朔黃重載列車LKJ安全控制策略研究

王興有

（國能朔黃鐵路發展有限責任公司機輛分公司，河北肅寧062350）

0 引言

朔黃鐵路西起山西省神池縣，與神朔鐵路、準池鐵路相連，東至河北省滄州市黃驊港，與黃萬線、黃大線相接，正線全長近598km，其中神池南至西柏坡段線路限制坡度12‰，西柏坡至黃驊港限制坡度4‰。設計為國家I級干線、雙線電氣化鐵路，是我國西煤東運的重要通道和國家能源集團礦、路、港、電、航、油一體化工程的重要組成部分，在全國路網中發揮著重要作用。

為保障列車運行安全和促進運行規范化管理，提高運輸效率，朔黃鐵路自2006年起采用LKJ2000列車運行監控記錄裝置。該裝置是以保障列車運行安全為主要目的的列車速度控制裝置，能夠有效防止“兩冒一超”事故的發生，輔助列車乘務員提高操縱能力，有效保障朔黃鐵路重載列車的安全運行。

1 現有重載列車LKJ的安全控制

1.1 車載系統構成

LKJ2000監控記錄裝置車載系統主要由主機箱、顯示器、速度傳感器、壓力傳感器、雙針表等構成。裝置主機采用雙套熱備冗余工作方式。LKJ2000與機車信號設備、速度傳感器、GPS接收裝置、本/補切換裝置、雙針速度表、機車安全信息綜合監測裝置（簡稱TAX）等設備配套共同組成列車運行安全監控系統。

1.2 控制模式

LKJ2000采用車載計算機預先存儲地面線路數據的控制方式。在運行時，根據列車所處的位置按順序調取車載存儲線路數據，按前方信號顯示狀態并根據列車速度計算列車行走距離產生控制模式曲線。當列車速度超過控制模式曲線的范圍時，裝置對列車實施動力切除、常用制動及緊急制動控制，防止列車越過關閉的信號機。為確保列車在關閉信號機前可靠停車，限制速度的計算采用實際計算方法，以滿足控制的精度要求。模式曲線的計算可根據列車運行速度的要求采用跨閉塞分區計算方式，即以關閉的信號機作為目標點來計算常用制動及緊急制動連續模式曲線[1]。

1.3 司乘人員操作

始發站發車時，乘務員通過LKJ顯示器輸入正確的交路號、車站號、車次等參數設定信息，在特定的對標點，按壓開車鍵進行對標開車操作。LKJ由降級工作狀態轉入通常工作狀態，監控列車在區間運行。在控制列車側線進站時，需手動輸入側線股道號。

1.4 特殊站場的控制

為提高萬噸組合列車解編組的效率，朔黃鐵路萬噸站場的股道有效長度被改造延長到2800m，并在到發線一側設有1條機走線，形成由2條到發線和1條機走線組成的線束（見圖1）。在到發線均設置了腰岔和對應的進路信號機。為實現LKJ2000對腰岔信號機的控制，在基礎數據編制中，根據萬噸組合列車站場特點和列車徑路多樣性，使用支線轉移數據代替側線股道數據的方式進行控制。

圖1 萬噸站場到發線示意圖

2 存在的不足及原因分析

2.1 人工操作風險

2.1.1 參數設定與開車對標風險

由于既有LKJ2000系車載數據架構的限定，萬噸站場需拆分多支線并設置車站代碼，調用LKJ數據的復雜度增大。遇雨雪霧天氣或站場維護，存在對標錯誤，導致LKJ控制出現距離誤差。

2.1.2 萬噸站場股道選擇方式不同于通常習慣

列車在萬噸站場側向運行時，乘務員股道選擇的復雜性增加。當選擇的側線數據股道長度比實際側線股道長時，存在冒進出站信號機的控制隱患。

2.1.3 速度空轉導致LKJ控制不精準

朔黃鐵路沿線多長大下坡道，如遇雨雪、冰凍等天氣導致軌道濕滑，乘務員若不能平穩操作，出現急加速、急減速的情況，導致空轉或輪滑現象，使LKJ距離控制不精準，存在控制的安全隱患。

2.2 車載控制拓展局限

2.2.1 萬噸站場控制受到基礎數據組織架構的局限

受限于LKJ基礎數據格式和軟件的限制，在萬噸站場中腰岔及其進路信號機的復雜場景，只能通過改編LKJ基礎數據和乘務員操作，實現對腰岔及進路信號機的控制，增大了基礎數據和乘務員操作的復雜性。

2.2.2 數據容量有限導致重載列車基礎數據擴展受限

LKJ2000基礎數據容量為2MB，數據交路數不大于32條。難以將所有運用區段基礎數據寫入，只能按列車運行區段進行細分，導致LKJ基礎數據版本增多，維護和換裝的難度增大。

2.2.3 無法利用應答器信息進行重載列車精準控制

既有LKJ2000缺少與應答器信息接收單元（BTM）設備的通信接口，不能采集地面應答器信息，無法通過應答器信息實現自動開車對標或距離校正等精準控制功能[2]。

2.3 硬件設備冗余局限

LKJ2000采用模塊級主從機熱備冗余。當主工作機發生故障時，自動切換至熱備機工作，如果任一單元或通道出現故障，則自動啟動備用通道。采用CAN總線的內部通信方式進行數據交互。既有LKJ2000采用雙機熱備冗余的架構，雙機均采用單CPU設計，無法檢測出異常變化的參數。若關鍵參數或數據異常，LKJ系統繼續運行，存在一定的安全隱患。若LKJ異常觸發緊急制動，則對于萬噸重載列車，特別是2萬噸重載列車運行有著不利的影響。

3 解決措施

3.1 升級新裝備、新技術的必要性

目前LKJ2000應用于朔黃鐵路重載列車13年，安全等級達不到通行的國際列控設備標準。由于數據技術和系統資源限制，無法持續滿足重載鐵路的安全運輸需求。由于系統結構限制，無法有效利用應答器信息進行控車，功能拓展性受到限定。面對當前重載鐵路的安全運行需求，在安全等級、系統架構、技術性能以及軟硬件資源等方面的局限性日益凸顯[3]。

3.2 LKJ-15與LKJ2000的硬件比對分析

新一代LKJ-15型列車運行監控裝置（簡稱LKJ-15）同LKJ2000在硬件架構方面的對比見表1。

表1 LKJ2000與LKJ-15硬件架構比對

3.3 提升軟件控制的安全性和效率

3.3.1 利用地面應答器信息

LKJ-15系統全功能配置滿足CTCS-1級列控系統車載設備的要求，既可以根據車載數據控車，又可以根據應答器數據控車，具備在C0和未來C1線路區段無縫切換運行的能力，能夠實現自動開車對標、自動選擇側線股道等更多精準控制功能，滿足朔黃重載列車安全控制的需求。

3.3.2 車載數據技術升級

LKJ-15基礎數據采用統一的編碼體系，實現圖形化數據編制及精準控車；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，適應運輸產品和施工線路變化能力強；具備自動化的遠程無線數據換裝能力。

3.3.3 精準模式控制

LKJ-15采用一次模式曲線控制，控制更加精準，有助于提升運輸效率。在多條高速道岔的車站進行接車作業時，LKJ2000僅能按照最不利高速道岔的限速控制，LKJ-15能夠按照各高速道岔的實際限速控制，提高了運輸效率。對于信聯閉設備停用的情況，LKJ-15按照車站所在停用的信號機進行控制，提升了控制精度，減少了司機確認操作。此外，由于LKJ-15車載數據容量較大，能夠裝載所用的正向數據和反向數據，實現反向行車完全控制。

3.4 操作的人性化與智能化

LKJ-15繼承了LKJ2000顯示界面總體框架，易于司機掌握，同時通過專業顏色配置，優化了顯示風格，能夠有效緩解司機視覺疲勞。通過擴展預畫區顯示長度，增加文本、工況的顯示，方便司機掌握更多的行車信息。在發車參數設定方式方面，LKJ-15不同于LKJ2000輸入交路號和車站號等容易出錯的方式，而是采用拼音首字母自動檢索方式輸入，運行徑路通過起始站和終到站自動檢索，簡化了參數輸入方式。

LKJ-15采用北斗衛星定位技術，輔助司機完成車站自動輸入和對標操作；智能輔助司機規劃運行徑路，完成運行交路擇?。蛔詣訉λ緳C操作進行檢查，對異常輸入報警提示；智能化自檢具備遠程設備狀態監測、智能診斷及故障分析功能；預留可升級實現輔助司機自動駕駛的功能。

3.5 新設備對朔黃重載列車的意義

3.5.1 提升重載列車的運行品質

重載貨物列車已出現空轉、輪滑現象，特別是朔黃鐵路沿線多長大下坡道，軌面濕滑時更易出現問題，增大了LKJ距離計算不準確的風險。LKJ-15采用非接觸式霍爾速度傳感器，支持衛星信息和雷達等輔助測速設備，可以及時地修正列車的速度信息，確?？刂频臏蚀_性，避免因距離誤差導致的制動，保障重載列車的運輸安全。

3.5.2 實現萬噸站場的精準控制

LKJ-15車載數據實現萬噸站場的精準控制。萬噸站場無須拆分出復雜的支線轉移數據，減少了基礎數據的復雜度，降低了人工編制數據和乘務員操作的風險。LKJ-15采用了北斗衛星定位技術，重載列車在萬噸站場始發時，可通過精確定位股道和進路信號機進行開車對標，同時具備手動選擇進路信號機開車對標操作的功能。在萬噸站場重載列車進站控制中，LKJ-15可以通過輸入該分區和下分區股道號，對側線接車進行精確控制，同時具備CIR設備的接口，可以實現自動輸入側線號的功能。

3.5.3 提升安全性和智能化水平

LKJ-15系統采用“二乘二取二”安全計算機，使重載列車控制的可靠性和安全性得到保障。系統架構的升級，提升了其功能智能化的擴展性，能夠更好地實現輔助司機自動駕駛的功能，兼容調車作業安全防護系統，符合重載鐵路的智能化和自動化控制發展方向。

4 結語

朔黃鐵路作為西煤東運重要的重載鐵路通道，一直在重載列車的監控模式上進行探索。隨著運量的逐漸增大，控制需求相應增多，特別是萬噸列車的開行，勢必對LKJ在重載控制方面提出更高的要求。目前，LKJ2000能夠在一定程度上承擔起安全監控的作用，但是面對更高的控制需求，其系統架構、技術性能等方面的局限性日益凸顯。對新一代LKJ的安全控制和應用前景進行探索與研究，對于朔黃重載列車安全控制有著重大意義。