调车监控系统车列定位技术的研究

徐庆标 吴登阳

1 调车监控系统概述

无线调车机车信号和监控系统由地面设备和车载设备二部分构成。地面设备包括地面主机、调车车务终端、电务维护终端、数传电台和地面车列定位设备等;车载设备由车载主机、数传电台和车载车列定位设备等组成，车-地之间通过数传电台实现数据交换。地面主机接收计算机联锁系统或TDCS/CTC信息采集设备的站场码位信息，发送给车载主机、调车车务终端和电务维护终端，以站场图形方式在终端显示器和LKJ彩屏上实时显示道岔、轨道区段、信号机和进路状态;跟踪并在站场平面图上显示作业车列的位置，显示机车的工况、运行速度及限制速度等。车载主机接收地面主机的站场码位信息、调车作业单、车列跟踪计算结果和LKJ监控装置的机车运行信息，根据机车的运行信息和车列跟踪计算结果，实时计算停车距离、限制速度，防止车列超速行驶、超速连挂，防止车列冒进关闭的信号机、越过站场规定的停车点等。

无线调车机车信号和监控系统应用于有调车作业的铁路车站，有效防止了调车作业中车列越过阻挡信号机所造成的挤岔事故、超速行驶造成的冲突事故和脱轨事故，保证站内调车作业安全。但系统控车所依赖的车列初始定位方法及跟踪定位算法将直接决定系统对调车作业的监控范围、控制精度等，基于铁路车站的技术现状，并根据调车作业的特点，对各种车列定位技术进行分析研究就显得十分必要。

2 车列初始定位方法

调车作业机车要进入调车监控状态有一个初始定位入网注册过程，要求调车机车将机车号、机车所在的位置信息传送到地面主机。机车位置信息可以通过安装定位设备自动获取，也可以人工输入。

2.1 接收无线车次号系统的车次号信息

在TDCS系统全路全覆盖的情况下，各铁路车站均安装了无线车次号系统，当安装有调车监控系统车载设备的机车经过车站出入口进站时，无线车次号系统将机车的车次号等信息发送给TDCS系统，调车监控系统地面设备通过与无线车次号系统的连接，同样可获取无线车次号信息，并通过车-地间的无线通信信道将车次号信息发送给车载设备，由车载设备再次将机车号、获取车次号时的初始位置信息发送给地面主机，向地面主机申请入网注册。机车入网注册后，地面主机根据机车的当前位置信息及接车进路，跟踪作业机车进站，并将跟踪结果实时地发送给车载设备。

对于没有配备调车监控系统车载设备的本务机车进站停车后，可以将便携式的车载设备摆放到位、上电工作，在本务机车由列车工作模式切换到调车工作模式时，地面主机将车列初始位置发送给车载设备，完成作业机车的入网注册。

2.2 接收地面无源应答器预存的位置信息

通过在车站的出入口安装无源应答器、在作业机车上安装相应的查询主机和应答器查询天线，使作业机车以列车模式压过无源应答器进站时，车载设备接收到无源应答器预存的位置信息，向地面主机申请注册;地面主机收到入网注册申请信息后，跟踪作业机车进站，并实时地将作业机车所在的当前区段号送给车载设备，由车载设备计算作业机车所在区段的具体位置。但对于工作在调车模式的机车由非集中区进入集中区、压过无源应答器时，调车监控系统无法确认作业车列是牵引、还是推送进入集中区的，可根据集中区和非集中区间的走行线长度、防护信号机外方轨道电路长度和状态，设计相应的防护方法。

2.3 解算定位点的GPS定位信息

通过预先测量各出入口定位点的GPS定位信息、并预存与定位点相对应的位置信息，当安装GPS接收机的调车机经过这些定位点时，如果GPS接收机获得的坐标数据经过校准解算后的定位信息与预先测定的数据一致，调车机车就可以将对应于该定位点的位置信息发送给地面主机，向地面主机申请入网注册。基于卫星导航技术实现的作业机车初始入网注册方式，无需安装地面无源应答器设备、无需改造站场、无室外设备维护工作。

卫星导航技术除提供定位点的GPS定位信息外，还可以提供连续的定位信息。可结合轨道区段绝缘节、设定的防护点等处的GPS定位信息，修正并消除由于站场码位信息传输时延、轮滑、空转等造成的误差，以提高系统的控制精度。当轨道电路故障影响进路跟踪定位时，可借助车载设备提供的故障处GPS定位信息，及时修正车列前端的位置，以提高系统的可用性。

2.4 人工输入车列初始位置信息

当调车监控系统无法通过自动获取车列初始位置信息申请入网注册时，系统提供了在车载设备由司机输入车列初始位置信息、地面操作人员进行人工确认的入网注册方式。

根据以上4种获取作业车列初始位置信息申请入网注册方式的分析，在作业站场内，卫星可见度满足定位要求的前提下，调车监控系统应优先选用通过无线车次号系统和GPS定位信息2种入网注册方式，并保留人工输入入网注册方式。一方面充分利用了TDCS系统现有的信息资源，并由GPS定位信息入网注册方式做冗余备份，确保自动入网注册成功;另一方面，采用GPS定位信息入网注册方式，除了能提高系统控制精度和可用性，还可以使系统在作业站场内的任何地方具备“人工输入”入网注册功能;另外，采用GPS定位入网注册方式优化了系统的结构，可降低工程施工的复杂度，减少了系统的后期维护费用。随着卫星导航技术的快速发展，卫星导航定位系统资源日益丰富，卫星导航定位的可用性、定位的精度也将会得到进一步的提高。

3 进路跟踪

列车从站外进站或车列在咽喉区进行调车作业时，在站场平面图上表现为进路的锁闭、防护信号机的开放、从接近区段到信号机内方区段先后占用、出清、信号关闭和区段解锁的过程。进路跟踪基于实时的站场信号设备状态变化，根据进路上轨道区段的占用先后，将作业车列的机车号从接近区段传递到进路末端的区段上，保证在作业过程中机车号不丢失。车列跟踪算法流程图如图1所示。

进路跟踪算法说明如下。

1．机车号有实际 (监控、非监控)和临时机车号2种。

2．轨道区段状态有锁闭、占用和出清，每次循环更新轨道区段状态将记录状态的保持时间，以便判断进路上轨道区段状态变化的先后顺序。

3．进路跟踪程序初次运行时，所有占用的无岔区段都赋予非监控机车号;机车入网注册后，非监控机车号更改为监控机车号。

4．当清除与无岔区段相邻区段上的机车号时，需根据进路方向决定是否清除仍然处于占用状态的无岔区段上的机车号 (下次循环时该无岔区段会赋予新的非监控机车号)。

5．通过搜索开放的防护信号机及进路上的所有轨道区段、并赋予临时机车号，防止区段状态变化不连续而造成机车号跟踪失败 (机车号丢失)。

6．跟踪结果队列仅保存监控机车的位置信息。

图1 车列跟踪算法流程图

4 跟踪定位

进路跟踪仅给出了作业车列所在的轨道区段，至于车列前部距轨道区段绝缘节的距离，将由车载设备根据车列移动的速度和位移进行跟踪定位。影响车列前部跟踪定位的因素有如下几点。

1．站场码位信息传输时延不固定。不同的计算机联锁系统生产厂家有不同的信息传输协议，站场规模的大小对信息传输的时延也会有影响。

2．轨道电路故障。车列前部的下一区段占用、而车载设备没有走完当前区段，或者车载设备走完了当前区段、而车列前部没有占用下一区段。

3．轮滑造成车载设备跟踪的位置落后于车列前部实际位置。

4．车轮空转造成车载设备跟踪的位置超前于车列前部实际位置。

5．车-地间信息传输时延有差异。车列越靠近无线基站作业时无线传输时延会越小。

当选用GPS定位信息入网注册时，在整个作业过程中，车载设备可实时解算出机车的具体位置，利用机车的位置信息来修正跟踪定位算法。通过对地面设备和车载设备所能提供的车列位置信息进行综合分析，在不增加系统复杂度的前提下，最大限度地解决了车列位置跟踪误差偏大、以至错误而影响系统的可用性问题。在判断轨道电路故障时，要结合整个进路上所有区段的状态变化 (占用、出清的先后顺序)情况，获取2种或以上的车列位置信息对故障进行分析、确认。当车列越过防护信号机、压入信号机后方的轨道区段后，出现轨道区段占用不正常时，在进路跟踪算法中通过预先保存临时机车号的方法，保证了机车号的正常传递。

5 后期展望

调车监控系统已逐步在铁路有调车作业的车站推广使用，各生产厂家普遍选用地面应答器入网注册方式，监控的范围仅限定在作业站场的集中区，而对于调车作业频繁、装备条件简陋的非集中区更需要对调车作业过程进行安全防护。

卫星导航定位系统为解决非集中区调车作业的安全防护问题带来了希望。采用GPS定位技术可以实现对作业机车位置进行动态跟踪，通过获取车列的编组长度信息、采集非集中区道岔的状态，可以搜索出车列前方的“进路”，监视非集中区调车作业过程，并最终实现集中区和非集中区调车作业安全监控的统一。

［1］ 运基信号［2004］73.无线调车机车信号和监控系统技术条件(暂行).铁道部，2004.

［2］ GB/T7178．1～9.铁路调车作业标准.

［3］ 兰州铁路局、卡斯柯信号有限公司、株洲电力机车研究所等.ZDK型中间站调车监控系统技术报告［R］.2009，1.

(责任编辑:张 利)