铁路沿线长距离主动阻挡防护系统设计

【摘要】针对铁路沿线日趋严峻的安全防护现状，提出一种基于高压脉冲探测器的长距离主动阻挡防护系统设计。系统采用模块化设计，可组网运行，可实现远程监控，主动阻挡报警，实时监测铁路沿线报警信息及设备运行情况，实时长距离数据传输，并能与原有的监控设备联动。

【关键词】铁路；长距离；主动阻挡；高压脉冲探测器

近年来，随着我国铁路建设的快速发展，铁路改造提速，高速铁路里程不断增加，铁路沿线的安全防护成为一个急待解决的重要问题。人员及大型牲畜非法穿越铁路、在轨道上放置异物等等危险行为，都会给列车安全运营造成严重事故隐患。

近年来，铁路部门选择在车站周围，岔道口，隧道的出/入口及桥梁安装监控摄像机，通过铁路沿线铺设的光纤或以无线方式将视频信号传输到最近的站点监控中心，或者直传到铁路局监控中心，以便发现停留在铁轨上的人或动物，同时在部分路段架设防护栏，以阻挡人畜穿越。

但传统的视频监控存在以下弊端：

（1）若有人或大型牲畜非法穿越铁路，监控系统只能被动记录，无主动阻挡或延缓非法穿越功能；

（2）需要人工实时监视视频信息，难免遗漏非法入侵事件；

（3）视频监控设备故障率高，日常维护工作量大。

同样，传统的防护栏易被损毁和翻越。

由此可见，传统的防护手段已经无法满足铁路发展的需要。本文提出的基于高压脉冲探测器的长距离主动阻挡防护系统有效的解决了上述问题，系统采用模块化设计，可组网运行，可实现远程监视，主动阻挡报警，实时监测铁路沿线报警信息及设备运行情况，实时长距离数据传输，并能与原有的监控设备联动。

1.系统结构

铁路沿线长距离主动阻挡防护系统由硬件和软件两部分组成。系统架构如图1所示。

1.1 硬件结构

系统硬件包括：前端防护栏、高压脉冲探测器、中继器、集控器（报警接收机）、声光报警器、服务器、客户终端、打印机等设备。

（1）前端防护栏

前端防护栏包括：支撑杆、绝缘子、合金线、警示牌、万能固定底座、避雷器等设备。前端防护栏可根据现场情况选择合适的架设方式，既可架设在铁路沿线原有防护栏的上端，如图2所示。又可以落地架设。

（2）高压脉冲探测器

探测器安装在前端防护栏附近，每个探测器防护区域最大为1km。

内部RS485模块传输距离8km，可接收/发送远程设置数据、该终端探测器下辖的防区报警数据、设备运行实时监测数据。

（3）中继器

长距离铁路沿线防护，超过8km需增加1台中继器，起到数据传输中继作用。相邻的2台中继器之间可挂接8台高压脉冲探测器。

（4）集控器（报警接收机）

1台集控器最多可管理60台中继器，480台探测器，系统最大防护距离496km。

（5）声光报警器

配置在现场或各个监控中心，实现实时报警信息声光提示。

（6）服务器

服务器用来构建Internet网络，实现终端数据共享。

（7）客户终端

可用GIS地图方式远程查询现场每个防区实时动态信息，通过权限设置进行远程操作、查询历史报警事件记录、查询设备故障信息、查询现场人员巡检记录等。

1.2 软件配置

系统软件包括：服务器软件、客户端软件。

2.系统设计

2.1 高压脉冲探测器

（1）探测器工作原理

探测器内部包括：高压发生模块、探测报警事件反馈模块、巡检考核模块、RS485总线模块、电源模块、显示模块等。探测器产生的高压输出为低频脉冲信号，通过高压绝缘导线与铁路沿线的前端防护栏连接。探测器将产生的高压脉冲信号施加于前端防护栏的起始端，高压脉冲信号沿前端防护栏的金属导线由起始端传向终端。再通过高压绝缘导线施加到探测器的高压输入端。

探测器为双防区防护，每个防区由发射和接收两部分组成，其工作原理如图3所示。每个防区的高压脉冲信号从发射端“TOx”传到前端防护栏上，然后回到主机的接收端“INx”例如第一防区：一路高压脉冲信号从发射端“TO1”传到前端防护栏上，然后回到探测器的接收端“IN1”，另一路高压脉冲信号从发射端“TO2”传到前端防护栏上，然后回到探测器的接收端“IN2”，从而在前端防护栏第一防区形成两个回路。

（2）报警触发原理

当前端防护栏的防区内某处发生短路、断路或触网时，探测器触发报警设备发出报警信号；探测器AC220V电源断电或外置备用电源能量不足时也会触发报警。

探测器探测前端防护栏信号时，默认设定为连续3个脉冲信号不正常时，才输出报警信号，可避免动植物、人等偶然触及前端防护栏引起的虚假报警。

（3）数据传输

每台探测器最大防护距离为1km；每台探测器在系统中都有预先设置好的唯一ID号；探测器实时监视下辖的防区内短路/触网/开路报警信息，并形成报警事件数据帧，等待集控器轮询上传数据。

（4）巡检考核

探测器内置无线刷卡模块（RFID），日常巡检人员只要随身携带工号卡，进入现场探测器30米范围内即可录入该人员工号，作为巡更考核数据。

2.2 中继器

每台中继器在系统中有唯一的组别号；每台中继器下端挂接8个探测器，中继器管理着8个探测器的数据交换，数据交换物理传输接口为RS485总线。

每台中继器与相邻的中继器之间最大距离为8km，当接收到集控器发送的数据上传请求后，中继器将对应ID号的探测器报警事件数据、巡检考核数据、设备运行状态数据帧上传至集控器。

2.3 集控器

集控器将收集到的各个探测器的数据信息，经过处理后通过RS232接口上传至本地监控中心，本地监控中心根据接收到的数据将报警信息显示在显示屏的GIS地图上，并能触发监控中心内的声光报警设备。

2.4 后台软件

后台软件通过接收和处理现场数据，将防区内的布防及报警信息直观地显示在上位机界面上。同时，通过服务器软件进行数据交换，实现远程监视现场情况。

3.系统功能

（1）系统具有威慑、阻挡、报警三重功能。

（2）系统实现触网、短路、断路三种报警模式。

（3）系统防护距离及数据传输距离长，最远防护及数据传输距离496km。

（4）系统通过RS485总线可远程设置探测器布防/撤防，并设置不同的工作电压等级。

（5）系统具有现场巡检考核功能，可记录人员巡检时间，地点等信息。

（6）系统不受气候、植物、小动物等因素影响，误报率低。

（7）系统可实现组网运行，通过权限设置进行远程操作，可随时查看现场运行及报警信息。

（8）系统具有可扩充性，RS485总线或开关量信号可以与其他安防设备联动（如与110或固定电话实现联动报警）。

（9）系统可以配备DC12V，4AH蓄电池，能够在220V断电后自动启动蓄电池，并触发断电报警。

4.技术指标

目前国内铁路沿线的安全防护手段还是以人工巡防为主，高科技的技术与产品应用的较少。本文提出的基于高压脉冲探测器的长距离主动阻挡报警系统可以部署在铁路全线路段，不受地形，环境，气候，光线等影响，克服了传统视频监控系统及传统防护栏的弊端，能有效地减少入侵事件的发生，该系统为铁路沿线的安全防范提供了一套全新的，完整的解决方案。

参考文献

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基金项目：2011年杭州市信息服务业产业发展资助项目（杭财企〔2012〕573号）。

作者简介：陆杭（1965—），男，浙江杭州人，工程师，浙江亚卫通科技有限公司研发中心副主任，主要负责公司硬件产品的研发与系统集成工作。