控制方式工作原理见图1。

2）分散控制方式是由相邻道口或车站通过遥控方式对道口进行操控。电动栏杆（门）起落（开关）以人工操作控制终端来实现。电动栏杆（门）控制终端就近安装在道口或行车室内，由相邻道口或车站值班人员操作。值班人员根据监控显示屏查看道口车辆、行人和设备情况，根据列车运行情况控制终端遥控栏杆（门）起落（开关）。分散控制方式工作过程及设备见图2。

2 系统设备组成

被控道口现场设备主要包括信号机、道闸机、语音接收和播放、视频采集、通信、照明、电源等。

集中控制道口的集中监控室主要有控制台、显示器、主机柜、语音接收和播放、通信、存储、电源等设备。被控道口需安装接近传感器和驶离传感器，驶离传感器安装在道口附近适当位置，接近传感器的设置则应满足如下条件：

式中：T1为设备动作时间；T2为人员反应时间；T 为列车由接近传感器行驶至道口所需时间；L 为接近传感器至道口的距离；v 为列车速度。结合各道口两侧线路实际情况，接近传感器一般安装在距离道口0.8～1.5 km 处。

分散控制道口的主控道口主要包括远程控制终端、显示器、主机柜、语音接收和播放、通信、存储、电源等设备。

3 系统特点

接近传感器与驶离传感器采用相同的设计，内部采用双线圈，在列车从不同方向经过传感器上方时，能够产生不同的波形信号。传感器信号传输至道口控制器，经过控制器运算，可以判断列车运行方向和车速。在控制器中还有传感器状态检测电路，当传感器发生短路或断路时，可以向控制室发出故障指示，并通过道口预警设备发出报警信号，提示行人车辆注意安全。

图3 为试验室测得的检测信号，图4 为现场检测到的上行列车的信号。由于现场测得的列车信号会有干扰，所以列车检测信号需经过LM258 放大器处理后转换为2 个方波，该方波信号即作为单片机控制器的输入信号。

图1 铁路道口远程集中看护控制系统工作原理

图2 分散控制方式工作过程及设备

图3 试验室环境下列车检测信号

图4 现场环境下的列车检测信号

4 电子警察系统

为配合道口远程遥控系统，进一步保障道口安全，山东高速轨道交通集团有限公司与山东省交通厅、公安系统合作，在道口还安装电子警察系统，具有测速拍照、抓拍违章、全程录像等功能，使用后效果显著，道口超速违章大大减少。

电子警察系统由电子卡口的红黄灯升级为红黄绿灯。正常状态绿灯常亮，通过与道口预警和电动栏杆相结合，当列车接近时，自动黄灯闪3 s后转成红灯常亮，如果需要提前放杆，当栏杆落下时，黄灯自动闪3 s 后转成红灯常亮，机车通过抬杆后自动转成绿灯常亮。整个过程完全自动实现，不需要道口工人工操作，杜绝了误操作、漏操作，并且落杆和机车接近由2 套传感器触发黄灯信号，确保信号触发稳定无误，系统运行稳定可靠，不增加道口工的工作量。道口电子警察系统如图5 所示，目前已全部纳入地方交警智能交通综合管控平台，实现了无缝对接，与地方公路制式电子警察系统完全一致，可以实现对道口处机动车辆的超速行驶、闯红灯、越线停车、压黄线等行为进行处罚。交警智能交通综合管控平台显示界面见图6。

图5 道口电子警察系统

图6 交警智能交通综合管控平台显示界面

随着道口电子警察设备的不断规范，按地方交通规定设置了铁路标线、限速标志等，安装电子警察抓拍单元、终端服务器、复合控制单元、信号灯控制机、信号灯、高清摄像头、补光灯、臂杆等设备。整套系统运行稳定，道口标准化程度进一步提高。

5 实施效果

铁路道口远程集中看护控制系统不仅将铁路道口自动预警、道口实时监控、道口电子警察等技术进行了综合利用，还采用了工业控制、传感、信号处理、网络等技术，有效保障了铁路沿线交通和行车安全。该系统自投入运行以来，没有发生任何道口责任事故；近3 年，有效防止列车与汽车相撞事故1 起，阻止抢越道口行为近百起，实现了公司管内道口的全部看护。与实施监护管理前相比，减少监护人员用工51人，每年节省各项支出约200万元。