夏炳勛,田學(xué)剛

(濰坊科技學(xué)院 智能制造學(xué)院，山東 濰坊 262700)

0 引言

國(guó)內(nèi)鐵路研發(fā)成果推動(dòng)高速列車的快速發(fā)展，不僅體現(xiàn)在行車速度的提升，還表現(xiàn)為通車頻次的提高。與此同時(shí)也給列車的運(yùn)行安全帶來(lái)了不小的壓力，特別是對(duì)鐵路道口部位的安全運(yùn)行管理提出了更高要求。因此，傳統(tǒng)的人工操作和安全防護(hù)設(shè)施監(jiān)測(cè)手段已經(jīng)無(wú)法滿足行車需求，成為鐵路道口行車安全的重要問(wèn)題[1]。

目前普遍采用對(duì)講機(jī)向駐站員提醒列車的接近情況，主要靠人員責(zé)任心來(lái)維系安全系數(shù)，使安全工作壓力過(guò)大，長(zhǎng)期壓力下，容易引起工作人員工作上的疏漏，而導(dǎo)致行車事故甚至人員傷亡，因此需要采取合理有效的防范措施。但是，鐵路沿線環(huán)境安全問(wèn)題排查時(shí)間緊、工作量大、整治困難，受環(huán)境人員素質(zhì)等因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)漏洞和失誤。隨著鐵路安全管理的日益嚴(yán)格，通過(guò)人力和物力進(jìn)行安全防護(hù)的方式與當(dāng)前需求不相匹配，如今鐵路道口設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，安全防護(hù)設(shè)備的數(shù)量多且安裝位置不集中，因此無(wú)法通過(guò)一套控制設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理?，F(xiàn)在安全設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)仍舊依靠安全員的日常檢查來(lái)完成。這種方式不僅效率低下，而且在安全性上無(wú)法得到充分的保障[2-3]。

由上述分析可以得出，為了滿足各種鐵路區(qū)段道口安全防護(hù)的需要，必須研發(fā)出一種全新的安全防護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)使用要求：1)適用各種情況下的外部條件，不同鐵路線、地形的道口都可以滿足使用要求；2)系統(tǒng)的防護(hù)監(jiān)測(cè)功能能夠完全擺脫鐵路電務(wù)區(qū)間的限制；3)能夠及時(shí)記錄、上傳、分析列車行進(jìn)位置以及鐵路道口的位置和安全防護(hù)裝置運(yùn)行情況。最終將車輛和道口信息進(jìn)行整合，全面掌握列車與道口距離、行進(jìn)速度與防線等信息，提前作出預(yù)判預(yù)警，減少人工防護(hù)作業(yè)壓力，提升自動(dòng)化防護(hù)設(shè)備可靠程度[4]。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

本系統(tǒng)呈現(xiàn)的是一套完整的鐵路道口安全防護(hù)信號(hào)裝置的監(jiān)測(cè)方法。這套系統(tǒng)由安放在車內(nèi)和鐵路道口的硬件設(shè)備以及具有多種控制功能的軟硬件組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接主要通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，由于鐵路具有一定的長(zhǎng)度，而且兩側(cè)沿線的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，道口分布離散，鐵路道路的位置不集中，通過(guò)預(yù)埋電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸遠(yuǎn)沒(méi)有GPRS無(wú)線傳輸方式經(jīng)濟(jì)可靠，更重要的是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式在日常維護(hù)上具有較大優(yōu)勢(shì)[5]。

1.1 硬件架構(gòu)

本系統(tǒng)一共由3個(gè)硬件架構(gòu)組成，分別是主站、子站和客戶端。

主站部分：功能主要包括采集數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算、客戶端應(yīng)用服務(wù)、系統(tǒng)管理和日常維護(hù)以及web站點(diǎn)發(fā)布等，同時(shí)需要做好通訊保障、數(shù)據(jù)分析和帶有全球廣域網(wǎng)(web)功能的工作站。

子站部分：首先是終端設(shè)備的研發(fā)，主要有兩部分構(gòu)成，分別為安裝于列車內(nèi)部和列車道口，前者監(jiān)測(cè)列車行進(jìn)數(shù)據(jù)，主要有位置、速度、方向等，車內(nèi)設(shè)備利用GPRS網(wǎng)絡(luò)與子站連接，將數(shù)據(jù)上傳至主站[6-7]；道口設(shè)備將采集、接受的模擬信號(hào)、設(shè)備開關(guān)量傳輸至系統(tǒng)服務(wù)器，并根據(jù)服務(wù)器反饋指令完成預(yù)警動(dòng)作，以語(yǔ)音提醒的方式告知鐵路員工和旅客。其次是客戶端系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)滿足具有安全防護(hù)管理權(quán)限的客戶進(jìn)行基本業(yè)務(wù)操作和相關(guān)應(yīng)用的使用。

1.2 軟件架構(gòu)

軟件架構(gòu)包括3個(gè)模塊：客戶端、服務(wù)層(主要包括通訊服務(wù)、繪圖維護(hù)服務(wù)、web服務(wù)和管理服務(wù))和數(shù)據(jù)層(主要包括實(shí)時(shí)庫(kù)和歷史庫(kù))。

軟件架構(gòu)中主要內(nèi)容介紹如下。

實(shí)時(shí)庫(kù)服務(wù)：保存和處理前置機(jī)節(jié)點(diǎn)廣播的數(shù)字量、模擬量數(shù)據(jù)幀，再按照設(shè)定的理論模型值和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)算出故障點(diǎn)和給出報(bào)警信號(hào)，并告知列車過(guò)道口所處的狀態(tài)，實(shí)時(shí)庫(kù)和人機(jī)界面、歷史庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

歷史庫(kù)服務(wù)：保存必要的模擬量信息、設(shè)備信息、報(bào)警信息等，和實(shí)時(shí)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行通訊且將數(shù)據(jù)寫入服務(wù)器。

Web發(fā)布服務(wù)：通過(guò)Web服務(wù)把系統(tǒng)的應(yīng)用功能提供給權(quán)限用戶。

權(quán)限管理服務(wù)：主要管理各級(jí)人員權(quán)限。

通信服務(wù)：負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳輸給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 通信服務(wù)架構(gòu)

安全防護(hù)系統(tǒng)子站利用車載以及道口無(wú)線終端，收集并上傳車輛位置和道口設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體傳輸線路如圖1所示。

圖1 通信架構(gòu)圖

從圖1來(lái)看，所有數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程采取的是無(wú)線透明信息通道，為確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中處于安全狀態(tài)，系統(tǒng)DTU模塊采取的是串口運(yùn)行模式，該模式首先將串口導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，然后通過(guò)無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)上傳至運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，并利用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)，通過(guò)路由裝置和系統(tǒng)防火墻與通訊服務(wù)器連接，最后由接受數(shù)據(jù)的通訊服務(wù)器其還原為串口信息，并傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后以相同數(shù)據(jù)路徑回傳數(shù)據(jù)，相應(yīng)終端設(shè)備最終得到DTU串口數(shù)據(jù)，以上為數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜窟^(guò)程[8-10]。

而這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和安全，還提供了安全技術(shù)解決方案，以確保數(shù)據(jù)安全可靠。采取措施如下：

1)網(wǎng)絡(luò)之間互連的協(xié)議(Internet Protocol，簡(jiǎn)稱IP)過(guò)濾技術(shù)。

信號(hào)監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┒喾N應(yīng)用服務(wù)，但所有客戶端必須通過(guò)無(wú)線商用互聯(lián)網(wǎng)IP進(jìn)行登錄，簡(jiǎn)單來(lái)講就是借助中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(China Mobile Network，簡(jiǎn)稱CMNET)才能登錄信號(hào)監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)，并進(jìn)行一些運(yùn)維操作。鑒于用戶的訪問(wèn)方式，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)采用用戶IP過(guò)濾的方式，防止非法IP訪問(wèn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供最大保障。

2)身份授權(quán)和密碼認(rèn)證體系。

為了進(jìn)一步保障安全性，在IP過(guò)濾技術(shù)的基礎(chǔ)上又增加了密碼驗(yàn)證環(huán)節(jié)，并預(yù)先將訪問(wèn)用戶的登錄信息錄入到系統(tǒng)中，包括客戶端MAC地址及登錄驗(yàn)證密碼，用戶可以通過(guò)用戶身份標(biāo)識(shí)號(hào)(Identification，簡(jiǎn)稱ID)和對(duì)應(yīng)的密碼來(lái)認(rèn)證信息并訪問(wèn)系統(tǒng)。

3)數(shù)據(jù)安全加密通道。

為保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全可靠，所有采集到的數(shù)據(jù)的都必須經(jīng)過(guò)算法加密后再進(jìn)行傳輸，本系統(tǒng)采用的是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(data encryption standard簡(jiǎn)稱DES)。

4)訪問(wèn)過(guò)程跟蹤。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還會(huì)記錄全部訪問(wèn)用戶的信息，主要內(nèi)容有客戶身份信息、用戶IP信息、訪問(wèn)時(shí)間信息、數(shù)字簽名認(rèn)證信息、維護(hù)等，為維護(hù)人員查詢操作記錄提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

5)數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)。

為避免數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤和缺失的現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)十六位循環(huán)冗余碼(cyclic redundancy check，簡(jiǎn)稱CRC)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，只有通過(guò)CRC檢驗(yàn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)才能被傳輸。

2 監(jiān)控與預(yù)警功能研制

2.1 主監(jiān)控功能研制

客戶端設(shè)備的使用和管理權(quán)限有嚴(yán)格等級(jí)劃分，包含4個(gè)用戶等級(jí)，從高到低分級(jí)分別為路局、各段、車間和工區(qū)，方便各個(gè)用戶結(jié)合工作需求對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)管理和使用[11]。

道口報(bào)警信息通過(guò)如圖2的模擬圖的方式展現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)列車位置信息與所監(jiān)測(cè)的狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題(例如缺失或者錯(cuò)位)的時(shí)候，就會(huì)立即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者手機(jī)短信的方式進(jìn)行報(bào)警，讓相關(guān)人員立即對(duì)此進(jìn)行協(xié)調(diào)和處理。

圖2 道口報(bào)警管理模擬圖

道口報(bào)警管理模擬圖表示的具體設(shè)備包括以下四部分：

1)信號(hào)機(jī)。

如圖2所示，其中數(shù)字“1”對(duì)應(yīng)的是1號(hào)鐵路到的信號(hào)設(shè)備，相應(yīng)的數(shù)字“2”對(duì)應(yīng)2號(hào)鐵路道口的信號(hào)設(shè)備，相應(yīng)鐵路道口上的白色信號(hào)指示燈用圓圈“R”表示，紅色信息指示燈用圓圈“W”標(biāo)記。

2)軌道控制條件。

在道口安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模擬圖中，分別用符號(hào)“ST”、 “XDT” 、“SDT”和“XT”標(biāo)記不同的繼電器裝置。根據(jù)列車經(jīng)過(guò)繼電器裝置的時(shí)間先后，并根據(jù)“ST”——“XDT”——“SDT”——“XT”軌道電路繼電器占用順序來(lái)對(duì)道口的設(shè)備進(jìn)行控制。

3)道口控制區(qū)段方向條件。

以泰安至肥城鐵路線之間的K22+511 m鐵路道口為例，列車道口站內(nèi)控制主要是針對(duì)列車上行到達(dá)通知繼電器(SDT)以及列車下行接近通知繼電器(XT)的控制條件。如果列車以上行方向通過(guò)鐵路道口，輸出占用條件需同時(shí)滿足道口設(shè)備實(shí)測(cè)列車上行到達(dá)通知繼電器(SDT)以及列車下行接近通知繼電器(XT)的控制條件。而列車行進(jìn)方向是下行時(shí)，道口設(shè)備采集的實(shí)際數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)一致，主要包括通過(guò)時(shí)間和通過(guò)順序，此時(shí)實(shí)際列車過(guò)道占用條件等同于標(biāo)準(zhǔn)情況下列車過(guò)道占用條件[12]。

除上述情況外，還有一些非標(biāo)準(zhǔn)鐵路道口控制電路可能存在于其他道口信號(hào)裝置中。針對(duì)這種情況，會(huì)在圖中用列車通過(guò)帶紅光非標(biāo)準(zhǔn)控制條件進(jìn)行標(biāo)識(shí)，同時(shí)，列車實(shí)際通過(guò)鐵路道口時(shí)，對(duì)應(yīng)鐵路道口列車占用軌道的實(shí)際情況也會(huì)在監(jiān)測(cè)設(shè)備的模擬圖中顯示出來(lái)。

由于在控制鐵路道口的電路是由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的繼電器和電路裝置組成的，因此在繼電器XT與SDT、ST和XDT之間可能會(huì)存在控制裝置監(jiān)測(cè)的盲區(qū)，因此，當(dāng)列車道口通過(guò)的是模擬列車，且列車長(zhǎng)度較短或者是單列車時(shí)，控制裝置監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)不到列車，模擬圖不顯示模擬紅光帶，只顯示鐵路道口實(shí)際通車情況。

4)告警指示燈。

8個(gè)告警指示燈反應(yīng)的是鐵路道口對(duì)應(yīng)的8個(gè)實(shí)際工作情況，分別是“1”過(guò)車警示燈、“2”電源警示燈、“3”燈絲警示燈、“4”音響警示燈、“5”故障警示燈、“6”復(fù)原警示燈、“7”延時(shí)警示燈、“8”確認(rèn)警示燈，正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不顯示，出現(xiàn)故障顯示紅色燈報(bào)警。

2.2 列車過(guò)道口預(yù)警功能研制

列車在正常運(yùn)行的時(shí)候，車載信息裝置按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔和傳輸頻率將列車的全球定位系統(tǒng)(global positioning system，簡(jiǎn)稱GPS)定位信息上傳至控制系統(tǒng)服務(wù)器，當(dāng)其與道口預(yù)警裝置達(dá)到一定的距離時(shí)，系統(tǒng)服務(wù)器依據(jù)位置數(shù)據(jù)計(jì)算得出列車距離預(yù)警道口的長(zhǎng)度，并判斷列車對(duì)于道口的相對(duì)速度和行進(jìn)方向[13]。數(shù)據(jù)計(jì)算的整個(gè)過(guò)程與列車行進(jìn)同步開展，服務(wù)器只要接收到新GPS數(shù)據(jù)就會(huì)對(duì)其進(jìn)行重新計(jì)算。

2.2.1 啟動(dòng)預(yù)警命令功能

列車實(shí)時(shí)位置經(jīng)過(guò)系統(tǒng)服務(wù)器的計(jì)算，導(dǎo)出結(jié)果為列車向著道口方向行進(jìn)且到達(dá)預(yù)警位置，系統(tǒng)服務(wù)器將迅速把相關(guān)參數(shù)傳輸至將通過(guò)的鐵路道口監(jiān)測(cè)裝置，此時(shí)預(yù)警裝置將以語(yǔ)音和電子屏的方式向站內(nèi)員工和乘客進(jìn)行預(yù)警提醒，且實(shí)時(shí)監(jiān)控道口安全防護(hù)設(shè)施是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)工作人員處理不到位時(shí)會(huì)迅速做出處置[14]。

2.2.2 停止預(yù)警命令功能

列車通過(guò)鐵路道口后，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的位置信息計(jì)算結(jié)果，顯示列車與道口相對(duì)于行進(jìn)方向相反，且超過(guò)預(yù)警距離時(shí)，預(yù)警裝置的服務(wù)器則判斷為預(yù)警解除，同時(shí)向道口的預(yù)警提示設(shè)備發(fā)送暫停預(yù)警提示的命令，相應(yīng)裝置接到暫停預(yù)警的命令后，將立即停止語(yǔ)音或電子屏提示[15]。列車駛離距離和車速有關(guān)，行車速度越慢，相對(duì)距離越近，反之則距離越大。

1)例如：列車車速為36 km/h(10 m/s)時(shí)，GPS信息刷新時(shí)間間隔為30 s，則有：

10 m/s×30 s= 300 m

即列車駛離預(yù)警終端設(shè)備且距離為300 m后停止預(yù)警。

2)例如：列車車速為72 km/h(20 m/s)時(shí)，GPS信息刷新時(shí)間間隔為30 s，則有：

20 m/s×30 s = 600 m

即列車駛離預(yù)警終端設(shè)備且距離為600 m后停止預(yù)警。

3)例如：列車車速為120 km/h及以上時(shí)，服務(wù)器在列車駛離道口1 km時(shí)下發(fā)停止預(yù)警命令。

2.2.3 暫停預(yù)警和恢復(fù)預(yù)警功能

當(dāng)列車駛近車站道口但卻未到停車點(diǎn)需要提前停止行進(jìn)時(shí)，此時(shí)列車上的終端設(shè)備傳輸?shù)奈恢脭?shù)據(jù)不在發(fā)生變化，監(jiān)控設(shè)備檢測(cè)到的速度降為0，系統(tǒng)服務(wù)器計(jì)算判定列車為停車狀態(tài)，系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)送暫停預(yù)警命令給道口客戶端設(shè)備，此時(shí)道口終端預(yù)警設(shè)施也會(huì)立馬暫停預(yù)警行為，并同步對(duì)外語(yǔ)音輸出：“車停！”的提示音，在列車重新啟動(dòng)行至預(yù)警位置期間不發(fā)出預(yù)警提示。

當(dāng)列車再次正常啟動(dòng)到接近道口時(shí)，系統(tǒng)服務(wù)器判定列車到達(dá)預(yù)警位置，重新啟動(dòng)與正常過(guò)道口車輛相同的預(yù)警機(jī)制，相關(guān)語(yǔ)音、電子屏提示設(shè)備也恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)；假如列車啟動(dòng)后沿著遠(yuǎn)離道口方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則預(yù)警裝置不發(fā)出預(yù)警提示，全面解除預(yù)警狀態(tài)[16]。

3 道口監(jiān)測(cè)單元開發(fā)與研制

3.1 嵌入式中央處理器芯片結(jié)構(gòu)及原理

道口監(jiān)測(cè)單元所使用的芯片為C8051F系列的混合信號(hào)系統(tǒng)單片機(jī)，該系列的單片機(jī)由SiliconLab芯片生產(chǎn)企業(yè)研究設(shè)計(jì)，達(dá)到了工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并采用嵌入式的集成方式，包含標(biāo)準(zhǔn)雙向I/0接口線64根，內(nèi)外部采用配置字方式相連接，實(shí)現(xiàn)資源共享。主中央處理器(central processing unit，簡(jiǎn)稱CPU)包括溫度傳感器、定時(shí)器、內(nèi)部振蕩器、電源監(jiān)視器、電壓比較器、看門狗定時(shí)器、電壓基準(zhǔn)、可編程計(jì)數(shù)/定時(shí)器陣列，儲(chǔ)存方面含有64 k字節(jié)的程序FLASH存儲(chǔ)器和4352字節(jié)SRAM存儲(chǔ)器，集成有2路12位DAC、2路12位DAC、8路12位ADC、8路8位ADC，以及PGA、SMBUS/I2C、SPI、邊帶掃描接口等元器件，特別是12位ADC可以實(shí)現(xiàn)100 ksps的實(shí)時(shí)采集速率，8位ADC采集速率更高，可達(dá)到500 ksps，所以，設(shè)備完全可以滿足模擬信號(hào)的快速高效的采集要求。

3.2 信號(hào)采集

3.2.1 信號(hào)燈信號(hào)輸入采集

通過(guò)圖3的電路圖來(lái)看，信號(hào)燈被施加某一驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，此時(shí)在電路中產(chǎn)生電流I，考慮信號(hào)燈一般功率較小，因此電路中電流大小介于10 mA到100 mA之間，電流通過(guò)弱電電流互感器CT被線性轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由于該電壓信號(hào)與電流呈線性關(guān)系，因此ADC實(shí)際檢測(cè)出的電壓信號(hào)線性對(duì)應(yīng)點(diǎn)燈電流大小[17]。

圖3 信號(hào)燈采集電路圖

實(shí)測(cè)的ADC電壓Ud=R×I，則I=Ud/R，信號(hào)燈電阻Rd=U點(diǎn)燈電壓/I=(U點(diǎn)燈電壓/Ud)×R。

通過(guò)測(cè)量得到信號(hào)燈兩端的電壓為220 V/50 Hz的交流電壓，根據(jù)計(jì)算可得信號(hào)燈的電阻。此計(jì)算電阻值方法適用于鎢絲材質(zhì)和LED材質(zhì)的信號(hào)燈。特別指出，鎢材質(zhì)的燈絲通電時(shí)溫度升高，實(shí)際電阻值將提高為常溫狀態(tài)下的七到十倍。

3.2.2 開關(guān)量輸入采集

如圖4(a)為常開點(diǎn)線路圖和(b)常閉點(diǎn)線路圖所示，電路采用光電耦合裝置，繼電器設(shè)為常閉點(diǎn)和常開點(diǎn)，整個(gè)回路的采集節(jié)點(diǎn)為繼電器初始狀態(tài)時(shí)的接通點(diǎn)。

圖4 常開點(diǎn)、常閉點(diǎn)線路圖

3.2.3 模擬信號(hào)輸入采集

如圖5(a)所示，對(duì)220 V交流電進(jìn)行降壓得到所需的±2.4 V交流電，為了滿足CPU ADC的要求，再通過(guò)電路進(jìn)行處理，輸出有效值電壓為0～2.4 V的直流電壓信號(hào)。

如圖5(b)所示，由于電路中直流電壓信號(hào)比較高，通過(guò)電阻進(jìn)行降壓，經(jīng)緩沖后輸入線性光電隔離裝置輸出可以保證CPU ADC元件穩(wěn)定運(yùn)行的電壓。

圖5 交直流模擬信號(hào)輸入采集線路圖

3.3 車載信息單元開發(fā)與研制

3.3.1 車載設(shè)備主單元模塊

列車內(nèi)安裝有可以接受其GPS位置信息的車載裝置，系統(tǒng)服務(wù)器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收位置信息[18]。IMX28主板是以ARM926EJ為內(nèi)核的ARM9處理器作為主CPU，主板頻率達(dá)到了454 MHz，該主板支持包括DDR2、mDDR、SDRAM等多種格式的內(nèi)存芯片，可以支持6 個(gè)硬件串口，內(nèi)部設(shè)置電源管理，外部電壓輸入達(dá)到+5 V就能滿足使用要求。集成線路板線路布局嚴(yán)格參照EMC/EMI標(biāo)準(zhǔn)，為6層設(shè)計(jì)規(guī)格，可在-40～+85 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行工作。

3.3.2 車載信息單元樣機(jī)說(shuō)明

車載設(shè)施的前部面板中，數(shù)字“Ⅰ”和數(shù)字“Ⅱ”表示雙機(jī)熱備的兩部分，兩者之間相互備份，該設(shè)備在以GPRS為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自動(dòng)閉塞、非自動(dòng)閉塞線路段和車站內(nèi)設(shè)有安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的線路段得到廣泛適用。相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 車載設(shè)備參數(shù)表

4 設(shè)備安裝與測(cè)試

4.1 設(shè)備安裝

4.1.1 道口設(shè)備的安裝

鐵路道口設(shè)備的主機(jī)采用水平的方式進(jìn)行安裝，位置選在道口設(shè)備柜的水平隔板的某層。配備吸盤式GPRS天線。為滿足具有語(yǔ)音提示功能的擴(kuò)音器在室外極端天氣下的使用效能，設(shè)備增加了防水性能[19]。此外由于晝夜客流量和噪音分貝的不同，擴(kuò)音設(shè)備還可設(shè)定有晝夜兩個(gè)音量模式可以定時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。通常從早七點(diǎn)到晚七點(diǎn)為正常音量大小，其他時(shí)間的音量為該時(shí)間段音量的1/6，既能滿足工作需要，又可以保障周圍住戶正常的生活秩序。

鐵路道口控制裝置的按鈕主要分布在前板和后板。

4.1.2 車載設(shè)備的安裝

車載終端的兩種外形和加固設(shè)計(jì)，充分考慮設(shè)備的實(shí)用性和安裝的便捷性。其一是在設(shè)備前面板預(yù)留孔位，通過(guò)螺栓和三腳架進(jìn)行加固。其二是設(shè)備底部面板左右兩邊各有一個(gè)耳孔，在安裝車載設(shè)備的平面上進(jìn)行打孔后固定。列車可以根據(jù)預(yù)留空間的情況和工作需求合理選擇車載設(shè)備固定方法。雙機(jī)熱備工作狀態(tài)下的設(shè)備面板，其中“I”部分施加5 V直流電，指示燈亮起表示該部分正常工作，位置系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)有序運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.1.3 備用電源

為保證設(shè)備供電，車載設(shè)備內(nèi)置備用電源，日常工作情況下，設(shè)備工作電源除維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)外，還提供充電功能，并在內(nèi)置電路管理系統(tǒng)的作用下，進(jìn)行電源切換。一旦出現(xiàn)外部供電不足或者斷電的情況，內(nèi)置備用電源立即啟動(dòng)，主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)不受影響[20]。備用電源的續(xù)航通常超過(guò)八小時(shí)。需要注意的是，應(yīng)避免長(zhǎng)期使用內(nèi)置備用電源進(jìn)行工作，否則將影響備用電源的電池壽命，過(guò)度放電的備用電池由于供電不足，還可能造成主機(jī)電路出現(xiàn)故障。由于主電源既要維持主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，又要為備用電源充電，此時(shí)電熱損耗較大，在備用電源充電完成之前，主機(jī)外殼會(huì)發(fā)生溫度明顯上升的情況。充電完成后，熱損耗降低，機(jī)殼溫度下降恢復(fù)正常溫度。

本次測(cè)試選擇魚池與泰安兩個(gè)站點(diǎn)之間作為測(cè)試地點(diǎn)，道口距離兩個(gè)站點(diǎn)分別為12 km和11 km。

4.2 鐵路道口監(jiān)測(cè)

根據(jù)用戶工作權(quán)限和實(shí)際使用情況，在客戶端服務(wù)系統(tǒng)界面設(shè)置有樹狀菜單欄，展開后鐵路系統(tǒng)工作人員可以方便查看列車電務(wù)段及其下屬的車間子項(xiàng)和工區(qū)子項(xiàng)；車間選項(xiàng)可以查看下屬工區(qū)子項(xiàng)；工區(qū)子項(xiàng)可以查看所控制的鐵路設(shè)施。

4.3 報(bào)警記錄查詢

控制系統(tǒng)能夠記錄報(bào)警信息，并且可以查詢報(bào)警系統(tǒng)最新狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)報(bào)警信息、歷史報(bào)警信息等內(nèi)容。其中實(shí)時(shí)報(bào)警信息更新時(shí)間間隔為三分鐘，以便及時(shí)顯示最新的報(bào)警信息。

報(bào)警條件和報(bào)警權(quán)限可以根據(jù)工作需要提前設(shè)置，表2所列出的就是報(bào)警裝置的具體設(shè)置的報(bào)警條件，一旦發(fā)生滿足條件的情況，就會(huì)通過(guò)手機(jī)短信向工作人員發(fā)送報(bào)警信息。

表2 報(bào)警條件表

5 結(jié)束語(yǔ)

利用移動(dòng)數(shù)字通信公網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)GPRS作為通訊手段，研制開發(fā)了一種鐵路道口設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)了機(jī)車、道口等的地理位置信息和設(shè)備監(jiān)測(cè)信息的自動(dòng)上傳，不會(huì)因地理空間分布條件苛刻而受到影響，整體運(yùn)用上較為靈活且成本較低，采用了安全技術(shù)保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和安全。這套系統(tǒng)包括車載設(shè)備和道口終端設(shè)備等終端設(shè)備。車載設(shè)備放置和固定于列車上并和110 V電源相連接，天線放在無(wú)遮擋的地方。道口設(shè)備和揚(yáng)聲器相連，用在行人和道口員等的安全預(yù)警。終端設(shè)備有正常工作和異常工作兩種語(yǔ)音提示，便于提醒設(shè)備的工作狀態(tài)，向鐵路道口可控可防提供了有利條件，做到及時(shí)消除鐵路道口存在的安全隱患，進(jìn)一步提升安全系數(shù)。