針對(duì)Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)鐵路的列控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任鎖會(huì)

(中國鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司，山西太原 030023)

1 概述

目前我國Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)鐵路運(yùn)量設(shè)計(jì)在小于1 000萬t以下，多為地方廠礦企業(yè)鐵路，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為站內(nèi)集中電氣聯(lián)鎖和區(qū)間單線半自動(dòng)閉塞。由于企業(yè)廠礦鐵路運(yùn)量不規(guī)律，某些月份運(yùn)量突出，需要預(yù)留運(yùn)量接口，現(xiàn)有設(shè)計(jì)方式無法滿足鐵路運(yùn)量要求。如果按照鐵路運(yùn)量最大密集度來設(shè)計(jì)，由于單線半自動(dòng)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(hào)機(jī)，設(shè)置自動(dòng)閉塞等。不管哪種模式，將增加鐵路建設(shè)費(fèi)用和后期運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。

Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)鐵路在區(qū)間運(yùn)行過程中，列車進(jìn)去區(qū)間無法監(jiān)控，制約了運(yùn)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(bào)警系統(tǒng)無法進(jìn)行車地聯(lián)控，工務(wù)施工靠信號(hào)旗作防護(hù)標(biāo)示和人工瞭望防護(hù)，這兩方面遇見險(xiǎn)情無法及時(shí)通知司機(jī)，導(dǎo)致地方鐵路安全運(yùn)營生產(chǎn)帶來很大的隱患。

近年來，國外非干線鐵路建設(shè)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(yàn)，設(shè)計(jì)一個(gè)適應(yīng)于Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)鐵路，配置簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)列車在區(qū)間運(yùn)行實(shí)時(shí)信息和車站通過無線傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，從而滿足站內(nèi)值班員可以實(shí)時(shí)掌握列車在區(qū)間的運(yùn)營情況，以及與平交道口現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息的交互，工務(wù)人員在區(qū)間巡檢及施工信息交互，讓區(qū)間運(yùn)營環(huán)境透明化，從而車站與車，道口與車，車與車，車與工務(wù)人員，工務(wù)人員與車站之間進(jìn)行信息實(shí)時(shí)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(dòng)閉塞和現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)64D半自動(dòng)閉塞兩種功能，可根據(jù)運(yùn)輸需要進(jìn)行切換選用。

虛擬自動(dòng)閉塞模式，系統(tǒng)全線區(qū)間由若干個(gè)虛擬閉塞分區(qū)組成，每個(gè)虛擬閉塞的分界點(diǎn)基于GPS測(cè)繪點(diǎn)設(shè)置虛擬通過信號(hào)機(jī)進(jìn)行信號(hào)防護(hù)，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(shè)備，站內(nèi)列控設(shè)備，區(qū)間道口防護(hù)設(shè)備，工務(wù)手持機(jī)設(shè)備及調(diào)度中心指揮系統(tǒng)，鐵路專用線光纖網(wǎng)絡(luò)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(cè)速傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比從而準(zhǔn)確確定列車位置，再根據(jù)車載線路GPS點(diǎn)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?fù)虻牧熊嚒⒌揽趫?bào)警設(shè)備、工務(wù)手持機(jī)報(bào)告閉塞占用情況。列控中心監(jiān)督區(qū)間各設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)與車載設(shè)備交互。車載設(shè)備根據(jù)列控中心監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及區(qū)間相鄰設(shè)備狀態(tài)自主運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)列車單線區(qū)間自動(dòng)追蹤。

64D半自動(dòng)閉塞模式和現(xiàn)有64D閉塞模式相同。基于GPS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(shè)備設(shè)計(jì):采用穩(wěn)定可靠冗余結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)，通過GPS+BD冗余結(jié)構(gòu)對(duì)列車進(jìn)行經(jīng)緯度坐標(biāo)定位，與輪對(duì)計(jì)數(shù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波計(jì)算，得出精確位置，通過無線傳輸設(shè)備與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，指揮列車運(yùn)行虛擬移動(dòng)閉塞，替代了傳統(tǒng)機(jī)車信號(hào)功能，增加工務(wù)限速封鎖、道口信息回執(zhí)、列車無線自動(dòng)追蹤，區(qū)間信息邏輯判斷安全聯(lián)鎖指揮等功能。車載設(shè)備功能示意圖見圖2。

圖2 車載設(shè)備功能示意圖

2)站內(nèi)雙機(jī)熱備列控系統(tǒng)。對(duì)車站聯(lián)鎖數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、區(qū)間列車運(yùn)行占用閉塞分區(qū)數(shù)據(jù)采集、道口設(shè)備及工務(wù)手持機(jī)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。鏈接鐵路專網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)，相鄰站間數(shù)據(jù)交互，實(shí)時(shí)與列車車載設(shè)備進(jìn)行交互，保證列車區(qū)間運(yùn)行透明、安全，提供調(diào)度中心線路運(yùn)營實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。站內(nèi)列控設(shè)備顯示圖見圖3。

圖3 站內(nèi)列控設(shè)備顯示圖

3)專用線網(wǎng)絡(luò)。建設(shè)專用線光纖網(wǎng)絡(luò)，專用線站與站間，車站與調(diào)度中心進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

4)道口設(shè)備設(shè)計(jì)。道口安全是行車安全的一個(gè)重要組成部分，也是行車安全的一個(gè)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(hù)信號(hào)設(shè)備，采用區(qū)間定位閉塞和列車無線車載信號(hào)技術(shù)，在列車接近道口時(shí)，依靠列車無線車載信號(hào)，自動(dòng)通知道口值守人員，對(duì)道口進(jìn)行防護(hù);在道口值守人員未對(duì)列車接近通知信息做出反饋時(shí)，列車無線車載信號(hào)要求列車自動(dòng)限速運(yùn)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(wù)手持設(shè)備設(shè)計(jì)。工務(wù)對(duì)講機(jī)主要實(shí)現(xiàn)的功能是列車接近智能判斷無線通知，工務(wù)限速封鎖命令發(fā)送等功能。

6)調(diào)度中心設(shè)計(jì)。調(diào)度中心主要功能是專用線鐵路全線設(shè)備監(jiān)控和列車運(yùn)行調(diào)度指揮。專用線鐵路運(yùn)輸全線監(jiān)控包含兩方面，站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，區(qū)間信號(hào)虛擬狀態(tài)及列車運(yùn)行定位閉塞實(shí)時(shí)顯示。列車運(yùn)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(hào)，自動(dòng)生產(chǎn)列車運(yùn)行圖等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

基于GPS的列車定位列控系統(tǒng)與既有鐵路運(yùn)用技術(shù)相比，最大亮點(diǎn)是在區(qū)間無設(shè)備、無工程、無維護(hù)(三無)的條件下，做到省錢、省電、省人(三省)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)度監(jiān)督、車站監(jiān)控區(qū)間列車運(yùn)行、區(qū)間區(qū)段限速封鎖、道口和工務(wù)巡道員列車接近通知并有遮斷信號(hào)以及列車溜逸報(bào)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(yùn)量少的月份可以按照64D單線半自動(dòng)閉塞運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)量密集時(shí)，可按照虛擬自動(dòng)閉塞形式運(yùn)行，既保證了運(yùn)量，又減少鐵路建設(shè)的投資，解決了目前鐵路系統(tǒng)無法解決的技術(shù)問題。這些特點(diǎn)充分滿足了我國Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)鐵路的當(dāng)前需求。