軌道交通車輛調(diào)試冒進防護裝置的應(yīng)用

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致列車冒出線路末端的風險和事故[1]。一種應(yīng)用于軌道車輛調(diào)試的冒進防護裝置，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 防冒進系統(tǒng)工作原理

基于衛(wèi)星定位的列車防冒進系統(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。當列車在試驗線路運行調(diào)試時，防冒進系統(tǒng)通過衛(wèi)星定位列車在預(yù)設(shè)線路中的位置，結(jié)合車輛當前速度，實時計算末端距離和緊急制動距離。當檢測到列車存在冒進線路末端風險時，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。防冒進系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

圖1 防冒進系統(tǒng)工作原理圖

1.1 防冒進系統(tǒng)緊急制動邏輯

防冒進系統(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行報警提示切除操作。GPS獲取列車位置和當前車速后進行冒進狀態(tài)判斷，當符合冒進條件時，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區(qū)域。為保障列車安全運行，在當前線路下實時跟蹤列車位置、當前速度及離前方冒進區(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)標定

線路數(shù)據(jù)標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)的標定。按照80 km·h-1的城軌車輛，最大延時導致的誤差為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

防冒進系統(tǒng)結(jié)合列車當前位置、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行對比（運行軌跡），實時計算車輛所允許的安全速度。若當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 防冒進系統(tǒng)的功能

2.1 防冒進功能

設(shè)備通過衛(wèi)星對列車進行定位，結(jié)合參數(shù)設(shè)定中設(shè)定的GPS停車點與GPS檢測到的列車進行實時數(shù)據(jù)運算，判斷列車是否存在冒進的風險[3]。在啟用預(yù)警提示功能進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，當防冒進系統(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。

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，當防冒進系統(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。

圖6 得電緊急車輛并聯(lián)接線

3 防冒進系統(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裝置的工作原理、試驗驗證、防冒進裝置自身風險評估及應(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行實時數(shù)據(jù)運算，從而判斷列車是否有冒進風險。分析防冒進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。