任鎖會

(中國鐵建電氣化局集團第二工程有限公司，山西太原 030023)

1 概述

目前我國Ⅲ級和Ⅳ級鐵路運量設計在小于1 000萬t以下，多為地方廠礦企業(yè)鐵路，設計標準為站內(nèi)集中電氣聯(lián)鎖和區(qū)間單線半自動閉塞。由于企業(yè)廠礦鐵路運量不規(guī)律，某些月份運量突出，需要預留運量接口，現(xiàn)有設計方式無法滿足鐵路運量要求。如果按照鐵路運量最大密集度來設計，由于單線半自動閉塞無法列車追蹤，解決辦法有增加股道有效長度;區(qū)間增加二線;縮短區(qū)間長度，增加區(qū)間車站數(shù)量;增加區(qū)間通過信號機，設置自動閉塞等。不管哪種模式，將增加鐵路建設費用和后期運營維護費用。

Ⅲ級和Ⅳ級鐵路在區(qū)間運行過程中，列車進去區(qū)間無法監(jiān)控，制約了運輸調(diào)度指揮的效率。并且存在很多安全隱患，比如由于基于軌道電路的道口報警系統(tǒng)無法進行車地聯(lián)控，工務施工靠信號旗作防護標示和人工瞭望防護，這兩方面遇見險情無法及時通知司機，導致地方鐵路安全運營生產(chǎn)帶來很大的隱患。

近年來，國外非干線鐵路建設中，配置了一些適合此類線路的列控系統(tǒng)，如ITCS系統(tǒng)，在沒有明顯增加工程投資的前提下，大大提高了線路的安全性和效率，借鑒國外的成功經(jīng)驗，設計一個適應于Ⅲ級和Ⅳ級鐵路，配置簡單、高效、安全的基于GPS列車定位的控制系統(tǒng)，可以解決前述問題。

2 基于GPS列車定位的列控系統(tǒng)

基于GPS列車定位的列控系統(tǒng)是實現(xiàn)列車在區(qū)間運行實時信息和車站通過無線傳輸進行實時交互，從而滿足站內(nèi)值班員可以實時掌握列車在區(qū)間的運營情況，以及與平交道口現(xiàn)場實時信息的交互，工務人員在區(qū)間巡檢及施工信息交互，讓區(qū)間運營環(huán)境透明化，從而車站與車，道口與車，車與車，車與工務人員，工務人員與車站之間進行信息實時交互，讓該系統(tǒng)最大化地解決列車在安全區(qū)間行駛。

系統(tǒng)具有虛擬自動閉塞和現(xiàn)有的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)64D半自動閉塞兩種功能，可根據(jù)運輸需要進行切換選用。

虛擬自動閉塞模式，系統(tǒng)全線區(qū)間由若干個虛擬閉塞分區(qū)組成，每個虛擬閉塞的分界點基于GPS測繪點設置虛擬通過信號機進行信號防護，采用顯示按照目前國內(nèi)三顯示制式。系統(tǒng)包含列車車載設備，站內(nèi)列控設備，區(qū)間道口防護設備，工務手持機設備及調(diào)度中心指揮系統(tǒng)，鐵路專用線光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)。車載定位系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和車載測速傳感器數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)對比從而準確確定列車位置，再根據(jù)車載線路GPS點數(shù)據(jù)庫確定所占用的虛擬閉塞分區(qū)，并向地面列控中心和相鄰同向的列車、道口報警設備、工務手持機報告閉塞占用情況。列控中心監(jiān)督區(qū)間各設備狀態(tài)，實時與車載設備交互。車載設備根據(jù)列控中心監(jiān)控數(shù)據(jù)及區(qū)間相鄰設備狀態(tài)自主運行，可實現(xiàn)列車單線區(qū)間自動追蹤。

64D半自動閉塞模式和現(xiàn)有64D閉塞模式相同?；贕PS列車定位的列控系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 基于GPS列車定位的列控系統(tǒng)示意圖

1)車載設備設計:采用穩(wěn)定可靠冗余結構的嵌入式系統(tǒng)，通過GPS+BD冗余結構對列車進行經(jīng)緯度坐標定位，與輪對計數(shù)傳感器數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波計算，得出精確位置，通過無線傳輸設備與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，指揮列車運行虛擬移動閉塞，替代了傳統(tǒng)機車信號功能，增加工務限速封鎖、道口信息回執(zhí)、列車無線自動追蹤，區(qū)間信息邏輯判斷安全聯(lián)鎖指揮等功能。車載設備功能示意圖見圖2。

圖2 車載設備功能示意圖

2)站內(nèi)雙機熱備列控系統(tǒng)。對車站聯(lián)鎖數(shù)據(jù)進行采集、區(qū)間列車運行占用閉塞分區(qū)數(shù)據(jù)采集、道口設備及工務手持機設備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。鏈接鐵路專網(wǎng)有線網(wǎng)絡，相鄰站間數(shù)據(jù)交互，實時與列車車載設備進行交互，保證列車區(qū)間運行透明、安全，提供調(diào)度中心線路運營實時數(shù)據(jù)。站內(nèi)列控設備顯示圖見圖3。

圖3 站內(nèi)列控設備顯示圖

3)專用線網(wǎng)絡。建設專用線光纖網(wǎng)絡，專用線站與站間，車站與調(diào)度中心進行實時數(shù)據(jù)交互。

4)道口設備設計。道口安全是行車安全的一個重要組成部分，也是行車安全的一個薄弱環(huán)節(jié)，基于GPS列車定位的列控系統(tǒng)的區(qū)間道口車載防護信號設備，采用區(qū)間定位閉塞和列車無線車載信號技術，在列車接近道口時，依靠列車無線車載信號，自動通知道口值守人員，對道口進行防護;在道口值守人員未對列車接近通知信息做出反饋時，列車無線車載信號要求列車自動限速運行，從根本上提高了道口安全系數(shù)，確保了道口安全。

5)工務手持設備設計。工務對講機主要實現(xiàn)的功能是列車接近智能判斷無線通知，工務限速封鎖命令發(fā)送等功能。

6)調(diào)度中心設計。調(diào)度中心主要功能是專用線鐵路全線設備監(jiān)控和列車運行調(diào)度指揮。專用線鐵路運輸全線監(jiān)控包含兩方面，站內(nèi)設備狀態(tài)運行實時監(jiān)控，區(qū)間信號虛擬狀態(tài)及列車運行定位閉塞實時顯示。列車運行調(diào)度指揮中心統(tǒng)一調(diào)度指揮生產(chǎn)，頒發(fā)行車憑證及車字號，自動生產(chǎn)列車運行圖等。

3 系統(tǒng)設計總結

基于GPS的列車定位列控系統(tǒng)與既有鐵路運用技術相比，最大亮點是在區(qū)間無設備、無工程、無維護(三無)的條件下，做到省錢、省電、省人(三省)，實現(xiàn)了遠程調(diào)度監(jiān)督、車站監(jiān)控區(qū)間列車運行、區(qū)間區(qū)段限速封鎖、道口和工務巡道員列車接近通知并有遮斷信號以及列車溜逸報警等一系列創(chuàng)新功能的無線閉塞調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩種模式，在運量少的月份可以按照64D單線半自動閉塞運行，當運量密集時，可按照虛擬自動閉塞形式運行，既保證了運量，又減少鐵路建設的投資，解決了目前鐵路系統(tǒng)無法解決的技術問題。這些特點充分滿足了我國Ⅲ級和Ⅳ級鐵路的當前需求。