張志鵬

（通號國際控股有限公司，北京 100070）

國外鐵路闖紅燈防護系統(tǒng)技術(shù)研究

張志鵬

（通號國際控股有限公司，北京 100070）

國外鐵路闖紅防護系統(tǒng)按照安全類型分為非故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)和故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)兩類。對國外闖紅燈防護系統(tǒng)的組成和原理進行介紹。

闖紅燈防護；信號機；速度傳感器；緊急制動；車載電子地圖

1 非故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)

非故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)由闖紅燈防護（ATSD）車載設(shè)備和軌旁設(shè)備兩部分組成，ATSD車載主機設(shè)備和地面設(shè)備均采用單套配置，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將不具備闖紅燈防護功能。由于系統(tǒng)為非安全的系統(tǒng)，因此列車運行安全由司機保證，司機依據(jù)地面信號機的顯示行車。當(dāng)列車越過紅燈信號機后，系統(tǒng)將立即觸發(fā)緊急制動使列車停車，從而實現(xiàn)闖紅燈防護功能。

1.1系統(tǒng)組成

非故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示：列車每端安裝1套ATSD車載設(shè)備，單端車載設(shè)備分別由ATSD主機設(shè)備、DMI顯示器、速度傳感器和車載接收器組成。

圖1　非故障安全闖紅燈防護系統(tǒng)組成圖

軌旁設(shè)備由地面電感器組成，安裝于線路運行方向的右側(cè)，地面電感器可以發(fā)送不同的頻率，本文以發(fā)送500 Hz和2 000 Hz頻率的地面電感器組成的系統(tǒng)介紹其工作原理。

1.2系統(tǒng)原理

地面電感器安裝于列車運行方向線路的右側(cè)，每架信號機對應(yīng)安裝1臺500 Hz地面電感器和1臺2 000 Hz地面電感器。2 000 Hz地面電感器安裝于每架信號機外方3～5 m以內(nèi)，具體安裝位置需考慮防止列車在紅燈信號機前停車時收到該地面電感器發(fā)送的頻率信息從而觸發(fā)緊急制動；500 Hz地面電感器安裝于信號機外方275 m的位置。如圖2所示。

圖2　軌旁設(shè)備布置圖

信號機軌旁箱內(nèi)設(shè)置信號機繼電器，該信號機繼電器由聯(lián)鎖系統(tǒng)控制。當(dāng)信號機顯示紅燈信號時，該信號機繼電器勵磁吸起； 當(dāng)信號機顯示允許信號時，該信號機繼電器失磁落下；500 Hz地面電感器和2 000 Hz地面電感器與信號機繼電器接點相連接，由該信號機繼電器接點控制其是否向列車發(fā)送頻率信息。

當(dāng)信號機顯示允許信號時，信號機軌旁箱內(nèi)的信號機繼電器接點將斷開相應(yīng)500 Hz地面電感器和 2000 Hz地面電感器的電路，使其處于未激活狀態(tài)，列車經(jīng)過兩臺地面電感器時，收不到任何信息。

當(dāng)信號機顯示紅燈時，信號機軌旁箱內(nèi)的信號機繼電器接點將閉合相應(yīng)500 Hz地面電感器和2 000 Hz地面電感器的電路，此時兩個地面電感器被激活向列車發(fā)送頻率信息。當(dāng)列車收到500 Hz地面電感器頻率后，車載DMI顯示設(shè)備向司機發(fā)出語音和顯示報警，此時司機需對列車進行減速操作，在250 m內(nèi)將列車運行速度降至30 km/h以下，系統(tǒng)會通過速度傳感器計算列車的移動距離并在250 m位置監(jiān)測列車的運行速度，如果發(fā)現(xiàn)列車運行速度高于30 km/h，系統(tǒng)將立即觸發(fā)緊急制動。500 Hz地面電感器設(shè)置的作用：一方面是為了提醒司機前方為紅燈信號機，另一方面使司機提前減速，確保列車在紅燈信號機前可以停車。

如果列車以低于30 km/h的速度繼續(xù)前行冒進紅燈信號機，車載設(shè)備將收到2 000 Hz地面電感器的頻率信息立即觸發(fā)緊急制動以實現(xiàn)闖紅燈防護功能。如果2 000 Hz地面電感器故障或丟失，系統(tǒng)此時將不能實現(xiàn)闖紅燈防護功能。

車載傳感器安裝于列車運行方向的右側(cè)，與地面電感器安裝位置相對應(yīng)，始終接收列車運行方向右側(cè)的地面電感器頻率信息。列車運行線路上的反向信號機地面電感器由于安裝于線路左側(cè)，列車首端經(jīng)過時不會讀取到該地面信息，不會觸發(fā)緊急制動。因此非故障安全的車載系統(tǒng)不需配置車載電子地圖。車載接收器布置如圖3所示。

圖3　車載接收器布置示意圖

2 故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)

故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)由車載ATP設(shè)備和軌旁設(shè)備兩部分組成，車載設(shè)備一般選用具有SIL4安全等級的二乘二取二或三取二結(jié)構(gòu)的ATP設(shè)備，軌旁采用具備SIL4安全等級的歐標(biāo)應(yīng)答器，該系統(tǒng)為安全系統(tǒng)，因此列車運行安全由系統(tǒng)保證，司機依據(jù)車載信號顯示行車。

2.1系統(tǒng)組成

故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。車載設(shè)備由ATP主機設(shè)備、速度傳感器、雷達、BTM天線和DMI顯示器組成。

圖4　故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

軌旁設(shè)備采用無源應(yīng)答器，有源應(yīng)答器和LEU組成，有源應(yīng)答器通過電纜與室內(nèi)電子編碼單元LEU連接，LEU由聯(lián)鎖控制。

2.2系統(tǒng)原理

在每架信號機外方一定距離內(nèi)線路中心安裝由有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器構(gòu)成的應(yīng)答器組。無源應(yīng)答器存儲列車運行前方的線路數(shù)據(jù)，有源應(yīng)答器向列車發(fā)送移動授權(quán)信息。列車運行進路末端紅燈信號機內(nèi)方的一個閉塞分區(qū)將作為overlap保護區(qū)段，如圖5所示，以四顯示自動閉塞區(qū)段為例。

圖5　故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)原理圖

當(dāng)列車通過應(yīng)答器組時，BTM天線接收地面應(yīng)答器的信息，車載根據(jù)接收信息確定列車的定位，并且根據(jù)獲取的移動授權(quán)生成如圖5所示的列車運行目標(biāo)速度-距離曲線，

系統(tǒng)將列車實際運行速度與速度監(jiān)控曲線進行比較，當(dāng)列車實際運行速度接近列車速度監(jiān)控曲線時，通過DMI向司機報警；當(dāng)列車實際運行速度超過列車速度監(jiān)控曲線時，觸發(fā)常用制動減速或者緊急制動停車。

當(dāng)列車接近移動授權(quán)終點，且速度低于緩解速度 （配置為20 km/h） 時，司機可駕駛列車停在信號機前等待信號開放。信號機開放后，司機根據(jù)信號機顯示，啟動列車低于緩解速度越過信號機，收到新的移動授權(quán)后，車載將根據(jù)移動授權(quán)計算新的速度監(jiān)控曲線，并監(jiān)督列車的運行。

如果列車冒進未開放的信號機，車載將啟動冒進防護，實施緊急制動停車。由于車載設(shè)備可以從無源應(yīng)答器獲取前方線路的數(shù)據(jù)信息，從前一架黃燈信號機位置的有源應(yīng)答器獲取本架信號機顯示紅燈的信息，因此當(dāng)紅燈信號機對應(yīng)的有源應(yīng)答器故障或丟失時，系統(tǒng)也會立即觸發(fā)緊急制動實現(xiàn)闖紅燈防護功能。

3 結(jié)束語

非故障安全的闖紅燈系統(tǒng)技術(shù)上易于實現(xiàn)，系統(tǒng)車載軟件設(shè)計相對簡單，不需配置車載電子地圖或者從軌旁獲取線路數(shù)據(jù)。同時非故障安全的闖紅燈系統(tǒng)可基于既有聯(lián)鎖系統(tǒng)，僅需在其基礎(chǔ)上增加ATSD車載設(shè)備和部分軌旁設(shè)備，投資成本較低，對于鐵路信號技術(shù)水平薄弱，經(jīng)濟水平又比較落后的國家，從技術(shù)要求和經(jīng)濟成本角度考慮，其更傾向于選用該系統(tǒng)。故障安全的闖紅燈防護系統(tǒng)車載軟件設(shè)計復(fù)雜，需根據(jù)線路數(shù)據(jù)和移動授權(quán)生成目標(biāo)距離曲線，并且實時監(jiān)控列車的運行速度確保列車安全運行。故障安全的闖紅燈系統(tǒng)軌旁需配置新的聯(lián)鎖系統(tǒng)和ATP防護等設(shè)備，投資成本相對較高，適用于技術(shù)要求高且經(jīng)濟比較發(fā)達的國家。

通過對國外闖紅燈防護系統(tǒng)技術(shù)的了解，有助于向國外提供更有競爭優(yōu)勢滿足用戶需求的信號系統(tǒng)解決方案，進一步擴大中國鐵路技術(shù)和產(chǎn)品在海外市場上的推廣和應(yīng)用。

The Automatic Train Stop at Danger System （ATSD） in foreign countries is classifi ed into two kinds depending on its safety type such as non fail-safe and fail-safe systems. The paper gives a research on the composition and principles of the ATSD system.

ATSD； signal； speed sensor； emergency braking； onboard electric map

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.04.025

2016-03-14）