矿区铁路道口无人值守系统研究与应用

李电强

（开滦（集团） 有限责任公司，河北 唐山 063018）

1 概 况

矿区专用铁路是连接矿区各矿井及有关单位的专用线，我国大部分老矿区铁路道口采用有人值守模式，道口设置的栏杆或栅门，由道口看守员负责看护和操作。当看守员接到电话通知或列车接近的自动通知后及时关闭栏木，与此同时用音响器和闪光的道口信号机向公路车辆和行人报警，列车通过后立即开放栏木。多年来，有关公司研制了城市铁路道口的全自动无人值守自动控制系统，实现列车到来时自动报警并放下栏杆，列车离开时自动取消报警并升起栏杆的功能。许多煤炭企业也实施了矿区铁路道口改造，但不可避免受到诸如技术、安全、通行保障、成本等的限制。基于对无人道口技术研究和开滦矿区道口现场改造实际，提出一套完善的铁路道口无人值守系统改造方案，并经过现场实际验证，取得非常好的效果，为矿区更新换代、智能化改造、无人值守少人巡视、安全高效生产提供有力支持。

2 系统总体设计

矿区铁路道口无人值守系统由现场设备层、网络传输层和系统管理层三层结构组成，如图1 所示。设备层包括车轮传感器、栏杆门、摄像头、红外探测传感器、信号机、PLC 控制柜、语音单元、夜间（补光） 照明等，现场采集车轮传感器、栏杆门控制器、红外探测传感器等信号数据传输至道口的分站PLC（该分站具有远程、就地控制功能），与现场音视频信号进行集成后，通过有线和无线网络传输至集控室主站控制设备；网络传输层包括交换机、光电转换器、无线网桥、光纤线路等；系统管理层包括主控制柜、上位机、显示屏、硬盘录像机、语音单元、控制系统软件等，集控室将接收到的数据信息经过加工处理，通过显示系统、语音系统、主站PLC 的逻辑运算处理、上位机控制界面或者控制柜的按钮，对道口的设备实现自动或远程控制。

图1 系统结构Fig.1 System structure

当火车距离道口达到限定监测位置时，设在道口两端的公路端信号机显示交替闪烁红灯信号并鸣响报警音。行人、车辆停在道口外安全区域等待，道口栏杆可自动放下或由集控室值守人员通过道口音视频监视系统，根据道口行人、车辆情况远程控制栏杆动作；当火车通过道口达到限定监测位置后，道口栏杆可自动或由集控室值守人员远程控制道口栏杆抬起，道口公路端信号机显示白灯信号并消除报警声。

栏杆放下时，若有行人、车辆进入到道口区域内（即视频监控报警区域），视频监控模块输出报警信号，系统自动进行报警。提醒集控室值守人员和火车司机注意道口区域行人、车辆情况，铁路信号灯变为红色，栏杆门重新抬起，待行人、车辆离开道口区域后，栏杆门放下。

在集控室值守人员可实时监控道口的情况，当道口出现紧急情况，值守人员可以对道口自动运行状态进行强制解锁，获得控制权限，进行远程控制操作。

3 系统运行环境搭建

该系统作为远程监测控制系统，需要搭建运行环境。该系统需要列车监测单元、目标位置监测单元、声光预警单元部署在现场。

3.1 列车监测单元

采用PLC 控制，列车监测传感器每股道设置4个计轴传感器，安装在距离道口中心50～100 m 位置，同组2 个传感器距离0.5～1 m，布置如图2 所示。当火车经过1 号、2 号传感器，监测电路发出上行来车信号。同理，当火车经过3 号、4 号传感器，监测电路发出下行来车信号。通过采集设置在每股道的2 组传感器的信号，经过PLC 逻辑判断后，实现火车行驶方向的判定。系统设计中规定只有在0.5 s 内经过传感器1 号和2 号产生的信号为列车信号。

图2 道口计轴传感器布置示意Fig.2 Layout of gauge shaft sensor at crossing

3.2 移动目标越界监测单元

设置远红外光栅和智能视频识别设备，监测移动目标是否非法侵入道口区域。距离拦人门前方10 m、后方5 m，各处设置远红外光栅，监测移动目标（行人、车辆等） 越界情况，当火车进入道口区域，系统监测到移动目标（行人、车辆等） 非法侵入道口区域时，系统自动发出报警信号并进行告警。拦人门前方10 m 红外光栅为主动防护，火车来临时，移动目标（行人、车辆等） 遮挡红外光栅，系统自动报警，发出“小心火车，请勿靠近”语音提示；拦人门后方5 m 红外光栅为被动防护，移动目标（行人、车辆等） 非法侵入道口区域，遮挡红外光栅，系统自动报警，发出“小心火车，请速撤回”语音提示，并启动高音喇叭鸣叫。

道口设置球型摄像机，通过球型摄像机对道口区域内进行视频监测识别。当火车进入道口区域，系统自动进入视频识别状态，通过视频画面的侦测，识别出区域内非法侵入的移动目标（行人、车辆等），通过NVR 输出控制信号，启动报警并进行告警。

3.3 声光预警单元

当火车行驶至接近道口，通过计轴传感器检测到来车信号，系统自动开启道口两侧信号灯及语音系统，对行人、车辆进行声光预警，语音为“小心火车，注意安全”，红灯左右交替闪烁，提醒行人和车辆。无列车通过时，语音系统关闭，红灯灭，白（黄） 灯灯亮。

4 系统功能设计

（1） 语音扩播功能。系统设置有语音扩播系统，实现控制室对道口的语音扩播通讯。值守人员通过对现场的控制信息和视频信息的监视，当火车行进道口过程中，能对行人或车辆进行语音喊话提醒。

（2） 音视频监控功能。通过设置在铁路道口的枪式摄像机、球形摄像机和拾音器采集到道口现场的音视频信息，实现对2 个道口现场的监视。

（3） 拦人门防砸功能。沿拦人门外侧设置远红外光栅，在拦人门下降过程中如有车辆、人员通过红外检测区域，红外检测模块将报警信号输出到PLC，系统自动进行报警，提醒值班人员和火车司机；同时，拦人门停止下降，将此车辆放回。

（4） 系统保障功能模块。道口设置的计轴传感器有断线、断电保护功能，系统定时自检，发现故障及时报警；网络传输采用有线和无线双网冗余，增强了数据传输的可靠性；系统存储30 d 运行数据，可重演（回放） 该时段系统的运行情况。

（5） 远程监控功能。采用高效可靠的客户/服务器架构，控制室计算机实时监控拦人门抬/落杆、急停、报警灯报警、远程喊话、信号灯通行/禁行等设备信号状态信息，通过高清晰度的摄像机可实时监视道口现场视频图像。

（6） 事件记录功能。系统运行数据实时存储，当系统发生故障或事故时，能够调用系统内存储的运行数据和视频信息，以便对故障或事故进行分析。

（7） 数据备份功能。通过独立存储网络同步备份所有视频图像，视频图像可通过矩阵任意调取显示。

（8） 故障预警功能。系统通过实时接收处理传感数据，监测现场设备运行状态，出现故障及时预警并提示故障原因，减少故障处理时间。

（9） 权限管理功能。系统具有密码用户权限管理控制功能和密码保护功能。

（10） 接口设计。开发专用接口控制系统，实现与原有道口控制设备完全兼容，与信号系统无缝连接。

5 系统实施

该设计已在林西运输部和钱营运输部实施运行。原林西运输部2 个道口，包括劳服公司道口和砖厂道口，设有道口值班室；钱营运输部为7 股道道口，两侧设有道口值班室。值守人员通过电话和对讲机进行调车联络，人工控制道口设备，作业效率较低；安全技术防护手段落后，对道口内行人、车辆等移动目标监测功能不够完善，闯杆事件时有发生；道口无自动化设备，不能实现自动和远程控制，易造成道口区域内行人、车辆的拥堵，存在安全隐患，影响铁路运输系统的高效运行。

通过对现场分析，对道口值守系统进行整体技术改造。通过音视频监控、自动控制和计算机网络技术的有机结合，实现对道口的虚拟看守。通过对大道口栏杆门、电控系统、音视频监控系统、信号系统等设施进行建设，实现道口机电设备的自动化控制，提升道口设备的控制水平，增强安全可靠性，达到减人提效的目的。

6 结 语

基于两化融合的铁路“无人道口”已在开滦集团所属铁路道口实施推进，系统采用异构数据交换技术，构建了集视频监控、音频采集、网络传输、信息监测控制为一体的全息数据采集与控制系统平台，实现了系统的自动运行、远程集控和无人值守目标。该系统可以与铁路调度指挥系统实现无缝并联运行，对铁路运输系统综合管理平台起到辅助作用。系统逐步推广应用后，将进一步提高铁路运输安全生产和综合管理水平。