（交通信息工程及控制专业论文）铁路道口智能控制系统设计与分析.pdf

北京交通大学硕士研究生学位论文 y8 7 8 7 五 摘要 随着国民经济的发展，交通运量大幅度增长，道路机动车辆数量猛增 通过铁路道口人流、车流也迅速增多。铁路道口已是当前交通安全的关 键部位，也是交通安全的一个薄弱环节。由于受资金、效益、环境、生活 不便利等因素的影响，铁路与道路交叉完全立交化是不现实的。 目前铁路道口在客观上确实也存在不安全因素，主要是铁路道口装 备率低，相关设施不完善。即使装有控制信号设备的道口，在快速列车与 慢速列车混合运行的铁路区段，铁路道口安全隐患及不合理的问题也越 来越凸现。不是低速列车造成提前关闭道口，给道路带来堵车局面；就 是快速列车对部分车辆、行人不适应，抢道事件时有发生。 本论文对那些必须存在的铁路道口在实施加强技术装备的措施时， 借鉴智能交通系统的理念，以城市道路平面交叉路口控制技术、电子技 术、通信技术、信息融合技术、现场总线技术以及系统工程技术为理 x 北京交通大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m c n to fn a t i o n a le c o n o m y ，昀f i i cv o l 啪em c r e a s e s 野e a t l ya 1 1 d 也en m n b c ro f h i g h w a ym o t o rv e h i c l ei n c r e a s e s 舒e a t l ys od ot h e p e o p l en o wa n dt r a 珩cn o wc r o s s i l l gt h er a i 】r o a dc r o s s i n g n o wr a i l r o a d c m s s i l l gh a sb e c o m en l ek e yp a no ft r a 伍cs a f e t ya n d i t ，sa l s om e w e a l ( p a n o f 仃a m cs a f e t y b e c a u s eo fm ea 仃e c t i o no fc 印i t a l ，b e n e f i t ，如v i r o n m e n t ， l i f e s i n c o n v e n i e n c e ，m eo v e r p a s ss c h e m eo fh i 曲w a ya n dr a i l w a yi s u n r e a l i s t i c o b j e c t i v e i ys p e a “n g ，t k r ea r es o m en o n s a f b t yf k t o r s o nr a i l w a y c r o s s i n gt h e yr e s u l t 矗d m1 0 wr a i l w a yc r o s g i n ge q u i p p i n gr a t ea n di m p e r f e c t r e l a t e de q u i p m e n t s e v e ni f 山er a i l w a yc m s s i n gh a sb e e ne q u i p p e dw i t hm e c o n t r 0 1a n d s i g n a le q u i p m e n t s ， t h e r ca r es t i l l s a f e t yp r o b l e m s a n d u n r e a s o n a b l ep h e n o m e n ao ft h er a i l w a yc r o s s i n g0 nm em i x i n gs e c t i o no f f a s t 订a i na n ds i o w 湎n s l o wt r a h l sn e e dt oc l o s et h er a i l w a yc r o s s i n ga 王1 e a d ， i tb 血培a b o u tt h eh 堙h w a yc h o k i t l g f a s tt r a i n sa r eu r i f i tf o rs o m ey e h i c l ea n d p e o p le ，a c c i d e n to f c u t t i n gi na l w a y sh a p p c n h 1t h i sp 印e r w ee q u i pt l l em i l w a yc r o s s 访g sw i t hs o m ee q u i p m e mi n o r d e rt oi n c r e 船es a f b 哪w ed r a wl e s s o n s 劬mi m e l l i g e n tt r 越s p o r t a t i o n s y s t e ma 1 1 dd e s i 印t h ei n t e l l i g e n tc o n t r 0 1s y s t c mo fr a i l w a yc r o s s i n gb a s e d0 n c o n t r o l t e c h n 0 1 0 9 y o f o v e r p a s s c r o s s i n g ， e l e c t r o n i c t e c h n o l o 肼 c o m m i i t l i c a t i o nt e c h n 0 1 0 9 y ，i n f o i m a t i o ni n t e r f h s i o n ，f i e l db u st e c h n o l o g ya n d s y s 渤ne n 百n c 碰n gt e c l l l l 0 1 0 9 y t r a i nr i 】l m i n gi n f o n n a t i o na n dr o a dt r a 瓶c i n f o n l l a t i o na r es h a r e de a c ho t h e li tr e a l i z e st h ea c c u r a t ea n dr e a s o n a b l et i m e o fc o n 仃o la c t i o na l l dm a k et h er a i l w a yc m s s i n gs e c u r ea i l ds m o o t h w ea l s o c l a s s i f yt h ee x i s t i n gf o h n a to fr a i l w a yc r o s s i n gb ym a l y z i n gt h ep a s s i n g c 印a c i t ya i l ds e r v i c ei e v e lo fr a i l w a yc r o s s i n ga n ds i m u i a t i n gm ei n t e l i i g e n t c o n t r 0 1s y s t e mo fr a i l w a yc r o s s i n g o n 铋s u r i n gs a f e t yw eb 矗1 1 9o u tt h e e c o n o m i c a la r g u m e n tf o r l ed e v c l o p n l e n t ，p l a n ，d c s i 印o f r a i l w a yc r o s s i n g k e yw o r d s ：r a i l w a yc r o s s i n g ；m t e l l i g e n tc o n 仃0 1 ；d e s i g n 怵嘻惦童l 蠡g i i ； 北京交通大学硕上研究生学位论文 1 1 引言 第一章绪论 近几年，随着国民经济的发展，交通运量大幅度增长，公路机动车辆 数量猛增，通过铁路道口人流、车流也迅速增多。安全与效率的矛盾也随 之日趋明显，铁路道口已成为目前交通安全的关键部位，也是交通安全的 一个薄弱环节。以下来自铁路系统的安全统计资料和数据分析，就说明 了这一观点。 2 0 0 4 年全国铁路发生了3 件旅客列车重大路外伤亡事故，均发生在 道口上。 6 月9 日1 3 时0 1 分，海拉尔开往博克图的4 1 7 8 次旅客列车行至哈 尔滨局海拉尔分局管内滨洲线三根河乌奴尔k 6 0 5 十9 2 5 无人看守道口 处，与一抢越道口的解放1 4 1 型运煤汽车相撞，造成机车司机、副司机、 添乘的电务段领工员死亡，汽车司机重伤，机车中破，汽车报废，中断 行车2 小时4 3 分。 8 月1 3 日6 时5 5 分，古莲开往齐齐哈尔的6 3 4 6 次旅客列车行至哈 尔滨局齐齐哈尔分局管内嫩林线讷尔克气朝阳k 1 4 5 + 6 7 5 无人看守道 口处，与一制动失灵的解放牌卡车相撞，造成列车尾部一辆软卧车脱轨， 无人员伤亡，汽车抱废，客车中破，中断行车9 小时5 5 分。 l o 月1 6 日6 时5 7 分，沈阳局沈阳分局沈丹线一面山汤山城 k 2 0 8 + 4 4 3 有人看守道口处，一辆满载的解放牌大型长厢货车由北向南撞 坏已关闭的道口栏门，闯入道口，与正在通过的k 2 7 次旅客列车机后9 位软卧车中部相撞，造成该车辆2 位台车脱轨，路外死亡3 人，旅客轻 伤1 人，列车乘务人员轻伤2 人，客车大被1 辆，汽车报废，中断行车 3 小时4 3 分。 2 0 0 5 年1 1 1 月全国铁路共发生道口事故7 3 7 件( 其中，重大事故 2 件、有人看守道口3 8 件、无人看守道口6 2 8 件) ，同比增加7 3 件，上 北京交通大学硕士研究生学位论文 升1 1 ，事故造成5 1 8 人伤亡，其中死亡1 9 9 人，重伤1 7 8 人，轻伤1 4 1 人，同比除轻伤人数下降1 5 6 以外，其他分别上升2 8 4 、2 1 1 。道 口事故件数占路外伤亡事故总件数的7 1 ，道口事放死亡人数占路外伤 亡事故死亡人数的2 9 2 。 2 0 0 5 年1 1 1 月道口事故原因分析如下，( 1 ) 车辆抢越道口6 9 3 件， 同比增加7 3 件上升1 1 ，其中有人看守道口3 7 件增加1 5 件上升7 6 ， 无人看守道口6 5 6 件增加5 0 件，上升8 3 。( 2 ) 车辆故障4 4 件，同 比增加8 件上升2 4 2 ，其中有人看守道口7 件增加4 件上升1 3 3 o ， 无人看守道口3 7 件增加4 件，上升1 2 1 。 以上事故虽然都是由于汽车司机肇事造成的，对旅客列车安全，特 别是对广大人民群众的生命安全威胁很大，反映出有些地区道口仍然较 多，道口管理和防范措施还不到位，道口设施还不适应保证安全的需要， 道口管理仍然是危及行车安全的心腹大患。 1 2 我国铁路道口的分布 据铁道部和兰卅i 局有关资料显示，2 0 0 4 年末全国铁路共有道口 1 2 9 1 2 处，其中有人看守道口2 4 4 6 处，有人监护道口1 9 8 1 处，无人监 护道口8 4 8 5 处；正线共有道口1 0 9 5 7 处，其中有人看守道口2 1 3 7 处， 有人监护道口1 9 1 3 处，无人监护道口6 9 0 7 处。道口数量最多的是沈阳 局，共有道口3 8 1 0 处，占全路道口总数2 9 5 ，其中有人看守道口4 1 0 处，有人监护道口6 8 9 处，无人监护道口2 7 1 l 处；哈尔滨局共有道口 2 3 0 8 处；北京局共有道口1 6 9 9 处；郑州局共有道口1 0 9 l 处。 兰州局共有铁路与道路平面交叉1 0 0 处，其中有人看守道口5 4 处， 其设备及概况见附录1 一l ；人行过道3 处，其设备及概况见附录l 一2 ； 监护道口4 3 处，其设备及概况见附录1 3 。从以上三份表可以看出道 口的报警、通信和防护设备配备不规范，性能不可靠。道口存在的问题 值得我们认真分析和探讨。 十年来全国铁路累计撤除平交道口6 6 5 7 处，累计完成道口平改立 4 5 3 l 处。截止1 0 月2 5 日为止，京广、京哈、陇海、京九等主要干线提 北京交通大学硕士研究生学位论文 速区段已经全部消灭道口，京沪线提速区段仅剩余l 处道日，以上五条 干线非提速区段还剩余3 2 处道口。京广、京沪、京哈、京九、陇海、浙 赣等六大干线现存道口共计2 0 0 处，其他提速线剩余的l1 3 处道口。全 路还剩余道口1 2 5 9 9 处，要彻底消灭道口在时间上、财力上都是一个漫 长过程。 1 3 我国铁路道口不安全因素主要表现 首先道路上汽车密度增加、重载汽车增多，机动车辆司机违章驾驶， 安全意识不强，不认真了望，臆测行车，抢越道口，道口事故随公路机动车 辆的增加而相应增加，近几年国内基本建设水平逐渐提高，道路和铁路 采用新建立交和改建立交等方式，有效的控制平交道口的增加，减少部 分复杂平交道口。 其次是道口装备率低，相关设施不完善。( 1 ) 无人看守道口还占较大 比例，在道曰发生的事故中，有9 0 9 6 发生在无人看守道口和人行过道。 ( 2 ) 在有人看守道口中，安装道口信号机和接近预告的占6 0 ，尚有4 0 的道口无任何防护设备。在防护设各不完善及存在大量的无人看守道口 的情况下，道口安全是很难得到保证的。事故旦发生，大多车毁人亡， 给国家、集体和公民个人都会造成巨大的经济损失。 1 4 当前治理铁路道口的主要措施 1 4 1 强化道口安全管理 ( 1 ) 加强对锾路道口的管理，维护道口交通秩序，将道口管理纳 入交通安全关键控制点。一方面要及时做好道口设施的修、管、用，做 到标志、护桩齐全、醒目，设备符合规定，并完善有关管理制度：另一 方面强化监护人员的业务培训，加强对道口看守人员的思想教育，提高 其责任心和技术素质，提高应急处理能力，提高道口安全的有效可控性， 北京交通大学硕士研究生学位论文 达到共同确保道口安全的目的。 ( 2 ) 提高全民道口安全意识，我国道口事故分析表明，8 0 的事故 是由于通过道口的车辆、行人不注意了望或抢道引起的。人们缺乏遵章 守纪的意识，宣传教育工作是非常重要，道口安全保障牵扯到社会多方 面的利益，道口安全防护的责任仅靠铁路一家是不行的，整个社会要增 强道口安全意识，加大安全宣传教育，地方政府作好监护道口的管理工 作，提高全民遵章守纪的自觉性。 1 4 2 积极实旋道口改造 ( 1 ) 逐步改建立交。对于既有线车辆、行车通过量较大的繁忙道 口，应该有计划地分期分批进行调整改造，由平面交叉向立体交叉方向 发展，减少铁路、道路运输的相互影响，有效提高两种运输的效率。这可 以从根本上解决道口安全问题。 ( 2 ) 拆除作用不大、不安全和非法道口。受财力、物力、资金、环 境等因素限制，不可能对所有道口全部改为立交。对作用不大、不易晾 望、无人看管的道口应坚决拆除。对非法道口，与地方政府商量，请地 方公安机关配合，应坚决取缔，消除道口安全隐患。 ( 3 ) 运用新的技术，加强道口技术改造。在减少平交道口数量的同 时，对必须保留道口进行技术改造，安装道口信号控制设备，配齐道口 防护设各和标志等。提高道口控制的自动化水平和设备的可靠性，改善 道口安全状况。这是对现存无法取消的平交道口，解决安全问题的一个 有效方法。 1 5 研究道口智能控制系统的意义 减少道口事故最根本的办法是修建高架铁路、封闭线路全部立交化。 然而，由于受资金、效益、环境、生活不便利等因素的影响，铁路与道 路交叉完全立交化是不现实的。即使在发达国家，也存在平交道口。我 国铁路第五次大提速加大了道口平改立的推进力度，但是，这全部在主 北京交通大学硕士研究生学位论文 要干线上进行的。目前在支线、工厂线的道口也大量存在，截至2 0 0 4 年 底，据有关资料统计仅北京市还有1 0 7 5 处铁路平面交叉道口。 对于其他铁路线路仍然存在如前所述数量不小的道口，道口装备率 很低，相关设施不完善，不安全因素较多。既使装有控制信号设备的道口， 提速后客车和货车的速度有了明显差异，为解决客车的高速而延长报警 接近距离，使得客车满足安全要求，但对货车关闭道口时机提前。随着 机动车辆的增加，快速列车与慢速列车混合运行的铁路区段，铁路道口 安全隐患及不合理的问题越来越凸现。不是低速列车造成提前关闭道口， 给道路带来堵车局面；就是快速列车对部分车辆、行人不适应，抢道事 件时有发生。对于在支线、工厂线大量存在的道口，由于车流的密度和 速度的不确定性，导致道口关闭时机和时间的不合理，给行人和车辆误 导，盲目强行侵入道臼造成事故。每年在铁路道口伤亡人数达数千人， 显然现在铁路道口控制电路存在的不完善之处，与当今快速发展的智能 交通系统相比也是不协调。 对那些必须存在的道口实施加强技术装备措施时，必须借鉴智能交 通系统的理念，以城市道路平面交叉路口控制技术、电子技术、通信技 术、信息融合技术、现场总线技术以及系统工程技术为理论基础，设计 铁路道口智能控制系统，铁路列车运行信息与道路车辆信息进行交互共 享，对道口的控制时机做到准确、合理，实现道口安全、畅通。通过对 道口智能控制系统仿真以及道口通行能力和服务水平等特征指标的分 析，对道口的存在方式进行界定。在保证安全的前提下，为铁路道口的 发展、规划和设计提供了较为经济的理论依据。 北京交通大学硕士研究生学位论文 第二章铁路道口 2 1 我国铁路道口 2 1 1 铁路与道路平面交叉的分类 主要有道口、人行过道和平过道三类。 1 道口：系指铁路上铺面宽度在2 5 m 及以上，直接与道路贯通的平 面交叉。按看守情况分为“有人看守道口”和“无人看守道口”。 2 人行过道：系指铁路上铺面宽度在2 5 m 以下( 城市一般为 0 7 5 1 5 m ：乡村一般为o 4 1 2 m ) ，与道路贯通的平面交叉。人行过道只 准通过行人、自行车( 较宽的人行过道可通过人力车) ，不准畜力车及机 动车辆通过。 3 平过道：系指在车站、货场、专用线内，专为内部作业使用，不 直接贯通道路的平面交叉。 2 1 2 铁路道口的安全设施 1 有人看守道口的安全设旖主要有： ( 1 ) 铁路道口标志，警告通过道口的车辆和行人； ( 2 ) 护桩( 路堑内及城市市区可不设) ，为了防止通过道口的车辆驶 出道口铺面或行人绕行上铁路； ( 3 ) 火车司机鸣笛标( 站内不设) ； ( 4 ) 根据需要，可设道口信号机或自动报警设备； ( 5 ) 带有标志的栏杆或栏门： ( 6 ) 道口自动通知、道口自动信号。 2 无人看守道口的安全设施主要有： ( 1 ) 铁路道口标志； ( 2 ) 护桩( 路堑内及城市市区可不设) ； 北京交通大学硕士研究生学位论文 ( 3 ) 火车司机鸣笛标； ( 4 ) 根据需要，可设道口信号机、道口自动通知、监护设备及无线预 警装置； 在人行过道及平过道不设铁路道口标志和道口护桩。在人行过道可 按需要设置“人行过道”、“小心火车”、“禁止畜力车、机动车辆通行” 等宣传牌及防止车辆通过的路障。 2 1 3 铁路道口设施 1 道口铺面 道口铺面是使道路车辆及行人能顺利通过道口的关键设备。道口铺 面不良容易造成过往车辆在道口处切轴、熄火等，因而干扰了行车，甚 至酿成严重事故。因此，道口铺面必须经常保持平稳牢固，铺面应与钢 轨顶面相平；但考虑到钢轨磨耗后致使路面与机车车辆轮缘踏面接触而 发生列车脱轨危险，所以在钢轨头部外侧5 0 1 i m 范围内的铺面应较钢轨 项面低下5 m m 。铺面的材质有木质、石料和钢筋混凝土块和橡胶绝缘板 四种。我国现多采用石料、钢筋混凝土和橡胶绝缘板。石料可采用极限 抗压强度大于3 0 0 公斤力平方厘米，而又无风化节理的岩石。钢筋混凝 土铺面其混凝土强度要求不小于3 0 0 级。在有轨道电路区段多采用橡胶 绝缘板，其抗压强度大于3 0 0 公斤力，平方厘米，绝缘5 0 0 v 时，1 0 m q 。 2 道口栏木 道口栏木主要是通过看守人员的操纵，来控制公路车辆和行人，使 列车能安全通过道口。栏木的形式很多，有杠杆式、横移栏门式、升降 式等，操纵方法有电动和手动两种，有人看守道口在道口两侧距最外股 钢轨不少于3 m ；电气化铁路区段不少于4 m 处设置带有标志( 灯光或圆 牌) 的栏木。根据道口宽度栏木可设为单根的或多根的。杠杆式的栏木 材质有木质、毛竹、钢管、玻璃钢、铝合金等。但任何一种材质的栏木 都应是顺直的，并涂有黑白相间的线段( 一般长度为2 5 0 m m ) ，根端应 有称重箱或其它称重装置，用以调整栏木的平衡，保持整齐美观。栏木 北京交通大学硕士研究生学位论文 一般以对道路开放为定位，栏木定位时的抬起高度应符合公路限界，反 位时栏木应处于水平状态，并应高于路面1 o 1 2 m 。 3 道口防护信号 道口防护信号分视觉信号和听觉信号两类。视觉信号主要包括：遮 断色灯信号机、道口自动信号机、手信号灯和信号旗、火炬信号等：听 觉信号主要包括：响墩、号角、道口自动通知设备，以及机车或轨道车 鸣笛等。 ( 1 ) 遮断色灯信号机设在列车运行方向的线路左侧，距道口中心不少 于5 0 m 处。信号机采用方形背板，并在信号机柱上涂有黑白相间的斜线 条。该信号机平时不着灯，也不起信号作用，当道口处发生危机行车安 全而又无法排除的紧急情况下，道口看守人员启用遮断信号，显示一个 红灯，给列车以停车信号；列车司机发现该信号后，应立即采取紧急停 车措施，使列车停止在信号机外方。 ( 2 ) 道口信号机设在道路车辆行驶方向的右侧，给车辆和行人以指 示。一当两个红灯交替闪烁或红灯稳定亮时，表示火车接近道口，禁止 车辆、行人通行；二当红灯熄白灯亮时，表示道口开通，准许车辆、行 人通行；三当红灯和白灯同时熄灭时，表示停电或设备发生故障，道口 信号无效，在这种情况下，必须与通过没有道口信号机的道口一样，按 道口栏木开闭状态和道口看守人员的指挥通过道口或在栏木外停车( 止 步) 等待。 4 道口自动信号 道口自动信号是道口防护设备之一，主要由音响器、两个红灯和一 个月白灯组成。平时只点亮一个月白稳定灯光，表示设备正常，允许公 路车辆和行人通过道口。 当列车接近道口时( 有人看守为4 0 6 0 秒) ，自动向铁路两侧的公路 方向发出音响信号，两个红灯交替闪光，此时月白灯熄灭。自列车接近 及通过道口时始终保持上述信号显示状态，禁止公路车辆和行人越过该 信号机。当列车尾部通过道口后，音响和交替闪光的红灯自动停止，恢 复一个稳定的月白亮灯，公路车辆和行人可通过道口。如信号灯无任何显 示则表示设备或电源发生故障，通过道口的车辆和行人应注意了望。该 北京交通人学硕士研究生学位论文 信号机设在道口两侧公路车辆行驶方向的右侧，距最外股钢轨不少于5 m 处，但不能过远。另有一种信号机附有自动栏木，当有列车接近道口时， 发出禁止公路车辆和行人通过道口的信号后，持续一定时间( 一般为8 秒) 栏木自动落下，关闭公路。在列车尾部通过道口后，随着自动信号 的复原，栏木也恢复定位。 5 道口自动通知 道口自动通知由音响和指示灯组成，是用来通知道口看守员有列车 接近道口的信号设备。道口自动通知不直接起防护作用的信号设备，而 是在列车通过道口前，向道口看守员发出音响和灯光显示信号，再由道 口看守人员来操纵道口栏木，达到防护道口的目的。 2 。1 。4 道路车辆和行人通过铁路道口的要求 1 车辆、行人通过有人看守道口时必须听从道口看守人员和道口安 全管理人员的指挥。凡遇到道口栏杆( 栏门) 关闭、音响器发出报警、 道口信号显示红色灯光，或道口看守人员示意火车即将通过等情况时， 车辆、行人严禁抢行，必须依次停在停止线以外，不得影响道口栏杆( 栏 门) 的关闭，不得撞、钻、爬、越道口栏杆( 栏门) 。 2 车辆、行人通过无人看守道口时，必须停车或止步了望，确认两 端均无列车开来时，方准通行。即一停、二看、三通过。 3 车辆在道口上发生故障时 ( 1 ) 车辆驾驶员首先是想方设法立即将车辆移出铁路限界( 距钢轨外 侧不少于2 m ) ；确实无法移出时，需立即采取防护措施，设法通知两端 车站，并在该道口两端不少于8 0 0 m 处的铁路上用红色信号( 昼间用红 旗，夜间用红色灯光) 拦停列车，没有红色信号时，可用红色物品或两 臂高举头上，向两侧急剧摆动。 ( 2 ) 有人看守道口看守员首先根据侵入限界情况，准确判断影响范 围，不侵入铁路限界时，可显示信号减速或照常放行列车：当影响一线 时，也不能将二线都封闭，总之要尽量缩小影响范围。如不能立即判断 时，也不能盲目放行列车，以免扩大事态，一般有五种对策。 北京交通大学硕士研究生学位论文 一旦在道口处发生危及行车安全的故障而又无法立即排除时，要 立即利用现有设备( 故障报警器、手持电台等) 发出警报信号：关闭道 路；用电话通知相邻道口或邻近车站，协助设好防护拦截列车或扣发； 迅速在故障地点设置停车信号( 插2 m 高杆红旗或红灯，夜间或恶劣天 气还应点燃火炬) 。 设有遮断色灯信号机要及时启用，使其显示红灯；设在自动闭塞 区段的道口可采用封联刀闸或联电卡子，封闭道口占用的区段轨道电路， 使前方通过信号机显示红灯。 根据防护电铃、电话或其他情况判断首先来车方向后，应先向该 端，再到另一端设置响墩，然后返回故障地点。 发现列车开来时，应急速奔向列车，用信号旗或信号灯显示停车 信号，并将响墩设置在尽可能赶到的地点。 道口看守人员应职责明确，一旦遇有故障，先进行防护，然后处 理故障，故障排除后要立即撤除防护。 2 2 铁路道口信号控制设备 道口信号设备主要由列车检测设备、道口报警设备、逻辑控制电路、 道口信号设备供电及其他设备组成。道口信号设备中列车检测设备按其 构成方式有连续式和点式两种，道口报警设备有道口音响器、道口闪光 器、闪光点灯电路和道口信号机，逻辑控制电路有继电控制方式和微机 控制方式，道口信号设备供电有交流电、稳压器、电池组及其他能源供 电，其他设备有道口控制盘、道口器材箱、道口控制器箱和道口栏木等。 道口信号设备应遵照国家标准g b l 0 4 9 3 8 9 铁路区间道口信号设 备技术条件和g b l 0 4 9 4 8 9 铁路站内道口信号设备技术条件的规 定，现有道口信号设备按采集列车接近报警信息的方式，可分为连续式 和点式：按逻辑控制部件控制方式分为继电控制方式和微机控制方式； 按报警时机确定方式分为定点报警和定时报警等等。 北京交通大学硕上研究生学位论文 2 2 1 接近连续式检测 1 在自动闭塞区段利用自动闭塞的轨道电路作为连续采集定点信息 报警，依靠既有的有线传输的通道传递采集到的信息，经过继电器逻辑 控制电路，实现列车的接近报警和控制道口的目的。特点：设备功能简 单，投资少，受自闭分区的影响，报警时机误差大。如图2 1 。 接近距离长度 o - 接近距离长度 ，刊兰竺回 晕。出产 7 。 1 。1i1 苕夕 瓜基示呻竺步悭型 i 图2 一l 接近连续式道口报警系统结构 2 非自动闭塞区段利用阀式轨道电路，其送、受电在一端，另一端 跨接一个单项整流元件( 硅二极管或硒堆) 起着整流器作用，无车占用 时经过整流元件得到的直流成分使得直流继电器吸起；当列车占用时回 路中整流元件被旁路，回路中直流成分不足以使继电器吸起，继电器落 下。由此来区分列车占用状态，其分路灵敏度高于其他直流轨道电路， 而且不需要敷设电缆，节约投资。其作用距离可达1 5 蛔，适用于有可靠 电源供电的电线、双线非自闭非电化区段。如图2 2 。 2 2 2 接近点式检测 一般设立几个采集列车运行状况的定点，将采集的各点信息用电缆 送回控制中心，经过继电器逻辑控制电路，构成道口自动通知或自动信 号控制系统。特点：几个信息点构成独立控制系统，易扩展，对外干 扰性小，抗干扰性好。如图2 3 ( 以上均没考虑反向运行) 。 北京交通大学硕七研究生学位论文 1 厂、4三f 门厂p n 1 1 c =盟+ jn d 。23 l 苫+ 牛c lm c 23 下行方向 r 、r 、厂v 、 b g l 5 0 l j 图2 2 阀式轨道电路原理图 厣 悃 压忑习一 s 一 、7 | 到达控制a l i 报警与信号l l 接近1 制器 f ，。 监视与匣制 _ j 继电逻辑l 图2 3 接近点式道口报警系统结构 道口接近和到达控制器采用高频无绝缘轨道电路，是道口信号主要 控制设备之一，可以单独设置，也可以与其他类型自动闭塞轨道电路叠 加使用；可以在有可靠电源供电的任何任何牵引类型的单线、双线自动 闭塞和非自动闭塞区段上使用；接近控制器采用闭路式轨道电路，其检 查轨道占用或出清的继电器经常处于吸起状态，到达控制器采用开路式 轨道电路，其轨道继电器经常处于落下状态。 蛐 一 一 北京交通大学硕士研究生学位论文 1 闭路式控制器有d k k b l 。1 4 型、d k k b l 2 0 型和d k k b 1 4 型、d k k b 2 0 型，d k k b l 1 4 型( 2 0 型) 的工作频率为1 4 1 k h z ( 2 0 l k h z ) ；工作电源a c 2 2 0 v 2 0 l5 ；耗电量不大于1 6 0 m a ：轨道电 路作用距离为2 0 6 0 m ；轨道继电器励磁吸起电阻l ，7 2 7 q ：轨道继电 器失磁落下电阻不小于吸起电阻的5 0 。 2 开路式控制器有d k k k 3 0 型、d k k k 4 0 型，d k k k 3 0 型f 4 0 型) 的工作频率为3 0 1 0 5 k h z ( 4 0 1 0 5 l h z ) ；工作电源d c 2 4 v 2 0 ；耗电量不大于1 6 0 m a ；轨道电路作用距离有五个档位可以调整，每 一档位可缩短作用距离s 1 0 m ，一般以2 0 4 0 m 为宜。轨道继电器励磁 吸起电阻25 35 q ，轨道继电器失磁落下时电阻不小于吸起电阻的5 0 。 2 2 3 道口报警 1 道口音响器有d k k 3 型和k d y 4 型两种，前者采用分立元件， 后者振荡电路采用集成电路，带有各种内部保护电路，具有元件少、可 靠性高的特点。它由室内音响和室外音响两部分电路组成，向室内、外 喇叭提供音响源。列车接近道口时，室内音响向道口看守员提示，室外 音响向行人和过往车辆提示；设备故障时，发出特殊音响进行报警提示。 室外音响器：工作电源为直流2 4 v 2 0 ；基波振荡频率为7 0 0 8 0 0 h z ：钟声频率为15 - 2 0 h z ；输出功率为3 1 0 w ：耗电量不大于1 5 a ； 最大幅值与最小幅值之比至3 。 室内音响器：工作电源为直流2 4 v 2 0 ，故障时7 5 v 电池供电； 基波振荡频率为6 0 0 一8 0 0 h 2 ：脉冲频率为15 2 o h z ；间歇比为1 ：1 ； 输出电压不大于0 5 v ；输出功率不大于3 听n w ；耗电量( 2 4 v ) 不大于 8 0 m a ；耗电量( 7 5 v ) 不大于3 帆a 。 2 ，道口闪光器由d k s 型和d k - s l 型两种，用于向道口信号机提 供闪光电源。前者采用分立元件，后者采用集成电路，克服了前者低压 点灯电路压降大、灯端电压不易调整等问题。 道口闪光器：电源电压为a c 2 2 0 v 1 0 ；闪光频率1 o 1 6 h z ：亮 灭比l ：1 ；输出功率4 x 2 5 w 。 北京交通大学硕士研究生学位论文 栏木长度不大于7 m ；水平位置时栏木高度9 0 0 一1 0 0 0 m m ；动作时 间6 1 0 s ；栏目开放时与地面夹角为8 0 。3 。；重量约4 5 0 9 。 1 道口信号机显示一个月白灯，表示设备正常，道口开通。电动栏 木机栏杆处于垂直( 8 0 。3 。) 位置。 2 火车进入道口时，人工( 或自动) 操作控制箱按钮，音响器发出 摸拟钟声报警音响，信号机月白灯灭，显示两个红灯交替闪光，经o 3 0 秒可调延时后栏杆自动下落。 3 栏杆下落到水平位置后，道口完成封闭。 4 当列车出清道口后，人工( 或自动) 操作控制箱按钮，栏杆开始 升起。当上升到垂直( 8 0 。3 。) 位置后，信号机红灯灭，显示月自 灯，报警音响切断，道口恢复开通。其控制关系如图2 7 。 蓬口譬撮装置 2 2 6 道口电源 道口信号设备应有可靠的供电电源，在自闭区段应采用自动闭塞电 源，非自动闭塞区段采用不低于二级负荷的电源供电。在无交流电源地 区采用其他能源供电。 道口信号设备专用电源要求：电源电压a c 2 2 0 v 1 0 ；d c 2 4 v 1 0 ：备用电源7 5 v ；输入电流交流1a 。 稳压电源：设计容量2 2 0 v a ；具有输入输出两级防雷；输入电压 北京交通大学硕士研究生学位论文 a c 2 2 0 v 1 0 ；输出电压a c 2 2 0 v 4 道口继电器箱内直流输出电压d c 2 4 v 4 ；输出电流3 a 。 2 。3 铁路道口控制电路数学模型分析 道口控制电路可以简化为图2 8 所示的简单模式，其他的单线双 向、双线单向、以及其他模式的道口可以看成是它的叠加，其目的就是 找出它的特点。 运行方向 接近地点 图2 8 道口控制电路简化图 到达地点 2 3 1 列车接近通知时间t 和列车接近区段长度l 的 关系 l = 1 0 + t + v l 。，3 6( m ) ： t = “+ 屯+ b ： t l = ( 1 1 + 1 2 + b ) 3 6 ，v e m j n ； v g m i n 2 1 n i n ( v q ，v 2 ，v r ) ； t t ：已通知接近最后进入道口车辆以规定最低速度通过道口的时间； t 。：道口栏木关闭时间； t 。：保护时间( 栏木关闭后至列车到达时间) ； l ，：两道口信号机的距离： l 。：道路车辆确认信号的最小距离； 北京交通大学硕士研究生学位论文 1 。：道路车体的最大长度； ( l ：列车；g ：道路；q ：机动车；z ：自行车；r ：行人) 。 2 3 2 道口道路放行时间 道口道路放行时间2 s 就是道口公路车辆和行人的有效通过时间，它 起始于前序列车尾部通过道口开放道口时到后续列车开始接近报警关闭 道口时，可以描述为以下关系i ：乙一t 一戌一 令t 一屹一= 岛为接近通过时间，则i ：乃一 乃：列车运行间隔；：列车的长度： v z ：列车的通过速度；f 4 ：道口栏木开放时间 2 3 3 其他模式道口道路相位放行时间 1 单线双向模式 当后续列车追踪时道口放行时间可表示为： i ：士z ，吒一乙 石：道口距下一架通过信号机的距离。 当后续列车折返时道口放行时间可表示为： t ：。一- y ，心一 y ：前行列车运行方向道口距下一站的距离。 2 双线单向模式 道口放行时间最大值、最小值： i m a ) ( = m i n ( ，) 一m a 】( ( ，) 北京交通大学硕士研究生学位论文 i m i n = m i n ( ，) 一( + ) 3 其他多线单向模式 道口放行时间最大值、最小值： t 。a x = m i n ( t ，：) 一m a x ( 、，一：) m i n = m i n ( ，乃z ) 一午( 砀t ，殇z ) 2 4 铁路道口控制电路的分析 道口相位绿信比的大小对于疏散交通流和减少道口车辆总等待时间 有着举足轻重的作用，是反映铁路道口是否畅通的重要指标。 2 4 1 影响道口道路相位信号绿信比的因素 道口道路相位的绿信比g = 1 s “，而1 s 道口放行时间为1 “列车间隔 减去接近时间( 包括道口整备时间) ，1 s = 1 “一” 由此可得出： 1 当列车间隔一定时，有效放行时间与绿信比成正比，此时有效放行 时间与道口的模式有关，即与铁路的线路增加成反比，此时道口整备时 间增大，接近时间也增大。 2 当道口有效放行时间一定时，即铁路线路数一定时，绿信比与列 车间隔成反比，列车的速度和密度增大时列车间隔变小。 3 道口道路相位车辆的延误时间与此相位的绿信比和道路车流密度 有着密切关系，车辆延误时间又是衡量道口效率和服务水平的指标。 2 x 北京交通大学硕士研究生学位论文 安全整各时间设计道口接近点时，只考虑该区段最快列车的条件，没有 一 考虑低速接近条件，易造成此时道口道路相位车辆延误；列车间隔1 “、 m 放行时间1 蜞 都是极值状态。 2 道口的安全整备状态不能及时自动反馈到列车控制室，由司机提 前操纵驾驶防范，出现问题仅靠人工防护，大多数情况下防护效果不好， 正如第一章中的案例所述。 3 列车的运行状态信息不能及时展示给道路的行人和驾驶员，易造 成行人和驾驶员等待烦躁和冒险心理，出现不安全因素。 4 道口是否立交化、是否加装控制电路缺乏科学理论依据，仅凭铁 路和道路的级别而确定。 北京交通大学硕士研究生学位论文 是个方向堵车次数、等待时间减到最小。 1 0 有效红灯时间：有效地禁止车辆行驶所持续的时间。它等于周期 长度减去规定相位的 姜i 3 。薹霪荔鬻疆羹翳嚣蓊夔 璺誊誊誊= i l ：! 坚鹫甄型i 凄强制燮；涛地二彳j 公蓦趔；裂朔型覃： 囊铺蜗拜砺；斟巍缎冀型鹗帮玢笈蔫啡圳姒艄燃圳尹刚咧晷扭萌 澍汤殛。麒煨。隘描痞龟旆避高攀i 率 为 9 0 1 2 0 次分的模拟钟声音响。告知行人车辆列车接近，注意安全。列 车尾部出清道口后，红色闪灯光及钟声音响停止。 图2 4 道口信号机结构式意图 平时无列车接近时，道口信号机点亮一个稳定的月白色灯光。表示 道口信号设备正常，无列车，行人车辆应注意隙望，迅速通过道口。 x 北京交通大学硕十研究生学位论文 的目地。” 3 1 3 交叉口选择信号控制的关键指标 在城市交通控制中，不是每一个交叉口都必须要选择信号控制，某 个交叉是否选择信号控制是由几个关键指标决定的，主要有： 1 最低交通量，当车流达到一定流量采用信号控制才经济，否则既 浪费又没有意义： 2 各相位车辆最大延误时间，交叉口是否出现堵塞现象； 3 最小行人穿越量，考虑行人穿越路口的安全。 3 1 4 信号控制系统分类 城市交通信号控制系统可以分为三类：单点控制、线控系统、面控 系统。 1 单点控制：各交叉口信号控制系统之间独立相互间没有关系，它 的控制方式可以是定时控制方式也可以是车辆感应控制方式。 2 线控系统：将在一条道路所有交叉口信号灯的控制以某种方式联 控起来，按照预定的方案同步联动，组成的信号控制系统。采用线控方 式以后，会产生“绿波带”效应，就是在主要干线上，相邻交叉口采用 相同的信号灯控制周期，放行主干道相位的绿灯开启时间做开一定的时 间，第一路口开始以后，车辆以一定的速度行驶的第二路口也是绿灯， 以达到提高车辆的旅行速度和道路通行能力、减少车辆的停车次数和延 误时间的目标。 3 面控系统：对道路网某一区域内的交叉口信号灯进行联锁控制的 方式。在城市某个区域道路纵横交错，交叉口很多并距离较近，相互间 干扰较大，就必须采用由控制中心统一控制，使这一区域集中控制成为 面控制。 3 1 5 交通特性分析的基本参数 北京交通大学硕士研究生学位论文 交通特性分析是合理、科学的交通规划、设计、营运、管理的前提 和基础，既要研究交通网络各个要素之间的特性，又要研究交通流特性， 以及它们与环境及之间的特性，主要的评判参数有通行能力、道路交通 量和服务水平等。 1 通行能力 通行能力分析是对各种不同交通设施运载能力的研究，也是对现有 交通设旌运营特性的分析，不仅要得出各种交通设施所能承受的最大运 输负荷，也要得出对应各种不同服务水平的交通量的大小。它主要涉及 规划设计、候选方案分析、运营分析、控制分析和评价等。 美国的道路通行能力手册( h i g h w a yc a p a c i t ym a n u a l 简称h c m ) 对通行能力的定义是这样描述的：交通设旌的通行能力为在该设旖某一 点或某一均一路段上，在典型交通条件下，车辆和行人在合理运行范围 内的每小时最大通过量。使用这一定义进行交通特性分析要注意几个特 定的条件，必须建立在合理通行量的基础上，否则分析的结果有误，得 不到预期结果。 ( 1 ) 典型交通条件，就是指特定的交通流条件、道路条件和控制 条件。交通流条件是指占用道路各种不同 再次确认处理后，设备才能投入正 常使用。【1】【2】 2道口信号的列车检测及报警设备要配合使用，控制电路要根据具 体的技术条件进行设计，电路构成的方式基本相同，单喳盘； 分析对应的是高峰1 5 分钟的流量，而不是系统整个一小时所容纳的最大流量。 2道路交通量道路交通量用于描述道路交通通过量或交通需 求量，即为在单位时间内通过给定地点或给定车道的某一方向的车 辆数。当道路交通量接近道路通行能力时，反映出该交通设施的运营状 x 北京交通大学硕士研究生学位论文 行的一种信息综合加工处理。它是一个信息处理系统，信息融合系统在 结构上是一个多输入系统，是多模块的集成系统。 第三层的含义是信息的互补过程：是指信息表达方式的互补，结构 的互补，功能的互补，不同层次上的互补等。它是解决多功能的主要手 段之一，也是实现系统智能化的必要手段。互补信息的融合可以使系统 产生质的飞跃。各层关系如下图3 1 所示： 图3 1 信息融合的三层关系 3 2 4 信息融合的基本框架 通常把信息融合系统的四个元素表示为：一是信息源元素( 含传感 器元素) ，它向系统提供原始的信息；二是信息转换、传递、交换元素， 它完成信息的预处理；三是信息互补、综合处理元素，它完成信息的升 华与再生：四是信息融合处理报告元素，即输出融合处理结果。信息融 合系统都包括以下三方面