崔紅軍 徐瀚 曹明強(qiáng)

摘 要： 城市地鐵工程車主要承擔(dān)地鐵車輛段調(diào)車作業(yè)、地鐵線路施工和養(yǎng)護(hù)、正線突發(fā)事故救援等作業(yè)任務(wù)。作業(yè)過程中，主要依靠乘務(wù)員行車經(jīng)驗(yàn)、目視信號(hào)進(jìn)行車輛運(yùn)行操控。缺乏有效的信息化管理手段，存在行車安全隱患。為保障工程車運(yùn)用安全，本文針對(duì)工程車運(yùn)行防護(hù)、管理的關(guān)鍵需求進(jìn)行分析，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出基于LKJ系統(tǒng)的地鐵工程車運(yùn)行防護(hù)方案。

關(guān)鍵詞： 地鐵工程車;運(yùn)行防護(hù); LKJ

【中圖分類號(hào)】U231+.3 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）04-0166-02

1 地鐵工程車安全防護(hù)需求與實(shí)現(xiàn)途徑分析

1.1 地鐵工程車特點(diǎn)與安全隱患分析

城市地鐵工程車主要承擔(dān)地鐵車輛段調(diào)車作業(yè)、地鐵線路施工和養(yǎng)護(hù)、正線突發(fā)事故救援等作業(yè)任務(wù)。目前隨著各地地鐵的建設(shè)，已投入運(yùn)行的工程車輛已達(dá)數(shù)千臺(tái)之多。不同于地鐵正線電客車，地鐵工程車具有運(yùn)行線路不固定、運(yùn)行時(shí)間不固定的特點(diǎn)?，F(xiàn)有工程車未能實(shí)現(xiàn)地面信號(hào)上車，也未安裝ATP、GYK、LKJ等運(yùn)行防護(hù)系統(tǒng)，作業(yè)過程中，主要依靠乘務(wù)員行車經(jīng)驗(yàn)、目視信號(hào)進(jìn)行車輛運(yùn)行操控，存在超速、冒進(jìn)關(guān)閉信號(hào)機(jī)、擠岔、沖撞止擋器、側(cè)向沖突、進(jìn)路錯(cuò)辦等行車安全事故隱患。同時(shí)，地鐵工程車的施工環(huán)境通常光照不足，線路復(fù)雜，極易發(fā)生人身安全事故。綜上，能夠應(yīng)用于地鐵工程車的運(yùn)行防護(hù)系統(tǒng)成為迫切需求。

1.2 運(yùn)行防護(hù)技術(shù)比較分析

現(xiàn)有運(yùn)行防護(hù)設(shè)備主要有ATP、LKJ、GYK系統(tǒng)。ATP目前已是地鐵電客車的關(guān)鍵超速防護(hù)設(shè)備，但ATP設(shè)備的使用依托于地面無線閉塞中心，在地鐵站場(chǎng)等工程車常用區(qū)域無法使用[1]，同時(shí)ATP設(shè)備本身及所依賴的信號(hào)系統(tǒng)成本高昂，無法完成在廉價(jià)的工程車輛上的部署;GYK設(shè)備廣泛應(yīng)用于鐵路工程車輛，在工程車輛上與LKJ設(shè)備功能基本一致[2]，相對(duì)LKJ其具有機(jī)車信號(hào)板件，集成度較高，但因地鐵信號(hào)系統(tǒng)與正線鐵路不同，其同樣無法獲得連鎖信息，與ATP一樣，GYK系統(tǒng)同樣無法完成站場(chǎng)調(diào)車作業(yè)安全防護(hù);LKJ系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于鐵路機(jī)車、工程車輛，通過集成調(diào)防主機(jī)，LKJ系統(tǒng)目前已可實(shí)現(xiàn)在戰(zhàn)場(chǎng)內(nèi)的調(diào)車作業(yè)防護(hù)[3]，相比較ATP系統(tǒng)，LKJ系統(tǒng)具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)。

綜上，LKJ系統(tǒng)防護(hù)功能滿足地鐵工程車作業(yè)防護(hù)基本要求，應(yīng)基于LKJ系統(tǒng)發(fā)展發(fā)展地鐵工程車運(yùn)行防護(hù)系統(tǒng)。

2 安全防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)解析

2.1 定位技術(shù)

地鐵運(yùn)行車輛的使用環(huán)境決定車輛定位方案無法使用基于GPS/北斗的定位方案，現(xiàn)有LKJ系統(tǒng)采用輪軌定位技術(shù)并以過機(jī)校正、GPS校正等修正累計(jì)誤差。在地鐵線路上，工程車存在初始位置難以預(yù)計(jì)、道路狀態(tài)復(fù)雜造成累計(jì)誤差較大的問題。參考點(diǎn)式應(yīng)答器技術(shù)在LKJ改進(jìn)設(shè)備上的應(yīng)用[4]，地鐵工程車LKJ系統(tǒng)應(yīng)增加基于RFID地面標(biāo)簽的地面定位技術(shù)，在信號(hào)機(jī)、道岔、咽喉區(qū)、盡頭線等位置布置標(biāo)簽，便于LKJ系統(tǒng)確定初始位置和減少定位誤差，實(shí)現(xiàn)工程車防護(hù)系統(tǒng)在正線和段場(chǎng)內(nèi)防超速、防冒進(jìn)、防冒出、防擠岔、防沖撞止擋的功能。

2.2 站場(chǎng)調(diào)車作業(yè)防護(hù)技術(shù)

地體站場(chǎng)內(nèi)目前沒有布置STP系統(tǒng)，因?yàn)闉閷?shí)現(xiàn)工程車在站場(chǎng)內(nèi)的作業(yè)防護(hù)的關(guān)鍵是增加與地面連鎖系統(tǒng)的接口設(shè)備，通過地面電臺(tái)或WIFI/4G專網(wǎng)的形式實(shí)現(xiàn)連鎖信息的上車。LKJ系統(tǒng)應(yīng)具有調(diào)車防護(hù)功能設(shè)備與無線通信主機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息的收發(fā)與解析工作。

2.3 正線運(yùn)行防護(hù)技術(shù)

地鐵正線無軌道電路，電客車運(yùn)行采用移動(dòng)閉塞的方式。因而工程車在地鐵正線運(yùn)行時(shí)可考慮從地鐵運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)中采集正線信號(hào)機(jī)信息，車載系統(tǒng)需增加專用無線設(shè)備實(shí)現(xiàn)接收，采用傳統(tǒng)閉塞方式運(yùn)行。

2.4 輔助防護(hù)技術(shù)

地鐵工程車作業(yè)通常在夜間進(jìn)行，能見度低。例如在拖掛作業(yè)時(shí)司機(jī)難以判斷與拖掛對(duì)象的距離，在工程車啟動(dòng)時(shí)難以觀察工程車周圍有無人員和外部設(shè)施侵入，同時(shí)夜間作業(yè)司機(jī)容易發(fā)生困倦情況，影響作業(yè)安全。因而在原有LKJ系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加綜合視頻系統(tǒng)和輔助傳感器，用于輔助安全防護(hù)。綜合視頻系統(tǒng)包含在機(jī)車掛鉤及車內(nèi)外關(guān)鍵位置的夜視攝像頭以及駕駛室盹睡識(shí)別攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)視頻采集顯示與盹睡防護(hù)[5]。在車輛四周增加侵限傳感器、在車鉤處增加激光雷達(dá)傳感器，實(shí)現(xiàn)人員侵入報(bào)警和拖掛作業(yè)距離測(cè)定。

3 運(yùn)行防護(hù)系統(tǒng)方案

系統(tǒng)按照功能劃分為車載控制層、車地傳輸層、信號(hào)采集層以及應(yīng)用管理層。

車載控制層實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行安全控制功能、綜合視頻監(jiān)控功能以及地面定位信息查詢功能。

車地通信層主要實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字電臺(tái)組網(wǎng)（自組網(wǎng)）以及基于WIFI網(wǎng)絡(luò)（復(fù)用既有）的車地?cái)?shù)據(jù)傳輸功能，數(shù)字電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)傳輸段場(chǎng)內(nèi)調(diào)車信號(hào)狀態(tài)、道岔聯(lián)鎖狀態(tài)等控制類數(shù)據(jù)，WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸段場(chǎng)內(nèi)工程車運(yùn)行視頻監(jiān)控類數(shù)據(jù)。車地通信層通過車載無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)與車載控制設(shè)備數(shù)據(jù)通信，通過地面無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)與地面控制服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信。

信號(hào)采集層主要實(shí)現(xiàn)地面信號(hào)聯(lián)鎖信息采集功能、進(jìn)路錯(cuò)辦提醒功能。

應(yīng)用管理層主要實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)單編輯與上傳、調(diào)車作業(yè)過程監(jiān)控、運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警、運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)分析以及管理人員移動(dòng)終端報(bào)警等功能。

系統(tǒng)架構(gòu)如下圖（圖1）所示：

3.1 車載設(shè)備方案

系統(tǒng)根據(jù)車載設(shè)備功能劃分為：運(yùn)行監(jiān)控、綜合視頻監(jiān)控、定位查詢、無線數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)。

運(yùn)行監(jiān)控子系統(tǒng)包括：LKJ運(yùn)行監(jiān)控主機(jī)、運(yùn)行監(jiān)控屏幕顯示器、壓力傳感器、速度傳感器、常用制動(dòng)機(jī)構(gòu)、人員侵限檢測(cè)裝置、車載機(jī)柜、機(jī)車布線、顯示器安裝支架等，實(shí)現(xiàn)工程車段場(chǎng)調(diào)車作業(yè)及正線作業(yè)過程中的安全防護(hù)，安全防護(hù)內(nèi)容主要包括防超速、防冒進(jìn)信號(hào)機(jī)、防溜逸、防沖撞止擋器等。

綜合視頻監(jiān)控子系統(tǒng)包括：視頻監(jiān)控主機(jī)、視頻顯示終端、盹睡攝像機(jī)、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、拾音器、雷達(dá)測(cè)距裝置、車載機(jī)柜、機(jī)車布線、顯示終端安裝支架等，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程車乘務(wù)員操作過程監(jiān)控及錄音，實(shí)時(shí)監(jiān)控工程車連掛作業(yè)及車鉤狀態(tài)、前方線路狀況、機(jī)械間狀況，智能識(shí)別乘務(wù)員盹睡狀態(tài)并進(jìn)行異常報(bào)警。

定位查詢子系統(tǒng)包括：RFID定位查詢主機(jī)、定位查詢天線、天線安裝支架等，實(shí)現(xiàn)車輛位置校正功能。

無線數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)包括：無線通訊主機(jī)、WIFI組合網(wǎng)絡(luò)天線、電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)天線及饋線等，實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)交互功能。

3.2 地面設(shè)備方案

地面設(shè)備包括信標(biāo)、數(shù)字電臺(tái)組網(wǎng)設(shè)備、控制服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、調(diào)車監(jiān)控PC終端、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)IC卡、IC卡讀卡器、綜合診斷儀等。

信標(biāo)主要用于機(jī)車位置校正。

數(shù)字電臺(tái)組網(wǎng)設(shè)備包括主電臺(tái)及天線、中繼電臺(tái)及天線，實(shí)現(xiàn)段場(chǎng)內(nèi)車地?cái)?shù)據(jù)通信、無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

控制服務(wù)器實(shí)現(xiàn)段場(chǎng)內(nèi)地面信號(hào)采集、在線機(jī)車管理等功能。

數(shù)據(jù)處理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行記錄及視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警信息數(shù)據(jù)推送等功能。

調(diào)車監(jiān)控PC終端實(shí)現(xiàn)調(diào)車作業(yè)單編輯、上傳、進(jìn)路防錯(cuò)辦等功能。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)IC卡、IC卡讀卡器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、臨時(shí)調(diào)度命令錄入等功能。

綜合診斷儀實(shí)現(xiàn)車輛工況、速度、壓力及地面信號(hào)狀態(tài)模擬等功能，用于運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備地面檢修測(cè)試。

4 結(jié)語

通過對(duì)比分析，在LKJ系統(tǒng)基礎(chǔ)上融合點(diǎn)式定位技術(shù)、站場(chǎng)防護(hù)技術(shù)、綜合視頻防護(hù)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的地鐵工程車運(yùn)行防護(hù)系統(tǒng)能夠解決現(xiàn)有工程車運(yùn)用的急需問題，能夠提高行車安全管理的實(shí)時(shí)性、有效性、可追溯性，杜絕或減少行車安全事故，能夠約束乘務(wù)員的違規(guī)操縱行為，強(qiáng)化乘務(wù)員的管理，進(jìn)一步提高乘務(wù)員的操縱水平。

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