LKJ2000列車運行監控技術分析及新一代技術研究

宮旭東 上海鐵路局電務處

LKJ2000列車運行監控技術分析及新一代技術研究

宮旭東 上海鐵路局電務處

針對LKJ2000型列車運行監控裝置的技術現狀及不足進行了分析，通過研究當前鐵路運輸安全需求及技術發展趨勢，提出新一代LKJ的技術研究思路。

LKJ2000；新一代LKJ；技術研究

LKJ2000型列車運行監控裝置（以下簡稱LKJ2000）研制于1998年，2001年開始在全路推廣使用，目前已在全路2萬余臺機車、500余列動車組上應用，是我國運用范圍最廣的列車運行控制車載設備。作為已經在中國鐵路長期、穩定運用的列車運行控制設備，LKJ系統是中國鐵路人通過多年對中國鐵路列控技術以及行車組織狀況的深入研究后，形成的具有獨立自主知識產權的列車運行控制系統。自LKJ-93以來，LKJ技術經歷了20多年的發展，事實證明其最具中國特色的基于車載基礎數據的控制方式，由于對運輸需求變化的適應性強、控制精度高、對運輸干擾少、功能擴展能力強等特點而表現出強大的生命力。

盡管LKJ設備在保障我國鐵路運輸安全方面發揮了巨大的作用，但由于受上世紀九十年代經濟、社會發展水平和技術條件等方面限制，LKJ2000型列車運行監控裝置在系統安全性方面存在一定局限性，無法滿足目前我國鐵路運輸發展所需的更高安全需求。

本文分析了LKJ2000在安全性等方面存在的不足，并結合當前技術發展狀況以及鐵路運輸對列控系統的安全需求，對新一代LKJ的技術發展方向與實現策略進行探討。

1 LKJ2000的技術現狀與不足

1.1 冗余架構

LKJ2000采用雙機熱備冗余的架構。在雙機熱備冗余架構中，當雙機分別計算的數據出現不一致時，自身無法判定其正確性，有可能會使用錯誤的數據甚至輸出錯誤的指令，系統構架不符合故障安全原則。因此LKJ2000的系統安全性能尚未達到當前國際鐵路信號系統通行的安全完整性等級，難以滿足我國鐵路發展對列控系統安全性能的更高要求。

1.2 與機車信號接口方式

機車信號接收并且處理地面發送的移動授權，LKJ系統通過機車信號獲得控制所需行車指令信息。目前，LKJ2000采用并行接口方式獲取機車信號發送的地面軌道電路信息，包括點燈信息、絕緣節信息等。對于至關重要的移動授權信息，這種采集方式在安全性方面存在明顯缺陷，并且由于接線多而導致可靠性降低。

1.3 列車定位

由于LKJ2000采用完全基于車載基礎數據控制方式，無法從地面獲得控制所需的完整信息，因此在遇到列車徑路選擇、開車對標等特定情況時，需要司乘人員的干預操作以實現列車定位。過多的人工干預一方面降低了系統的安全性能，同時也增加了司乘人員勞動強度。

此外，LKJ2000設備采用絕緣節信息對距離計算誤差進行校正，存在一定的校正誤差，特別是在半自閉分區，因線路絕緣節信息量少，距離誤差的問題更為突出。

1.4 基礎數據容量與數據組織結構

LKJ2000設備可存儲的基礎數據容量為2MB。近年來隨著我國鐵路網絡的快速擴張、機車/動車組運行范圍加大以及跨局長交路列車的開行,基礎數據存儲容量已成為系統中無法回避的性能瓶頸。目前部分應用部門采取按客車、貨車分別安裝不同基礎數據的方法，但導致需要同時維護多個基礎數據版本的問題，造成基礎數據的管理極為不便；此外，隨著機車、動車組長交路運行，鐵路局之間的數據交換、數據鏈接編制作業量日益增加，早期研發的車載數據組織結構無法滿足目前數據維護管理和使用的要求。

2 新一代LKJ技術研究探討

2.1 開發背景

近15年正是我國經濟、社會快速發展的時期，也是歷史上鐵路發展最快的時期。隨著鐵路管理體制的改革和進一步適應運輸市場化的轉變，大量的動車組列車開通運行并在高鐵、既有線路間跨線運行，中歐班列、不同軸重的重載貨運列車也相繼開行。由此對列控系統控制模式如何適應多種線路條件、列車種類和運營場景提出了更高的要求；鐵路網快速擴張，機車長交路、乘務區段化運輸組織方式的改變，對車載基礎線路數據組織結構如何適應變化，支撐數據維護管理和作業的便捷性也提出新的要求；地面應答器等軌旁設備的逐步敷設，使得列控車載設備能從地面獲取更多的信息，這為解決司機人工介入操作過多等問題成為可能。

新一代LKJ要充分汲取既有LKJ系統成熟經驗與技術特色，充分利用當前技術發展的成果以及相應的新增基礎設備（如地面點式應答器、GSM-R網絡等），解決既有LKJ2000存在的不足，同時把握當前列控技術發展趨勢，研制出符合中國國情、路情，具有獨立自主知識產權的高水平新一代LKJ列車運行控制系統，滿足當前和未來一段時期鐵路運輸發展的需要。

2．2 關鍵技術研究

（1）安全計算機技術。目前國內外主流的列車運行控制系統已廣泛采用安全計算機技術，以保證系統的安全性能達到國際鐵路信號系統安全標準（SIL4）。為滿足系統的安全性、可靠性要求，新一代LKJ系統與安全相關的核心控制單元應采用2×2取2或3取2安全計算機的系統架構。

（2）無線通信技術。當前國內外先進的列車運行控制系統中普遍應用無線通信技術，如城市軌道交通中的CBTC(基于通信的列車控制)系統就是通過WLAN等技術實現列車運行防護控制。我國CTCS-3級列控系統采用GSM-R技術實現車載設備和RBC(無線閉塞中心)之間的無線通信，使車載設備獲得移動授權等運行控制指令。

新一代LKJ系統在保持車載基礎線路數據優勢基礎上，應積極研究采用無線通信技術，例如采用WLAN無線通信傳輸線路基礎數據或進行基礎數據換裝，利用移動通信網實現系統運行狀態的遠程監測以及臨時限速數據的自動載入等功能。

（3）點式應答器技術。在具備地面應答器的區段，新一代LKJ可采用應答器信息實現列車絕對位置定位，減少司機的人工定位操作，避免人為錯誤對系統安全性能的影響，同時也提高系統的自動化程度。也可以由地面應答器提供系統控制所需的基礎數據，包括定位、進路參數、線路參數、限速等信息。

（4）衛星定位/授時技術。衛星導航系統是一種基于衛星的無線電導航定位和時間傳遞系統，能提供高精度、全天時、全天候的位置、速度和時間信息，已廣泛應用于全球的各個行業。當前中國自主研究開發的北斗衛星導航系統已完成部署，正積極推動面向鐵路運輸行業的應用。在LKJ控制過程中，位置、速度以及時間是涉及安全的關鍵參數，新一代LKJ可在保證系統安全性的條件下，充分利用北斗衛星導航系統提供的輔助定位和授時功能。

2．3 技術研究思路

（1）適應運輸需求的發展。我國鐵路運輸組織方式具有既有線客貨混跑、高速客運專線、及重載/超長的貨運等特點。新一代LKJ應按照全路一張網的原則規劃列控系統的技術平臺，適應不同行車組織方式、不同線路速度等級、不同地面行車設備及不同種類列車開行的需求，在控制模式上兼容不同的行車組織方式，自動識別和支持不同等級線路的跨線運行，同時需適應機車長交路運行和機車乘務員乘務區段化、輪乘制管理模式的變化，解決司機依靠記憶輸入參數（如始發車站號、交路號）等問題。

（2）采用安全計算機、安全數據傳輸等技術。新一代LKJ應遵循鐵路信號故障-安全原則，采用安全冗余架構，以符合當前列控設備發展的趨勢；與主體機車信號及BTM使用串行通信接口并且采用安全數據傳輸技術，確保通信信息的安全。研發過程符合相關國際鐵路信號安全標準，設備涉及安全的部分滿足SIL4安全等級，且通過獨立第三方安全評估。

（3）支持集車載預存與地面應答器兩種基礎數據提供方式。基于車載基礎數據的LKJ控制方式，具有對運輸變化的適應性強，控制精度高、功能擴展方便等特點；而地面應答器能使得列控車載設備從地面獲取更多的信息，解決司機人工介入操作過多等問題。因此在系統設計上，一方面堅持以車載預存基礎數據為主的控制模式；同時也可根據地面應答器提供的基礎數據（包括定位信息、進路參數、線路參數、限速等），實現列車運行控制。

（4）優化線路數據組織架構。車站是基礎數據中的基本節點，LKJ對基礎數據的調用以車站編號進行檢索。因此車站號的編碼方式對LKJ至關重要，涉及到線路數據的編制、跨局數據交換以及始發站號的司機輸入等。既有LKJ采用按交路進行車站編碼，導致同一個車站存在不同的編碼，相同編碼可能為不同車站的情況，對跨局數據交換、司機車站編碼的輸入帶來諸多問題。采用全路統一車站編碼，方便了線路數據的編制及跨局數據的交換，也有利于司機進行車站編碼的輸入。

（5）設備檢測與維護的自動化與智能化。新一代LKJ應加強系統的故障自診斷功能，實時檢測系統的工作狀態，并對診斷結果進行記錄、顯示，便于快速的查詢與分析判斷。在此基礎上，優化新一代LKJ與機車運行檢測數據無線傳輸裝置的傳輸通信接口，通過大容量快速數據傳輸，實現列車運行監測、運行記錄數據文件無線下載及故障檢索分析、數據換裝和版本號實時查詢統計等功能。研究采用無線方式進行線路數據的換裝。

（6）發揮在輔助司機安全行車及機務運用管理方面的作用。LKJ人機界面單元包含了大量輔助司機行車的線路信息及語音提示信息，為保證列車安全、正點運行發揮了重要的作用。新一代LKJ應不斷豐富人機界面單元信息，并優化人機界面及交互方式。新一代LKJ應根據運用管理需求，豐富采集及記錄列車安全運行有關的運行狀態信息，支撐機務運用管理的信息化，為多種安全監測、運用管理提供支撐。

3 結束語

國外列車運行控制系統大多是在本國已有技術裝備的基礎上，為適應運輸需求變化而逐步向更高級別的列控系統發展。我國鐵路路網規模大、運營環境復雜、管理體系高度統一，這些特點決定了國內的列控技術必須走自己的發展道路。新一代LKJ既要繼承并完善既有LKJ的技術特點，又要充分借鑒國內外列控系統的優勢，構建具有獨立自主知識產權的新型LKJ列車運行控制技術體系，滿足當前和未來一定時期我國鐵路運輸發展的需要。

[1]LKJ列控技術與應用[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

責任編輯：萬寶安 竇國棟

來稿日期：2016-08-03