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地铁轨道隧道段与高架段的安防应用分析

文章来源：作者：点击：3819 更新时间：2011-11-13

地铁轨道建设类别
　　针对轨道安全，北京市公布《城市轨道交通安全运营管理办法》，首次以法规的形式明确规定，地铁车站内不能设置商业摊点，擅自进入地铁轨道将被视为危害轨道交通安全;此外，拦截列车，擅自进入轨道线路、隧道等禁止进入的区域，强行上下列车，向列车、机车、维修工程车以及其他设施投掷物品等9种行为将被视为危害城市轨道交通安全运营的行为。由此可知，地铁系统轨道安全部分的安全隐忧，让政府单位不得不正视轨道安全的规范。
　　地铁轨道的建设型式有哪些呢?地铁是大众捷运系统的一部份，在建设上采用隧道以及高架两种方式，这也是地铁轨道得以避开平面道路的阻碍达到快捷运输的原因，当然也有些城市地铁系统行驶于地平面上，但毕竟是少数且其环境特殊。这两种类型的地铁轨道路段因机电系统的差异不同也有不同的轨道结构型式，除了我们熟知的架空电力线供电方式之外，为了减少系统电力线在高架段可能产生天气或人为因素而断线，还有为了减少开挖及降低净空空间需求，轨道供电方式盛行于地铁系统中。不论是哪一种结构，地铁轨道都存在一些已知或未知的安全危害因素，这些因素也因轨道的型式、结构及路段不同而有不同程度的安全顾虑存在。
　　地铁轨道有何安全顾虑特性
　　轨道安全顾虑有很多种不同类型，它们会以共同模式存在于不同轨道型式中，也会以特定的模式行为存在于不同的轨道路段或型式上，我们就分别来看这些共同与不同的轨道安全顾虑内容有那些危害与影响。
　　轨道不明掉落物
　　不明物体掉落轨道是地铁轨道事件中最多也最常见的，它不仅发生在站体内月台区，更多是发生在地面高架轨道及地下轨道衔接地面高架段的区域，由于缺乏完整的覆盖保护，轨道两旁大楼飘落物及小孩无意的丢掷物品石头进入轨道区，都可能使列车侦测系统因侦测到异物而暂停行驶，影响系统的运营及民众的行动便利。
　　人员入侵轨道区域
　　人员入侵轨道区本不应该存在，不管车站站台是否有无屏蔽门或轨道旁围篱，都还有监控设备及人员把关，隧道及高架段人员进入是一个高度的危险事件，是完全不容许发生的。但往往因为可能的工程维护时漏洞或由隧道通风竖井或是隧道衔接高架段部份结构缺口不当入侵，这个影响比异物掉落轨道影响更大，不只是列车停驶及时间担误，这种危害会造成轨道设备损坏及人员触电死亡问题。
　　轨道大量进水积水
　　这种情况通常出现在大雨天气不佳，加上高架轨道上排水系统堵塞才会发生，发生机率小，但多国地铁发生过此情况，这种危害问题发生在轨道供电的地铁系统上会造成较大的麻烦，由于轨道供电的方式是采用集电靴在电力供应轨(第三或第四轨)上接触取得电力，若积水过深会造成集电靴无法取得电力使列车中断电力而停驶。
　　轨道架空电力线断落
　　电力线断落部份造成列车无动力无法行驶是一种较少发生但却不能说不会发生的轨道安全问题，且由于架空电力与轨道供电大为不同，轨道供电为直流低电压方式，而架空为高压方式，因此架空线断落也会造成供电站或临近地区供电发生问题，因此也是一个必须要纳入轨道安全危害考虑的部份。
　　轨道侦测系统故障
　　目前各种轨道系统都或多或少在轨道上装置有一些侦测列车或是轨道本身状态的侦测器，因为可能是阶段发展的关系，有很多侦测系统不是传不回信息状态就是有故障及整合问题，使得列车在轨道上运行时多半得靠驾驶人员的回报才能掌握轨道信息，若是无人计算机操作控制的列车就可能发生列车追撞事件。
　　轨道电力站故障
　　重大的危害问题之一，特别是因为轨道供电方式的地铁轨道系统，采用约1500V直流供电较多，不像22KV架空电力供应可以很长一段距离才设置一个电力站，因此在轨道上会有很多供电站点，但设备一多故障率就跟着高，一旦发生故障就可能产生临时停车的危害事件，这也是轨道安全在高架及隧道段最在意的问题。
　　隧道段轨道区排烟通风不良
　　地铁系统约有80%以上轨道路段在地下，因此对隧道段内通风及温度和一氧化碳浓度的侦测有其重要性，过去地铁运营初期也确实因为通风不良而产生过地铁乘员产生身体不适的问题，但更重要的是隧道内温度过高的危险性，可能使设备故障或是引发火灾，因此通风与散热问题也是很重要的危害因子。
　　轨道逐渐变形磨耗问题
　　这是一般搭乘旅客较不在意的问题，但对地铁运输而言，轨道渐次变形是很严重的问题，因为地铁系统设计时有考虑到车轮与轨道磨耗问题，可以利用材料磨损计算预估推算，但往往由于运营量的大小问题使得这个计算推论不是能够那么准确的落在预估点或推论时间，但若疏忽对轨道产生应力变化可能带来危险是很可怕的，因此车载重与轨道磨耗也是一个轨道安全要关注的重点。
　　轨道隧道段缺乏紧急照明与逃生引导措施
　　这是轨道安全问题中的大问题，由于大部份地铁系统都以地下化隧道为主，因此一旦发生紧急事故或列车停驶事件时，逃生引导及紧急照明就成了非常重要的轨道安全措施，过去有几次新的地铁试营运时因为系统的不稳定发生系统当机的情况，当事件发生后地铁人员必须在高架及隧道段紧急开启车厢引导乘客离开车厢至最进的车站疏散避难，但这几次的事件中给人最深刻的印象就是乘客自行在照明不足的隧道中延轨道摸黑行进，还有在高架段上沿轨道旁维修步道拖着行李前进到最近车站的危险画面，这些说明这照明与逃生引导在轨道安全中的必要行。
　　轨道供电散杂电流影响安全
　　这是一个轨道安全技术性问题，由于轨道供电方式在电力回流时会在轨道对地间产生一个回流电流因此很容易对地下隧道内的设备产生电腐蚀作用使设备故障，因此不论在哪一种型式轨道，都必须要考虑这种问题的发生与防治。
　　以上是我们在轨道型式上所看到的不同安全顾虑内容，这些不同于我们平常所讨论的地铁车站或列车车厢安全问题，但其实应该是地铁轨道本身要重视的安全项目，那这些不同于一般安全项目的部份又有哪些作为可以防范与管控呢?
　　地铁轨道在高架与隧道段的安防作为
　　要做到上述十个地铁轨道安全危害问题的防治很复杂，它不是单一安防系统可以覆盖解决，需要用到各种不同的设备器材及传输侦测及收集反应等措施。
　　CCTV视频监控系统
　　CCTV视频监控系统是最优先最直观的方式，它可以通过远距离监控视频画面对可能发生如轨道异物掉落或积雪积水进行监视。另外搭配低光夜视和视频分析与辨识(IVA)系统可以针对轨道在隧道口及高架衔接处的一些重点区域对入侵的人员进行快速的图像辨识与行为分析，可以再利用声音采集系统进行双向的对话及告警，必要时在以远程广播喇叭发出告警讯息以达到先警告制止的目的，再尽速配合工作人员驱离入侵人员或清除掉落异物。视频系统通过轨道布放的光纤电缆传输实时的视频，并可以通过PTZ功能对轨道异物及入侵人员进行细部观察监控。
　　月台屏蔽门及轨道旁光纤围篱侦测器
　　月台屏蔽门(Screen Door)在目前各国使用于地铁车站内的效果是不容置疑的，它可以配合列车的到站与离站来控制屏蔽门的开关，很多地铁车站在月台加装屏蔽门之后，除非是人员疏忽放行不然几乎没有再发生过由月台能入侵隧道轨道区的情事。而轨道在与地面或高架段衔接处，由于地铁系统疏忽的隧道口或平面轨道区域可以采用围篱加装光纤振动等早期侦测设备，可以在人员入侵时可以配合影音采集监视监控系统予以掌控及驱离。
　　轨道环境远程资料收集器
　　通过风力、积水、积雪及雨量等不同资料收集器，将强风、积水、积雪状态透过收集器以RS-232转换为TCP/IP信号再以光纤传输器将信号数据传回行车控制中心进行分析，目前这种有线方式是最为稳定可靠的方式，当然也有部份系统会采用无线摇控数据收集方式，但基本上目前所有地铁机电控制系统包含列车控制都以有线控制为主，目前一个光纤传输网络界面(FOT)或网络交换机(SFP Switch)可同时接收数字视频、RS-232/422/485及多组的N.O/N.C点，对轨道监控可以应用各种远程数据视频与控制的双向传送。
　　轨道损耗与列车轮轴承载状态侦测软件
　　这是一种新的软件与远程列车信息结合的运用，过去是以国外厂商为主的供应方式与系统链接，但在这两年已有成功的研制自有轨道及列车轮轴承载状况监控系统，厂商研发的复合传感器、超谐振声学共振解调传感器、总接线盒、装置主机、副机、故障诊断检测机、诊断站和软件专家系统等，形成了对地铁机车车辆从车上到地面，从整车到部件，从机械到电器，从运用到维修的“立体”安全监测体系，极大地保障了机车运行安全，大大减少和避免了运输事故的发生，提高了铁路运行的安全。这种装置还可以在列车行驶过程中，将列车与轨道接合的密合度磨擦系数与列车轮轴承载压力变化及列车在轨道弯道部份的重心偏移度，通过数据回传后再分析以提早了解列车与轨道的磨耗情况，避免轨道或列车发生过度磨耗危及行车安全。
　　轨道行车侦测器
　　在轨道的沿线装设有列车侦测器，可以收集目前轨道上所有列车的行车间距、车速及列车电力电流量，因为大运量地铁系统仍是人工驾驶操作为主，可以辅助电连车驾驶对车速及前后方列车监距与车速的掌控，通过这个机制地铁系统才得以不发生追车追撞情况。同时在车上也应该有APS自动电力供应及ATS自动列车警誓煞车功能，以避免追撞及无电力供应时自动列车运行要求。
　　轨道信号灯标志监控系统
　　本系统为提供行车控制中心在列车行经各车站及转辙段时的信号灯状态掌控，过去有太多地铁驾驶在人手操作信号灯标志时代，在灯号变换未完成下，即有将列车开动情况，对列车监距及行车安全造成影响，但因灯号都为计算机操控，所以一套对所有信号灯标志状态进行监控的机制也是确保轨道安全的重要作为。
　　隧道轨道光纤温度侦测及通风排烟消防系统
　　确保整个地铁轨道安全的特大重点项目，尤其是隧道段的轨道部份通风排烟及紧急照明，过去也发生过很多次隧道内轨道部份由于温度高而引发燃烧的情况，由于列车通过轨道时的速度过快产生高温，因此在车速上各国都有严格标准，同时为了侦测隧道内环境温度变化，必须采用敏感度较高的光纤温度感知器，以避免因列车来往造成的温度上升误判，轨道消防本就是轨道安全的优先部份。另外通风与排烟监控功能更是轨道安全不可少的监控机制。
　　结语
　　针对轨道安全的部分不只上述所列的，轨道交通安全特别是地铁交通，是城市经济发展的动脉，地铁轨道交通承担着城市广大民众与物资运输的安全任务;同时，城市轨道交通发展已接近完善阶段，许多城市正在或准备建设地铁。地铁安全不应该单是探讨车站或车厢安全，轨道安全也应该是当务之急。面对这种安全需求，轨道安全作为研究及推广应用就显得尤为重要。

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