國外鐵路闖紅燈防護系統技術研究

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技術研究

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按照安全類型分為非故障安全的闖紅燈防護系統和故障安全的闖紅燈防護系統兩類。對國外闖紅燈防護系統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

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

1.1系統組成

非故障安全的闖紅燈防護系統組成結構如圖1所示：列車每端安裝1套ATSD車載設備，單端車載設備分別由ATSD主機設備、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組成圖

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

1.2系統原理

地面電感器安裝于列車運行方向線路的右側，每架信號機對應安裝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，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送的頻率信息從而觸發緊急制動；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　軌旁設備布置圖

信號機軌旁箱內設置信號機繼電器，該信號機繼電器由聯鎖系統控制。當信號機顯示紅燈信號時，該信號機繼電器勵磁吸起； 當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送頻率信息。

當信號機顯示允許信號時，信號機軌旁箱內的信號機繼電器接點將斷開相應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，列車經過兩臺地面電感器時，收不到任何信息。

當信號機顯示紅燈時，信號機軌旁箱內的信號機繼電器接點將閉合相應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送頻率信息。當列車收到500 Hz地面電感器頻率后，車載DMI顯示設備向司機發出語音和顯示報警，此時司機需對列車進行減速操作，在250 m內將列車運行速度降至30 km/h以下，系統會通過速度傳感器計算列車的移動距離并在250 m位置監測列車的運行速度，如果發現列車運行速度高于30 km/h，系統將立即觸發緊急制動。500 Hz地面電感器設置的作用：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的速度繼續前行冒進紅燈信號機，車載設備將收到2 000 Hz地面電感器的頻率信息立即觸發緊急制動以實現闖紅燈防護功能。如果2 000 Hz地面電感器故障或丟失，系統此時將不能實現闖紅燈防護功能。

車載傳感器安裝于列車運行方向的右側，與地面電感器安裝位置相對應，始終接收列車運行方向右側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，列車首端經過時不會讀取到該地面信息，不會觸發緊急制動。因此非故障安全的車載系統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

故障安全的闖紅燈防護系統由車載ATP設備和軌旁設備兩部分組成，車載設備一般選用具有SIL4安全等級的二乘二取二或三取二結構的ATP設備，軌旁采用具備SIL4安全等級的歐標應答器，該系統為安全系統，因此列車運行安全由系統保證，司機依據車載信號顯示行車。

2.1系統組成

故障安全的闖紅燈防護系統組成結構如圖4所示。車載設備由ATP主機設備、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結構圖

軌旁設備采用無源應答器，有源應答器和LEU組成，有源應答器通過電纜與室內電子編碼單元LEU連接，LEU由聯鎖控制。

2.2系統原理

在每架信號機外方一定距離內線路中心安裝由有源應答器和無源應答器構成的應答器組。無源應答器存儲列車運行前方的線路數據，有源應答器向列車發送移動授權信息。列車運行進路末端紅燈信號機內方的一個閉塞分區將作為overlap保護區段，如圖5所示，以四顯示自動閉塞區段為例。

圖5　故障安全的闖紅燈防護系統原理圖

當列車通過應答器組時，BTM天線接收地面應答器的信息，車載根據接收信息確定列車的定位，并且根據獲取的移動授權生成如圖5所示的列車運行目標速度-距離曲線，

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

當列車接近移動授權終點，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，收到新的移動授權后，車載將根據移動授權計算新的速度監控曲線，并監督列車的運行。

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。由于車載設備可以從無源應答器獲取前方線路的數據信息，從前一架黃燈信號機位置的有源應答器獲取本架信號機顯示紅燈的信息，因此當紅燈信號機對應的有源應答器故障或丟失時，系統也會立即觸發緊急制動實現闖紅燈防護功能。

3 結束語

非故障安全的闖紅燈系統技術上易于實現，系統車載軟件設計相對簡單，不需配置車載電子地圖或者從軌旁獲取線路數據。同時非故障安全的闖紅燈系統可基于既有聯鎖系統，僅需在其基礎上增加ATSD車載設備和部分軌旁設備，投資成本較低，對于鐵路信號技術水平薄弱，經濟水平又比較落后的國家，從技術要求和經濟成本角度考慮，其更傾向于選用該系統。故障安全的闖紅燈防護系統車載軟件設計復雜，需根據線路數據和移動授權生成目標距離曲線，并且實時監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軌旁需配置新的聯鎖系統和ATP防護等設備，投資成本相對較高，適用于技術要求高且經濟比較發達的國家。

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

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）