新型廠內機車車輛定位系統研究

徐建軍

摘? ?要：該文介紹了無線調車機車信號和監控系統設備的組成，分析了系統的輸入輸出信息，提出了基于無線調車機車信號和監控系統信息和物流管理系統的現車信息處理的鐵路機車車輛定位技術研究的思路，從而深入研究管控一體化在鐵路領域中的運用。該文對定位系統的設備構成、定位關鍵技術的研究及工程的實踐等進行了詳細闡述。該文研究的鐵路機車車輛定位技術，已應用于鋼鐵等冶金企業，對企業管理的信息化建設做出重要的貢獻。

關鍵詞：無線調車機車信號和監控系統;機車車輛定位技術;研究

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

鐵路機車車輛定位技術是鐵路運輸列車調車作業安全控制、機車車輛使用信息化管理的基礎。當前，鐵路機車車輛定位技術主要包括基于全球GPS或北斗系統通信衛星定位技術、基于地面車號識別技術、基于線路電子標簽和機車讀取器定位技術、基于地面應答器和機車讀取器定位技術等。該文提供了一個基于無線調車機車信號、監控系統（以下簡稱STP系統）信息以及物流管理系統的車站現車信息處理的鐵路機車車輛定位技術的思路。下面就先從STP系統開始介紹。

1 STP系統構成及主要功能

STP系統功能主要有在車站的集中聯鎖區域內，系統通過列車運行監控裝置（以下簡稱LKJ），在機車上實現調車機車信號及站場圖等信息的顯示，并對車列、機車（單機）的牽引、推進、連掛等作業進行調車監控。

STP系統構成包括無線調車機車信號和監控系統，其結構詳見《無線調車機車信號和監控系統暫行技術規范》。系統地面主機完成調車相關的信號、道岔、軌道電路區段等聯鎖信息及調車作業通知單等信息采集、處理，采用無線數據傳輸方式，向機車傳送無線調車機車信號和有關信息，同時接收調車機車工作狀態回執。系統可適應多臺機車在同一車站同時調車作業。車載主機接收車載應答定位器接收模塊的信息，與地面主機進行無線通信，進行信息計算及處理，向LKJ發送前方進路類型、進路限速、距防護點距離、防護信號、車輛輛數、《站細》規定的接風管條件等信息，LKJ根據這些參數計算到前方防護點的控制模式曲線，當機車速度超過模式曲線的限速值時，發出制動指令，起到防護作用。

2 STP系統輸入輸出信息

系統輸入信息。1）系統地面主機與車站聯鎖設備接口，實現調車相關的信號、道岔、軌道電路區段等信息采集;在車務終端上完成調車作業單的接收或錄入。2）車載主機接收車載應答定位器接收模塊讀取的定位信息。

系統輸出信息。1）車載主機通過LKJ顯示界面向司機提供機車前方進路類型、進路限速、距防護點距離、防護信號、車輛輛數、《站細》規定的接風管條件等信息。2）系統地面車務終端通過主界面顯示車站信號平面圖、調車機車信息、地面主機工作狀態等。

3 基于STP設備的機車車輛定位系統研究

3.1 系統構成

該定位系統充分利用STP系統對調車機車位置的跟蹤信息、車載和地面的無線通信實時傳輸特性，并結合車站物流管理系統所提供的車輛的車號、換長、貨物品名等現車信息，經過多種運算、邏輯追蹤等信息處理，實現對機車、車輛位置的追蹤、定位和顯示。基于STP系統的機車車輛定位系統結構如圖1所示。

數據庫服務器：對車站所有股道中車輛位置信息、股道剩余空閑長度、空重車信息、系統日志等信息進行存儲，便于后期進行查閱。

定位控制主機：從STP系統接收存車位置信息，并結合現車系統或物流管理系統提供的車輛換長等信息以及股道剩余空閑長度，實時進行存庫并定時向現車系統或物流管理系統發送車輛定位信息。

車輛位置監視終端：以圖形化的方式直觀顯示股道存車載貨及兩端位置信息、股道剩余長度，調車機車當前位置、速度、運行方向等信息。可與大屏幕顯示系統接口顯示上述信息。

3.2 系統功能設定

實時從STP系統接收調車機車信息、站場信息并進行顯示。

實時從物流管理系統中接收車輛信并進行車輛位置計算，向物流管理系統提供車輛位置信息。

以圖形方式實時顯示站場信息，包括軌道電路區段占用情況，道岔定、反位表示，調車和列車的信號及進路狀態等。

實時顯示車輛和調車機車所在站場聯鎖區內位置。

顯示終端以圖形化方式顯示車輛位于股道的位置、長度及與兩端信號機的距離等信息。

具備歷史數據回放功能。

3.3 定位系統關鍵技術研究

定位系統關鍵技術從信息接收、無線傳輸、機車定位、車列跟蹤等方面進行研究分析。

信息接收：定位系統從STP系統獲取車站信號機顯示狀態、道岔開通位置、軌道區段占用等站場實時信息（以下簡稱站場信息）和部分調車作業計劃信息（以下簡稱作業單信息）。定位系統從現車系統或物流管理系統獲取其余全部車輛信息。通信接口采用帶光電隔離的RS—422串口方式。

車地信息交互無線傳輸：由于調車機車是一個移動物體，調車作業區的站場線路又十分復雜，無法利用軌道電路、應答器等點式方式傳遞信息。所以，系統車載與地面部分的信息交換采用無線方式連續傳遞。按照鐵路總公司“統一標準、統一制式”的技術原則，該研究采用專用頻段專用無線數傳電臺完成車、地間實時信息的連續傳輸。各站場和作業區的頻點須遵循國家及鐵路無線電管理的有關規定和要求。為了保證系統技術條件所規定的響應時間，對車、地間需要交換的各種信息（站場動態信息、車列跟蹤信息、作業計劃信息）進行歸類和分別處理。

機車定位：在車站的入口處、集中區與非集中區的分界點、特殊作業區段設置地面無源應答器。當機車經過時，安裝在機車底部的車載查詢天線向地面無源應答器發送能量激活應答器，應答器得電后循環發送固定報文，查詢主機將收到無源應答器的信息轉發給車載主機，車載主機根據應答器的位置實現機車入網、退網、位置校正，從而實現模式切換和機車定位。

車列跟蹤：系統能夠對調車車列進行跟蹤，前提是必須知道車列動態的位置。要先測量出站場中各個軌道區段的實際長度，將站場信息在定位系統中進行數字化。地面主站和子站（機車）通過無線方式實時通信，STP車載主機采集機車走行信息（速度、行駛方向、相對位移）。從機車刷到應答器入網或人工定位開始，利用每個周期的位移和工況信息對當前機車進行位置跟蹤。同時充分利用機車前方開放的進路信息變化，車列前端軌道區段的空閑—占用變化、車列尾部經過的軌道電路的占用—空閑變化，計算和校正車列長度。當機車定位后再次經過地面應答器時，進行車列位置修正，消除跟蹤時產生的累計誤差，以提高跟蹤車列位置的準確性。

股道中車輛存放位置對于調車乘務人員、站調指揮人員來說都是十分關注的，下面分5個步驟詳細介紹股道中車輛位置信息的跟蹤和標識過程。調車機車推車列進入股道，如圖2所示。

機車進入股道停車后，因STP系統實時跟蹤車列前端和后端的位置，機車進入股道后停車可以獲得車列前端和后端的距離信息L0和L1（如圖3所示）。

機車在股道中確認甩掛作業后，從股道出來，利用軌道電路占用和出清，計算出機車出股道后車列的長度，再結合確認甩掛作業時的車列的長度S0，可計算出股道中存放車列的長度S= S0圖5-S0圖6，車列與信號機D1的距離L2=L0+ S0圖6（如圖4所示），D3是調車信號機的名稱及編號。

定位系統利用從現車系統或物流管理系統中獲取股道中存車列的具體車號、順序、換長等信息，可計算出每節車輛的長度，從而可實現對車輛位置的確定和標識（如圖5所示）。

為了優化顯示，正常情況下，實時顯示股道或區段存車兩端的距離信息，存車的信息采用一定寬度顯示滾動顯示窗（如總車數50輛：型鋼10鋼卷5空35）。

3.4 系統定位精度

該研究定位技術基于STP設備，定位系統的定位精度主要受下面多個因素影響具體包括站場距離數據的測量精度、機車測速測距準確度、數據傳輸時延、站場數據發送頻率、車站物流管理系統提供的換長信息、特殊情況（如空轉和分路不良）等。

該系統采取以下措施。1） 提高站場距離的測量精度。2）周期性地對機車輪徑進行測量并及時對相關參數進行修正。3）提高車站物流管理系統提供的換長信息準確度。4）在實際作業過程中特殊天氣采用撒砂等手段盡量減少空轉的發生。5）加強對分路不良區段的識別和處理以降低對系統的影響，并在站場的某些關鍵位置適當加設了地面應答器，增加機車位置校正，以保證將系統定位精度控制在15 m（小于最小車列長度）以內。

4 機車車輛定位系統工程實踐

該研究成果已應用于某鋼鐵集團物流成品運輸鐵路專用線工程。工程包含A站和B站2個車站，信號系統由CTC、計算機聯鎖、集中監測、STP等組成。車輛定位系統主機與2個車站的STP系統地面主機RS-422接口連接，其中車輛定位系統主機與安裝于同一機房的B站STP采用通信電纜連接，與異地的A站STP采用通信光纜連接。車輛定位系統在2個車站的運轉室分別設置車輛定位顯示終端設備，向各站值班員顯示其管理范圍內的機車車輛定位信息。車輛定位系統同時還向公司集團鐵路調度指揮中心和物流管理系統，提供2個站聯鎖區內所有機車車輛的定位信息。并在站場的某些關鍵位置適當加設了地面應答器，以滿足企業對車輛定位系統定位的精度要求。

5 結語

該文對基于STP設備的鐵路機車車輛定位技術進行研究，充分利用機車前方開放的進路信息變化，車列前端軌道區段的空閑—占用變化、車列尾部經過的軌道電路的占用—空閑變化，計算和校正車列長度。當機車定位后再次經過地面應答器時，進行車列位置修正，消除跟蹤時產生的累計誤差。并在站場的某些關鍵位置適當加設STP系統地面應答器，以滿足用戶對機車車輛定位系統定位的精度要求。

參考文獻

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