張永青，趙 猛

（國能朔黃鐵路肅寧分公司，河北 滄州 062350）

1 研究背景

自輪運轉特種設備是在鐵路營業(yè)線上運行的鐵路軌道車、救援起重機及鐵路施工、維修專用車輛（包含架橋機、鋪軌機、接觸網(wǎng)作業(yè)車、大型養(yǎng)路機械等）的總稱[1]，其運行狀態(tài)直接關系到鐵路運輸過程及作業(yè)中的安全。隨著近年來我國鐵路的跨越式發(fā)展，自輪運轉特種設備上線運行時間不斷增加，同時施工作業(yè)也更為頻繁，尤其是在同一封鎖區(qū)間內的幾輛車分解作業(yè)時，防撞方面存在很多安全隱患，因此對行車及作業(yè)安全的卡控提出了更高的技術與設備要求[2]。

目前，自輪運轉特種設備在同一封鎖區(qū)間作業(yè)時，為多輛車連掛編組。整列進入封鎖區(qū)間，進入?yún)^(qū)間后分解作業(yè)，作業(yè)完畢后按照作業(yè)計劃逐臺進行連掛編組，編組完畢后整列返回車站。

多輛車在同一封鎖區(qū)間作業(yè)時和作業(yè)完畢后連掛時采用的防撞措施有：明確作業(yè)計劃中各車的分解、連掛地點及作業(yè)范圍，依照預先計劃實現(xiàn)防撞；司機在列車運行監(jiān)控裝置中輸入相應地點和范圍的公里標，通過監(jiān)控裝置進行控制；新建線路沒有完整的列車運行監(jiān)控裝置地面基礎數(shù)據(jù)時，各車司機使用對講機進行聯(lián)控，互相確認對方車輛的位置和運行狀態(tài)。

車輛在封鎖區(qū)間運行作業(yè)時，調度與列車自帶的防撞系統(tǒng)作用十分有限，上述的幾種防撞措施存在不確定的人為因素，均未實現(xiàn)自動化監(jiān)測，在防撞過程中人控優(yōu)先，無法對突發(fā)情況做出及時預警且判斷的精確度較低。另外，監(jiān)控數(shù)據(jù)輸入錯誤或列車位于曲線地段因天氣不良而導致駕駛員視線不佳等情況，在區(qū)間運行作業(yè)或連掛作業(yè)時極易造成兩車碰撞事故。為避免此類事故發(fā)生，提高自輪運轉特種設備的作業(yè)、運行安全性，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性與自動化程度，盡量減少對鐵路運輸安全的影響，急需在自輪運轉特種設備上安裝一種智能化的防撞安全預警裝置。

2 解決方案

本文設計了一種自輪運轉特種設備防撞安全預警系統(tǒng)，可在自輪運轉特種設備行車過程中實時監(jiān)控行車前后方的道路狀況。通過構建無線中心自主網(wǎng)絡和信號，實時將列車的各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡中心。當列車在封鎖區(qū)間續(xù)行或相對運行時，安全中心能不間斷地計算出兩臺自輪運轉特種設備間的距離。報警采用分級判斷，當距離小于設定值時開始報警，當距離呈繼續(xù)縮小趨勢時報警信號不斷加重，可及時不間斷地提醒司機采取制動減速措施直到報警完全解除，從而消除自輪運轉特種設備在作業(yè)期間發(fā)生碰撞的安全隱患。同時，控制中心的計算機可以模擬出設備的運行制動距離，以便更好地進行預警。該系統(tǒng)具有很大的應用價值。

2.1 系統(tǒng)構成

防撞安全預警裝置的距離計算與監(jiān)測采用北斗衛(wèi)星定位技術。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)設計的面向全球的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，主體由空間段、地面段和用戶段3部分組成，面向全球，全天候、全天時為用戶提供高精度、高可靠定位的導航及授時服務。該系統(tǒng)還具備短報文通信能力，經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)廣泛應用于重點運輸過程監(jiān)控、公路基礎設施安全監(jiān)控、港口高精度實時定位調度監(jiān)控等領域。自輪運轉特種設備防撞安全預警系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星定位技術，安全性與可靠性有保障[3]。通信方面，自輪運轉特種設備防撞安全預警系統(tǒng)采用無線通信技術。區(qū)別于傳統(tǒng)的雷達或總線技術，無線通信技術具有綜合成本低、性能穩(wěn)定、安裝周期短、維護方便、擴容能力強等優(yōu)點。

系統(tǒng)控制中心采用計算機進行統(tǒng)一管理?？刂葡到y(tǒng)主要由北斗導航接收模塊、無線通信數(shù)據(jù)模塊、計算機控制芯片、顯示屏、預警裝置等組成。北斗導航接收模塊用于傳輸列車位置及速度等信息；無線通信數(shù)據(jù)模塊用于處理車輛和控制中心的數(shù)據(jù)交互；計算機控制芯片接收數(shù)據(jù)并計算相應的制動距離；顯示屏和報警裝置輸出判斷信息和預警信息，人機界面友好。系統(tǒng)整體采用智能化設計，裝配簡單，操作簡便，具有獨立的判斷與預警能力，不受鐵路安全控制系統(tǒng)以外信號的影響，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)可在各種場景環(huán)境下及時生成報警信息，幫助駕駛員高效、準確地完成安全行車任務，有效保證行車安全，大幅減少事故發(fā)生率[4]。

2.2 具體功能

1）防撞安全預警裝置采用北斗導航接收模塊，預先采集自輪運轉特種設備運行全程線路的整體位置信息，構建線路標準位置及道路信息數(shù)據(jù)庫，將線路標準位置數(shù)據(jù)事先存儲于主機中。安全預警裝置運行時，以線路標準位置數(shù)據(jù)為基礎，對行駛中的列車進行遠距離系統(tǒng)定位，計算出各列車之間的距離。區(qū)分上行下行車輛對于系統(tǒng)作出判斷的作用十分重要，系統(tǒng)可以根據(jù)線路標準位置或標志位等信息準確區(qū)分同一區(qū)間不同行別的車輛，實時監(jiān)測同一區(qū)間同一行別所有自輪運轉特種設備的行駛速度和相對運行速度。可根據(jù)系統(tǒng)內置的程序計算列車間的警戒距離，當距離過近時輸出報警信息，并通過無線網(wǎng)絡傳輸監(jiān)測信息，對目標預警車輛的相鄰車輛實施預警。

綜上所述，該系統(tǒng)能夠判斷列車上行和下行方向，避免旁軌上的車輛干擾計算系統(tǒng)；能夠接收信號并判斷列車前后兩臺車的速度和方向信息；能夠對各種情況進行相關邏輯運算并報警。

2）系統(tǒng)具有分級報警的功能。當車輛運行速度超過20 km/h時報警生效，若相鄰兩車間的距離小于1 200 m，裝置開始報警，并每間隔5 s報警一次；距離小于1 000 m時，每3 s報警一次；距離小于800 m時，每1 s報警一次。當車輛運行速度低于20 km/h時，停止報警。當兩車距離小于30 m時，裝置默認兩車為連掛狀態(tài)，兩車的報警功能關閉，該車組與其他車輛之間的距離達到報警值時，相關的多臺車輛同時報警。

3）該系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)技術方案（使用測距傳感器、雷達、超聲波、紅外線、攝像機等），采用無線通信技術，可以對自輪運轉特種設備未來的運行軌跡進行預測，具有一定的創(chuàng)新性和實用性[5]。當系統(tǒng)判斷兩輛列車上下行情況（是否為同一路線）后，根據(jù)速度與制動距離的關系進行預警。以GCY-270列車制動曲線為例，在這一車型中，列車制動距離與行駛速度近似于線性關系，計算機可以根據(jù)這種關系自動模擬出列車在對應速度下的制動距離。

對于其他新車型或未知參數(shù)的自輪運轉特種設備，可根據(jù)車輛參數(shù)（制動距離、空走距離、制動初末速、換算制動率），利用公式計算出列車從制動初速度制動至某一規(guī)定速度（例如低于20 km/h時預警不生效）所需的制動距離，從而完成防撞安全預警。

根據(jù)大量數(shù)據(jù)分析，一輛運行速度為100 km/h的普通貨運列車的極限制動距離是800~1 000 m。以朔黃鐵路工程作業(yè)車為例，行駛路段限速一般是83 km/h或者73 km/h，且工程車重量僅為42 t左右，速度較快時牽引重量極低，遠遠達不到貨運和客運列車的層級，需要額外設定除制動距離之外的安全距離。系統(tǒng)可以根據(jù)不同車型及道路規(guī)定等設定該距離。

系統(tǒng)還具有邏輯判斷能力，對于同一線路上的兩輛列車相遇、追擊、相向時的制動距離計算完全不同，系統(tǒng)根據(jù)兩車的速度及方向進行判斷，根據(jù)預設的公式輸出不同情況下的制動距離[6]。

3 自輪運轉特種設備防撞安全預警裝置使用

自輪運轉特種設備防撞安全預警裝置為移動便攜式設備。在自輪運轉特種設備上安裝收發(fā)天線、顯示屏與報警裝置，接入24 V電源即可運行。組件簡單，安裝靈活，可有效卡控自輪運轉特種設備的碰撞事故發(fā)生。

4 結束語

本文所述防撞安全預警裝置依托北斗定位系統(tǒng)的創(chuàng)新研究和運用，大幅增加了自輪運轉設備運行的可靠性與安全性，不僅能夠有效消除自輪運轉設備在行車作業(yè)過程中發(fā)生碰撞事故的安全隱患，同時也彌補了其在自輪運轉特種設備防撞控制領域中應用的空白。