浙江亞衛(wèi)通科技有限公司 陸 杭

近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路改造提速，高速鐵路里程不斷增加，鐵路沿線的安全防護(hù)成為一個(gè)急待解決的重要問(wèn)題。人員及大型牲畜非法穿越鐵路、在軌道上放置異物等等危險(xiǎn)行為，都會(huì)給列車安全運(yùn)營(yíng)造成嚴(yán)重事故隱患。

近年來(lái)，鐵路部門(mén)選擇在車站周圍，岔道口，隧道的出/入口及橋梁安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)，通過(guò)鐵路沿線鋪設(shè)的光纖或以無(wú)線方式將視頻信號(hào)傳輸?shù)阶罱恼军c(diǎn)監(jiān)控中心，或者直傳到鐵路局監(jiān)控中心，以便發(fā)現(xiàn)停留在鐵軌上的人或動(dòng)物，同時(shí)在部分路段架設(shè)防護(hù)欄，以阻擋人畜穿越。

但傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控存在以下弊端：

（1）若有人或大型牲畜非法穿越鐵路，監(jiān)控系統(tǒng)只能被動(dòng)記錄，無(wú)主動(dòng)阻擋或延緩非法穿越功能；

（2）需要人工實(shí)時(shí)監(jiān)視視頻信息，難免遺漏非法入侵事件；

（3）視頻監(jiān)控設(shè)備故障率高，日常維護(hù)工作量大。

同樣，傳統(tǒng)的防護(hù)欄易被損毀和翻越。

由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的防護(hù)手段已經(jīng)無(wú)法滿足鐵路發(fā)展的需要。本文提出的基于高壓脈沖探測(cè)器的長(zhǎng)距離主動(dòng)阻擋防護(hù)系統(tǒng)有效的解決了上述問(wèn)題，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可組網(wǎng)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視，主動(dòng)阻擋報(bào)警，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵路沿線報(bào)警信息及設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸，并能與原有的監(jiān)控設(shè)備聯(lián)動(dòng)。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路沿線長(zhǎng)距離主動(dòng)阻擋防護(hù)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件包括：前端防護(hù)欄、高壓脈沖探測(cè)器、中繼器、集控器（報(bào)警接收機(jī)）、聲光報(bào)警器、服務(wù)器、客戶終端、打印機(jī)等設(shè)備。

（1）前端防護(hù)欄

前端防護(hù)欄包括：支撐桿、絕緣子、合金線、警示牌、萬(wàn)能固定底座、避雷器等設(shè)備。前端防護(hù)欄可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的架設(shè)方式，既可架設(shè)在鐵路沿線原有防護(hù)欄的上端，如圖2所示。又可以落地架設(shè)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（2）高壓脈沖探測(cè)器

探測(cè)器安裝在前端防護(hù)欄附近，每個(gè)探測(cè)器防護(hù)區(qū)域最大為1km。

內(nèi)部RS485模塊傳輸距離8km，可接收/發(fā)送遠(yuǎn)程設(shè)置數(shù)據(jù)、該終端探測(cè)器下轄的防區(qū)報(bào)警數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（3）中繼器

長(zhǎng)距離鐵路沿線防護(hù)，超過(guò)8km需增加1臺(tái)中繼器，起到數(shù)據(jù)傳輸中繼作用。相鄰的2臺(tái)中繼器之間可掛接8臺(tái)高壓脈沖探測(cè)器。

（4）集控器（報(bào)警接收機(jī)）

1臺(tái)集控器最多可管理60臺(tái)中繼器，480臺(tái)探測(cè)器，系統(tǒng)最大防護(hù)距離496km。

（5）聲光報(bào)警器

配置在現(xiàn)場(chǎng)或各個(gè)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警信息聲光提示。

（6）服務(wù)器

服務(wù)器用來(lái)構(gòu)建Internet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)共享。

（7）客戶終端

可用GIS地圖方式遠(yuǎn)程查詢現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)防區(qū)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，通過(guò)權(quán)限設(shè)置進(jìn)行遠(yuǎn)程操作、查詢歷史報(bào)警事件記錄、查詢?cè)O(shè)備故障信息、查詢現(xiàn)場(chǎng)人員巡檢記錄等。

1.2 軟件配置

系統(tǒng)軟件包括：服務(wù)器軟件、客戶端軟件。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 高壓脈沖探測(cè)器

（1）探測(cè)器工作原理

探測(cè)器內(nèi)部包括：高壓發(fā)生模塊、探測(cè)報(bào)警事件反饋模塊、巡檢考核模塊、RS485總線模塊、電源模塊、顯示模塊等。探測(cè)器產(chǎn)生的高壓輸出為低頻 脈沖信號(hào)，通過(guò)高壓絕緣導(dǎo)線與鐵路沿線的前端防護(hù)欄連接。探測(cè)器將產(chǎn)生的高壓脈沖信號(hào)施加于前端防護(hù)欄的起始端，高壓脈沖信號(hào)沿前端防護(hù)欄的金屬導(dǎo)線由起始端傳向終端。再通過(guò)高壓絕緣導(dǎo)線施加到探測(cè)器的高壓輸入端。

探測(cè)器為雙防區(qū)防護(hù)，每個(gè)防區(qū)由發(fā)射和接收兩部分組成，其工作原理如圖3所示。每個(gè)防區(qū)的高壓脈沖信號(hào)從發(fā)射端“TOx”傳到前端防護(hù)欄上，然后回到主機(jī)的接收端“INx”例如第一防區(qū)：一路高壓脈沖信號(hào)從發(fā)射端“TO1”傳到前端防護(hù)欄上，然后回到探測(cè)器的接收端“IN1”，另一路高壓脈沖信號(hào)從發(fā)射端“TO2”傳到前端防護(hù)欄上，然后回到探測(cè)器的接收端“IN2”，從而在前端防護(hù)欄第一防區(qū)形成兩個(gè)回路。

表1 高壓脈沖探測(cè)器技術(shù)指標(biāo)

圖2 前端防護(hù)欄示意圖

圖3 探測(cè)器工作原理圖

（2）報(bào)警觸發(fā)原理

當(dāng)前端防護(hù)欄的防區(qū)內(nèi)某處發(fā)生短路、斷路或觸網(wǎng)時(shí)，探測(cè)器觸發(fā)報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)；探測(cè)器AC220V電源斷電或外置備用電源能量不足時(shí)也會(huì)觸發(fā)報(bào)警。

探測(cè)器探測(cè)前端防護(hù)欄信號(hào)時(shí)，默認(rèn)設(shè)定為連續(xù)3個(gè)脈沖信號(hào)不正常時(shí)，才輸出報(bào)警信號(hào)，可避免動(dòng)植物、人等偶然觸及前端防護(hù)欄引起的虛假報(bào)警。

（3）數(shù)據(jù)傳輸

每臺(tái)探測(cè)器最大防護(hù)距離為1km；每臺(tái)探測(cè)器在系統(tǒng)中都有預(yù)先設(shè)置好的唯一ID號(hào)；探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)視下轄的防區(qū)內(nèi)短路/觸網(wǎng)/開(kāi)路報(bào)警信息，并形成報(bào)警事件數(shù)據(jù)幀，等待集控器輪詢上傳數(shù)據(jù)。

（4）巡檢考核

探測(cè)器內(nèi)置無(wú)線刷卡模塊（RFID），日常巡檢人員只要隨身攜帶工號(hào)卡，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器30米范圍內(nèi)即可錄入該人員工號(hào)，作為巡更考核數(shù)據(jù)。

2.2 中繼器

每臺(tái)中繼器在系統(tǒng)中有唯一的組別號(hào)；每臺(tái)中繼器下端掛接8個(gè)探測(cè)器，中繼器管理著8個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換物理傳輸接口為RS485總線。

每臺(tái)中繼器與相鄰的中繼器之間最大距離為8km，當(dāng)接收到集控器發(fā)送的數(shù)據(jù)上傳請(qǐng)求后，中繼器將對(duì)應(yīng)ID號(hào)的探測(cè)器報(bào)警事件數(shù)據(jù)、巡檢考核數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)幀上傳至集控器。

2.3 集控器

集控器將收集到的各個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)RS232接口上傳至本地監(jiān)控中心，本地監(jiān)控中心根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)將報(bào)警信息顯示在顯示屏的GIS地圖上，并能觸發(fā)監(jiān)控中心內(nèi)的聲光報(bào)警設(shè)備。

2.4 后臺(tái)軟件

后臺(tái)軟件通過(guò)接收和處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，將防區(qū)內(nèi)的布防及報(bào)警信息直觀地顯示在上位機(jī)界面上。同時(shí)，通過(guò)服務(wù)器軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)情況。

3.系統(tǒng)功能

（1）系統(tǒng)具有威懾、阻擋、報(bào)警三重功能。

（2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)觸網(wǎng)、短路、斷路三種報(bào)警模式。

（3）系統(tǒng)防護(hù)距離及數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)，最遠(yuǎn)防護(hù)及數(shù)據(jù)傳輸距離496km。

（4）系統(tǒng)通過(guò)RS485總線可遠(yuǎn)程設(shè)置探測(cè)器布防/撤防，并設(shè)置不同的工作電壓等級(jí)。

（5）系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)巡檢考核功能，可記錄人員巡檢時(shí)間，地點(diǎn)等信息。

（6）系統(tǒng)不受氣候、植物、小動(dòng)物等因素影響，誤報(bào)率低。

（7）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)運(yùn)行，通過(guò)權(quán)限設(shè)置進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，可隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及報(bào)警信息。

（8）系統(tǒng)具有可擴(kuò)充性，RS485總線或開(kāi)關(guān)量信號(hào)可以與其他安防設(shè)備聯(lián)動(dòng)（如與110或固定電話實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)報(bào)警）。

（9）系統(tǒng)可以配備DC12V，4AH蓄電池，能夠在220V斷電后自動(dòng)啟動(dòng)蓄電池，并觸發(fā)斷電報(bào)警。

4.技術(shù)指標(biāo)

目前國(guó)內(nèi)鐵路沿線的安全防護(hù)手段還是以人工巡防為主，高科技的技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用的較少。本文提出的基于高壓脈沖探測(cè)器的長(zhǎng)距離主動(dòng)阻擋報(bào)警系統(tǒng)可以部署在鐵路全線路段，不受地形，環(huán)境，氣候，光線等影響，克服了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及傳統(tǒng)防護(hù)欄的弊端，能有效地減少入侵事件的發(fā)生，該系統(tǒng)為鐵路沿線的安全防范提供了一套全新的，完整的解決方案。

[1]肖兒良.一種智能化的高壓脈沖電子圍欄主機(jī)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2012(02).

[2]張平.基于ARM的新型高壓脈沖電子圍欄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù),2010(12).

[3]任志杰.脈沖電子圍欄綜合安防系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)效性分析[J].廣播電視信息(下半月刊),2007(06).

[4]伍永忠.電子安全圍欄系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和市場(chǎng)前景及在國(guó)內(nèi)送變電站的應(yīng)用[J].中國(guó)安防,2008(03).

[5]林凱.張力式電子圍欄周界防范報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2011(02).

[6]胡麟蓀.隱蔽式周界防范系統(tǒng)的應(yīng)用[J].安防科技,2006(07).

[7]許軍峰,史燕,范俊波.聯(lián)網(wǎng)型周界防越報(bào)警系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2003(04).