視頻監控系統在計軸監測中的應用

王燁堃

（國能運輸技術研究院有限責任公司，北京 100000）

鐵路軌道電路分路不良，是鐵路信號系統中最為常見的問題，同時也是信號部門最為重視的一個環節之一。軌道電路分路不良，會導致車列占用丟失、列車接發錯誤、信號錯誤開放等問題，對鐵路行車安全造成難以預估的危害。因此，如何對軌道電路分路不良區段進行有效管控是鐵路信號部門的重點、難點。

針對軌道電路分路不良，各鐵路公司均采取了管控措施，常見的技術有計軸器監測、高壓脈沖軌道電路。計軸器監測即在軌道區段進出兩端安裝輪軸傳感器、計數器，通過輪對經過計軸點產生的車軸脈沖進行輪軸與方向確認，在比較駛入和駛出軌道區段的軸數是否一致后，確定區段占用與空閑；高壓脈沖軌道電路是利用高壓脈沖發碼器將軌道電源轉化為脈沖信號，通過瞬間高壓電擊穿軌面銹層或灰塵、非金屬粉末散落軌面形成的絕緣層，改善了軌道電路分路靈敏度。

但在現有分路不良管控技術中，因其技術特點限制，無法在復雜多變的鐵路環境中準確無誤的做到列車占用監督、無車空閑顯示，不能完全解決軌道電路分路不良問題。本文主要針對計軸器監測受外界環境因素干擾較大，無法正確反映區段的占用與空閑的問題，提出將視頻監控系統應用于計軸器監測。

1 軌道電路分路不良

1.1 軌道電路分路不良概念

在鐵路運輸生產中，軌道電路主要用于監督區段是否占用、檢查鋼軌是否斷裂、傳遞行車信息。其中，軌道電路的占用監督作用，可以防止進路錯誤辦理，確保列車運行安全[1-2]。但是，在日常生產中，由于鋼軌軌面銹蝕、軌面清潔不良或者列車輪對生銹導致在列車占用軌道區段時，輪對對軌道電路的分流作用小，未能將軌道區段完全分路，造成機械室內軌道繼電器仍會接收到信號電流勵磁吸起，控制臺相應區段未顯示占用紅光帶或列車通過遺留綠光帶。

根據《普速鐵路信號維護規則》，在軌道區段分路最不利處利用0.06Ω 標準分路電阻線分路時，軌道繼電器應可靠落下，工頻交流軌道電路分路殘壓應不大于2.7V，25Hz 軌道電路分路殘壓應不大于7.4V，否則確認該區段為分路不良區段。

1.2 軌道電路分路不良原因

軌道電路分路不良，主要是由于鋼軌軌面銹蝕、軌面清潔不良、列車輪對生銹以及輕車跳動導致[3-4]，具體如下：

1.2.1 鋼軌軌面銹蝕。鐵路站場部分線路，由于列車不經常通過，鋼軌被列車碾壓次數少，造成鋼軌軌面銹蝕，列車壓入該區段后輪對不能起到有效的分路作用，軌道繼電器未能正確落下。

1.2.2 軌面清潔不良。鐵路專用線、貨運線等特殊線路以及列車制動撒沙，鋼軌軌面清潔不良，列車與鋼軌間不能有效接觸造成接觸電阻大，軌道電路未完全分路。

1.2.3 列車輪對生銹。機車、車輛因長時間股道停留造成列車輪對生銹，不能起到分流作用，軌道繼電器勵磁吸起，控制臺股道顯示空閑，股道內保留車丟失。

1.2.4 輕車跳動。軌道車、自輪運轉車列因軸重輕，在線路上運行時跳動造成輪對與鋼軌軌面接觸不良，軌道繼電器時吸時落，控制臺相應區段遺留綠光帶。

1.3 軌道電路分路不良影響

軌道電路分路不良會造成軌道區段占用不顯示、車列未出清區段道岔錯誤轉換、進路信號錯誤開放，導致信號聯鎖失效嚴重，危及行車安全[5-6]。

計算機聯鎖中“三點”檢查，即列車占用本區段、列車占用下一區段、列車出清本區段可以有效的解決因軌道電路分路不良而造成的車列未出清區段道岔錯誤轉換、進路信號錯誤開放的問題。而列車占用不顯示是軌道電路分路不良管控的難點，同樣危害也最為嚴重。

1.3.1 運行列車丟車不顯示。列車運行在分路不良區段，因特殊原因造成列尾脫鉤，車列停留區段不顯示占用。

1.3.2 保丟車列占用不顯示。保留車列在分路不良區段停留，因輪對分路作用失效，保留車列占用區段不顯示。

2 計軸器監測原理

2.1 計軸器監測工作原理

計軸器監測包括室外設備、室內設備兩部分。室外設備由車輪傳感器、電子檢測器、連接電纜組成；室內設備由計軸主機、繼電器組成[7-9]，如圖1。

圖1 計軸器檢測組成

計軸器監測是通過安裝于軌道區段兩端的計軸點對車軸通過時產生的脈沖信號計數與比對來確認軌道區段占用與出清。每個計軸點交錯設置兩組車輪傳感器，在列車輪對通過時，由于電感、互感作用使其磁場發生變化，產生輪軸脈沖信號，且由于兩個車輪傳感器交錯設置，產生的軸脈沖信號在時間上先后不同，滿足有先有后的重疊特征，以此可以判斷輪對是駛入區段還是駛出區段，如圖2。

圖2 車輪傳感器脈沖信號

當列車出發，車輪進入輪軸傳感器作用區時，微機開始計軸，輪對經過傳感器磁頭時，開始計數同時判定運行方向，確定對軸數是累加還是遞減計數。如果未計有進入區段的輪軸數，說明區段空閑，沒有列車在運行；如果計有進入區段的輪軸數，而離去區段尚未計有輪軸數，說明區段內正有列車在運行，區段被占用；如果離去區段的輪軸數等于進入區段的輪軸數，即減軸運算結果為0，說明區段內沒有遺留車輛，列車已出清區段；如果離去區段的輪軸數不等于進入區段的輪軸數，即減軸運算的結果不為0，說明區段內遺留車輛。

2.2 計軸器監測短板

計軸器監測不受道床電阻、軌面狀態影響，可以有效的解決因分路不良或道床漏泄給列車運行帶來安全隱患的問題。但計軸器監測易受金屬等其它因素干擾，有時無法正確反映區段的占用與空閑。

2.2.1 在軌道區段空閑時，金屬物品經過輪軸傳感器切割磁場產生脈沖信號，向微機傳送軸脈沖，微機記錄進入區段的輪軸數，系統認為有列車或車列進入，軌道區段顯示占用。

2.2.2 在軌道區段占用時，金屬物品經過輪軸傳感器切割磁場產生脈沖信號，向微機傳送軸脈沖，微機記錄離去區段的輪軸數，且最終離去區段累積的輪軸數等于進入區段的輪軸數，系統認為列車或車列已全部出清，軌道區段顯示空閑。

3 視頻監控技術的應用

針對計軸器監測易受金屬等其它因素干擾，無法正確反映區段占用與空閑的問題，提出將視頻監控應用于計軸監測，基于圖像檢測識別，對列車輪對進行識別判斷，同時以TAZⅡ計軸系統[10]為設計案例，改進計軸軌道繼電器驅動電路，減少外界因素干擾造成計軸器監測非正常占用或出清。

3.1 視頻監控技術應用原理

在軌道區段各個計軸點位置加裝攝像頭，對計軸點進行實時監控。在計軸點兩組車輪傳感器磁場先后被切割產生有效的輪軸脈沖信號時，視頻監控系統對磁場切割物進行識別比對，確認是否為列車、車列輪對經過，是則輸出驅動信號，驅動計軸主機內計軸板處理分析輪軸脈沖信號。計軸板根據輪軸信號相位確定列車運行方向并統計經過計軸點車輪軸數，輸出軌道區段的占用/空閑信息至輸出板，進而驅動計軸繼電器GJ 動作。同時在25Hz 相敏軌道電路中納入計軸繼電器接點，軌道區段的占用/空閑與計軸器監測的占用/空閑共同區段二元二位繼電器GJR 動作，進而實現軌道區段占用/空閑信息的控制。如圖3。

圖3 視頻監控技術應用原理

3.2 基于視頻技術的TAZⅡ計軸電路改進

3.2.1 TAZⅡ計軸系統工作原理

列車輪對占用車輪傳感器時輸出有效車輪信號經線纜傳計軸放大板放大驅動車輪傳感繼電器S1、S2 勵磁吸起后，斷開CL 電路，CL 繼電器失磁落下，S1、S2 繼電器勵磁吸起與CL 繼電器失磁落下共同構成CLH 繼電器勵磁條件，CLH 勵磁吸起。

列車輪對完全通過車輪傳感器時，計軸板運算單元開始計算列車通過軸數，同時軸數表示繼電器Oc1、Oc2被驅動吸起，溝通Oc3 勵磁電路，Oc3 勵磁吸起。

同時，計軸板Ⅰ、Ⅱ運算單元對列車通過軸數進行獨立運算，計算一致則驅動BRKDN 繼電器勵磁吸起。

計軸器監測系統主機在CL 繼電器、Oc3 繼電器、BRKDN 繼電器吸起以及CLH 繼電器落下條件任何一個不滿足時，輸出驅動占用信息，計軸軌道繼電器失磁落下。

軌道區段出清過程相關繼電器動作順序與占用過程相反，在列車輪對完全通過車輪傳感器時，計軸板區段軸數為零，Oc1、Oc2 繼電器落下、Oc3 繼電器吸起，計軸板Ⅰ、Ⅱ運算單元計算一致BRKDN 繼電器勵磁吸起，同時車輪傳感器磁場無輪對切割，繼電器S1、S2 失磁落下，驅動CL 繼電器勵磁吸起后，CLH 繼電器失磁落下。此時，滿足在CL 繼電器、Oc3 繼電器、BRKDN 繼電器吸起以及CLH 繼電器落下條件，軌道區段輸出出清信息，計軸軌道繼電器勵磁吸起。

各繼電器電路具體可參考《基于計軸系統的軌道電路棕光帶故障分析探討》[10]。

3.2.2 基于視頻技術的TAZⅡ計軸電路改進

針對車輪傳感器因受金屬物品或其他干擾而導致計軸板錯誤計數，計軸監測主機占用、出清信息錯誤輸出的問題，將視頻監控系統于計軸點輪對識別應用。

在車輪傳感器磁場被切割產生輪軸脈沖信號時，車輪傳感器繼電器S1-1、S1-2、S2-1、S2-2 勵磁吸起后，驅動磁場切割繼電器CCQG 勵磁吸起，如圖4、圖5。

圖4 S1、S2 繼電器驅動電路

圖5 CCQG 繼電器勵磁電路

CCQG 勵磁吸起后驅動視頻監控系統對磁場切割物進行識別判斷，輸出0-5V 的方波電平。在頻監控系統確認為列車、車列輪對分路時則輸出5V 的高電平電壓，同時驅動視頻繼電器SPJ 勵磁吸起，如圖6。

圖6 SPJ 驅動電路

將SPJ 繼電器前接點納入CL 繼電器勵磁電路中，視頻監控系統判斷為列車、車列輪對占用分路時，SPJ 繼電器勵磁吸起，溝通CL 繼電器勵磁電路，CL 繼電器勵磁吸起，CLH 繼電器失磁落下，計軸主機計軸板開始接收分析輪軸脈沖信號，并根據輪軸信號相位確定列車運行方向并統計經過計軸點車輪軸數，輸出軌道區段的占用/空閑信息，如圖7。

圖7 基于視頻技術的CL 繼電器勵磁電路

4 結論

基于計軸器監測廣泛應用于軌道電路分路不良管控，其穩定運行攸關行車安全和行車效率。本文針對現有計軸器監測易受外界干擾而導致軌道區段占用、空閑錯誤判斷的問題，提出將視頻監控系統應用于軌道電路計軸器監測系統，利用圖像監測技術對列車輪對實時監測、識別分析，準確判斷軌道區段是否為列車、車列占用或出清。