关于铁水运输车地一体智能化道口安全防护的技术研究

关于 铁水运输车地一体智能化道口安全防护的技术研究

李剑峥 1，郭金林 2

李剑峥 1，宝武集团广东韶钢松山股份 有限公司物流部工程管理主任师 工程测量工程师

郭金林2，宝武集团广东韶钢松山股份有限公司物流部副部长 铁路运输工程师

摘要：为提升冶金企业铁水运输沿途道口的安全防护水平，本文主要针对机车行驶过程与道口监控状态间缺乏有效信息交互的问题，开展了基于信号自动控车、道口异物侵限主动防御、在途机车遇道口侵限主动控制等智能化安全防护技术的对策研究，以及技术和设备验证，可满足铁水运输安全和道口交通安全的生产需求。

关键词：铁水运输、道口、智能化

1. 前言

目前，广东韶钢松山股份有限公司（以下简称韶钢）铁水运输的机车在作业时，主要依靠机车司机目视行车和观察监控视频行车，且沿途道口为全自动道口，已取消有人值守和远程操控。因缺乏有效的机控手段，机车行使过程与道口监控状态缺乏有效的信息交互，冒进、冲撞、超速运行等情况时有发生，均增加了道口安全风险、行车安全风险。机动车辆闯道口信号险造成撞火车的危险每年都会发生多起，此类现象不仅在韶钢存在，在国家铁路局以及其他冶金企业铁路运输部门也普遍发生，国家铁路局针对此问题展开了STP系统（无线调车机车信号和监控系统）以及LSP系统（本务机车调车作业安全辅助系统）的研究和推广，上述安全风险问题得到了遏制，但国家铁路无法直接照搬且无法适用于冶金企业现有铁路运输作业现状，且无法解决关闭道口后行人车辆闯入问题。

另一方面韶钢还存在公路铁路平交道口报警机制不一的严重安全隐患，目前铁水运输区域共有12个道口，因不同时期分批建设等原因，报警机制不统一，具体如下：

（1）磁钢传感器连锁道口：例如七号炉西1#道口，机车车辆运行至区段时，道口报警启动。机车车辆出现异常情况需停车处理或通过道口预警区段后又未进入道口时，该道口预警警报70秒后会自动取消，机车车辆再次启动后，该道口无法再启动报警，这是磁钢传感器联锁道口的共同缺点。

（2）轨道电路联锁道口问题：机车在道口前方未通过道口，在道口和信号机前方，道口报警，主要原因是轨道电路和信号机不一致，未通过信号机，但却已经占用轨道电路。

（3）信号机联锁道口存在问题，例如八号炉东1#道口，六号炉2#道口为信号联锁道口，只要联锁开放道口就进行报警，机车不通过报警一直存在。

2. 研究思路

2.1 通过信号、列控、道口一体化的智能化安防系统,对机车控制取代人控，道口智能化改造，对出现的行人车辆闯入信号能够进行远程驱赶并通知机车，机车自动根据报警信息状态、距离、牵引制动信息采取自动控速或控停，因此通过智能化、信息化改造，可保障铁水运输过程安全和道口交通安全，具体功能需求有：

（1） 侵线检测、提示： 行人、车辆侵入道口防护区边界，识别报警；

（2） 防护区抓拍：行人、车辆进入道口防护区，识别抓拍；

（3） 视频转播：控制中心、司机室可实时查看道口防护区视频；

（4） 语音播报：控制中心可实时向各个道口播报人工语音；

（5） 车地通信：道口显示器实时显示机车距道口距离，机车端实时监控道口报警信息，及机车距道口距离；

（6） 由单纯的道口端单向防护，转变为道口端、机车端、控制中心立体防护，提升安全等级；

（7） 道口设备统一，大幅节省维护成本，提升智能化水平。

2.2采用的方法、技术路线以及工艺流程

（1）机车上安装无线通信模块、显示器，需要在道口处安装配套的全天候摄像机、无线通信设备，即可实现车载端道口防护状态的复视。

（2）自动驾驶系统安装机车实时定位模块，定位精度达到厘米级，在道口处安装接收模块、显示器，可实现显示机车与道口距离，提醒行人及过往车辆。

（3）通过水雾作为光源载体，实现虚拟光幕技术，以代替栏木机。

（4）通过毫米波雷达成像技术，实现道口区域内实时扫描检测。

3. 技术和设备验证

3.1 系统构成

铁水运输车地一体智能化道口综合安全防控系统主要由感知单元（高清摄像机、雷达等）、警示单元（信号灯、语音设备、显示屏）、控制单元（GPU模块、通信模块）、远程控制中心单元（视频服务器、网络设备等）等组成。

3.2 关键技术

（1）道口防护状态机车上实时显示、提醒、报警技术；

（2）道口处实时显示机车与道口距离实时显示技术；

（3）虚拟光幕代替栏杆技术；

（4）毫米波雷达道口区域范围内实时检测技术。

3.3技术和设备验证

（1）道口状态机车上实时显示、提醒、报警技术，已在韶钢“钢坯线智能化运输项目”中实现，通过无线网络实现了，车载视频控制中心的实时显示，以及车辆端视频机车上的实时显示。

（2）道口处实时显示机车与道口距离实时显示技术，实现此功能关键在于能对机车或车辆进行精确定位，基于RTK技术的差分定位基站，能实现机车、车辆的厘米级定位，在韶钢现场进行了安装运用，已稳定运行一年。

（3）虚拟光幕代替栏杆技术，通过选型验证，能实现5m的可见光束，替代栏木机，已进行了相关技术验证。交叉网式光幕通过采用3点光线交叉网式检测方式，最大限度降低检测盲区，实现理想的障碍物入侵检测特性，即使在高达 100,000 lux 的高环境照明下也能提供稳定的检测。基于光轴数量，光轴间距和检测区域大小，可以根据实际道口宽度，以及入侵障碍物种类进行配置。该设备还采用多种人性化功能，包括设置模式功能，防止相互干扰功能，以及故障自诊断功能，通过水雾发生器，发射水雾，可实现可见光能见度大幅提升。下图效果是在白天有微弱水雾的情况下拍摄。

（4）毫米波雷达道口区域范围内实时检测技术，为成熟技术，已在钢坯线智能化运输项目中进行了验证。

4. 结论

4.1道口新增光幕栏杆和电子围栏，可防止车辆闯道口红灯，且能够感知违规闯入道口的车辆，将信息传递到机车，机车可以控速或控停，避免出现道口重大交通安全事故。

4. 2可以从安全角度在不同线路区间控制机车运行速度，避免司机超速行驶发生重大安全事故，不需要调车员（连接员）进行车前瞭望，防止行人、汽车误闯道口，大幅度降低了人身伤害危险因素。

4.3可解决行人、车辆闯道口现象，解决机车误闯道口现象，解决道口误报警及报警解除不及时等问题，提高道口通过率、提高安全本质化。

4.4列车具有速度自动控制、禁止信号自动控制、遇道口障碍物自动控制、指定点停车、道岔和道口自动限速控制等自动控制功能，通过列车自动控制系统可防止机车冒进信号造成冲撞脱轨、挤岔事故，机车在线路区间控速后，可防止机车越出站界、撞车档。

4.5 可以在铁水调度中心远程监测全部列车所在位置、运行动态、运输动态，实时监控道口动态。

参考文献：

[1]：《工业企业厂内铁路、道路运输安全规程》GB 4387-2008 .中国国家标准化管理委员会，2009.10.1修订实施

[2]：《冶金企业铁路技术管理规程》.中国钢铁工业协会，2018.7.1修订实施