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鐵路道口無人（少人）值守智慧管理系統
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摘要：
本方案從鐵路道口存在的安全隱患著手，利用現在成熟的太陽能無線傳感技術、多系統互聯技術、視頻監控分析技術構建一套鐵路系統綜合管理解決方案，實現眾多鐵路道口自動化管理，提高道口管理的安全性，并實現無人值守或者單人多點值守，大幅釋放道口管理的人力成本。
鐵路道口無人（少人）值守智慧管理系統
一、引言
我國國土面積廣闊交通網絡發達，截至2022年底，全國綜合交通網絡的總里程超過600萬公里。其中公路里程達535萬公里，鐵路約為15.5萬公里，形成了以公路以及鐵路為主體的全球最大的交通運輸網絡。
隨著國民經濟及鐵路跨越式發展的深入，列車的運行密度、速度及載重不斷提高，公路運輸工具數量也迅速增加，穿越道口的機動車輛越來越多，道口碰撞事故不斷發生，這不僅中斷鐵路運輸、嚴重影響了交通系統的運行，還導致人民生命和財產的損失。
二、現狀分析
鐵路與公路的平交道口作為限制機車速度及運輸安全的重要因素正在逐步改為立交或者拆除，現階段仍然存在比較多的平交道口都是對當地群眾通行有重要影響，拆除跟改造成本過高，勢必會讓這個問題長期存在。要保證鐵路道口的安全通行需要道口安全員提前知道列車的到來，確保有足夠的時間來清空道口，關閉欄桿，從而使公路交通不影響鐵路交通，確保道口通行安全，因此每個道口迫切需要列車來車能提前探知跟提前通知的設備。
現在我國站內道口來車管理大多還是處于靠電話通知和道口工眺望的狀態，只有少數采用電子技術手段輔助管理。分析現有國內外減少道口事故的技術，普遍還是采用鐵軌端安裝磁電感應的傳感器，采用布置信號電纜的方式連接值班室主機，來車時通知道口值守人，由道口值守人處理。
目前國內鐵路與公路的平交道口我們主要分為兩類。
第一類：城區平交道口。
有值守崗亭，有看守人員，公路端有護欄，當火車近道口一公里時鳴笛提醒崗亭看守人員，由看守人員控制放下公路端護欄。
第二類：城郊線平交道口。
無崗亭，無看守人員，無護欄。設立有人看守道口成本較大，固定投資就要上百萬，看守人員工時成本每年也要幾十萬。
問題一：如果各個平交道口都設立人員看守，不僅人工成本高，而且人工管理更繁瑣。
問題二：有沒技術手段在減少人力管理成本的同時最大化的保證鐵路道口的安全同行。
問題三：不管是城區平交道口還是城郊的平交道口前期規劃里沒有在離道口1公里左右鐵路端特意預設好電源線跟信號線，如果新增設備需電源供電跟有線信號傳輸意味著需要重新拉線布線，不僅審批手續麻煩，而且施工代價非常高。有沒有無需布線的無線傳感器，既能自主供電，又可以遠距離傳輸？
針對這些問題，我們根據鐵路道口的實際情況，在現有技術的基礎上升級優化，全新打造了整套鐵路道口無人（少人）值守智慧管理系統，是為鐵路平交道口實施無人（或少人）值守而定制研發的自動控制系統，主要以太陽能無線傳感器為基礎，提供多種告警手段和數字視頻監控功能。系統綜合了列車接近感應、公路端喊話提醒、交通信號燈聯動、自動聯動護欄、圖像采集、視頻復核、手機端通知及管理、通訊和數據等高科技技術，提高了道口的安全性，實現了道口安全管理的數字化、網絡化、自動化和智能化。值班人員不僅可以隨時觀看各個鐵路道口的視頻圖像，還可以根據需要實時控制各個道口的欄木機，安全有效的保證通行車輛和行人的安全。
三、系統構成
鐵路道口無人（少人）值守智慧管理系統分為道口前端設備及基于互聯網的綜合管理平臺。
道口前端設備：
道口前端設備是完成無人道口值守各項任務的主要執行者。它可根據前端檢測設備發回來的信號控制電動欄桿升降、聲光報警、啟動公路端語音廣播、聯動交通信號燈、監控、錄像等功能，也可根據需要支持現場工作人員的操作。
道口前端設備包括：電動欄桿（選配、根據每個道口的情況選擇安裝不安裝）、攝像機、聲光報警器、擴音器、交通指示燈、太陽能無線紅外光墻傳感器、鐵路道口控制器等設備。
綜合管理平臺：
鐵路道口無人（少人）值守智慧管理平臺是鐵路道口來車警示智能化管理系統核心，是總控軟件，可以管理某個鐵路段，甚至某個鐵路局下轄所有鐵路道口都可以匯總統一管理。
硬件設備：工控計算機；軟件：鐵路道口來車警示智能化管理平臺軟件。
四、工作流程：
在距鐵路公路平交道口1公里-1.2公里的鐵軌兩側安裝太陽能紅外光墻，其工作原理中中間形成多組紅外光線，當列車駛入時阻斷紅外光線即觸發信號，以無線信號的形式發送至鐵路道口控制器。
當鐵路道口控制器接收到前端紅外光墻發送過來的信號時執行同步執行以下動作：
- 即刻聲光報警提醒道口值班人員。注意：如無人值守道口則無需外接聲光警笛；
- 聯動交通信號燈，公路端信號燈點亮紅燈；
- 聯動電動欄桿，執行放下動作；
- 即可啟動公路端語音廣播，播放“列車即將過道口，請在警戒線外安心等候，注意安全！”等相關語音；
- 上傳至某鐵路局或者某鐵路分段“鐵路道口來車警示智能化管理平臺”統一管理；
6、多個路段責任人手機端推送。
五、系統具備功能
1、雙向來車檢測。
不管任一方向列車駛來近道口時都可檢測到，駛入報警，駛出屏蔽不報警，保證系統只在駛入時觸發后續所有動作。
2、多系統全自動聯動。
包括語音廣播、道口攝像機、電動欄桿都可自動執行，從而多方位保障道口安全。
3、多層級管理，為實現無人值守或者少人值守提供技術保障。
3.1、微信操作界面
主要提供給路段負責人使用，可使一個人管理多個道口甚至整個路段的道口。
支持接警、反向撤布防、可記錄1000條歷史記錄（如報警記錄、布撤防記錄或上線斷線記錄等）、一個微信號可綁定多臺道口控制器，管理多臺道口控制器、也支持多個微信管理一臺道口控制器，最多支持50個微信號同時管理一個道口控制器。
3.2、恒博鐵路道口來車警示智能化管理平臺軟件
智能化管理平臺軟件可以將下轄所有道口信息匯總管理，并具備故障接收、視頻自動彈屏、視頻自動錄像、視頻查看等等功能，結合前端多系統自動聯動，和平臺管理軟件的匯總功能，從而為實現無人值守道口管理提供完整解決方案。
部分軟件功能介紹
a、軟件概述
智能化管理平臺軟件運行在Windows環境下，通過網絡通訊云平臺，采用IP網絡方式和專業高速通訊協議進行數據傳輸和處理，具有報警響應時間短、系統容量大、可靠性高、數據安全、擴充性強、施工簡單、操作方便、建設投資少等特點，實現了對多道口控制器信息的接收和管理，實時存儲歷史記錄，并支持文檔導出打印。
b、功能介紹
（1）軟件主界面與狀態顯示
主界面中，每個按鈕表示一個道口“道口控制器”，代表某一個鐵路公路的平交道口。選中該圖標鼠標右鍵，可實現對該用戶的遠程布防，遠程撤防，遠程緊急報警等功能。最大可管理100萬個站點或者平交道口；支持各道口平面圖導入；平面圖上實際產品模型圖布置。
（2）多屏顯示報警事件：對任何一類突發警情都能實現三屏同步顯示：第一屏顯示該警情精準的百度地圖，迅速鎖定出警路線；第二屏顯示該警情的點位分布圖和詳實的用戶信息；第三屏顯示警情現場的視頻畫面，復核報警事件的有效性。
（3）系統以阿里云和騰訊云雙服務器做后臺支持，一主用，一備用雙服務器協同運行機制，保障了數據傳輸的安全性和可靠性。
（4）支持多級聯動接警： 檢測到列車駛入后，某路段責任人手機上第一時間接收報警信息，并查看相應視頻畫面視為一級通知；整個路段或者某個鐵路局安裝了鐵路道口來車警示智能化管理平臺軟件的電腦屏幕上同步分屏顯示百度地圖，同時彈出報警點位分布圖，并調取對應監控圖像視為二級通知。
（5）完整的用戶資料信息：每個道口的名稱、地址、平面圖、視頻圖、聯系人、聯系電話、備用電話以及鐵軌處太陽能紅外光墻觸發時間、觸發位置、觸發次數、道口控制器布撤防狀態、道口設備工作是否正常等信息。
（6）監控視頻、截圖存儲功能：來車時聯動的監控視頻一旦被彈出，系統將自動啟動錄像、截圖功能，并實時存儲。
（7）分權限管理：平臺共設有超級管理員、管理員和操作員三種權限管理，增強系統的安全性。
（8）數據備份和恢復功能：重要的數據庫資料如客戶資料、電子地圖、報警信息等系統將實時備份，一旦系統遭到雷擊或其他不可抗拒力量破壞能及時恢復，保障了系統的安全性。
六、系統解決痛點
1．減少安裝工程量。
首先是城區鐵路公路的平交道口還是城郊的平交道口前期規劃里沒有在離道口1公里左右鐵路端特意布置好電源線跟光纜信號線，如果新增設備需電源供電跟有線信號傳輸意味著需要重新拉線布線，不僅審批手續麻煩，而且施工代價非常高，為了降低成本，增加安裝點位置的靈活性，所以本方案采用的是太陽能一體的紅外光墻，太陽能板集成在設備表面，一體式設計，讓施工組裝更簡單，其采用自然光以上的光源即可正常供電，全年陰雨天都沒關系，適應性更強，信號無線信號傳輸的前端探測設備。
其次由于檢測設備安裝于距離道口較遠的地方，地形相對較復雜，中間可能有建筑、山包等遮擋物，所以對信號傳輸有著比較嚴格的要求，所以信號傳輸采用具備遠距離發送能力跟擁有極強穿透力的軍用跳頻技術，保證信號的穩定性。
太陽能供電、遠距離無線信號傳輸技術，讓整個系統施工環境最惡劣的環節變的及其簡單，即裝即用。
2、進一步提升道口通行安全。
列車駛過警戒線，即刻聯動電動護欄、警示廣播、交通信號燈等，不僅規避了人防懈怠、注意力不集中引起事故的弊端，還可大幅提高有人值守無人值守道口列車通過的安全性。
3、釋放人力，提升效能。
本系統可將每個道口關乎安全的設備設施聯動起來，結合成熟的視頻監控聯動復核技術，實現道口的安全管理無人值守或者少人值守。系統搭建完成后一般一個鐵路局只需設置兩個工作崗位，一為鐵路道口來車警示智能化管理平臺軟件專人管理，工作內容包括軟件維護、故障記錄、視頻監控復核、維護記錄、排除故障反饋記錄等工作；二為巡檢維護故障處理人員，比如整個寧波車務段只需配備一個責任人，通過手機接收分配給其管理各道口的地理位置、視頻畫面、故障信息等，便于精準及時去處理。大大減少道口安全員人員配備，不斷縮減這部分人員支出，讓人力資源管理更優化。
七、主要產品參數
監控系統采用海康螢石攝像機，電動欄桿跟交通信號燈常規就行，因為只需開關量信號輸入會執行動作即可，所以這里不做贅述。
前端鐵軌處檢測設備：四光束太陽能全無線紅外光墻（HB-T001R4）
（1）產品特點及功能
·太陽能供電，無需外接電源線；無線信號報警，無需外接信號線，真正的全無線光墻。
·安裝不用鋪管布線，維護不用查線，節省管線等材料費，減少工程量降低安裝維護成本。
·無需太陽直射，陰雨天也能把光線轉化為電能，供對射正常使用。
·具有故障自檢功能。
·太陽光干擾時能自動屏蔽，不誤報，主機有強光干擾提示。
·大功率無線信號發送，具有較強的抗干擾能力。
·完備的防衛能力：入侵者無法以快速跳躍、匍伏或其它動作通過隱形紅外防衛射束網的防范范圍。
·良好的抗干擾特性：當昆蟲或小動物等通過紅外防衛射束網時，由于不能完全遮斷紅外防衛射束,所以不會產生誤報警。
·嚴密的防破壞能力：當紅外對射被破壞或撬砸時，報警信號輸出電路將自動輸出無線報警信號。
·可全天侯工作：紅外對射探測器具有抗不良天氣環境干擾能力。
（2）技術參數
實景安裝圖例
八、系統應用風險分析
1、前端太陽能紅外光墻到鐵路控制器的無線信號丟失風險。雖然本方案中無線信號傳輸采用的是目前行業最先進的軍用調頻+跳頻無線電技術，但是在特殊情況下還是會存在信號丟失的可能性，比如強電磁波沖擊，信號模塊損壞等。信號丟失意味著后續交通信號燈、護欄、語音廣播等都不會啟動，存在一定的風險。建議在距道口不同間距處安裝多對太陽能光墻做檢測，如500米處，1000米處，1200米處，多對分階段探測，某一對光墻信號丟失時其余光墻正常探測，就像現代飛機一般至少都有2個引擎的，有的大的雙通道飛機配有4個引擎，在正常飛行的過程中，所有引擎都是工作的，遇到故障的時候，所有的引擎中只要有一個引擎在工作，飛機都是有動力的，可以飛行并安全著陸。通過這個方法可大幅降低因信號丟失而引起安全事故的風險。
2、對安裝環境有一定的要求。作為該系統的前端探測設備我們均采用了太陽能供電技術，雖然不要求太陽光直射，在自然光條件即可正常工作，但對于一些光線長時間達不到太陽能板最低光照要求（最低光照不少于1800Lux）的安裝環境，供電就無法正常有序地進行。
3、其他互聯設備故障。目前電動護欄跟交通信號燈發生故障時暫時無法主動上傳故障信息，目前兩種應對方法，一為平臺軟件管理人員在平臺管理時需關注道口的彈屏監控畫面，觀察畫面中電動護欄及交通信號燈是否處于正常狀態；二為設置故障報修電話警示牌，當通行者發現故障時可快速的報修，便于路段責任人安排人員及時有效排障。
九、結束語
通過現有技術加強我國鐵路道口的現代化改造，必將提高道口管理的自動化水平，提升道口通過的安全性，對于減少道口事故、保障人民生命財產安全、提高鐵路公路運營效率有著十分重要的意義。
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