铁路信号设备防盗报警系统设计

NelsonOno7

[摘要]铁路信号设备是铁路安全运营的关键设备，该文针对目前铁路信号设备存在的安全隐患，在现有的铁路微机信号监测设备的条件下，设计了铁路信号设备防盗报警系统，用于解决铁路沿线铁路信号设备遭破坏或防盗报警，确保铁路信号设备的正常运行。
[关键词]铁路信号设备 防盗报警 系统设计
铁路电务信号设备分布范围较广，点多线长，遭破坏与被盗的现象较严重，危及铁路行车安全。目前电务部门对某些信号设备采取加固措施，但没有从根本上解决遭破坏与被盗的问题。研究利用计算机网络技术，通过铁路信号微机监测系统对信号设备出现红光带信息以及信号变压器箱盒、引接线等状态信息进行收集、处理，及时向有关部门发出报警信息，可有效防止信号设备遭破坏与被盗。
1、系统结构图（见图1）
2、区间信号设备出现红光带故障的报警设计
2.1 基本原理
某一地点，微机监测系统监测到红光带，判断是否车压过，如果是，则不收集位置信息；如果不是，延时若干秒后，则收集位置信息。
2.2 报警逻辑
（1）当某个非边界区段发生红光带时，并且它的邻近区段都没有被占用过，状态延时60秒；
（2）当边界区段发生红光带时，如果该区段是相应接发车表示灯方向的最后一个区段，并且其前一个区段没有被占用过（因为正常情况下该区段前一个区段被占用过后才会红光带），状态延时60秒；
（3）当几个区段同时红，并且1分钟内相应的接发车表示灯没有改变过。
（4）当以上3个条件任意一个条件满足时，检查被盗区段的移频发送电流，小于报警下限则报，否则不报。
2.3 不报警的情况
（1）监测程序启动30秒内不报警；
（2）车站检修时不报警；
（3）车站与监测总服务器通信中断时不报警；
（4）监测总服务器与上位机短信报警服务器串口通信中断时不报警；
（5）监测程序启动后，某个轨道区段红光带时，该区段相邻的区段均没有被车压过时，不报警（这样处理是为了避免一种情况下误报，当程序启动后，正好有车压在某个区段。这时无法判断该区段是正常走车还是被盗，只有当相邻区段红光带时才能判断可能是正常走车，但是如果相邻区段没有红，这时是该不该报呢？如果该报，要延时多久才报呢？如果有特殊情况，比如临时停车可能一停就是几十分钟，这个延时条件不好界定，所以，在程序最近一次启动后至少要正常走过一遍车后短信报警功能才会起作用）；
（6）某个区段红光带时，在一分钟前（从占用到空闲）已有车已经压过该区段，则不报警。这样做也是防止码位采集迟迟上不来，或者程序处理不过来，码位变化发生延时，导致误报；
（7）站机配置错误不报警；
（8）短信报警服务器问题。
3、信号设备被盗时的报警设计
信号设备（箱盒、引接线等）被盗开关量由室外信号综合监测系统完成，再将被盗开关量信息送至信号设备智能报警平台。系统组成如图2所示。
每个信号点9路开关量监测，分别对应为：3个灯位的灯丝断丝或1/3 LED故障报警开Yeit，4个箱盒（轨道电路发送箱、轨道电路接收箱、空芯线圈箱、信号器材箱）开盖报警开关量，2个钢包铜线剪断报警开关量。
室外设备的防盗开关量均通过信号灯丝报警电缆传输回室内，不影响现有灯丝报警电路的正常使用，不需增加电缆，减少投资，报警开关量送回室内后，经过集中管理机处理，可判断开关量的具体位置，并通过RS-232串口将信息传送至微机监测系统，从而实现智能防盗。
箱盒报警：箱盒开盖开关量由干簧管和相应磁铁块组合产生。干簧管安装于箱体合适位置，磁铁块安装于箱盖的对应位置，使箱盖离开箱体时干簧管的状态发生变化。
引接线断线报警：引接线断线开关量由附带在引接线上导线产生。一旦钢包铜线被剪断，则相应的附带导线也被剪断，从而产生状态开关量。
4、系统与微机监测系统实行单向传输的设计
运用串口与其进行通信，同时串口通信只具有单向性，即只有微机监测系统向本系统进行信息传递，而本系统不能向微机监测系统进行信息传递。
4.1 串口通信的基本原理
所谓“串行通信”，是指外设和计算机间使用一根数据信号线。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，当然，其传输速度比并行传输慢。相比之下，由于高速率的要求，处于计算机内部的CPU与串口之间的通讯仍然采用并行的通讯方式，所以串行口的本质就是实现CPU与外围数据设备的数据格式转换（或者称为串并转换器），即当数据从外围设备输入计算机时，数据格式由位（bif）转化为字节数据；反之，当计算机发送下行数据到外围设备时，串口又将字节数据转化为位数据。
4.2 程序设计原理
首先初始化串口，比如端口号、波特率等属性，然后打开端口，通过接受缓冲区读上行数据，通过发送缓冲区来写下行数据。最后通过事件驱动来反映数据的到达与发送过程，另外，在通讯过程中的错误的产生也可以通过CommEvent属性来管理。
4.3 系统使用串口保证微机监测系统的安全
使用串口与微机监测系统进行通信，主要是串口的通讯是单向的，即只有从微机监测系统中向本系统进行数据传输，而本系统不向微机监测系统传输，这样就保证了微机监测系统的安全。
5、短信自动群发与电话自动语音通知的设计
5.1 短信自动群发
利用GSM模块对信息的发布也是信息管理系统常用的手段。计算机串口上连接GSM MODEM，用它向手机发送短消息。这种方法收发短消息又分三种模式：BLOCK模式、TEXT模式和PDU模式。PDU模式被所有手机支持，可以使用任何字符集，它也是手机默认的编码方式。系统在开发选用了PDU模式，用PDU模式收发短消息可以使用三种编码：7-bit编码、8-bit编码和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符；8-bit编码通常用于发送数据消息，如图片或铃声等；UCS2编码用于发送Unicode字符。系统中要实现中文短消息的发送，所以选择用UCS2编码，即中文Unicode码。
发送PDU串的编制分析：通过UCS2编码我们得到中文Unicode码，接着就可以进行发送PDU串的编制了。从表面上看，PDU串是ASCII码串，同样由‘O’、‘9’、‘A’、‘F’这些数字和字母组成。它们是8位字节的十六进制数，或者BCD码十进制数。PDU串除了包含所发送的消息本身外，还包含很多其它参数信息，如服务中心号码、目标号码和编码方式等。
5.2 电话自动语音通知
系统所实现的电话自动语音通知方法是使用语音卡。语音卡是以PC为基础的语音处理系统极其重要的组成部分。语音卡，也称语音板，是工业标准的IBM PC、AT及兼容机的扩展卡，能够实现语音处理功能。语音卡具有以下几个重要特性：
（1）计算机总线：常采用通用的总线，如ISA，PCI总线等。
（2）电话接口：模拟接口（RJll和RJl4），数字接口（E-1和TI）。
（3）语音总线：它是一个与计算机本身无关的总线，通过语音总线能够对语音卡加以控制，使音频信号和信令能够在不同的语音处理模块之间传输。
6、结束语
本文针对目前铁路信号设备分布分散、管理难度大，被破坏和盗窃严重的状态，研究在现有的微机监测信号设备的基础上，设计一套及时反馈铁路信号设备被破坏和盗窃的报警装置，可有效防止铁路信号设备被破坏和被盗，对确保铁路行车安全、正点具有重大意义。