轨道车监控自动制动系统的探讨

轨道车监控自动制动系统的探讨

刘志雄 余吉权

(宝武集团广东中南钢铁股份有限公司物流部铁运作业区)

摘要：本文主要针对轨道车监控自动制动系统的探讨，当轨道机车在轨道中行驶时，调用预设的传感器感知采集与制动相关的感知数据；依据感知数据检测机车是否满足制动条件；一方面，对已有内燃是机车的制动机进行改造，添加电磁阀，电磁阀控制排风，从而实现制动器的制动，另一方面，在机车中添加传感器，对行车中与制动相关的情况进行感知，使得机车可以正确理解行车的情况，既可以在合适的时机降低机车的速度，也可以在其他时机保持正常运行，若作业过程中遇突发情况司机再紧急制动，可以保证制动的时效性。

关键词：速度传、距离、摄像头、自动制动、传感器、电磁阀

1.前言

轨道交通是冶金炼钢行业常用搬运钢铁等物资的交通方式之一，轨道机车由两人操作减至目前的单人操作，作业量有所增大，这会在一定程度上增大司机劳动强度，并且作业的站场环境复杂，司机分散注意力，在驾驶机车的过程中错过最优的制度时机，若作业过程中遇突发情况再紧急制动，容易酿成行车事故，危及工作人员的人身安全并造成资产损失。为防止司机在作业过程中注意力不集中、疲劳驾驶、通过道口及坡道速度过快、错失最佳制动时机，因此很有必要探讨设计轨道车监控自动制动系统。

2.自动制动系统的设想

设计采用轨道车监控自动制动系统，当内燃式的机车在轨道中行驶时，调用预设的传感器感知采集与制动相关的感知数据；在机车制动机中设置电磁阀；依据感知数据检测机车是否满足制动条件；若机车满足制动条件，则控制电磁阀排风、以驱动制动机制动。

一方面，对已有内燃机车的制动机进行改造，添加电磁阀，电磁阀控制排风，从而实现制动器的制动，另一方面，在机车中添加传感器，对行车中与制动相关的情况进行感知，使得机车可以正确理解行车的情况，并基于此辅助司机寻找出最优的制动时机进行制动，既可以在合适的时机降低机车的速度，也可以在其他时机保持正常运行，若作业过程中遇突发情况司机再紧急制动，可以保证制动的时效性，减少发生行车事故的概率，保障工作人员的人身安全与资产安全。

以上所述速度传感器是采集机车在轨道上行驶的速度，作为与制动相关的感知数据；距离传感器朝机车行驶的方向是采集与障碍物之间间隔的距离，作为与制动相关的感知数据；摄像头朝机车行驶的方向是采集视频数据，作为与制动相关的感知数据。信号灯的颜色为红色或蓝色，确定机车满足制动条件；从而达到自动制动减速或停车的目的。

3. 自动制动系统的设计

 设计内燃轨道车监控自动制动系统，主要由信号采集模块、监控分析模块、电磁阀制动模块等组成。本系统是基于JZ-7制动机系统基础上嵌入电磁阀，通过信号采集（速度、色灯信号、道口等），经监控装置数据分析后发出指令控制电磁阀排风制动，从而实现轨道减车速或停车，在电磁阀安装管路上同时安装有向监控装置反馈的压力传感器，用以实时监控制动系统压力的正常值。

4.实施的工作原理

4.1调用速度传感器采集机车在轨道上行驶的速度，作为与制动相关的感知数据。感知数据包括速度，当内燃式的机车在轨道中行驶时速度传感器采集机车在轨道上行驶的速度，将调用速度传感器采集机车在轨道上行驶的速度作为与制动相关的感知数据。

4.1.1当机车在平直线路的轨道上行驶时，当调用发现速度传感器采集机车在平直线路轨道上行驶的速度速度大于或等于35km/h时，若监测到司机对机车没有采取任何制动措施，此时制动机介入对机车采取制动措施，使得机车在平直轨道的速度降至15km/h。当机车在平直轨道上的速度降至15km/h时，若此时监测到司机没有采取降油门措施，制动机控制机车对轨道车进行紧急制动以使轨道车停车；道口是指道路与铁路平面相交处，当调用发现速度传感器采集机车运行至距离道口10米处的速度大于或等于10km/h时，若监测到司机对机车没有采取任何制动措施，此时制动机介入对机车采取制动措施，使得机车通过道口前的速度降低至5km/h，当制动机监测到机车的速度低于5km/h时，制动机缓解对机车采取的制动措施；当调用距离传感器采集的关于距离的感知数据大于30米与距离传感器采集关于机车行驶速度的感知数据大于5km/h，即，当机车运行至距离尽头线30米处时，当此时机车的速度大于5km/h时，若此时监测到司机仍未对机车采取降油门制动措施时，则控制机车降速至5km/h以下直至机车停车。

4.2调用距离传感器朝机车行驶的方向采集与障碍物之间间隔的距离，作为与制动相关的感知数据。感知数据包括距离，距离传感器朝机车行驶的方向采集与障碍物（尤其为尽头线）之间间隔的距离。调用距离传感器朝机车行驶的方向采集与障碍物之间间隔的距离并作为制动相关的感知数据。其中，尽头线是指站内股道终端设置车档的线路。

4.2.1采集获得的感知数据，如速度、距离、视频数据可单独使用，也可组合使用。感知数据也包括视频数据。当调用距离传感器采集的感知数据与速度传感器采集的感知数据，发现机车距尽头线为30米且机车速度大于5km/h时，若监测到司机没有对机车采取制动措施，此时制动机介入对机车采取制动措施，控制机车速度在5km/h以内直至机车停车。

4.3调用摄像头朝机车行驶的方向采集视频数据，作为与制动相关的感知数据。感知数据包括视频数据，摄像头朝机车行驶的方向采集视频数据，将采集的视频数据作为制动相关的感知数据。调用摄像头采集的视频数据与速度传感器采集的机车速度数据。

4.3.1视频数据中检测信号灯。若信号灯的颜色为红色或蓝色，则确定机车满足制动条件。监测采集获得的视频数据，使用目标检测算法从视频数据中检测信号灯的颜色，若机车处于信号灯之前、且信号灯的颜色为红色或蓝色，则确定机车满足制动条件。信号灯为蓝色则代表调车信号、信号灯为红色是指不能超越该信号灯。目标检测算法的任务是图像中所有感兴趣的物体，确定他们的类别和位置。除图像分类外，目标检测要解决的核心问题是可能出现在图像的任何位置、物体有各种不同的大小、物体可能有各种不同的形状。目标检测算法可应用于人脸检测、行人检测、车辆检测、道路检测、障碍物检测等等。

4.轨道车监控自动制动系统减速停车功能分两种：常用制动和紧急制动。

4.4.1常用制动：当监控装置设备接收到速度信号、距离信号、视频信号指令时，首先总风管电磁阀（3号阀）得电关闭总风缸管（3）向自动制动阀总风管（3）的通路，此时均衡风缸电磁阀（1号阀)得电开启排风口排出均衡风缸压力空气，均衡风缸减压,排风时间（5-7秒），为保证均衡风缸排风时间的精准性，泄压阀（XR)排出自动制动阀与3号阀之间管路的部分压力空气，泄压阀（XR）得电的开启/关闭，受传感器（1P)和传感器（3P)检测压力的对比值控制，总风管电磁阀（3号阀）得电的同时，总风遮断电磁阀（8号阀）得电开启8B经8C向中继阀充气空气通路，目的是关闭中继阀总风管（3）向列车管（2）的通路，使用中继阀工作稳定，传感器（8P)实时反馈总风遮断管（8）的压力数值，此时中继阀中均室压力下降，由于列车管（2）压力大于中均室压力推动膜板打开排气阀口，列车管（2）压力变化控制分配阀开启总风管（3）向作用阀作用管（14）的通路，作用阀开启总风缸向制动缸的充气通路，机车车辆完成常用制动，传感器（12P)实时检测制动缸压力空气值是否符合要求。

4.4.2紧急制动：当监控装置设备接收到速度信号、距离信号、视频信号指令时失效时监控装置发出紧急制动指令，首先总风管电磁阀（3号阀）得电关闭总风缸管（3）向自动制动阀总风管（3）的通路，此时均衡风缸电磁阀（1号阀)得电开启排风口排出均衡风缸压力空气，均衡风缸减压，总风遮断电磁阀（8号阀）得电开启8B经8C向中继阀充气空气通路，目的是关闭中继阀总风管（3）向列车管（2）的通路，使用中继阀工作稳定，传感器（8P)实时反馈总风遮断管（8）的压力数值，列车管放风电磁阀（2号阀）排风口开启向大气的通路，列车管（2）压力迅速为O，列车管（2）压力变化控制分配阀开启总风管（3）向作用阀作用管（14）的通路，作用阀开启总风缸向制动缸的充气通路机车车辆紧急制动。传感器（12P)实时检测制动缸压力空气值是否符合要求。