淺談新一代列車運行監控裝置在重載列車控制中的應用

畢朝暉

摘要：針對朔黃鐵路公司開行重載列車的運用需求，結合新一代列車運行監控裝置的特性，提出新一代列車運行監控裝置在監控重載列車安全運用中的一些思考，為后續重載列車的發展和運用提供參考。

關鍵詞：重載列車;新一代列車運行監控裝置;LKJ-15;自動開車對標;調車防護

重載列車一般是指在貨運量到發集中的運輸線路上采用大型專用貨車編組，采用雙機或多機牽引開行的一種超長、超重的貨物列車，重載列車車輛載重力大，列車編掛輛數多。由于重載列車編組長度和重量的特殊性，其在安全控制方面有著更高的要求，現有LKJ2000列車運行監控記錄裝置在軟件和硬件方面存在諸多限制，制約了重載列車運輸發展。本文通過分析新一代列車運行監控系統的技術特性，探索新一代列車運行監控裝置在重載列車控制中的應用方法。

1.LKJ2000型列車運行監控記錄裝置運用現狀

LKJ2000列車運行監控記錄裝置（以下簡稱LKJ2000）是我國鐵路列車運行控制的主要安全設備之一，其主要功能是防止“兩冒一超”，即防止列車冒進進站信號機和出站信號機、監控列車運行速度。同時具備記錄列車運行、機車運用及司機操作狀況作為行車安全分析重要依據的“黑匣子”功能。

朔黃鐵路公司自2009年開行萬噸列車以來，經過探索試驗，逐步開行1.5萬噸、1.74萬噸和兩萬噸等多種編組形式的單元和組合重載列車。尤其是朔黃鐵路萬噸站場改造完畢后，萬噸、兩萬噸列車大量開行，LKJ2000型列車監控記錄裝置面對站場復雜化后，在列車監控、乘務員操作以及適應站場控制方面顯得捉襟見肘，難以適應運輸發展和機務運用安全的新要求。

1.1 系統安全可靠性等級低。

LKJ2000在設計之初受經濟和技術條件限制，未采用安全型計算機平臺架構，人機界面交互單元（屏幕顯示器）、通信接口等關鍵環節為非安全冗余設計，受系統架構限制，機車運行途中出現主/備機切換、重啟、屏幕顯示器“黑”、“白”屏等現象時有發生，既影響行車安全也干擾司機正常操作。

1.2 系統資源有限，適應運輸發展能力差

LKJ2000型設備軟硬件資源匱乏，受硬件資源限制LKJ車載數據的容量僅為2MB，且難以擴展;受軟件系統架構限制，每條交路所能使用的車站代碼限制為0-1023，朔黃鐵路神池南至肅寧北間目前已使用636個。就神池南站而言，發車地點受數據容量限制，多點使用同一代碼，無法準確定位機車實際開車位置。

1.3 控車精準度不足，影響列車運行效率。

受LKJ2000系統架構制約，LKJ2000型在很多場景下均無法實現精準控制，只能采用延長控制范圍的導向安全側控制方式來確保行車安全，影響了列車的運輸效率。控制精度不夠的典型場景列舉如下：

1）始發車站不同側向發車進路存在不同的道岔限速時，在該車站側向始發的列車只能按照最低的道岔限速控制;

2）車站某股道進站道岔限速和出站道岔限速不同時，列車通過該側線股道運行時LKJ2000只能按照進站道岔限速和出站道岔限速兩者的低值控制側向通過速度;

3）特定引導、綠色許可證等非正常行車不能定位到具體故障的信號機進行控制，遇存在連續的進站信號機或者連續的出站信號機，LKJ2000對每個進站或出站信號機均進行停車模式曲線控制，需要乘務員逐個解鎖操作后方能通過。

1.4 人機交互不友好，易造成操作錯誤

既有監控設備控制參數設定時，交路、車站號均為代碼形式、開車對標、支線和側線選擇等需要司機記憶，人機交互中設備智能化程度低，現場復雜化之后，應用中易出錯。通過對2015年至2018年4月朔黃鐵路列車運行數據的統計分析，因錯輸造成行車問題總計146件。

（1）錯誤使用按鍵、支側線號造成自停動作放風、責任停車26件

（2）錯誤選模式、車站代碼、交路號造成列車自停動作放風、責任停車21件

（3）錯誤使用開車鍵、錯誤調整數據造成非正常行車100件

通過對三年以來行車問題的整理分析，可以看出LKJ2000在監控操作方面，由于錯輸支線側線號造成自停動作放風19件、由于錯輸車站代碼造成行車問題14件、由于錯誤位置使用開車鍵高達97件。造成這些問題的主要原因不外乎兩點：一是站場復雜乘務員辨別機車位置、開車對標地點困難;二是LKJ人機交互界面顯示不直觀，

2.新型列車運行監控記錄裝置系統功能對比

2013年鐵路總公司立項研發的LKJ系統（LKJ-15型）形成科研成果，目前產品已獲得鐵路產品認證，具備推廣使用條件。LKJ-15型相比LKJ2000在性能方面得到了極大的提升：

2.1 系統安全性提升

系統安全方面采用2乘2取2安全計算機架構，核心部件的安全完整性為國際電子產品認證最高等級SIL4級，行車指令獲取方式，由LKJ2000型并口電平采集改為采用安全協議串口通信，確保機車信號信息采集安全、可靠;控制指令輸出具備終端狀態檢測和故障-安全措施，確保列控設備輸出的控制指令準確、可靠。

系統可靠性方面，關鍵環節均采用冗余設計，顯示器內置雙套冗余;原LKJ2000型的調車監控、平面調車、本補切換、數模轉換等8個外圍擴展設備集成為一體化設備，大量減少外圍設備間的連接電纜，平均無故障時間（MTBF）達1.78×106小時，比LKJ2000型高2個數量等級。

2.2 系統功能適應運輸發展需求

與LKJ2000型設備相比，LKJ-15在系統功能方面進行了較大的改進，可以支持具備通過地面應答器提供LKJ基礎數據監控列車運行能力，并實現與車載基礎數據運行的平滑切換，可適應跨不同線路等級線路的列車運行控制需求;采用車次號與模式控制、數據調用無關聯邏輯設計，車次編碼支持10位數且字母和數字可任意組合，無需通過升級軟件適應鐵路車次編號規則的變化;數據存儲容量可提高到256M，且對車站號、監控交路號等

數據資源沒有限制，將不會出現因數據存儲容量、數據資源不足等造成需對機車、動車運行范圍進行限制的現象。

2.3 數據維護和管理便捷

基于路網布局以數據元為基礎建立拓撲和邏輯關系，采用統一的編碼體系，為圖形化數據編制、便捷的更新維護和區域協作以及控制精準化提供了數據平臺;采用列車運行徑路數據與線路設備、設施參數數據分層架構設計，可針對線路基礎數據或運行組織數據的不同變化分別進行數據維護，數據維護作業量小且發生錯誤概率低;通過數據中心服務器實現跨局數據的交接與管理，備自動對跨局交接的數據進行拼接，實現了鐵路局間區域數據工作協作的便利化，降低了數據交接出錯等安全風險;具備自動化的無線數據換裝能力，可降低數據換裝勞動強度，減少人工干預環節，解決數據人工換裝存在的錯換、漏換等問題，提高了安全保障能力。

2.4 操作方式更加友好

采用拼音索引定位車站并根據起始站至終到站自動規劃運行徑路供司機選擇輸入;無需司機記憶或攜帶《LKJ操作使用手冊》的車站編號、監控交路號對照表即可完成始發站和運行徑路等發車參數的設定;遇運行圖調整列車徑路變化也無需換裝LKJ數據和修改《LKJ操作使用手冊》;具備車站各股道出站信號機、區間通過信號機、指定公里標處進行開車對標調用線路數據的操作方式，易于司機掌握，且適應行車組織變化的能力強;具備支線運行方向信息顯示和CIR獲取進路信息顯示，有利于保證司機對行車安全關鍵的支線方向選擇操作正確，并具備衛星定位輔助糾錯司機的操作，提高了安全保障能力。

3.LKJ-15列車運行監控裝置的運用情況

中國中車LKJ-15C型列車運行監控記錄裝置，最早2015年4月在沈陽機務段裝車試運行，截至2018年3月，中國中車LKJ-15C型列車運行監控記錄裝置在全路9個鐵路局共安裝了16套，車型涉及DF4、DF8B、HXD1、HXD2等11種車型，分別是沈陽鐵路局、上海鐵路局、南昌鐵路局、武漢鐵路局、蘭州鐵路局、昆明鐵路局、青藏公司、濟南鐵路局、成都鐵路局。其中與LKJ2000型并行，不參與控車的13套。LKJ-15C型單獨控制列車的3件：分別是：昆明機務段2015年9月SS7C158機車、2017年5月分HXD3C617機車和格爾木機務段2018年3月在HXN34193機車。

河南思維LKJ-15S型列車運行監控記錄裝置在2015年4月起，開始裝車運用，總計14臺，涉及客運和貨運列車的監控，車型涵蓋HXD1D、HXD1B、HXD3C、DF4C、SS7C、HXD3C、SS3、HXD3、DF8、DF8B、HXN3等車型。

2018年7月19日，中國中車LKJ-15C型列車監控裝置在朔黃鐵路管內完成設備安裝和靜態調試并上線運行。經過一段時間的試驗運行，LKJ-15型列車運行監控裝置的數據精準控制很好的解決了萬噸站場腰岔發車的問題，并結合朔黃鐵路重載列車實際需求，取消了上電緊急、宕機緊急、待機緊急等三項功能。同時根據朔黃公司需求建立差分基站，同期試驗衛星定位對標開車，目前試驗階段衛星定位信息精確度達到2-5米，正在進一步優化試驗當中。

4.LKJ-15列車運行監控裝置功能展望

4.1 基于衛星定位的自動開車對標

LKJ-15設備附屬裝置LAIS（列車運行狀態信息系統）系統包含衛星定位模塊。其衛星定位誤差較大，但如果集合差分基站提供的衛星精準的定位信息，可實現列車的自動定位功能，如：自動開車對標、車站和股道定位、區間校正等功能。

事先通過衛星定位終端采集站場、線路的實際衛星參數信息，預置在LKJ-15行列車監控裝置基礎數據中，運用時，司機在始發設定參數時，允許自動定位車站、股道等信息，并處于降級模式下，LKJ-15列車監控裝置實時采集衛星定位數據，將列車機車位置、運行方向和速度，與LKJ-15基礎數據中衛星定位數據進行匹配，滿足條件時實現自動開車對標控制。

在正常模式下，可以根據該衛星定位信息與實時衛星信息對比，實現監控裝置機車位置自動校正功能。

4.2 基于LKJ-15的本務機車站場調車作業安全防護系統

在LKJ-15列車監控裝置基礎上，利用無線技術與站場聯鎖信息握手，實現本務機車的調車作業安全防護，如：調車信號防護、速度防護、機車或車列定位、以及接觸網終點、車檔和站界等距離防護、存留車股道防護等功能。

采集站場實際信息，繪制成站場圖，通過無線發送的站場實時聯鎖信息，將站場的軌道區段占用情況、調車信號機顯示情況、道岔定反位狀態、機車位置等信息實時進行顯示，指導司機掌握整個站場的各個股道和軌道區段的占用和空閑狀態，同時將聯鎖信息與監控裝置繪制好站場信息進行對比計算，再通過LKJ-15型列車監控主機實現調車機車和車列的報警、控制，實現調車作業安全防護功能。

4.3 基于車載雷達、傳感器及衛星定位準確判定機車運行速度和列車定位

目前機車速度采集主要源于裝載與機車2、4軸的速度傳感器三個速度通道的采集結果，經LKJ-2000型列車監控裝置對比產生，不能準確及時的反映列車真實速度。

LKJ-15型列車監控裝置采用的霍爾傳單器、雷達輔助測速測距和衛星定位模塊，可以通過不同方式采集機車的運行速度，不局限于單一軸位速度。可以通過將軸位速度、雷達速度和衛星速度三者比對得出列車真實速度，避免單軸位空轉或輪滑是列車產生常用和緊急制動等對于重載列車來說的危險控制指令，判定列車發生缺失發生空轉時，可以通過報警、卸載等比較柔和的指令輔助乘務員操縱列車，從而提升列車的運行品質和安全系數。

5.結束語

目前，LKJ2000列車運行監控裝置作為監控重載列車安全運用的行車保證設備，起到了至關重要的作用。隨著重載鐵路運用需求的快速發展，控制精準性要求的逐步提高，新一代列車運行監控裝置能夠有效的解決LKJ2000的短板，更好的適應重載鐵路的發展需求。

參考文獻

[1] 王會民.重載列車運輸過程中的安全控制[J].中國科技縱橫.2016

[2] 中國鐵路總公司.LKJ-15列車運行監控系統暫行技術條件.[Z].中國鐵路總公司.2017

[3] 中國鐵路總公司.LKJ模式設定規范（2015）版 [Z].中國鐵道出版社.2015

（作者單位：朔黃鐵路發展有限責任公司 機輛分公司）