陳偉雄

[摘要]鐵路信號(hào)設(shè)備是鐵路安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵設(shè)備，該文針對(duì)目前鐵路信號(hào)設(shè)備存在的安全隱患，在現(xiàn)有的鐵路微機(jī)信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備的條件下，設(shè)計(jì)了鐵路信號(hào)設(shè)備防盜報(bào)警系統(tǒng)，用于解決鐵路沿線鐵路信號(hào)設(shè)備遭破壞或防盜報(bào)警，確保鐵路信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]鐵路信號(hào)設(shè)備 防盜報(bào)警 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐵路電務(wù)信號(hào)設(shè)備分布范圍較廣，點(diǎn)多線長(zhǎng)，遭破壞與被盜的現(xiàn)象較嚴(yán)重，危及鐵路行車安全。目前電務(wù)部門(mén)對(duì)某些信號(hào)設(shè)備采取加固措施，但沒(méi)有從根本上解決遭破壞與被盜的問(wèn)題。研究利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)紅光帶信息以及信號(hào)變壓器箱盒、引接線等狀態(tài)信息進(jìn)行收集、處理，及時(shí)向有關(guān)部門(mén)發(fā)出報(bào)警信息，可有效防止信號(hào)設(shè)備遭破壞與被盜。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)圖1）

2、區(qū)間信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)紅光帶故障的報(bào)警設(shè)計(jì)

2.1 基本原理

某一地點(diǎn)，微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到紅光帶，判斷是否車壓過(guò)，如果是，則不收集位置信息；如果不是，延時(shí)若干秒后，則收集位置信息。

2.2 報(bào)警邏輯

（1）當(dāng)某個(gè)非邊界區(qū)段發(fā)生紅光帶時(shí)，并且它的鄰近區(qū)段都沒(méi)有被占用過(guò)，狀態(tài)延時(shí)60秒；

（2）當(dāng)邊界區(qū)段發(fā)生紅光帶時(shí)，如果該區(qū)段是相應(yīng)接發(fā)車表示燈方向的最后一個(gè)區(qū)段，并且其前一個(gè)區(qū)段沒(méi)有被占用過(guò)（因?yàn)檎Ｇ闆r下該區(qū)段前一個(gè)區(qū)段被占用過(guò)后才會(huì)紅光帶），狀態(tài)延時(shí)60秒；

（3）當(dāng)幾個(gè)區(qū)段同時(shí)紅，并且1分鐘內(nèi)相應(yīng)的接發(fā)車表示燈沒(méi)有改變過(guò)。

（4）當(dāng)以上3個(gè)條件任意一個(gè)條件滿足時(shí)，檢查被盜區(qū)段的移頻發(fā)送電流，小于報(bào)警下限則報(bào)，否則不報(bào)。

2.3 不報(bào)警的情況

（1）監(jiān)測(cè)程序啟動(dòng)30秒內(nèi)不報(bào)警；

（2）車站檢修時(shí)不報(bào)警；

（3）車站與監(jiān)測(cè)總服務(wù)器通信中斷時(shí)不報(bào)警；

（4）監(jiān)測(cè)總服務(wù)器與上位機(jī)短信報(bào)警服務(wù)器串口通信中斷時(shí)不報(bào)警；

（5）監(jiān)測(cè)程序啟動(dòng)后，某個(gè)軌道區(qū)段紅光帶時(shí)，該區(qū)段相鄰的區(qū)段均沒(méi)有被車壓過(guò)時(shí)，不報(bào)警（這樣處理是為了避免一種情況下誤報(bào)，當(dāng)程序啟動(dòng)后，正好有車壓在某個(gè)區(qū)段。這時(shí)無(wú)法判斷該區(qū)段是正常走車還是被盜，只有當(dāng)相鄰區(qū)段紅光帶時(shí)才能判斷可能是正常走車，但是如果相鄰區(qū)段沒(méi)有紅，這時(shí)是該不該報(bào)呢？如果該報(bào)，要延時(shí)多久才報(bào)呢？如果有特殊情況，比如臨時(shí)停車可能一停就是幾十分鐘，這個(gè)延時(shí)條件不好界定，所以，在程序最近一次啟動(dòng)后至少要正常走過(guò)一遍車后短信報(bào)警功能才會(huì)起作用）；

（6）某個(gè)區(qū)段紅光帶時(shí)，在一分鐘前（從占用到空閑）已有車已經(jīng)壓過(guò)該區(qū)段，則不報(bào)警。這樣做也是防止碼位采集遲遲上不來(lái)，或者程序處理不過(guò)來(lái)，碼位變化發(fā)生延時(shí)，導(dǎo)致誤報(bào)；

（7）站機(jī)配置錯(cuò)誤不報(bào)警；

（8）短信報(bào)警服務(wù)器問(wèn)題。

3、信號(hào)設(shè)備被盜時(shí)的報(bào)警設(shè)計(jì)

信號(hào)設(shè)備（箱盒、引接線等）被盜開(kāi)關(guān)量由室外信號(hào)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成，再將被盜開(kāi)關(guān)量信息送至信號(hào)設(shè)備智能報(bào)警平臺(tái)。系統(tǒng)組成如圖2所示。

每個(gè)信號(hào)點(diǎn)9路開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)，分別對(duì)應(yīng)為：3個(gè)燈位的燈絲斷絲或1/3 LED故障報(bào)警開(kāi)Yeit，4個(gè)箱盒（軌道電路發(fā)送箱、軌道電路接收箱、空芯線圈箱、信號(hào)器材箱）開(kāi)蓋報(bào)警開(kāi)關(guān)量，2個(gè)鋼包銅線剪斷報(bào)警開(kāi)關(guān)量。

室外設(shè)備的防盜開(kāi)關(guān)量均通過(guò)信號(hào)燈絲報(bào)警電纜傳輸回室內(nèi)，不影響現(xiàn)有燈絲報(bào)警電路的正常使用，不需增加電纜，減少投資，報(bào)警開(kāi)關(guān)量送回室內(nèi)后，經(jīng)過(guò)集中管理機(jī)處理，可判斷開(kāi)關(guān)量的具體位置，并通過(guò)RS-232串口將信息傳送至微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)智能防盜。

箱盒報(bào)警：箱盒開(kāi)蓋開(kāi)關(guān)量由干簧管和相應(yīng)磁鐵塊組合產(chǎn)生。干簧管安裝于箱體合適位置，磁鐵塊安裝于箱蓋的對(duì)應(yīng)位置，使箱蓋離開(kāi)箱體時(shí)干簧管的狀態(tài)發(fā)生變化。

引接線斷線報(bào)警：引接線斷線開(kāi)關(guān)量由附帶在引接線上導(dǎo)線產(chǎn)生。一旦鋼包銅線被剪斷，則相應(yīng)的附帶導(dǎo)線也被剪斷，從而產(chǎn)生狀態(tài)開(kāi)關(guān)量。

4、系統(tǒng)與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)行單向傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)

運(yùn)用串口與其進(jìn)行通信，同時(shí)串口通信只具有單向性，即只有微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向本系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞，而本系統(tǒng)不能向微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞。

4.1 串口通信的基本原理

所謂“串行通信”，是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，當(dāng)然，其傳輸速度比并行傳輸慢。相比之下，由于高速率的要求，處于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的CPU與串口之間的通訊仍然采用并行的通訊方式，所以串行口的本質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)CPU與外圍數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（或者稱為串并轉(zhuǎn)換器），即當(dāng)數(shù)據(jù)從外圍設(shè)備輸入計(jì)算機(jī)時(shí)，數(shù)據(jù)格式由位（bif）轉(zhuǎn)化為字節(jié)數(shù)據(jù)；反之，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送下行數(shù)據(jù)到外圍設(shè)備時(shí)，串口又將字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為位數(shù)據(jù)。

4.2 程序設(shè)計(jì)原理

首先初始化串口，比如端口號(hào)、波特率等屬性，然后打開(kāi)端口，通過(guò)接受緩沖區(qū)讀上行數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)送緩沖區(qū)來(lái)寫(xiě)下行數(shù)據(jù)。最后通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)來(lái)反映數(shù)據(jù)的到達(dá)與發(fā)送過(guò)程，另外，在通訊過(guò)程中的錯(cuò)誤的產(chǎn)生也可以通過(guò)CommEvent屬性來(lái)管理。

4.3 系統(tǒng)使用串口保證微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全

使用串口與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通信，主要是串口的通訊是單向的，即只有從微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中向本系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而本系統(tǒng)不向微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸，這樣就保證了微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全。

5、短信自動(dòng)群發(fā)與電話自動(dòng)語(yǔ)音通知的設(shè)計(jì)

5.1 短信自動(dòng)群發(fā)

利用GSM模塊對(duì)信息的發(fā)布也是信息管理系統(tǒng)常用的手段。計(jì)算機(jī)串口上連接GSM MODEM，用它向手機(jī)發(fā)送短消息。這種方法收發(fā)短消息又分三種模式：BLOCK模式、TEXT模式和PDU模式。PDU模式被所有手機(jī)支持，可以使用任何字符集，它也是手機(jī)默認(rèn)的編碼方式。系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)選用了PDU模式，用PDU模式收發(fā)短消息可以使用三種編碼：7-bit編碼、8-bit編碼和UCS2編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符；8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，如圖片或鈴聲等；UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)中文短消息的發(fā)送，所以選擇用UCS2編碼，即中文Unicode碼。

發(fā)送PDU串的編制分析：通過(guò)UCS2編碼我們得到中文Unicode碼，接著就可以進(jìn)行發(fā)送PDU串的編制了。從表面上看，PDU串是ASCII碼串，同樣由‘O、‘9、‘A、‘F這些數(shù)字和字母組成。它們是8位字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)，或者BCD碼十進(jìn)制數(shù)。PDU串除了包含所發(fā)送的消息本身外，還包含很多其它參數(shù)信息，如服務(wù)中心號(hào)碼、目標(biāo)號(hào)碼和編碼方式等。

5.2 電話自動(dòng)語(yǔ)音通知

系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的電話自動(dòng)語(yǔ)音通知方法是使用語(yǔ)音卡。語(yǔ)音卡是以PC為基礎(chǔ)的語(yǔ)音處理系統(tǒng)極其重要的組成部分。語(yǔ)音卡，也稱語(yǔ)音板，是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的IBM PC、AT及兼容機(jī)的擴(kuò)展卡，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音處理功能。語(yǔ)音卡具有以下幾個(gè)重要特性：

（1）計(jì)算機(jī)總線：常采用通用的總線，如ISA，PCI總線等。

（2）電話接口：模擬接口（RJll和RJl4），數(shù)字接口（E-1和TI）。

（3）語(yǔ)音總線：它是一個(gè)與計(jì)算機(jī)本身無(wú)關(guān)的總線，通過(guò)語(yǔ)音總線能夠?qū)φZ(yǔ)音卡加以控制，使音頻信號(hào)和信令能夠在不同的語(yǔ)音處理模塊之間傳輸。

6、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前鐵路信號(hào)設(shè)備分布分散、管理難度大，被破壞和盜竊嚴(yán)重的狀態(tài)，研究在現(xiàn)有的微機(jī)監(jiān)測(cè)信號(hào)設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套及時(shí)反饋鐵路信號(hào)設(shè)備被破壞和盜竊的報(bào)警裝置，可有效防止鐵路信號(hào)設(shè)備被破壞和被盜，對(duì)確保鐵路行車安全、正點(diǎn)具有重大意義。