新型廠內(nèi)機(jī)車(chē)車(chē)輛定位系統(tǒng)研究

徐建軍

摘? ?要：該文介紹了無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的組成，分析了系統(tǒng)的輸入輸出信息，提出了基于無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)信息和物流管理系統(tǒng)的現(xiàn)車(chē)信息處理的鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛定位技術(shù)研究的思路，從而深入研究管控一體化在鐵路領(lǐng)域中的運(yùn)用。該文對(duì)定位系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成、定位關(guān)鍵技術(shù)的研究及工程的實(shí)踐等進(jìn)行了詳細(xì)闡述。該文研究的鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛定位技術(shù)，已應(yīng)用于鋼鐵等冶金企業(yè)，對(duì)企業(yè)管理的信息化建設(shè)做出重要的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng);機(jī)車(chē)車(chē)輛定位技術(shù);研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛定位技術(shù)是鐵路運(yùn)輸列車(chē)調(diào)車(chē)作業(yè)安全控制、機(jī)車(chē)車(chē)輛使用信息化管理的基礎(chǔ)。當(dāng)前，鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛定位技術(shù)主要包括基于全球GPS或北斗系統(tǒng)通信衛(wèi)星定位技術(shù)、基于地面車(chē)號(hào)識(shí)別技術(shù)、基于線(xiàn)路電子標(biāo)簽和機(jī)車(chē)讀取器定位技術(shù)、基于地面應(yīng)答器和機(jī)車(chē)讀取器定位技術(shù)等。該文提供了一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)、監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)STP系統(tǒng)）信息以及物流管理系統(tǒng)的車(chē)站現(xiàn)車(chē)信息處理的鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛定位技術(shù)的思路。下面就先從STP系統(tǒng)開(kāi)始介紹。

1 STP系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

STP系統(tǒng)功能主要有在車(chē)站的集中聯(lián)鎖區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)通過(guò)列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)LKJ），在機(jī)車(chē)上實(shí)現(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)及站場(chǎng)圖等信息的顯示，并對(duì)車(chē)列、機(jī)車(chē)（單機(jī)）的牽引、推進(jìn)、連掛等作業(yè)進(jìn)行調(diào)車(chē)監(jiān)控。

STP系統(tǒng)構(gòu)成包括無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)《無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)暫行技術(shù)規(guī)范》。系統(tǒng)地面主機(jī)完成調(diào)車(chē)相關(guān)的信號(hào)、道岔、軌道電路區(qū)段等聯(lián)鎖信息及調(diào)車(chē)作業(yè)通知單等信息采集、處理，采用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式，向機(jī)車(chē)傳送無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信號(hào)和有關(guān)信息，同時(shí)接收調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)工作狀態(tài)回執(zhí)。系統(tǒng)可適應(yīng)多臺(tái)機(jī)車(chē)在同一車(chē)站同時(shí)調(diào)車(chē)作業(yè)。車(chē)載主機(jī)接收車(chē)載應(yīng)答定位器接收模塊的信息，與地面主機(jī)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，進(jìn)行信息計(jì)算及處理，向LKJ發(fā)送前方進(jìn)路類(lèi)型、進(jìn)路限速、距防護(hù)點(diǎn)距離、防護(hù)信號(hào)、車(chē)輛輛數(shù)、《站細(xì)》規(guī)定的接風(fēng)管條件等信息，LKJ根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算到前方防護(hù)點(diǎn)的控制模式曲線(xiàn)，當(dāng)機(jī)車(chē)速度超過(guò)模式曲線(xiàn)的限速值時(shí)，發(fā)出制動(dòng)指令，起到防護(hù)作用。

2 STP系統(tǒng)輸入輸出信息

系統(tǒng)輸入信息。1）系統(tǒng)地面主機(jī)與車(chē)站聯(lián)鎖設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)調(diào)車(chē)相關(guān)的信號(hào)、道岔、軌道電路區(qū)段等信息采集;在車(chē)務(wù)終端上完成調(diào)車(chē)作業(yè)單的接收或錄入。2）車(chē)載主機(jī)接收車(chē)載應(yīng)答定位器接收模塊讀取的定位信息。

系統(tǒng)輸出信息。1）車(chē)載主機(jī)通過(guò)LKJ顯示界面向司機(jī)提供機(jī)車(chē)前方進(jìn)路類(lèi)型、進(jìn)路限速、距防護(hù)點(diǎn)距離、防護(hù)信號(hào)、車(chē)輛輛數(shù)、《站細(xì)》規(guī)定的接風(fēng)管條件等信息。2）系統(tǒng)地面車(chē)務(wù)終端通過(guò)主界面顯示車(chē)站信號(hào)平面圖、調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信息、地面主機(jī)工作狀態(tài)等。

3 基于STP設(shè)備的機(jī)車(chē)車(chē)輛定位系統(tǒng)研究

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該定位系統(tǒng)充分利用STP系統(tǒng)對(duì)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)位置的跟蹤信息、車(chē)載和地面的無(wú)線(xiàn)通信實(shí)時(shí)傳輸特性，并結(jié)合車(chē)站物流管理系統(tǒng)所提供的車(chē)輛的車(chē)號(hào)、換長(zhǎng)、貨物品名等現(xiàn)車(chē)信息，經(jīng)過(guò)多種運(yùn)算、邏輯追蹤等信息處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車(chē)、車(chē)輛位置的追蹤、定位和顯示?；赟TP系統(tǒng)的機(jī)車(chē)車(chē)輛定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：對(duì)車(chē)站所有股道中車(chē)輛位置信息、股道剩余空閑長(zhǎng)度、空重車(chē)信息、系統(tǒng)日志等信息進(jìn)行存儲(chǔ)，便于后期進(jìn)行查閱。

定位控制主機(jī)：從STP系統(tǒng)接收存車(chē)位置信息，并結(jié)合現(xiàn)車(chē)系統(tǒng)或物流管理系統(tǒng)提供的車(chē)輛換長(zhǎng)等信息以及股道剩余空閑長(zhǎng)度，實(shí)時(shí)進(jìn)行存庫(kù)并定時(shí)向現(xiàn)車(chē)系統(tǒng)或物流管理系統(tǒng)發(fā)送車(chē)輛定位信息。

車(chē)輛位置監(jiān)視終端：以圖形化的方式直觀顯示股道存車(chē)載貨及兩端位置信息、股道剩余長(zhǎng)度，調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)當(dāng)前位置、速度、運(yùn)行方向等信息?？膳c大屏幕顯示系統(tǒng)接口顯示上述信息。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)定

實(shí)時(shí)從STP系統(tǒng)接收調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)信息、站場(chǎng)信息并進(jìn)行顯示。

實(shí)時(shí)從物流管理系統(tǒng)中接收車(chē)輛信并進(jìn)行車(chē)輛位置計(jì)算，向物流管理系統(tǒng)提供車(chē)輛位置信息。

以圖形方式實(shí)時(shí)顯示站場(chǎng)信息，包括軌道電路區(qū)段占用情況，道岔定、反位表示，調(diào)車(chē)和列車(chē)的信號(hào)及進(jìn)路狀態(tài)等。

實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛和調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)所在站場(chǎng)聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)位置。

顯示終端以圖形化方式顯示車(chē)輛位于股道的位置、長(zhǎng)度及與兩端信號(hào)機(jī)的距離等信息。

具備歷史數(shù)據(jù)回放功能。

3.3 定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)從信息接收、無(wú)線(xiàn)傳輸、機(jī)車(chē)定位、車(chē)列跟蹤等方面進(jìn)行研究分析。

信息接收：定位系統(tǒng)從STP系統(tǒng)獲取車(chē)站信號(hào)機(jī)顯示狀態(tài)、道岔開(kāi)通位置、軌道區(qū)段占用等站場(chǎng)實(shí)時(shí)信息（以下簡(jiǎn)稱(chēng)站場(chǎng)信息）和部分調(diào)車(chē)作業(yè)計(jì)劃信息（以下簡(jiǎn)稱(chēng)作業(yè)單信息）。定位系統(tǒng)從現(xiàn)車(chē)系統(tǒng)或物流管理系統(tǒng)獲取其余全部車(chē)輛信息。通信接口采用帶光電隔離的RS—422串口方式。

車(chē)地信息交互無(wú)線(xiàn)傳輸：由于調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)是一個(gè)移動(dòng)物體，調(diào)車(chē)作業(yè)區(qū)的站場(chǎng)線(xiàn)路又十分復(fù)雜，無(wú)法利用軌道電路、應(yīng)答器等點(diǎn)式方式傳遞信息。所以，系統(tǒng)車(chē)載與地面部分的信息交換采用無(wú)線(xiàn)方式連續(xù)傳遞。按照鐵路總公司“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一制式”的技術(shù)原則，該研究采用專(zhuān)用頻段專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)數(shù)傳電臺(tái)完成車(chē)、地間實(shí)時(shí)信息的連續(xù)傳輸。各站場(chǎng)和作業(yè)區(qū)的頻點(diǎn)須遵循國(guó)家及鐵路無(wú)線(xiàn)電管理的有關(guān)規(guī)定和要求。為了保證系統(tǒng)技術(shù)條件所規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)車(chē)、地間需要交換的各種信息（站場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息、車(chē)列跟蹤信息、作業(yè)計(jì)劃信息）進(jìn)行歸類(lèi)和分別處理。

機(jī)車(chē)定位：在車(chē)站的入口處、集中區(qū)與非集中區(qū)的分界點(diǎn)、特殊作業(yè)區(qū)段設(shè)置地面無(wú)源應(yīng)答器。當(dāng)機(jī)車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，安裝在機(jī)車(chē)底部的車(chē)載查詢(xún)天線(xiàn)向地面無(wú)源應(yīng)答器發(fā)送能量激活應(yīng)答器，應(yīng)答器得電后循環(huán)發(fā)送固定報(bào)文，查詢(xún)主機(jī)將收到無(wú)源應(yīng)答器的信息轉(zhuǎn)發(fā)給車(chē)載主機(jī)，車(chē)載主機(jī)根據(jù)應(yīng)答器的位置實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)入網(wǎng)、退網(wǎng)、位置校正，從而實(shí)現(xiàn)模式切換和機(jī)車(chē)定位。

車(chē)列跟蹤：系統(tǒng)能夠?qū)φ{(diào)車(chē)車(chē)列進(jìn)行跟蹤，前提是必須知道車(chē)列動(dòng)態(tài)的位置。要先測(cè)量出站場(chǎng)中各個(gè)軌道區(qū)段的實(shí)際長(zhǎng)度，將站場(chǎng)信息在定位系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字化。地面主站和子站（機(jī)車(chē)）通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式實(shí)時(shí)通信，STP車(chē)載主機(jī)采集機(jī)車(chē)走行信息（速度、行駛方向、相對(duì)位移）。從機(jī)車(chē)刷到應(yīng)答器入網(wǎng)或人工定位開(kāi)始，利用每個(gè)周期的位移和工況信息對(duì)當(dāng)前機(jī)車(chē)進(jìn)行位置跟蹤。同時(shí)充分利用機(jī)車(chē)前方開(kāi)放的進(jìn)路信息變化，車(chē)列前端軌道區(qū)段的空閑—占用變化、車(chē)列尾部經(jīng)過(guò)的軌道電路的占用—空閑變化，計(jì)算和校正車(chē)列長(zhǎng)度。當(dāng)機(jī)車(chē)定位后再次經(jīng)過(guò)地面應(yīng)答器時(shí)，進(jìn)行車(chē)列位置修正，消除跟蹤時(shí)產(chǎn)生的累計(jì)誤差，以提高跟蹤車(chē)列位置的準(zhǔn)確性。

股道中車(chē)輛存放位置對(duì)于調(diào)車(chē)乘務(wù)人員、站調(diào)指揮人員來(lái)說(shuō)都是十分關(guān)注的，下面分5個(gè)步驟詳細(xì)介紹股道中車(chē)輛位置信息的跟蹤和標(biāo)識(shí)過(guò)程。調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)推車(chē)列進(jìn)入股道，如圖2所示。

機(jī)車(chē)進(jìn)入股道停車(chē)后，因STP系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)列前端和后端的位置，機(jī)車(chē)進(jìn)入股道后停車(chē)可以獲得車(chē)列前端和后端的距離信息L0和L1（如圖3所示）。

機(jī)車(chē)在股道中確認(rèn)甩掛作業(yè)后，從股道出來(lái)，利用軌道電路占用和出清，計(jì)算出機(jī)車(chē)出股道后車(chē)列的長(zhǎng)度，再結(jié)合確認(rèn)甩掛作業(yè)時(shí)的車(chē)列的長(zhǎng)度S0，可計(jì)算出股道中存放車(chē)列的長(zhǎng)度S= S0圖5-S0圖6，車(chē)列與信號(hào)機(jī)D1的距離L2=L0+ S0圖6（如圖4所示），D3是調(diào)車(chē)信號(hào)機(jī)的名稱(chēng)及編號(hào)。

定位系統(tǒng)利用從現(xiàn)車(chē)系統(tǒng)或物流管理系統(tǒng)中獲取股道中存車(chē)列的具體車(chē)號(hào)、順序、換長(zhǎng)等信息，可計(jì)算出每節(jié)車(chē)輛的長(zhǎng)度，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛位置的確定和標(biāo)識(shí)（如圖5所示）。

為了優(yōu)化顯示，正常情況下，實(shí)時(shí)顯示股道或區(qū)段存車(chē)兩端的距離信息，存車(chē)的信息采用一定寬度顯示滾動(dòng)顯示窗（如總車(chē)數(shù)50輛：型鋼10鋼卷5空35）。

3.4 系統(tǒng)定位精度

該研究定位技術(shù)基于STP設(shè)備，定位系統(tǒng)的定位精度主要受下面多個(gè)因素影響具體包括站場(chǎng)距離數(shù)據(jù)的測(cè)量精度、機(jī)車(chē)測(cè)速測(cè)距準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、站場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送頻率、車(chē)站物流管理系統(tǒng)提供的換長(zhǎng)信息、特殊情況（如空轉(zhuǎn)和分路不良）等。

該系統(tǒng)采取以下措施。1） 提高站場(chǎng)距離的測(cè)量精度。2）周期性地對(duì)機(jī)車(chē)輪徑進(jìn)行測(cè)量并及時(shí)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正。3）提高車(chē)站物流管理系統(tǒng)提供的換長(zhǎng)信息準(zhǔn)確度。4）在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中特殊天氣采用撒砂等手段盡量減少空轉(zhuǎn)的發(fā)生。5）加強(qiáng)對(duì)分路不良區(qū)段的識(shí)別和處理以降低對(duì)系統(tǒng)的影響，并在站場(chǎng)的某些關(guān)鍵位置適當(dāng)加設(shè)了地面應(yīng)答器，增加機(jī)車(chē)位置校正，以保證將系統(tǒng)定位精度控制在15 m（小于最小車(chē)列長(zhǎng)度）以?xún)?nèi)。

4 機(jī)車(chē)車(chē)輛定位系統(tǒng)工程實(shí)踐

該研究成果已應(yīng)用于某鋼鐵集團(tuán)物流成品運(yùn)輸鐵路專(zhuān)用線(xiàn)工程。工程包含A站和B站2個(gè)車(chē)站，信號(hào)系統(tǒng)由CTC、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、集中監(jiān)測(cè)、STP等組成。車(chē)輛定位系統(tǒng)主機(jī)與2個(gè)車(chē)站的STP系統(tǒng)地面主機(jī)RS-422接口連接，其中車(chē)輛定位系統(tǒng)主機(jī)與安裝于同一機(jī)房的B站STP采用通信電纜連接，與異地的A站STP采用通信光纜連接。車(chē)輛定位系統(tǒng)在2個(gè)車(chē)站的運(yùn)轉(zhuǎn)室分別設(shè)置車(chē)輛定位顯示終端設(shè)備，向各站值班員顯示其管理范圍內(nèi)的機(jī)車(chē)車(chē)輛定位信息。車(chē)輛定位系統(tǒng)同時(shí)還向公司集團(tuán)鐵路調(diào)度指揮中心和物流管理系統(tǒng)，提供2個(gè)站聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)所有機(jī)車(chē)車(chē)輛的定位信息。并在站場(chǎng)的某些關(guān)鍵位置適當(dāng)加設(shè)了地面應(yīng)答器，以滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)車(chē)輛定位系統(tǒng)定位的精度要求。

5 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)基于STP設(shè)備的鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛定位技術(shù)進(jìn)行研究，充分利用機(jī)車(chē)前方開(kāi)放的進(jìn)路信息變化，車(chē)列前端軌道區(qū)段的空閑—占用變化、車(chē)列尾部經(jīng)過(guò)的軌道電路的占用—空閑變化，計(jì)算和校正車(chē)列長(zhǎng)度。當(dāng)機(jī)車(chē)定位后再次經(jīng)過(guò)地面應(yīng)答器時(shí)，進(jìn)行車(chē)列位置修正，消除跟蹤時(shí)產(chǎn)生的累計(jì)誤差。并在站場(chǎng)的某些關(guān)鍵位置適當(dāng)加設(shè)STP系統(tǒng)地面應(yīng)答器，以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛定位系統(tǒng)定位的精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1]俞士高.寧鋼內(nèi)燃機(jī)車(chē)檢修模式[J].中國(guó)科技信息，2018（13）：32-33.

[2]王冀，王文彬.場(chǎng)內(nèi)機(jī)車(chē)檢驗(yàn)報(bào)告中的問(wèn)題式[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化，2010（20）：51-52.