王興有

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司機輛分公司，河北肅寧062350）

0 引言

朔黃鐵路西起山西省神池縣，與神朔鐵路、準池鐵路相連，東至河北省滄州市黃驊港，與黃萬線、黃大線相接，正線全長近598km，其中神池南至西柏坡段線路限制坡度12‰，西柏坡至黃驊港限制坡度4‰。設計為國家I級干線、雙線電氣化鐵路，是我國西煤東運的重要通道和國家能源集團礦、路、港、電、航、油一體化工程的重要組成部分，在全國路網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用。

為保障列車運行安全和促進運行規(guī)范化管理，提高運輸效率，朔黃鐵路自2006年起采用LKJ2000列車運行監(jiān)控記錄裝置。該裝置是以保障列車運行安全為主要目的的列車速度控制裝置，能夠有效防止“兩冒一超”事故的發(fā)生，輔助列車乘務員提高操縱能力，有效保障朔黃鐵路重載列車的安全運行。

1 現(xiàn)有重載列車LKJ的安全控制

1.1 車載系統(tǒng)構成

LKJ2000監(jiān)控記錄裝置車載系統(tǒng)主要由主機箱、顯示器、速度傳感器、壓力傳感器、雙針表等構成。裝置主機采用雙套熱備冗余工作方式。LKJ2000與機車信號設備、速度傳感器、GPS接收裝置、本/補切換裝置、雙針速度表、機車安全信息綜合監(jiān)測裝置（簡稱TAX）等設備配套共同組成列車運行安全監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 控制模式

LKJ2000采用車載計算機預先存儲地面線路數(shù)據(jù)的控制方式。在運行時，根據(jù)列車所處的位置按順序調取車載存儲線路數(shù)據(jù)，按前方信號顯示狀態(tài)并根據(jù)列車速度計算列車行走距離產(chǎn)生控制模式曲線。當列車速度超過控制模式曲線的范圍時，裝置對列車實施動力切除、常用制動及緊急制動控制，防止列車越過關閉的信號機。為確保列車在關閉信號機前可靠停車，限制速度的計算采用實際計算方法，以滿足控制的精度要求。模式曲線的計算可根據(jù)列車運行速度的要求采用跨閉塞分區(qū)計算方式，即以關閉的信號機作為目標點來計算常用制動及緊急制動連續(xù)模式曲線[1]。

1.3 司乘人員操作

始發(fā)站發(fā)車時，乘務員通過LKJ顯示器輸入正確的交路號、車站號、車次等參數(shù)設定信息，在特定的對標點，按壓開車鍵進行對標開車操作。LKJ由降級工作狀態(tài)轉入通常工作狀態(tài)，監(jiān)控列車在區(qū)間運行。在控制列車側線進站時，需手動輸入側線股道號。

1.4 特殊站場的控制

為提高萬噸組合列車解編組的效率，朔黃鐵路萬噸站場的股道有效長度被改造延長到2800m，并在到發(fā)線一側設有1條機走線，形成由2條到發(fā)線和1條機走線組成的線束（見圖1）。在到發(fā)線均設置了腰岔和對應的進路信號機。為實現(xiàn)LKJ2000對腰岔信號機的控制，在基礎數(shù)據(jù)編制中，根據(jù)萬噸組合列車站場特點和列車徑路多樣性，使用支線轉移數(shù)據(jù)代替?zhèn)染€股道數(shù)據(jù)的方式進行控制。

圖1 萬噸站場到發(fā)線示意圖

2 存在的不足及原因分析

2.1 人工操作風險

2.1.1 參數(shù)設定與開車對標風險

由于既有LKJ2000系車載數(shù)據(jù)架構的限定，萬噸站場需拆分多支線并設置車站代碼，調用LKJ數(shù)據(jù)的復雜度增大。遇雨雪霧天氣或站場維護，存在對標錯誤，導致LKJ控制出現(xiàn)距離誤差。

2.1.2 萬噸站場股道選擇方式不同于通常習慣

列車在萬噸站場側向運行時，乘務員股道選擇的復雜性增加。當選擇的側線數(shù)據(jù)股道長度比實際側線股道長時，存在冒進出站信號機的控制隱患。

2.1.3 速度空轉導致LKJ控制不精準

朔黃鐵路沿線多長大下坡道，如遇雨雪、冰凍等天氣導致軌道濕滑，乘務員若不能平穩(wěn)操作，出現(xiàn)急加速、急減速的情況，導致空轉或輪滑現(xiàn)象，使LKJ距離控制不精準，存在控制的安全隱患。

2.2 車載控制拓展局限

2.2.1 萬噸站場控制受到基礎數(shù)據(jù)組織架構的局限

受限于LKJ基礎數(shù)據(jù)格式和軟件的限制，在萬噸站場中腰岔及其進路信號機的復雜場景，只能通過改編LKJ基礎數(shù)據(jù)和乘務員操作，實現(xiàn)對腰岔及進路信號機的控制，增大了基礎數(shù)據(jù)和乘務員操作的復雜性。

2.2.2 數(shù)據(jù)容量有限導致重載列車基礎數(shù)據(jù)擴展受限

LKJ2000基礎數(shù)據(jù)容量為2MB，數(shù)據(jù)交路數(shù)不大于32條。難以將所有運用區(qū)段基礎數(shù)據(jù)寫入，只能按列車運行區(qū)段進行細分，導致LKJ基礎數(shù)據(jù)版本增多，維護和換裝的難度增大。

2.2.3 無法利用應答器信息進行重載列車精準控制

既有LKJ2000缺少與應答器信息接收單元（BTM）設備的通信接口，不能采集地面應答器信息，無法通過應答器信息實現(xiàn)自動開車對標或距離校正等精準控制功能[2]。

2.3 硬件設備冗余局限

LKJ2000采用模塊級主從機熱備冗余。當主工作機發(fā)生故障時，自動切換至熱備機工作，如果任一單元或通道出現(xiàn)故障，則自動啟動備用通道。采用CAN總線的內部通信方式進行數(shù)據(jù)交互。既有LKJ2000采用雙機熱備冗余的架構，雙機均采用單CPU設計，無法檢測出異常變化的參數(shù)。若關鍵參數(shù)或數(shù)據(jù)異常，LKJ系統(tǒng)繼續(xù)運行，存在一定的安全隱患。若LKJ異常觸發(fā)緊急制動，則對于萬噸重載列車，特別是2萬噸重載列車運行有著不利的影響。

3 解決措施

3.1 升級新裝備、新技術的必要性

目前LKJ2000應用于朔黃鐵路重載列車13年，安全等級達不到通行的國際列控設備標準。由于數(shù)據(jù)技術和系統(tǒng)資源限制，無法持續(xù)滿足重載鐵路的安全運輸需求。由于系統(tǒng)結構限制，無法有效利用應答器信息進行控車，功能拓展性受到限定。面對當前重載鐵路的安全運行需求，在安全等級、系統(tǒng)架構、技術性能以及軟硬件資源等方面的局限性日益凸顯[3]。

3.2 LKJ-15與LKJ2000的硬件比對分析

新一代LKJ-15型列車運行監(jiān)控裝置（簡稱LKJ-15）同LKJ2000在硬件架構方面的對比見表1。

表1 LKJ2000與LKJ-15硬件架構比對

3.3 提升軟件控制的安全性和效率

3.3.1 利用地面應答器信息

LKJ-15系統(tǒng)全功能配置滿足CTCS-1級列控系統(tǒng)車載設備的要求，既可以根據(jù)車載數(shù)據(jù)控車，又可以根據(jù)應答器數(shù)據(jù)控車，具備在C0和未來C1線路區(qū)段無縫切換運行的能力，能夠實現(xiàn)自動開車對標、自動選擇側線股道等更多精準控制功能，滿足朔黃重載列車安全控制的需求。

3.3.2 車載數(shù)據(jù)技術升級

LKJ-15基礎數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的編碼體系，實現(xiàn)圖形化數(shù)據(jù)編制及精準控車；采用列車運行徑路數(shù)據(jù)與線路設備、設施參數(shù)數(shù)據(jù)分層架構，適應運輸產(chǎn)品和施工線路變化能力強；具備自動化的遠程無線數(shù)據(jù)換裝能力。

3.3.3 精準模式控制

LKJ-15采用一次模式曲線控制，控制更加精準，有助于提升運輸效率。在多條高速道岔的車站進行接車作業(yè)時，LKJ2000僅能按照最不利高速道岔的限速控制，LKJ-15能夠按照各高速道岔的實際限速控制，提高了運輸效率。對于信聯(lián)閉設備停用的情況，LKJ-15按照車站所在停用的信號機進行控制，提升了控制精度，減少了司機確認操作。此外，由于LKJ-15車載數(shù)據(jù)容量較大，能夠裝載所用的正向數(shù)據(jù)和反向數(shù)據(jù)，實現(xiàn)反向行車完全控制。

3.4 操作的人性化與智能化

LKJ-15繼承了LKJ2000顯示界面總體框架，易于司機掌握，同時通過專業(yè)顏色配置，優(yōu)化了顯示風格，能夠有效緩解司機視覺疲勞。通過擴展預畫區(qū)顯示長度，增加文本、工況的顯示，方便司機掌握更多的行車信息。在發(fā)車參數(shù)設定方式方面，LKJ-15不同于LKJ2000輸入交路號和車站號等容易出錯的方式，而是采用拼音首字母自動檢索方式輸入，運行徑路通過起始站和終到站自動檢索，簡化了參數(shù)輸入方式。

LKJ-15采用北斗衛(wèi)星定位技術，輔助司機完成車站自動輸入和對標操作；智能輔助司機規(guī)劃運行徑路，完成運行交路擇取；自動對司機操作進行檢查，對異常輸入報警提示；智能化自檢具備遠程設備狀態(tài)監(jiān)測、智能診斷及故障分析功能；預留可升級實現(xiàn)輔助司機自動駕駛的功能。

3.5 新設備對朔黃重載列車的意義

3.5.1 提升重載列車的運行品質

重載貨物列車已出現(xiàn)空轉、輪滑現(xiàn)象，特別是朔黃鐵路沿線多長大下坡道，軌面濕滑時更易出現(xiàn)問題，增大了LKJ距離計算不準確的風險。LKJ-15采用非接觸式霍爾速度傳感器，支持衛(wèi)星信息和雷達等輔助測速設備，可以及時地修正列車的速度信息，確?？刂频臏蚀_性，避免因距離誤差導致的制動，保障重載列車的運輸安全。

3.5.2 實現(xiàn)萬噸站場的精準控制

LKJ-15車載數(shù)據(jù)實現(xiàn)萬噸站場的精準控制。萬噸站場無須拆分出復雜的支線轉移數(shù)據(jù)，減少了基礎數(shù)據(jù)的復雜度，降低了人工編制數(shù)據(jù)和乘務員操作的風險。LKJ-15采用了北斗衛(wèi)星定位技術，重載列車在萬噸站場始發(fā)時，可通過精確定位股道和進路信號機進行開車對標，同時具備手動選擇進路信號機開車對標操作的功能。在萬噸站場重載列車進站控制中，LKJ-15可以通過輸入該分區(qū)和下分區(qū)股道號，對側線接車進行精確控制，同時具備CIR設備的接口，可以實現(xiàn)自動輸入側線號的功能。

3.5.3 提升安全性和智能化水平

LKJ-15系統(tǒng)采用“二乘二取二”安全計算機，使重載列車控制的可靠性和安全性得到保障。系統(tǒng)架構的升級，提升了其功能智能化的擴展性，能夠更好地實現(xiàn)輔助司機自動駕駛的功能，兼容調車作業(yè)安全防護系統(tǒng)，符合重載鐵路的智能化和自動化控制發(fā)展方向。

4 結語

朔黃鐵路作為西煤東運重要的重載鐵路通道，一直在重載列車的監(jiān)控模式上進行探索。隨著運量的逐漸增大，控制需求相應增多，特別是萬噸列車的開行，勢必對LKJ在重載控制方面提出更高的要求。目前，LKJ2000能夠在一定程度上承擔起安全監(jiān)控的作用，但是面對更高的控制需求，其系統(tǒng)架構、技術性能等方面的局限性日益凸顯。對新一代LKJ的安全控制和應用前景進行探索與研究，對于朔黃重載列車安全控制有著重大意義。