曾華南 汪萍萍

（中車廣東軌道交通車輛有限公司，江門 529000）

目前，各軌道交通車輛生產(chǎn)企業(yè)的試驗線路無列車超速保護（Automatic Train Protection，ATP）系統(tǒng)，存在司機人為操作導(dǎo)致列車冒出線路末端的風(fēng)險和事故[1]。一種應(yīng)用于軌道車輛調(diào)試的冒進(jìn)防護裝置，在無ATP的試驗線路中體現(xiàn)了高可靠性、高性價比、便攜式和普適性。

1 防冒進(jìn)系統(tǒng)工作原理

基于衛(wèi)星定位的列車防冒進(jìn)系統(tǒng)主要由衛(wèi)星天線和車載控制器組成[2]。依托全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）/北斗技術(shù)，通過車載控制器設(shè)備完成位置信息或運行軌跡精確采樣。當(dāng)列車在試驗線路運行調(diào)試時，防冒進(jìn)系統(tǒng)通過衛(wèi)星定位列車在預(yù)設(shè)線路中的位置，結(jié)合車輛當(dāng)前速度，實時計算末端距離和緊急制動距離。當(dāng)檢測到列車存在冒進(jìn)線路末端風(fēng)險時，自動實施分級預(yù)警。若司機未及時處理，系統(tǒng)將自動實施緊急制動，防止列車冒出試驗線路終點。防冒進(jìn)系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

圖1 防冒進(jìn)系統(tǒng)工作原理圖

1.1 防冒進(jìn)系統(tǒng)緊急制動邏輯

防冒進(jìn)系統(tǒng)的初始上電、系統(tǒng)自檢、報警預(yù)警、施加緊急制動以及解除緊急制動的邏輯判斷，如圖2所示。系統(tǒng)初始上電后，通過讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行系統(tǒng)自檢，自檢成功后投入設(shè)備，通過識別GPS信號設(shè)備狀態(tài)是否正確來決定是否進(jìn)行報警提示切除操作。GPS獲取列車位置和當(dāng)前車速后進(jìn)行冒進(jìn)狀態(tài)判斷，當(dāng)符合冒進(jìn)條件時，施加緊急報警提示，直至列車施加緊急制動停車后，解除緊急制動。

圖2 防冒進(jìn)系統(tǒng)緊急制動邏輯圖

1.2 動調(diào)試驗線路數(shù)據(jù)采樣及處理

1.2.1 數(shù)據(jù)采樣

通過車載控制器設(shè)備完成位置信息（GPS/北斗）精確采樣獲得車輛運行軌跡，如圖3所示。

圖3 車輛運行軌跡圖

運行軌跡兩端部為冒進(jìn)區(qū)域。為保障列車安全運行，在當(dāng)前線路下實時跟蹤列車位置、當(dāng)前速度及離前方冒進(jìn)區(qū)域距離，確保列車始終能安全運行在運行軌跡的安全區(qū)域。

1.2.2 線路數(shù)據(jù)標(biāo)定

線路數(shù)據(jù)標(biāo)定主要包含位置信號是否異常區(qū)域（橋隧、高空建筑影響）、安全距離點以及線路末端等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的標(biāo)定。按照80 km·h-1的城軌車輛，最大延時導(dǎo)致的誤差為4 m，最大極限定位誤差為10 m，停車點到安全牌的安全距離設(shè)置為20～50 m，具有足夠的安全裕度。軌道交通車輛防冒進(jìn)衛(wèi)星定位誤差分析，如圖4所示。列車從起始點A以最大牽引力加速至Vt0，行駛距離為a后進(jìn)行正常制動，速度減至Vt1，制動距離為St1。為確保列車能在末端安全距離50 m處安全停車，列車減速至Vt2時，防冒進(jìn)系統(tǒng)在列車行駛St2后介入施加緊急制動。在整個過程中，列車行駛的距離c為牽引距離a與制動距離b之和。

圖4 衛(wèi)星定位誤差分析圖

1.3 車輛運行過程監(jiān)控

防冒進(jìn)系統(tǒng)結(jié)合列車當(dāng)前位置、速度、車輛的減速度和前方安全距離，與完成的位置信息精確采樣進(jìn)行對比（運行軌跡），實時計算車輛所允許的安全速度。若當(dāng)前速度大于線路限制速度或計算允許速度，則觸發(fā)相應(yīng)的語音提示，直至緊急制動。

2 防冒進(jìn)系統(tǒng)的功能

2.1 防冒進(jìn)功能

設(shè)備通過衛(wèi)星對列車進(jìn)行定位，結(jié)合參數(shù)設(shè)定中設(shè)定的GPS停車點與GPS檢測到的列車進(jìn)行實時數(shù)據(jù)運算，判斷列車是否存在冒進(jìn)的風(fēng)險[3]。在啟用預(yù)警提示功能進(jìn)行語音播報提醒司機減速或停車后，若檢測到列車未采取減速動作或列車減速度值過小無法在設(shè)定的安全停車點停車，設(shè)備將接通列車的緊急制動信號，確保列車在系統(tǒng)設(shè)置停車點前停車，防止列車冒進(jìn)的發(fā)生。

2.2 預(yù)警提示功能

設(shè)備通過參數(shù)設(shè)置和實時數(shù)據(jù)處理，計算列車運行的安全速度和列車停車的安全距離，在系統(tǒng)判斷列車超過安全速度或不能安全到達(dá)停車點時，設(shè)備通過蜂鳴器和喇叭語音提醒司機[4]。同時，設(shè)備可設(shè)定列車最高運行速度，當(dāng)列車運行速度超過設(shè)定最高速度時，設(shè)備通過播放語音提醒司機減速。

2.3 防冒進(jìn)系統(tǒng)施加緊急制動與車輛的交互

2.3.1 失電緊急車輛串聯(lián)接線

如圖5所示，當(dāng)防冒進(jìn)系統(tǒng)檢測到車輛在一定的位置上超過安全速度時，系統(tǒng)內(nèi)觸點就會斷開，此時使線號為154的制動列車線的制動回路斷開，緊急制動繼電器（Jeopardy Train Relay，JTR）失電，使得列車觸發(fā)緊急制動，防止列車冒進(jìn)。

圖5 失電緊急車輛串聯(lián)接線

2.3.2 得電緊急車輛并聯(lián)接線

如圖6所示，當(dāng)防冒進(jìn)系統(tǒng)檢測到車輛在一定的位置上超過安全速度時，系統(tǒng)內(nèi)觸點就會閉合，使緊急制動檢測得電，使得列車觸發(fā)緊急制動，防止列車冒進(jìn)。

圖6 得電緊急車輛并聯(lián)接線

3 防冒進(jìn)系統(tǒng)的防撞

系統(tǒng)由點對點測距與通信裝置、工業(yè)控制主機、信息顯示計算機、語音播報模塊或聲光報警模塊、后備電源等組成，采用獨特的無線脈沖射頻信號機制進(jìn)行點對點雙向飛行時間測距和通信，獲得在可測范圍內(nèi)列車與線路固定節(jié)點的距離，自動判定列車在軌道線路上的精確位置，實現(xiàn)列車的精確定位與安全導(dǎo)航。

3.1 精確測距的列車高精度定位系統(tǒng)

系統(tǒng)由列車車載移動設(shè)備、軌道線固定節(jié)點設(shè)備和地面網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等組成[5]，如圖7所示。其中：A、B、C分別代表不同的列車；A1、A2分別為A列車的前后兩端（B、C類推）；G為地面固定節(jié)點。

圖7 列車精確定位系統(tǒng)構(gòu)架

列車在系統(tǒng)兩個相鄰的節(jié)點內(nèi)可以自動精確測距和通信，所有點對點測距數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)設(shè)備自組網(wǎng)功能實現(xiàn)與地面網(wǎng)絡(luò)的通信，全部節(jié)點的監(jiān)控數(shù)據(jù)實時傳輸至地面監(jiān)控中心服務(wù)器。服務(wù)器解算全列車精確位置后，自動發(fā)送至各移動終端或管理終端，以實現(xiàn)全域列車的實時動態(tài)監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理。

3.2 防撞系統(tǒng)的功能

地鐵防撞系統(tǒng)基于點對點精確測距的列車防碰撞防追尾預(yù)警，通過點對點無線測距和通信裝置，獲得同一軌道上前后列車的實時間距，自動判定列車運行的安全條件[6]。系統(tǒng)內(nèi)置測距信息收發(fā)機制和安全距離告警機制，設(shè)計了列車控制輸出機制（預(yù)留列車控制器輸出接口），為列車實現(xiàn)全線運行跟蹤、精確定位、安全導(dǎo)航和智能調(diào)度提供傳感器檢測數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)地鐵列車的高精度位置服務(wù)。

4 結(jié)語

針對多線并行的軌道試驗線路同時試驗、不同軌道車輛電壓制式差異、純空氣制動等特殊情況，分析研究超速及防冒進(jìn)裝置的工作原理、試驗驗證、防冒進(jìn)裝置自身風(fēng)險評估及應(yīng)對措施。該系統(tǒng)運用依托全球定位系統(tǒng)（GPS/北斗），通過多頻定位，高頻率獲取軌道車輛的實時位置與速度，并結(jié)合參數(shù)設(shè)定中的GPS停車點與GPS檢測到的列車速度進(jìn)行實時數(shù)據(jù)運算，從而判斷列車是否有冒進(jìn)風(fēng)險。分析防冒進(jìn)裝置在軌道交通車輛動態(tài)調(diào)試線的運用可知，它對國內(nèi)外各軌道交通車輛主機廠和地鐵公司有很大的幫助和借鑒 作用。