XX钢铁铁路道口无人值守系统技术方案

1 编写目的

本文对XX钢铁内部的铁路道口无人值守系统的技术方案进行分析和设计，用来指导该系统的详细设计。

2 铁路道口现状

2.1 道口

2.1.1 道口设备参数和运行情况

2.1.1.1 主要道口设备参数

道口设备道闸控制：电源220VAC，遥控器控制，抬/落杆时间均为5秒。通过改造后，使用开关量控制；。

报警器规格：电源36VAC，采用100W灯泡。

目前，道口的电源都是来自于附近的高炉，均为220VAC。 2.1.1.2 设备运行情况

道口报警与道闸动作的时间关系为：火车头（或尾）接近道口50米左右时，声光报警响起；然后等待15~20秒后，开始落下道闸杆；火车尾（或头）一过道口离开段，马上抬杆放行。延时2秒左右，取消声光报警。

2.1.2 各个道口基本情况

2.1.2.1 1#道口

1#道口指1#高炉与炼钢厂之间的大道口。机动车和人均允许通过。 当夏天雨季来临时，1#道口附近的铁轨会严重积水，铁轨表面就会布满水，清理水需要5~6小时。1#道口的道口值班室，职能包括：轨道衡值班、火车调度值班等。

目前，1#道口因施工停止通过。2月份后，炼钢厂需要向北扩，与轧钢厂的位置平齐，靠1#道口比较近（具体距离见后面的道口平面图）；炼钢厂北移后，炼钢厂北面中间的轨道向东移，因此，该轨道从炼钢厂出来后将变直。另外，炼钢厂北扩后，会新建转炉，因此，天车吊铁水罐的位置也会向北移20多米。粗略估计，当火车头卸下铁水罐，离开一段距离停止时，火车头离道口只有5～6米。

在炼钢厂内，2条铁道是分开的，而且西边轨道比东边的长10多米。

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2.1.2.2 2#道口

2#道口（小）：指1#高炉与炼钢厂之间的小道口，主要通过铲车，上露天料；一般不允许其它机动车通行；允许人走。 2.1.2.3 3#道口

3#道口（小）：指1#高炉与2#高炉之间的小道口，主要是人行道口，不走机动车。 2.1.2.4 4#道口

4#道口：指2#高炉与3#高炉之间的大道口，机动车和人均允许通过。目前声光报警器和道闸均配备，最为繁忙。 2.1.2.5 5#道口

5#道口：指3#高炉与4#高炉之间的道口。只通过铲车上露天料，一般不允许通过其它机动车；允许人通行。

2.2 高炉

1#高炉比较特殊，向南没有铁轨，出铁水过程为：火车向北运行，经道岔并到东边轨道，然后倒车向南运行到炼钢厂。

1#高炉附近的单轨在改造后，会变短，大概10米左右（现30米左右）。 2#高炉、3#高炉和4#高炉内部的轨道均为双向轨道，火车都可以双向运行。

一般情况下，当1#高炉（450m3）、2#高炉（580m3）、3#高炉（450m3）都正常运行时，需要2辆火车在轨道运行。当4#高炉（1080m3）正常生产时，需要3~4辆火车在铁道上运行。

2.3 铁道和火车相关

2.3.1 基本铁道参数

铁轨参数：50铁轨，50kg/m，长12.5m。 火车轮间距：1435mm。

火车车头单侧2个车轮，铁水包单侧4个车轮。

2.3.2 火车运行情况

火车运行速度：5~6Km/h，空载车（以下简称“空车”）速度稍高，装载铁水的火车（以下简称“实车”）速度较低，一般要求不超过5Km/h。 一般情况下，火车会拉3~4节左右的铁水罐（每节铁水罐长度为7.5米，车头基本也7.5米）。火车拉的铁水罐数量因铁道的不同而不同，其中，

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东边的铁道（该轨道在炼钢厂的尽头有坑道，比西边的短10多米），最多允许拉4节铁水罐；西边的铁道，最多允许拉7节铁水罐。 一般情况下，1个车头用1个铁道：空车拉，实车倒，车头始终朝北。其中，当实车到达炼钢厂后，到达合适位置。处于安全考虑，火车头卸下铁水罐，开出来后在外面，等待铁水罐清空，再挂上空铁水罐。有时，空载火车头会到别的高炉，拉新的铁水罐。

正常情况下，如果需要换车头，都会将火车停在1#道口附近的道岔上，即3条轨道变2条轨道附近。

火车走在铁路上，偶尔调头回去，发生这种情况的原因为：轨道衡没有出现合适的质量数，需要火车倒回去重新通过一遍轨道衡，因此，不可能出现火车倒回到出发位置（如某个高炉或炼钢厂）的情况。

2.4 其它

2.4.1 铁水包维修

铁水包在使用的过程中，需要及时维修。维修铁水包的火车行车路线为：从炼钢厂出来回1#道口附近的道岔口，再换道岔后再到铁水包修理厂。当每一包铁水倒向钢包时，都会安排人来检查包内有无耐火砖脱落和缺损等情况；铁水包使用寿命没具体时间参考值。

2.4.2 火车头维修

火车头维修路线厂方未定，估计2月下旬能确定此事。初步设想是：将维修点设在1#道口的值班室附近最西边的轨道上。

2.4.3 轨道衡

轨道衡安装在1#道口附近，属于动态衡，因此，轨道衡不影响火车从道口通过：当火车通过轨道衡到道口时，正常声光报警和落杆。只有轨道衡测重不正常时，才需要将火车倒回去，重新称重。

2.5 铁道及道口平面示意图

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N12W53#道口（小）SE3545图例：报警灯道闸标注单位：米1#高炉道岔铁水出口86502142#道口（小）8123轨道衡轨道衡671012道口控制室141#道口（大）1982245钢厂扩容后的位置11钢厂扩容位置26铁水包修理厂钢厂旧址

图1 1#道口到3#道口平面示意图

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NWES4#高炉图例：报警灯20123道闸5#道口（大）标注单位：米3#高炉铁水出口169953道口6控制室34#道口（大）22152#高炉铁水出口6810553#道口（小）12

图2 3#道口以北平面示意图

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3 铁路道口无人值守系统特点 铁路道口无人值守系统利用视频监控、自动控制和计算机网络三种技术的有机结合，通过将有人值守道口改进为 “无人值守道口”，并在后台的控制中心，通过实时视频图像和控制技术，实现对散布在厂区的各个道口进行控制。

铁路道口无人值守系统，具有以下主要特点：

? 安全性高：全景图像实时、清晰、无死角，实时，保证道口有较高

的安全性。 ? 扩容性高：系统具有较好的模块化结构，当需要增加道口数量时，

可以简单修改和设置，就可满足更多道口的设立要求，提高经济性，也节省了成本。 ? 视频录像提高道口相关人的安全意识：视频录像技术有助于提高行

人及机动车驾驶员的安全意识，辅助事故处理。而且，通过完善的技术防范和警示设备，来减少安全隐患发生的几率。 ? 节约人力成本，提高生产效率：将道口改为无人值守后，减少有人

值守时值班人员责任心不同带来的差异，提高生产效率，同时也节省人工。 ? 改善企业环境：道口警示明确，自动化程度较高，进一步优化了企

业内部环境。

4 铁路道口无人值守系统组成与功能

4.1 硬件系统结构

硬件系统结构包括：系统网络拓扑、系统组成与功能、主要设备特性介绍。

4.1.1 系统的网络拓扑

铁路道口无人值守硬件系统，其网络拓扑如图3所示。

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1#道口铁轨传红外对声光报信号道闸感器射器警器灯摄像音箱头2#道口铁轨传声光报感器警器3#道口铁轨传声光报感器警器4#道口铁轨传红外对声光报信号道闸感器射器警器灯摄像音箱头5#道口铁轨传声光报感器警器道口控制器视频光端机道口控制器道口控制器道口控制器视频光端机道口控制器交换机视频光端机视频光端机拾音器拾音器视频服务器控制台计算机大屏幕显示 图3 铁路道口无人值守硬件系统的网络拓扑图

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整个系统的控制室设在1#道口值班室。1#道口和4#道口配备完整的道口设备，包括：铁轨传感器、红外对射器、声光报警器、信号灯和道闸、功放和音箱、摄像头；2#、3#、5#小道口，只配备铁轨传感器和声光报警器。

道口设备与控制室计算机系统之间详细的连接关系，如图4所示。

道口铁轨传感器红外对射器报警灯信号灯道闸音箱摄像头C功放道口控制器视频光端机交换机视频光端机控制台视频服务器拾音器大尺寸显示屏1#道口值班室 图4 单个铁路道口无人值守硬件系统图

其中：

? 控制台通过网络，控制录像的录制，以及在本机显示器或大屏幕显

示器上回放。 ? 大屏幕显示屏：可以为27吋以上的液晶显示器，通过VGA接口连

接到视频服务器（即硬盘录像机）上。 ? 视频服务器通过多个BNC输入接口，来连接多个视频光端机的模

拟视频信号。

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? 拾音器输出接到视频光端机的音频输入接口上，实现后台中控室向

道口现场发送紧急广播。视频光端机的音频输出到功放上，将音频放大后再到喇叭输出。 ? 铁轨磁感式传感器和红外对射器将火车接近/离开的信息输入到道

口控制器上，尤其进行逻辑判断后，决定信号灯、声光报警器和道闸的动作情况。

4.1.2 系统组成及功能

铁路道口无人值守硬件系统，包括三部分：道口设备系统、光纤通信系统、后台调度指挥系统。 4.1.2.1 道口设备系统

道口设备系统包括：铁轨压力传感器、道闸、道口信号灯、声光报警灯、摄像头等设备，以及道口控制器。

? 铁轨压力传感器：检测火车到达道口和离开道口附近的信号，其信

号输出至道口控制器。 ? 道口控制器：根据火车到达道口和离开道口信号，控制道闸、道口

信号灯、报警灯和蜂鸣器等道口设备的动作；与后台的控制台控制信息；对音频信号的输出进行适当的功率放大。 ? 道闸：阻止/允许行人和车辆的通行。

? 道口信号灯：分为红、黄、绿三色，功能同一般路口的交通信号灯。 ? 声光报警灯：发出声光，进行报警。 ? 摄像头：拍摄道口的火车接近/离开情况。 4.1.2.2 光纤通信系统

光纤通信系统主要为光纤、视频光端机、光电转换器等。 ? 视频光端机：视频信号和音频信号的光电转换。 ? 光电转换器：控制信号的光电转换。 注：光电转换器未画在拓扑图中。 4.1.2.3 后台调度指挥系统

后台调度指挥系统：包括视频服务器、数据库服务器、控制台、大屏幕显示器（选用）和集线器等。

? 视频服务器主要为硬盘录像机，将每次录制的视频按照一定的规律

进行存放；并输出视频信号到控制台上实时显示。

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? 数据库服务器主要记录火车每次到来和离开的时间、值班人等信

息；为每次操作建立日志；为以后扩展预留数据接口（如火车运送的铁水信息、火车司机个人信息等）。 ? 控制台主要是监控道口传输过来的视频录像，并根据情况进行操作。 ? 大屏幕显示器，将道口传输过来的视频录像放大，方便后台调度指

挥系统操作员离开控制台，在较远的距离来查看道口情况。

4.1.3 传感器布局方案

根据对道口附近建筑物相对位置，以及火车运行轨迹和规律，确定传感器布局方案，道口传感器的布局方案有两种：单轨道8个传感器布局方案和单轨道3个传感器布局方案。 4.1.3.1 单轨道8个传感器布局方案

单轨道8个传感器布局方案指单条轨道按行驶方向分为上行路线和下行路线。上行路线在本方向上火车接近点放置2个传感器，离开点放置2个传感器；下行路线的放置方法相同。

为保证可靠，在1#和4#大道口，布设红外对射器，来确定火车位置。 4.1.3.1.1 应用范围

单轨道8个传感器布局方案用于1#大道口和4#大道口，其中，1#大道口较宽，布设4对红外对射器；4#大道口布设2对红外对射器。

一般情况下，接近点的传感器离道口约40～50米，离开点距离道口几米左右，具体位置视道口附近的建筑物相对距离而定。 4.1.3.1.2 判断逻辑简介

利用2个传感器的输出信息，来判断火车运行的方向，然后再确定是接近点还是离开点。接近点启动报警（启动报警包括启动报警器，以及延时后道闸落杆），离开点解除报警（解除报警包括道闸起杆，以及延时后关掉报警器）。如遇两辆火车在道口附近对开，则用最先达到接近点的火车时刻启动报警，而以最后离开的离开点的火车时刻解除报警。 4.1.3.2 单轨道3个传感器布局方案

单轨道3个传感器布局方案指单条轨道在两个行驶方向的接近点各放置1个传感器，道口边放置1个作为离开点，属于相对简化的布局方案。 4.1.3.2.1 应用范围

单轨道3个传感器布局方案用于2#、4#和5#小道口。 4.1.3.2.2 判断逻辑简介

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到火车到达接近点（不论是离开道口，还是接近道口）启动报警。若在一定延时时间内收到离开点的传感器信号，则解除报警，火车到达另一接近点时，则复位整个判断过程。

4.1.4 主要设备特性简介

现简单介绍目前调研的几款主要设备的特性。 4.1.4.1 道口控制器

道口控制器特点包括：

? 提供多达32路磁感式传感器输入接口。

? 内置道口设备判断和控制逻辑，可根据道口需要进行自动控制设备

动作。 ? 提供多路开关量的输出接口，连接报警器、信号灯、道闸等设备。 ? 提供以太网口，可与后台控制台进行通讯。

? 配有30W音频的功率放大功能，可根据现场测试声音情况，来判

断是否需要购买专门的功放。 4.1.4.2 硬盘录像机

硬盘录像机可采用海康威视DS-9016，或大华混合高清数字硬盘录像机DH-DVR1604HG-U，二者基本功能类似，现以大华产品为例，进行介绍。

? 录像管理：支持的录像方式有手动录像、动态检测录像、定时录像、

报警录像等。 ? 录像回放：其中：模拟部分，支持1、2、3、4、N路同步回放功能

（N代表设备最高路数）；数字部分，支持16路D1或8路720P或4路1080P同步回放。 ? 视频输入接口：16路模拟视频输入BNC接口，16路数字视频输入

D1接口。 ? 视频输出接口：1路模拟视频BNC接口，1路VGA输出，1路HDMI

输出。 ? 矩阵输出：4/8/16选1视频矩阵进行输出。

? 音频接口：16路线性音频输入，1路线性音频输出。 ? 网络接口：1个 RJ45接口，10/100/1000M自适应。

? 硬盘接口：内部支持8个SATA硬盘，硬盘容量可扩展到16TB。 ? USB接口：4个USB 2.0接口。

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4.1.4.3 视频光端机

视频光端机以广州光桥GQ6002V1D2A1K型为例，进行介绍。 ? 通过一根光纤同时传输2路视频、2路双向音频、1路双向异步数

据信号等； ? 视频质量可达到广播级标准，音频质量可达到CD级。 ? 视频接口：2路模拟视频信号BNC接口。 ? 双向数据接口：1路，可用于控制一些控制数据。

? 音频数据接口：2路，可用于道口现场与后台中控室的双向通话。 ? 开关量接口：1路，可扩展至多路。通过专用开关信号传输模块，

直接传输开关信号，可接控制设备，如摄像头雨刷器。 4.1.4.4 控制台

控制台采用普通PC即可，数据库服务器可以与控制台共用一台PC机。 4.1.4.5 摄像头

摄像头以大华日夜型枪型摄像机DH-CA-F461CP-A为例，做简单介绍。 ? 图像传感器：1/3\Ⅱ ? 视频制式：PAL

? 有效像素：PAL:752（H）×582（V） ? 分辨率：彩色 540 TVL，黑白 600TVL

? 最低照度：彩色：0.05Lux/F1.2；黑白：0.01Lux/F1.2 ? 日夜转换模式：ICR红外滤片自动切换

? 视频输出：1Vp-p Composite Output（75欧姆/BNC） ? 日夜模式：自动/外部触发/黑白/彩色

现以百科博BN-7015HW保护罩为例，简单介绍一下带雨刷器的保护罩。

? 电源：DC12V

? 功率分配：2W(风扇)，30W（加热器），8W（雨刷）

? 加热器开关：自动切换，其中：ON：8°C±5°C，OFF：20°C

±5°C ? 风扇开关：自动切换，其中：ON：37°C±5°C，OFF：20°C±5°

C ? 雨刷器工作方式：需DC12V、1A电流，用开关量控制。

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4.1.4.6 拾音器

拾音器采样环境声音，将其接到视频光端机就可传输到远端。现以睿声智诚的指向型拾音器LU602为例，进行介绍。

? 监听面积： 110m2/6m (自然发音，信噪比≧20dB) ? 传输距离： >1000m ? 指向性： 指向型 ? 输出阻抗： 50Ω非平衡

? 频率响应： 300Hz～8000Hz(±6dB)

? 灵敏度： -10.0dB～+10.0dB (0dB=1V/Pa, 1KHz) ? 信噪比： >60dB (标准音源1米,94dB SPL)

4.2 软件结构

铁路道口无人值守系统的软件子系统，采用C/S架构，如图5所示。

数据库服务器访问命令记录数据和日志控制指令火车来/去信号道口控制器控制台（Client）视频流录像控制指令视频流视频服务器

图5 铁路道口无人值守软件系统基本结构

4.2.1 Client端

Client端的核心为控制台。 4.2.1.1 控制台与道口控制器交互的信息

道口控制器发向控制台：每列火车到达接近点的信号，到达离开点的信号，依此触发启动录像和停止录像。

控制台发向道口控制器的命令：

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? 道闸控制命令：起杆和落杆信号

? 报警控制命令：报警器和信号灯的启动报警和解除报警 ? 摄像头雨刷器动作控制命令：雨刷器起停

详细的数据结构需与道口控制器的通讯协议结合起来定义。 4.2.1.2 功能模块

控制台核心功能是视频管理功能，还包括用户登录管理等：

? 视频实时显示、切换与控制：能够自动或手工切换各个道口的车辆

和行人通过的实时画面；并能根据情况，人工来确定录像的开始/结束时间。 ? 道口设备的人工控制：应急情况下，人工控制道闸抬/落杆，信号灯

变红/变绿，以及报警灯报警/解除报警等。 ? 录像管理：录像的查询、观看、截取、删除等操作。

? 自动报警（备用）：通过硬盘录像机的实时录像进行识别，发现火

车靠近时，自动输出火车靠近道口的报警信号,触发报警灯示警，道闸落杆；发现火车离开时，自动输出火车离开道口的信号，关闭报警灯示警，道闸抬杆（此方式备用，预留接口）。 ? 登录管理：将操作员分为两级权限：管理员和操作员，操作员只能监控道口，进行操作控制；管理员可进行道口监控、操作控制，还能进行各种通信设置、操作员管理等。每次监控和操作前，需登陆用户名和密码。 4.2.1.3 视频管理的实现方案

无论海康威视还是大华的硬盘录像机，都提供比较完备的SDK工具，来辅助视频二次开发。因此，控制台根据以下几类的接口函数，来实现对视频的各种管理功能：

? 视频参数设置接口 ? 常规的录像控制接口 ? 录像文件的回放和下载接口 ? 视频抓图接口 ? 硬盘格式化接口等

4.2.2 Server端

Server端包括两部分数据库服务器和视频服务器。 4.2.2.1 数据库服务器

数据库服务器主要记录这几类数据：

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? 每个道口火车到来和离开时间。

? 控制台的操作日志，应包括操作人、操作时间、操作动作等。 4.2.2.2 视频服务器

视频服务器的核心是硬盘录像机，实现摄像头录像的实时存储，主要功能包括：

? 录像存储：接收控制台发出的录制命令，将录像压缩后，进行存储；

接收控制台发出的停止录制命令，停止视频录制。 ? 录像存储格式设置：能够设置存储录像的格式，如cif、flv等。 视频服务器的核心功能均已由硬盘录像机实现，视频管理功能由控制台软件实现。

5 系统设备清单

铁路道口无人值守系统的主要设备清单见附件。 铁路道口无人值守系统的主要设备一览

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