利用軌道動力平車作業(yè)的聯(lián)鎖進(jìn)路控制系統(tǒng)

陳安觀

(中鐵武漢勘察設(shè)計研究院有限公司，武漢 430074)

1 概述

2 系統(tǒng)方案

為適應(yīng)集裝箱水鐵聯(lián)運(yùn)在鐵路港灣站與各港口碼頭鐵路集裝箱場（港區(qū)、貨區(qū)）運(yùn)輸方式的特點(diǎn)，解決集裝箱軌道動力平車（車組）進(jìn)路控制的問題，本方案在基于集裝箱動力平車中轉(zhuǎn)倒裝作業(yè)方式下提出一種新型的鐵路集裝箱貨場進(jìn)路控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)為單元式區(qū)域聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，適合一個鐵路港灣站對應(yīng)一個或多個集裝箱貨區(qū)（港區(qū)）情況下的集裝箱裝卸中轉(zhuǎn)作業(yè)，也可以用于其他集裝箱動力車輛中轉(zhuǎn)倒裝作業(yè)方式。舉例示意如圖1 所示。

圖1 舉例示意圖Fig.1 Example diagram

本系統(tǒng)將車站（車場、貨場等）內(nèi)軌道動力平車走行及作業(yè)區(qū)域，按照站場形狀和平行作業(yè)進(jìn)路，劃分為若干個相互連接具有平行作業(yè)或能夠獨(dú)立運(yùn)行的聯(lián)鎖進(jìn)路控制區(qū)域。并將其定義為“單元聯(lián)鎖控制區(qū)”（簡稱控制區(qū)）。

控制區(qū)根據(jù)作業(yè)區(qū)內(nèi)正在執(zhí)行作業(yè)的車輛（組）狀態(tài)信息及位置關(guān)系，結(jié)合聯(lián)鎖進(jìn)路關(guān)系，再通過計算機(jī)，自動生成允許車輛運(yùn)行限制速度、運(yùn)行距離長度的運(yùn)行許可，指定軌道動力平車（組）根據(jù)該運(yùn)行許可運(yùn)行，并能夠保證車輛在允許走行長度的終點(diǎn)位置停車。當(dāng)前車輛位置與進(jìn)路允許停車位置的距離-速度關(guān)系定義為聯(lián)鎖進(jìn)路TA 運(yùn)行許可（簡稱TA 許可）。

在軌道動力平車（車組）作業(yè)控制區(qū)內(nèi)，不設(shè)置地面信號，由車輛（組）作為作業(yè)執(zhí)行發(fā)起者，向進(jìn)路控制中心無線發(fā)送始端、終端進(jìn)路運(yùn)行請求，進(jìn)路控制中心選擇最佳進(jìn)路后，同意進(jìn)路請求。車輛（組）獲得進(jìn)路同意，依次與進(jìn)路上的控制區(qū)以無線方式建立聯(lián)鎖關(guān)系，獲得該區(qū)域的路權(quán)，并根據(jù)控制區(qū)下達(dá)的TA 許可自動運(yùn)行作業(yè)，軌道動力平車（車組）完全駛離本控制區(qū)后，控制區(qū)內(nèi)聯(lián)鎖關(guān)系解除。

進(jìn)路建立過程及進(jìn)路解鎖過程均無需人工參與，進(jìn)路控制的操作全程自動化。多項(xiàng)作業(yè)流程以控制區(qū)為基本進(jìn)路聯(lián)鎖控制單位，在保證安全的前提下，可以同時進(jìn)行，提高運(yùn)輸作業(yè)效率。

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對軌道動力平車作業(yè)區(qū)內(nèi)聯(lián)鎖進(jìn)路的安全、可靠控制，能夠保證軌道動力平車（車組）安全且高效的運(yùn)行。

3 系統(tǒng)組成及功能

3.1 系統(tǒng)組成

鐵路港灣站集裝箱貨場進(jìn)路控制系統(tǒng)由進(jìn)路控制中心、單元聯(lián)鎖控制區(qū)裝置、軌道動力平車車載進(jìn)路控制裝置3 部分組成。系統(tǒng)框圖如圖2 所示。

3.2 進(jìn)路控制中心功能

進(jìn)路控制中心是本系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，由計算機(jī)系統(tǒng)和通信傳輸設(shè)備組成。具有接收及轉(zhuǎn)發(fā)作業(yè)計劃、接收外部接口信息、接收軌道動力平車作業(yè)請求及應(yīng)答、作業(yè)進(jìn)路規(guī)劃、接收軌道動力平車車載裝置狀態(tài)信息、接收及轉(zhuǎn)發(fā)軌旁區(qū)域控制裝置狀態(tài)信息等信息交互及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能。

運(yùn)動微分式(38)所包含的方程個數(shù)等于節(jié)點(diǎn)位移向量的維數(shù)，但該方程中還包含了另外一個未知函數(shù)，即軸線的運(yùn)動量w0(t)，因此需要補(bǔ)充一個方程。為此，對車輪的垂向運(yùn)動應(yīng)用動量定理。

3.3 單元聯(lián)鎖控制區(qū)裝置功能

進(jìn)路控制系統(tǒng)將整個軌道動力平車作業(yè)區(qū)分割為若干區(qū)域（單元聯(lián)鎖控制區(qū)），每個區(qū)域設(shè)有一套獨(dú)立的聯(lián)鎖控制區(qū)裝置，每個單獨(dú)的單元聯(lián)鎖控制區(qū)裝置由一個軌旁區(qū)域控制裝置，若干個車輛計軸、應(yīng)答器、分路道岔轉(zhuǎn)轍裝置和通信傳輸裝置組成，軌旁區(qū)域控制裝置與控制區(qū)內(nèi)其他各裝置間采用控制電纜連接。區(qū)域控制裝置間按車站站場形狀構(gòu)成電氣連接和網(wǎng)絡(luò)連接。區(qū)域聯(lián)鎖控制區(qū)裝置連接的示意如圖3 所示。

圖2 系統(tǒng)框圖Fig.2 System diagram

圖3 區(qū)域聯(lián)鎖控制區(qū)裝置連接Fig.3 Connection of local interlocking control area devices

軌旁區(qū)域控制裝置有獨(dú)立的進(jìn)路控制邏輯運(yùn)算及處理功能，是控制區(qū)的核心控制裝置，控制和管理本區(qū)域內(nèi)其他軌旁裝置，具有軌道動力平車狀態(tài)信息接收及處理、作業(yè)信息接收及處理、分路道岔控制、車輛占用檢查、車列完整性檢查、車-地信息交互應(yīng)答、軌旁設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、發(fā)送聯(lián)鎖進(jìn)路TA 運(yùn)行許可等功能。

軌旁區(qū)域控制裝置根據(jù)作業(yè)區(qū)內(nèi)正在執(zhí)行作業(yè)的各動力平車（車組）運(yùn)行方向、在站場所處的位置、當(dāng)前運(yùn)行速度、目的地等信息，再結(jié)合各動力平車（車組）運(yùn)行過程中的相對位置關(guān)系，以及聯(lián)鎖進(jìn)路開放條件（無沖突、敵對進(jìn)路），計算生成的TA 許可。通過通信系統(tǒng)向軌道動力平車下達(dá)運(yùn)行許可。

車輛計軸裝置用于檢查本區(qū)域內(nèi)車輛占用情況及車輛完整性檢查；分路道岔轉(zhuǎn)轍裝置用于控制本區(qū)域分路道岔的運(yùn)行方向轉(zhuǎn)換。

應(yīng)答器裝置安裝在兩個控制區(qū)之間分界的位置，由進(jìn)路控制子系統(tǒng)地面編碼電路和車載接收裝置組成；車輛（組）經(jīng)過本區(qū)域時，與車輛（組）進(jìn)行信息交互，傳遞定位校正、位置確認(rèn)、臨時限速、控制區(qū)通信切換等控制信息；定位校正能夠減小無線定位的累積誤差，增加作業(yè)區(qū)內(nèi)平行進(jìn)路的位置確認(rèn)辨別能力，保證系統(tǒng)安全性及可靠性。

控制區(qū)通信系統(tǒng)分為與控制中心的通信、與相鄰控制區(qū)的通信和與軌道動力平車車載通信裝置的通信3 個方面，通信系統(tǒng)可以采用各種不同的技術(shù)方法，用于雙向傳輸本控制區(qū)與控制中心間的狀態(tài)信息、與相鄰若干控制區(qū)之間的控制與狀態(tài)信息、與在本控制區(qū)及相鄰控制區(qū)運(yùn)行的若干車載通信裝置傳輸進(jìn)路請求與運(yùn)行許可控制信息及運(yùn)行狀態(tài)信息。

3.4 軌道動力平車車載進(jìn)路控制裝置功能

軌道動力平車車載進(jìn)路控制裝置由車載進(jìn)路控制計算機(jī)系統(tǒng)、地面應(yīng)答器數(shù)據(jù)接收裝置、車輛定位接口裝置、傳感器接口裝置、通信傳輸裝置組成。

車載進(jìn)路控制系統(tǒng)是車載自動控制系統(tǒng)的組成部分，是車載自動控制系統(tǒng)的核心裝置，具有作業(yè)信息處理、發(fā)起進(jìn)路作業(yè)請求、接收TA 許可、車載裝置狀態(tài)檢測、車輛定位信息采集、車輛速度信息采集、車-地信息交互應(yīng)答等功能。

車輛（組）根據(jù)獲得的TA 許可自動運(yùn)行，并根據(jù)車輛（組）在運(yùn)行過程中的位置變化，不斷獲得新的TA 許可，直至車輛（組）獲得當(dāng)前位置至目的地終點(diǎn)的全部TA 許可或到達(dá)目的地終點(diǎn)停車為止。

4 技術(shù)效果

本創(chuàng)新目的是根據(jù)集裝箱水鐵聯(lián)運(yùn)在鐵路港灣站與各港口碼頭鐵路集裝箱場（港區(qū)、貨區(qū)）運(yùn)輸方式的特點(diǎn)，利用先進(jìn)的自動化、信息化技術(shù)，利用新型的作業(yè)設(shè)備，采用新的車站聯(lián)鎖進(jìn)路控制系統(tǒng)和進(jìn)路控制方法，提高貨物的運(yùn)輸效率。

自動駕駛運(yùn)行的集裝箱軌道動力平車（車組）作為裝載裝置時，由于作業(yè)區(qū)內(nèi)，涉及軌道動力平車集結(jié)編組、平行裝卸、自動運(yùn)行、自動停車及返回等多個作業(yè)流程；同時為了保證貨場內(nèi)貨物運(yùn)輸?shù)募皶r和高效，需要盡可能的增加平行作業(yè)。傳統(tǒng)的進(jìn)路控制方式顯然無法滿足這些要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)和效果。

1）提出了一種新型的用于自動駕駛運(yùn)行集裝箱軌道動力平車（車組）作為運(yùn)載裝置的車站聯(lián)鎖進(jìn)路控制系統(tǒng)及方法；

2）提出了一種由進(jìn)路控制中心發(fā)送作業(yè)計劃和進(jìn)路選路策略，單元聯(lián)鎖控制區(qū)以分散自律方式對本區(qū)域內(nèi)聯(lián)鎖進(jìn)路控制，軌道動力平車（車組）作為作業(yè)執(zhí)行發(fā)起者，直接參與聯(lián)鎖進(jìn)路控制的車站進(jìn)路控制系統(tǒng)及方法；

3）將車站（車場、貨場）劃分成若干個單元聯(lián)鎖控制區(qū)，各控制區(qū)設(shè)備組成定型，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)；

4）通過新型的進(jìn)路控制系統(tǒng)及方法，可以實(shí)現(xiàn)軌道動力平車運(yùn)行的自動化作業(yè)，減少了作業(yè)人員，減少了集裝箱中轉(zhuǎn)時間，提高了作業(yè)效率。