淺談新一代列車運(yùn)行監(jiān)控裝置在重載列車控制中的應(yīng)用

畢朝暉

摘要：針對朔黃鐵路公司開行重載列車的運(yùn)用需求，結(jié)合新一代列車運(yùn)行監(jiān)控裝置的特性，提出新一代列車運(yùn)行監(jiān)控裝置在監(jiān)控重載列車安全運(yùn)用中的一些思考，為后續(xù)重載列車的發(fā)展和運(yùn)用提供參考。

關(guān)鍵詞：重載列車;新一代列車運(yùn)行監(jiān)控裝置;LKJ-15;自動開車對標(biāo);調(diào)車防護(hù)

重載列車一般是指在貨運(yùn)量到發(fā)集中的運(yùn)輸線路上采用大型專用貨車編組，采用雙機(jī)或多機(jī)牽引開行的一種超長、超重的貨物列車，重載列車車輛載重力大，列車編掛輛數(shù)多。由于重載列車編組長度和重量的特殊性，其在安全控制方面有著更高的要求，現(xiàn)有LKJ2000列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置在軟件和硬件方面存在諸多限制，制約了重載列車運(yùn)輸發(fā)展。本文通過分析新一代列車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特性，探索新一代列車運(yùn)行監(jiān)控裝置在重載列車控制中的應(yīng)用方法。

1.LKJ2000型列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置運(yùn)用現(xiàn)狀

LKJ2000列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（以下簡稱LKJ2000）是我國鐵路列車運(yùn)行控制的主要安全設(shè)備之一，其主要功能是防止“兩冒一超”，即防止列車冒進(jìn)進(jìn)站信號機(jī)和出站信號機(jī)、監(jiān)控列車運(yùn)行速度。同時(shí)具備記錄列車運(yùn)行、機(jī)車運(yùn)用及司機(jī)操作狀況作為行車安全分析重要依據(jù)的“黑匣子”功能。

朔黃鐵路公司自2009年開行萬噸列車以來，經(jīng)過探索試驗(yàn)，逐步開行1.5萬噸、1.74萬噸和兩萬噸等多種編組形式的單元和組合重載列車。尤其是朔黃鐵路萬噸站場改造完畢后，萬噸、兩萬噸列車大量開行，LKJ2000型列車監(jiān)控記錄裝置面對站場復(fù)雜化后，在列車監(jiān)控、乘務(wù)員操作以及適應(yīng)站場控制方面顯得捉襟見肘，難以適應(yīng)運(yùn)輸發(fā)展和機(jī)務(wù)運(yùn)用安全的新要求。

1.1 系統(tǒng)安全可靠性等級低。

LKJ2000在設(shè)計(jì)之初受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件限制，未采用安全型計(jì)算機(jī)平臺架構(gòu)，人機(jī)界面交互單元（屏幕顯示器）、通信接口等關(guān)鍵環(huán)節(jié)為非安全冗余設(shè)計(jì)，受系統(tǒng)架構(gòu)限制，機(jī)車運(yùn)行途中出現(xiàn)主/備機(jī)切換、重啟、屏幕顯示器“黑”、“白”屏等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，既影響行車安全也干擾司機(jī)正常操作。

1.2 系統(tǒng)資源有限，適應(yīng)運(yùn)輸發(fā)展能力差

LKJ2000型設(shè)備軟硬件資源匱乏，受硬件資源限制LKJ車載數(shù)據(jù)的容量僅為2MB，且難以擴(kuò)展;受軟件系統(tǒng)架構(gòu)限制，每條交路所能使用的車站代碼限制為0-1023，朔黃鐵路神池南至肅寧北間目前已使用636個(gè)。就神池南站而言，發(fā)車地點(diǎn)受數(shù)據(jù)容量限制，多點(diǎn)使用同一代碼，無法準(zhǔn)確定位機(jī)車實(shí)際開車位置。

1.3 控車精準(zhǔn)度不足，影響列車運(yùn)行效率。

受LKJ2000系統(tǒng)架構(gòu)制約，LKJ2000型在很多場景下均無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，只能采用延長控制范圍的導(dǎo)向安全側(cè)控制方式來確保行車安全，影響了列車的運(yùn)輸效率?？刂凭炔粔虻牡湫蛨鼍傲信e如下：

1）始發(fā)車站不同側(cè)向發(fā)車進(jìn)路存在不同的道岔限速時(shí)，在該車站側(cè)向始發(fā)的列車只能按照最低的道岔限速控制;

2）車站某股道進(jìn)站道岔限速和出站道岔限速不同時(shí)，列車通過該側(cè)線股道運(yùn)行時(shí)LKJ2000只能按照進(jìn)站道岔限速和出站道岔限速兩者的低值控制側(cè)向通過速度;

3）特定引導(dǎo)、綠色許可證等非正常行車不能定位到具體故障的信號機(jī)進(jìn)行控制，遇存在連續(xù)的進(jìn)站信號機(jī)或者連續(xù)的出站信號機(jī)，LKJ2000對每個(gè)進(jìn)站或出站信號機(jī)均進(jìn)行停車模式曲線控制，需要乘務(wù)員逐個(gè)解鎖操作后方能通過。

1.4 人機(jī)交互不友好，易造成操作錯誤

既有監(jiān)控設(shè)備控制參數(shù)設(shè)定時(shí)，交路、車站號均為代碼形式、開車對標(biāo)、支線和側(cè)線選擇等需要司機(jī)記憶，人機(jī)交互中設(shè)備智能化程度低，現(xiàn)場復(fù)雜化之后，應(yīng)用中易出錯。通過對2015年至2018年4月朔黃鐵路列車運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，因錯輸造成行車問題總計(jì)146件。

（1）錯誤使用按鍵、支側(cè)線號造成自停動作放風(fēng)、責(zé)任停車26件

（2）錯誤選模式、車站代碼、交路號造成列車自停動作放風(fēng)、責(zé)任停車21件

（3）錯誤使用開車鍵、錯誤調(diào)整數(shù)據(jù)造成非正常行車100件

通過對三年以來行車問題的整理分析，可以看出LKJ2000在監(jiān)控操作方面，由于錯輸支線側(cè)線號造成自停動作放風(fēng)19件、由于錯輸車站代碼造成行車問題14件、由于錯誤位置使用開車鍵高達(dá)97件。造成這些問題的主要原因不外乎兩點(diǎn)：一是站場復(fù)雜乘務(wù)員辨別機(jī)車位置、開車對標(biāo)地點(diǎn)困難;二是LKJ人機(jī)交互界面顯示不直觀，

2.新型列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置系統(tǒng)功能對比

2013年鐵路總公司立項(xiàng)研發(fā)的LKJ系統(tǒng)（LKJ-15型）形成科研成果，目前產(chǎn)品已獲得鐵路產(chǎn)品認(rèn)證，具備推廣使用條件。LKJ-15型相比LKJ2000在性能方面得到了極大的提升：

2.1 系統(tǒng)安全性提升

系統(tǒng)安全方面采用2乘2取2安全計(jì)算機(jī)架構(gòu)，核心部件的安全完整性為國際電子產(chǎn)品認(rèn)證最高等級SIL4級，行車指令獲取方式，由LKJ2000型并口電平采集改為采用安全協(xié)議串口通信，確保機(jī)車信號信息采集安全、可靠;控制指令輸出具備終端狀態(tài)檢測和故障-安全措施，確保列控設(shè)備輸出的控制指令準(zhǔn)確、可靠。

系統(tǒng)可靠性方面，關(guān)鍵環(huán)節(jié)均采用冗余設(shè)計(jì)，顯示器內(nèi)置雙套冗余;原LKJ2000型的調(diào)車監(jiān)控、平面調(diào)車、本補(bǔ)切換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等8個(gè)外圍擴(kuò)展設(shè)備集成為一體化設(shè)備，大量減少外圍設(shè)備間的連接電纜，平均無故障時(shí)間（MTBF）達(dá)1.78×106小時(shí)，比LKJ2000型高2個(gè)數(shù)量等級。

2.2 系統(tǒng)功能適應(yīng)運(yùn)輸發(fā)展需求

與LKJ2000型設(shè)備相比，LKJ-15在系統(tǒng)功能方面進(jìn)行了較大的改進(jìn)，可以支持具備通過地面應(yīng)答器提供LKJ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)監(jiān)控列車運(yùn)行能力，并實(shí)現(xiàn)與車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)運(yùn)行的平滑切換，可適應(yīng)跨不同線路等級線路的列車運(yùn)行控制需求;采用車次號與模式控制、數(shù)據(jù)調(diào)用無關(guān)聯(lián)邏輯設(shè)計(jì)，車次編碼支持10位數(shù)且字母和數(shù)字可任意組合，無需通過升級軟件適應(yīng)鐵路車次編號規(guī)則的變化;數(shù)據(jù)存儲容量可提高到256M，且對車站號、監(jiān)控交路號等

數(shù)據(jù)資源沒有限制，將不會出現(xiàn)因數(shù)據(jù)存儲容量、數(shù)據(jù)資源不足等造成需對機(jī)車、動車運(yùn)行范圍進(jìn)行限制的現(xiàn)象。

2.3 數(shù)據(jù)維護(hù)和管理便捷

基于路網(wǎng)布局以數(shù)據(jù)元為基礎(chǔ)建立拓?fù)浜瓦壿嬯P(guān)系，采用統(tǒng)一的編碼體系，為圖形化數(shù)據(jù)編制、便捷的更新維護(hù)和區(qū)域協(xié)作以及控制精準(zhǔn)化提供了數(shù)據(jù)平臺;采用列車運(yùn)行徑路數(shù)據(jù)與線路設(shè)備、設(shè)施參數(shù)數(shù)據(jù)分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，可針對線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或運(yùn)行組織數(shù)據(jù)的不同變化分別進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)，數(shù)據(jù)維護(hù)作業(yè)量小且發(fā)生錯誤概率低;通過數(shù)據(jù)中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)跨局?jǐn)?shù)據(jù)的交接與管理，備自動對跨局交接的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，實(shí)現(xiàn)了鐵路局間區(qū)域數(shù)據(jù)工作協(xié)作的便利化，降低了數(shù)據(jù)交接出錯等安全風(fēng)險(xiǎn);具備自動化的無線數(shù)據(jù)換裝能力，可降低數(shù)據(jù)換裝勞動強(qiáng)度，減少人工干預(yù)環(huán)節(jié)，解決數(shù)據(jù)人工換裝存在的錯換、漏換等問題，提高了安全保障能力。

2.4 操作方式更加友好

采用拼音索引定位車站并根據(jù)起始站至終到站自動規(guī)劃運(yùn)行徑路供司機(jī)選擇輸入;無需司機(jī)記憶或攜帶《LKJ操作使用手冊》的車站編號、監(jiān)控交路號對照表即可完成始發(fā)站和運(yùn)行徑路等發(fā)車參數(shù)的設(shè)定;遇運(yùn)行圖調(diào)整列車徑路變化也無需換裝LKJ數(shù)據(jù)和修改《LKJ操作使用手冊》;具備車站各股道出站信號機(jī)、區(qū)間通過信號機(jī)、指定公里標(biāo)處進(jìn)行開車對標(biāo)調(diào)用線路數(shù)據(jù)的操作方式，易于司機(jī)掌握，且適應(yīng)行車組織變化的能力強(qiáng);具備支線運(yùn)行方向信息顯示和CIR獲取進(jìn)路信息顯示，有利于保證司機(jī)對行車安全關(guān)鍵的支線方向選擇操作正確，并具備衛(wèi)星定位輔助糾錯司機(jī)的操作，提高了安全保障能力。

3.LKJ-15列車運(yùn)行監(jiān)控裝置的運(yùn)用情況

中國中車LKJ-15C型列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置，最早2015年4月在沈陽機(jī)務(wù)段裝車試運(yùn)行，截至2018年3月，中國中車LKJ-15C型列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置在全路9個(gè)鐵路局共安裝了16套，車型涉及DF4、DF8B、HXD1、HXD2等11種車型，分別是沈陽鐵路局、上海鐵路局、南昌鐵路局、武漢鐵路局、蘭州鐵路局、昆明鐵路局、青藏公司、濟(jì)南鐵路局、成都鐵路局。其中與LKJ2000型并行，不參與控車的13套。LKJ-15C型單獨(dú)控制列車的3件：分別是：昆明機(jī)務(wù)段2015年9月SS7C158機(jī)車、2017年5月分HXD3C617機(jī)車和格爾木機(jī)務(wù)段2018年3月在HXN34193機(jī)車。

河南思維LKJ-15S型列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置在2015年4月起，開始裝車運(yùn)用，總計(jì)14臺，涉及客運(yùn)和貨運(yùn)列車的監(jiān)控，車型涵蓋HXD1D、HXD1B、HXD3C、DF4C、SS7C、HXD3C、SS3、HXD3、DF8、DF8B、HXN3等車型。

2018年7月19日，中國中車LKJ-15C型列車監(jiān)控裝置在朔黃鐵路管內(nèi)完成設(shè)備安裝和靜態(tài)調(diào)試并上線運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間的試驗(yàn)運(yùn)行，LKJ-15型列車運(yùn)行監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)控制很好的解決了萬噸站場腰岔發(fā)車的問題，并結(jié)合朔黃鐵路重載列車實(shí)際需求，取消了上電緊急、宕機(jī)緊急、待機(jī)緊急等三項(xiàng)功能。同時(shí)根據(jù)朔黃公司需求建立差分基站，同期試驗(yàn)衛(wèi)星定位對標(biāo)開車，目前試驗(yàn)階段衛(wèi)星定位信息精確度達(dá)到2-5米，正在進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)當(dāng)中。

4.LKJ-15列車運(yùn)行監(jiān)控裝置功能展望

4.1 基于衛(wèi)星定位的自動開車對標(biāo)

LKJ-15設(shè)備附屬裝置LAIS（列車運(yùn)行狀態(tài)信息系統(tǒng)）系統(tǒng)包含衛(wèi)星定位模塊。其衛(wèi)星定位誤差較大，但如果集合差分基站提供的衛(wèi)星精準(zhǔn)的定位信息，可實(shí)現(xiàn)列車的自動定位功能，如：自動開車對標(biāo)、車站和股道定位、區(qū)間校正等功能。

事先通過衛(wèi)星定位終端采集站場、線路的實(shí)際衛(wèi)星參數(shù)信息，預(yù)置在LKJ-15行列車監(jiān)控裝置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中，運(yùn)用時(shí)，司機(jī)在始發(fā)設(shè)定參數(shù)時(shí)，允許自動定位車站、股道等信息，并處于降級模式下，LKJ-15列車監(jiān)控裝置實(shí)時(shí)采集衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，將列車機(jī)車位置、運(yùn)行方向和速度，與LKJ-15基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，滿足條件時(shí)實(shí)現(xiàn)自動開車對標(biāo)控制。

在正常模式下，可以根據(jù)該衛(wèi)星定位信息與實(shí)時(shí)衛(wèi)星信息對比，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控裝置機(jī)車位置自動校正功能。

4.2 基于LKJ-15的本務(wù)機(jī)車站場調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)系統(tǒng)

在LKJ-15列車監(jiān)控裝置基礎(chǔ)上，利用無線技術(shù)與站場聯(lián)鎖信息握手，實(shí)現(xiàn)本務(wù)機(jī)車的調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)，如：調(diào)車信號防護(hù)、速度防護(hù)、機(jī)車或車列定位、以及接觸網(wǎng)終點(diǎn)、車檔和站界等距離防護(hù)、存留車股道防護(hù)等功能。

采集站場實(shí)際信息，繪制成站場圖，通過無線發(fā)送的站場實(shí)時(shí)聯(lián)鎖信息，將站場的軌道區(qū)段占用情況、調(diào)車信號機(jī)顯示情況、道岔定反位狀態(tài)、機(jī)車位置等信息實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，指導(dǎo)司機(jī)掌握整個(gè)站場的各個(gè)股道和軌道區(qū)段的占用和空閑狀態(tài)，同時(shí)將聯(lián)鎖信息與監(jiān)控裝置繪制好站場信息進(jìn)行對比計(jì)算，再通過LKJ-15型列車監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)車機(jī)車和車列的報(bào)警、控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)功能。

4.3 基于車載雷達(dá)、傳感器及衛(wèi)星定位準(zhǔn)確判定機(jī)車運(yùn)行速度和列車定位

目前機(jī)車速度采集主要源于裝載與機(jī)車2、4軸的速度傳感器三個(gè)速度通道的采集結(jié)果，經(jīng)LKJ-2000型列車監(jiān)控裝置對比產(chǎn)生，不能準(zhǔn)確及時(shí)的反映列車真實(shí)速度。

LKJ-15型列車監(jiān)控裝置采用的霍爾傳單器、雷達(dá)輔助測速測距和衛(wèi)星定位模塊，可以通過不同方式采集機(jī)車的運(yùn)行速度，不局限于單一軸位速度。可以通過將軸位速度、雷達(dá)速度和衛(wèi)星速度三者比對得出列車真實(shí)速度，避免單軸位空轉(zhuǎn)或輪滑是列車產(chǎn)生常用和緊急制動等對于重載列車來說的危險(xiǎn)控制指令，判定列車發(fā)生缺失發(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，可以通過報(bào)警、卸載等比較柔和的指令輔助乘務(wù)員操縱列車，從而提升列車的運(yùn)行品質(zhì)和安全系數(shù)。

5.結(jié)束語

目前，LKJ2000列車運(yùn)行監(jiān)控裝置作為監(jiān)控重載列車安全運(yùn)用的行車保證設(shè)備，起到了至關(guān)重要的作用。隨著重載鐵路運(yùn)用需求的快速發(fā)展，控制精準(zhǔn)性要求的逐步提高，新一代列車運(yùn)行監(jiān)控裝置能夠有效的解決LKJ2000的短板，更好的適應(yīng)重載鐵路的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 機(jī)輛分公司）