铁路段内公铁平交道口机车接近报警与道口封闭系统探讨

吴震

【摘 要】机务段、折返段是铁路机车进行检修、维护保养，乘务员换乘等生产组织的重要基地，本文通过对机务段、折返段内平交道口设备、周围环境、人员及车辆的通行情况、出入库机车的走行径路等因素，通过轨边传感器采集车辆进入信息设立机车接近防控区，采用多目标跟踪雷达监视机车行驶状态，设计一套智能化、全封闭、全过程监控的平交道口自动化报警装置。系统采用嵌入式工业计算机为核心实现机车接近道口时的自动报警和查询功能，并通过道口交通警示信号、语音报警信息发送;同时传送给道闸装置，实现对铁路线路的封闭与对行人和车辆的拦截功能，该设计对减少铁路道口交通事故有很高的应用价值，对提高机车检修作业效率提供了有力的保障。

【关键词】铁路平交道口;多目标跟踪雷达;无风扇嵌入式工业计算机;监控软件报警功能

中圖分类号： U674.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）12-0185-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.090

0 前言

随着铁路运输运力的不断增加，机车入段维修养护的作业日趋繁忙，车辆进出维修大库的数量和次数猛增。公务汽车、维修车辆、私家车频繁穿梭于段内铁路平交道口，时常与机车车辆交会，给调车作业安全和汽车及行人都带来极大的威胁，对机车的检修作业生产造成一定的影响。

铁路站场、段内公铁平交道口列车接近报警与道口封闭设备是我们根据段内公铁平交道口的两侧铁路线路上机车行车组织、相交公路上机动车、行人等安全现状，运用铁路轨边地面接近报警技术与线路空间上多目标跟踪雷达识别技术组成的一套对线路上行驶的机车行为动态进行全封闭、全过程、全方位的监控报警和道路封闭系统。

1 系统组成及工作说明

1.1 系统构成简述

本系统由系统控制核心、地面监测子装置和线路上空间多目标跟踪监视装置组成。地面（轨边）监测装置实现机车车辆进入防控区后的报警监控功能;多目标跟踪雷达装置实施对进入防控区内的机车车辆进行全程跟踪，对在防护区内出现的机车车辆异常停车、逆向行驶等险情启动非常报警功能。

设备报警采用红绿灯、语音报警两种通用的警示装置，采用道闸实现公路道口的拦截，对铁路线路的封闭。段内公铁平交道口机车接近报警与道口封闭系统图如图1

1.2 系统采用主要设备及技术指标

1.2.1 系统主机

系统主机采用无风扇嵌入式工业计算机，Intel Processor I3/I5 双核处理器，4 GB 内存，整机具有丰富的I/O 界面。支持 Windows 7/8/10、Linux 等操作系统。满足设备控制系统软件运行和2个多目标雷达的运行。并配置远程无线监控功能，可以实现远程编程修改、设备状态监控、实时数据调阅、历史记录查询等。

1.2.2 多目标跟踪雷达和地面接近传感器

（1）多目标跟踪雷达

选用德国SMS-UMRR系列通用交通管理雷达，设计思想极为先进，采用微带平板天线，用宽波束来覆盖四条车道以上车道，通过测距、测角、和独有的多目标跟踪技术来精确定位车辆，以实现目标精确定位，误差不超过 0.25米。

本系统采用Type29雷达，雷达发射频率 24.0-24.25GHz，探测距离（车辆）不大于160m，监视区域方位角+/-18°，最小探测距离 1.5m，响应时间 50ms，测距精度 小于+/-2.5%或者小于+/-0.25m，封装 坚固、防水外壳，IP67级，安装高度1m-10m。

提供多种标准数据接口：RS485，Can Bus，Ethernet（POE），WiFi， 继电器等。

适应任何恶劣环境，工作温度范围从零下 40 度到零上 80 度。

（2）轨边接近传感器

本系统选择铁路通用的接近传感器，响应频率100HZ。安装在线路上距道口应大于80M（直线距离）。

1.3 系统工作说明

对段内公铁平交道口两侧线路各100米区域设置机车车辆接近报警安全监控区域，多目标跟踪雷达检测距离应大于100M，雷达始终处于定向检测状态，响应时间 50ms;设备监视系统同时装配视频监控功能，对道口中央区域，道路两侧近60米区域进行可视化实时监控，并具有记录回放功能;同时配置无线收放功能。

1.3.1 系统设备检测报警工作说明

当机车出入库作业进入公铁平交道口安全防控区域时，系统通过地面感应传感器向系统控制工控机发出有车辆进入的报警信号，工控机接到报警信号后启动安装在道口的红绿灯指示装置，先是黄灯闪烁，而后红灯点亮，安装在道口的道闸栏杆随机降落封锁铁路切断公路交通，同时语音提示报警装置不断重复的发出有机车通过的报警提示，通过该道口的汽车车辆待停在铁路线路两侧的道闸栏杆以外，保障机车调车作业安全和汽车车辆及人员的安全。

与此同时，系统安装在铁路线路公路道口两侧的多目标雷达跟踪监控开启，对本防护区内运行的机车车辆进行动态跟踪，机车车辆不断接近公路道口雷达装置始终处于报警状态，当机车车辆正常通过道口后，本侧雷达检测到机车车辆已通过，向系统控制工控机发出解除报警信号，工控机即向报警装置发出解除报警信号，报警装置绿灯点亮，红灯熄灭，道闸栏杆抬起，汽车和行人通过。而另一侧的雷达开始对该车实施去向跟踪，此车正常驶离道口方向行驶，雷达视为车辆行走正常，如该车在系统防护区内停车，目标跟踪雷达装置视该车行为异常，并将报警信号发送到系统控制工控机，工控机再次启动安装在道口的红绿灯指示装置，先是黄灯闪烁，而后红灯点亮，安装在道口的道闸栏杆随机降落封锁铁路切断公路交通，同时语音提示报警装置不断重复的发出有机车通过的报警提示，通过该道口的汽车车辆待停在铁路线路两侧的道闸栏杆以外，保障机车调车作业安全和汽车车辆及人员的安全。

如防护区内有双向会车时，多目标雷达识别装置按照驶近道口（来向）报警，驶离（去向）道口视为正常的原则对防护区内的机车车辆实时全程的跟踪监控，能实现机车双向通过、单向通过等多种调车作业的接近红绿灯指示报警、语音提示报警与道口封闭功能。

1.3.2 系统软件

本系统监控软件由系统监控软件和多目标跟踪雷达设置软件2部分组成。

设备监控软件是在台达工业组态软件的平台上按照道口机车接近安全防控动作编制而成，多目标雷达设置软件为雷达产品自带。

（1）系统监控软件

本系统设备应用于铁路站场、段内公铁平交道口机车車辆接近报警和道口封闭系统，专用的监控软件简单直观，在设备监控软件主页面上用鼠标点击事件操作窗口就可直观的浏览现场各车道车辆运行动态，报警事件历史资料，系统操作记录等。

图形化操作界面实时显示被监视股道上机车车辆有无，机车车辆进入防控区设备传感器检测到后，设备报警装置：红绿灯工作否？语音报警是否开启？道闸栏杆是否下落等。

还可通过雷达监视软件实现防控区内机车车辆异常停车、逆行等事件实施监控和回放。

本系统软件采用台达工业组态监控系统SCADA，即数据采集与监视控制系统平台。它是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统;它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警、生成图表等功能。SCADA系统对提高工业生产、调度控制等的可靠性、安全性、经济效益与工作效率、减轻人员负担及减少劳动力、实现自动化与现代化方面有着巨大作用。

（2）雷达设置软件

TMConfigurator设置软件—全新的TMConfigurator软件，简单而直观，允许设置任何安装场景，从单个雷达传感器到整个交叉路口及多路口网络和高速公路。

TMConfigurator软件的安装向导功能使得雷达传感器的项目规划和现场安装变得简单，作为一个直观的分步指南，从传感器安装地点的规划、选择雷达、配置到在十字路口实际安装雷达。只需一个简单的设置窗口和一个可视化的地图，Easy Mode带有帮助和解释设置的功能。显著的特征是“现场感知”和“引导对准”，这意味着传感器本身会向安装者提供帮助，给于安装位置的反馈便于实际对准/指向应该覆盖的交叉路口的区域

2 系统设备安装说明

2.1 系统设备布置

如图5所示，设备控制柜安装在道口的一侧线路外道口附近，地面接近感应开关安装在道口防护区的两侧要求的远端，构成设备防护区域;两个多目标跟踪雷达分别安装在道口一侧的对角上，检测前方线路上运行的机车车辆行驶状态;红绿灯报警、语音报警、封闭道闸安装在线路外两侧道口对角上，起到极佳的报警和线路封闭作用，确保了调车作业和过路车辆及行人的安全。

2.2 系统主要设备安装要求

2.2.1 多目标跟踪雷达安装技术要求

将雷达架设在铁道道床边上距离股道大约3-5M、距道口5M的 4 米高的立杆上，雷达的水平监视区域方位角+/-18°，这是雷达的水平波束覆盖角度。由于机车车体较为高大，雷达的俯仰角可安装为0°。图6中我们看到水平方向波束几乎全部覆盖，尽管理论上两个雷达波束中间有所形成的盲区，从本侧雷达波束盲区到对侧雷达探测巨小距离波束见的距离只有 8m，而且，机车本身长度达几十米，即使一部分车头驶入雷达检测盲区，但是车身仍在雷达的检测范围之内，所以，用 TYPE29 雷达，来检测一个单边线路防控区域是可行的。

雷达立杆高度应符合线路电气化安全红线要求，杆体应符合室外监控设备制造技术规范，杆体上配装室外电气控制箱应符合户外设备电气安全技术规范，并做好接地。杆体基座制作应符合室外电气设备安装基础建设技术规范。

2.2.2 轨边传感器安装技术要求

本系统接近传感器安装时传感器外沿距钢轨内侧壁距离： 85+5-2毫米;顶部距钢轨平面距离60轨为37+2毫米（通常为37～38毫米），50轨为35+2毫米。图7所示

2.2.3 设备各部电缆敷设技术要求

本设备选用KVVP4*1.0钢带铠装信号电缆，沿轨边道床地埋敷设。道床上过轨处，采用贴地面石渣明敷。沿轨边道床上敷设的电缆埋深不低于0.7M，穿过道路处地下顶管，穿管敷设。如图8所示。

3 结语

通过对段内公铁平交道口的两侧铁路线路上机车行车组织、相交公路上机动车、行人等安全现状的分析，运用铁路轨边地面接近报警技术与线路空间上多目标跟踪雷达识别技术组成的一套对线路上行驶的机车行为动态进行全封闭、全过程、全方位的监控报警和道路封闭系统，用于实时采集机车车辆在道口防控区的动态信息、及时示警并封闭道口，确保道口机车调车作业安全和公路上车辆与行人的安全，最终实现了预期的设计目标，使其发挥实际应用的价值。