基于車-地通信的朔黃鐵路列車追蹤優(yōu)化研究

孫永生

(浙江眾合科技股份有限公司，杭州　310051)

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基于車-地通信的朔黃鐵路列車追蹤優(yōu)化研究

孫永生

(浙江眾合科技股份有限公司，杭州310051)

摘要：為優(yōu)化朔黃鐵路列車追蹤，通過增加地面調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)和車載輔助智能操控系統(tǒng)，建立基于LTE-R網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)車-地通信，使車載設(shè)備獲得更多的前方線路信息，并實時監(jiān)督列車的追蹤間隔，從而實現(xiàn)列車精確定位以及臨時限速和行車許可即時傳遞，通過比對分析，優(yōu)化后不僅能提高效益，更能保證列車運行安全。

關(guān)鍵詞：重載鐵路；車-地通信；列車追蹤；優(yōu)化

1概述

朔黃鐵路是我國第二條重載煤炭運輸鐵路，其列車運行的安全性直接影響到整條線路的運輸效率。

目前，朔黃鐵路的運輸組織方案是大量開行萬噸、1.74萬t重載列車，線路條件復(fù)雜，運輸密度大，列車安全追蹤成為保證運輸安全和效率的關(guān)鍵。

主要探討基于LTE-R網(wǎng)絡(luò)通信的重載列車追蹤問題的優(yōu)化，在充分利用LTE-R網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提高運輸效率。

2國內(nèi)現(xiàn)狀

2.1高鐵現(xiàn)狀

目前，我國已開行200～250 km/h(CTCS-2級)、300～350 km/h(CTCS-3級)高速鐵路。高速鐵路列車車載設(shè)備可獲知最遠32 km范圍內(nèi)的線路狀況、最大允許速度等信息[1]。高速列車追蹤情況見表1。

表1　高鐵列車追蹤情況

2.2朔黃鐵路現(xiàn)狀

朔黃鐵路是重載貨運鐵路，區(qū)間采用“三顯示”信號機。當(dāng)機車收到“L”碼時，表示前方至少有2個空閑閉塞分區(qū)；當(dāng)機車收到“U”碼時，表示前方只有一個空閑閉塞分區(qū)；當(dāng)收到“H”碼時，列車要在該信號機前方停車[7]。

目前，朔黃鐵路已全線覆蓋LTE-R無線網(wǎng)絡(luò)，但既有調(diào)度系統(tǒng)沒有公開的接口，既有車載設(shè)備也不具備與LTE-R網(wǎng)絡(luò)通信的能力，因此，通過增加一定的車載設(shè)備和地面設(shè)備，完全可以實現(xiàn)車-地實時、連續(xù)的通信[8-11]。

如圖1所示，地面增加一套調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，由于車載設(shè)備目前不支持與LTE-R網(wǎng)絡(luò)連接，故機車頭部增加一套輔助智能操控系統(tǒng)，通過LTE-R網(wǎng)絡(luò)與地面的調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)直接通信，地面可實時監(jiān)測到列車的位置等信息，而列車也可以實時獲取地面的指令等信息。輔助智能操控系統(tǒng)提供與LKJ相同的界面顯示內(nèi)容，但不直接參與控車，僅通過顯示和聲音提示司機操作，從而達到輔助司機駕駛的目的。

3系統(tǒng)功能

3.1列車注冊

地面的調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)為所有裝備并使用輔助智能操控系統(tǒng)的列車建立在線列車列表(圖2)。

圖2　列車注冊交互

輔助智能操控系統(tǒng)啟動后，向調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)發(fā)送列車注冊消息，注冊消息中含有車次號、機車牽引類型、列車編組等信息。調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)對每一列車的注冊消息進行記錄，形成在線列車列表。

對未裝備或未使用輔助智能操控系統(tǒng)的列車，現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)會將車次信息轉(zhuǎn)發(fā)給調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)建立“非通訊列車列表”。

在列車運行過程中，若輔助智能操控系統(tǒng)與地面失去聯(lián)系，調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)則將在線列車列表中該列車標(biāo)記為離線狀態(tài)，如果再次收到該列車的注冊信息，則在此標(biāo)記為在線狀態(tài)。

3.2列車定位

輔助智能操控系統(tǒng)配有專用的多普勒雷達測速儀，會實時采集列車的速度，計算列車位置，并通過LKJ獲取列車位置信息進行校核。在通訊正常情況下，輔助智能操控系統(tǒng)將列車速度和位置信息周期性的發(fā)給地面的調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，后者對列車位置、速度信息進行更新并跟蹤顯示。信號設(shè)備的狀態(tài)仍按照現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的信息進行更新和顯示。如圖3所示。

圖3　列車跟蹤顯示交互

對于未裝備或未使用輔助智能操控系統(tǒng)的列車，調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)并不會以實際位置跟蹤列車，仍以區(qū)段占用的方式進行跟蹤。

3.3列車運行間隔監(jiān)測

由于調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)能實時獲知裝備并使用輔助智能操控系統(tǒng)的列車的實際位置，因此，也可以讓后車(同樣裝備并使用輔助智能操控系統(tǒng))實時獲知前車的位置，或者告知其安全運行目標(biāo)點。可以讓每一列裝備并使用輔助智能操控系統(tǒng)的列車獲知前方空閑區(qū)段的數(shù)量。司機可以更好地了解安全運行的距離，掌控列車運行。如圖4所示。

圖4　列車運行間隔監(jiān)測交互

目前，朔黃鐵路的區(qū)間信號為“三顯示”，列車只能獲知前方有限區(qū)段的空閑情況，一定程度上限制了司機的水平和機車的性能。

3.4臨時限速

臨時限速是保證列車安全運行的有效措施，但在國內(nèi)大鐵上，LKJ只記錄有效期20 d以上的臨時限速信息，20 d以內(nèi)的臨時限速由司機手動輸入，甚至緊急情況下的臨時限速，都要由人工通知，列車司機未必能及時獲得該信息[12-13]。

增加的車載輔助智能操控系統(tǒng)不僅可以記錄20 d以上的臨時限速信息，20 d以內(nèi)的也可以進行記錄，而且當(dāng)通過LTE-R網(wǎng)絡(luò)進行通信時，調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)能隨時將臨時限速信息發(fā)給裝備并使用輔助智能操控系統(tǒng)的列車，后者可立即改變限速曲線并進行聲音提示，司機可以第一時間了解線路的限速情況，采取相應(yīng)的措施緩行或停車，保證列車運行安全。如圖5所示。

圖5　臨時限速信息交互

4系統(tǒng)原理及架構(gòu)(圖6)

圖6　優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)

追蹤優(yōu)化系統(tǒng)包含地面的調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)和車載輔助智能操控系統(tǒng)兩部分，這兩個系統(tǒng)通過LTE-R專用網(wǎng)絡(luò)進行實時、連續(xù)的通信，實現(xiàn)地面對列車的實時跟蹤、列車運行間隔的監(jiān)測、列車對安全運行距離的掌控等功能。

調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)從現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)獲取線路狀況(信號設(shè)備狀態(tài)等)、未裝備或使用輔助智能操控系統(tǒng)的列車的區(qū)段占用情況等必要信息。

輔助智能操控系統(tǒng)從LKJ獲取列車的位置信息用于校核。

追蹤優(yōu)化系統(tǒng)充分利用了LTE-R網(wǎng)絡(luò)，通過車-地連續(xù)通信保證列車的運行安全。

5對比分析(表2)

表2　優(yōu)化前后列車跟蹤情況對比

增加調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)和輔助智能操控系統(tǒng)后，不影響既有調(diào)度系統(tǒng)和車載控制系統(tǒng)的功能，但調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)能通過與既有調(diào)度系統(tǒng)的接口獲得信號設(shè)備的實時狀態(tài)信息，能同時以區(qū)段占用和連續(xù)的方式跟蹤列車運行，并能及時向裝備輔助智能操控系統(tǒng)的列車發(fā)送安全運行目標(biāo)點信息，保證運行安全。

輔助智能操控系統(tǒng)能根據(jù)安全運行目標(biāo)點和臨時限速信息及時變更列車運行限制曲線，并進行相應(yīng)的聲音提示，指導(dǎo)司機操控列車運行。同時，將列車運行信息及時發(fā)送給調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，讓地面人員及時獲知列車運行情況，而既有車載控制系統(tǒng)無法做到這一點。

6結(jié)語

基于LTE-R網(wǎng)絡(luò)傳輸車地信息，可以實現(xiàn)車-地實時通信[8]，使地面系統(tǒng)能實時跟蹤列車運行，掌握列車運行情況；車載系統(tǒng)可以及時獲取安全運行目標(biāo)點、臨時限速等信息，從而及時變更列車運行限制曲線，指導(dǎo)司機操控列車運行。

通過車-地連續(xù)通信，可以有效保證列車安全運行，縮短運行間隔[3,10]，提高運力，從而提高運輸效率，對朔黃鐵路的經(jīng)濟效益產(chǎn)生積極作用。

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Research on Train Tracking Optimization of Shuo-Huang Railway Based on Vehicle-to-round Communication

SUN Yong-sheng

(United Science & Technology Co.， Ltd.， Hangzhou 310051， China)

Abstract：To optimize the train tracking on Shuo-Huang railway， LTE-R-network-based continuous vehicle-to-ground communication is established by adding more ground optimized dispatching and on-board intelligent auxiliary control system to get more information of the line ahead and monitor train intervals in real-time. Thus， precision train location is achieved and temporary speed limit and traffic permit are delivered immediately. With comparison and analysis， the optimization can not only improve the efficiency， but also ensure the safety of the train operation．

Key words：Heavy haul railway; Vehicle-to-ground communication; Train tracking; Optimization

中圖分類號：U292.4+2

文獻標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.028

文章編號：1004-2954(2016)04-0115-03

作者簡介：孫永生(1986—)，男，工程師，2012年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail:sunyongsheng@unitedmne.com。

基金項目：國家科技支撐計劃項目(2013BAG20B00)

收稿日期：2015-08-19； 修回日期：2015-09-06