基于车-地通信的朔黄铁路列车追踪优化研究

孙永生

(浙江众合科技股份有限公司，杭州　310051)



基于车-地通信的朔黄铁路列车追踪优化研究

孙永生

(浙江众合科技股份有限公司，杭州310051)

摘要：为优化朔黄铁路列车追踪，通过增加地面调度优化系统和车载辅助智能操控系统，建立基于LTE-R网络的连续车-地通信，使车载设备获得更多的前方线路信息，并实时监督列车的追踪间隔，从而实现列车精确定位以及临时限速和行车许可即时传递，通过比对分析，优化后不仅能提高效益，更能保证列车运行安全。

关键词：重载铁路；车-地通信；列车追踪；优化

1概述

朔黄铁路是我国第二条重载煤炭运输铁路，其列车运行的安全性直接影响到整条线路的运输效率。

目前，朔黄铁路的运输组织方案是大量开行万吨、1.74万t重载列车，线路条件复杂，运输密度大，列车安全追踪成为保证运输安全和效率的关键。

主要探讨基于LTE-R网络通信的重载列车追踪问题的优化，在充分利用LTE-R网络的基础上，提高运输效率。

2国内现状

2.1高铁现状

目前，我国已开行200～250 km/h(CTCS-2级)、300～350 km/h(CTCS-3级)高速铁路。高速铁路列车车载设备可获知最远32 km范围内的线路状况、最大允许速度等信息[1]。高速列车追踪情况见表1。

表1　高铁列车追踪情况

2.2朔黄铁路现状

朔黄铁路是重载货运铁路，区间采用“三显示”信号机。当机车收到“L”码时，表示前方至少有2个空闲闭塞分区；当机车收到“U”码时，表示前方只有一个空闲闭塞分区；当收到“H”码时，列车要在该信号机前方停车[7]。

目前，朔黄铁路已全线覆盖LTE-R无线网络，但既有调度系统没有公开的接口，既有车载设备也不具备与LTE-R网络通信的能力，因此，通过增加一定的车载设备和地面设备，完全可以实现车-地实时、连续的通信[8-11]。

如图1所示，地面增加一套调度优化系统，由于车载设备目前不支持与LTE-R网络连接，故机车头部增加一套辅助智能操控系统，通过LTE-R网络与地面的调度优化系统直接通信，地面可实时监测到列车的位置等信息，而列车也可以实时获取地面的指令等信息。辅助智能操控系统提供与LKJ相同的界面显示内容，但不直接参与控车，仅通过显示和声音提示司机操作，从而达到辅助司机驾驶的目的。

3系统功能

3.1列车注册

地面的调度优化系统为所有装备并使用辅助智能操控系统的列车建立在线列车列表(图2)。

图2　列车注册交互

辅助智能操控系统启动后，向调度优化系统发送列车注册消息，注册消息中含有车次号、机车牵引类型、列车编组等信息。调度优化系统对每一列车的注册消息进行记录，形成在线列车列表。

对未装备或未使用辅助智能操控系统的列车，现有的调度系统会将车次信息转发给调度优化系统，调度优化系统建立“非通讯列车列表”。

在列车运行过程中，若辅助智能操控系统与地面失去联系，调度优化系统则将在线列车列表中该列车标记为离线状态，如果再次收到该列车的注册信息，则在此标记为在线状态。

3.2列车定位

辅助智能操控系统配有专用的多普勒雷达测速仪，会实时采集列车的速度，计算列车位置，并通过LKJ获取列车位置信息进行校核。在通讯正常情况下，辅助智能操控系统将列车速度和位置信息周期性的发给地面的调度优化系统，后者对列车位置、速度信息进行更新并跟踪显示。信号设备的状态仍按照现有调度系统转发的信息进行更新和显示。如图3所示。

图3　列车跟踪显示交互

对于未装备或未使用辅助智能操控系统的列车，调度优化系统并不会以实际位置跟踪列车，仍以区段占用的方式进行跟踪。

3.3列车运行间隔监测

由于调度优化系统能实时获知装备并使用辅助智能操控系统的列车的实际位置，因此，也可以让后车(同样装备并使用辅助智能操控系统)实时获知前车的位置，或者告知其安全运行目标点。可以让每一列装备并使用辅助智能操控系统的列车获知前方空闲区段的数量。司机可以更好地了解安全运行的距离，掌控列车运行。如图4所示。

图4　列车运行间隔监测交互

目前，朔黄铁路的区间信号为“三显示”，列车只能获知前方有限区段的空闲情况，一定程度上限制了司机的水平和机车的性能。

3.4临时限速

临时限速是保证列车安全运行的有效措施，但在国内大铁上，LKJ只记录有效期20 d以上的临时限速信息，20 d以内的临时限速由司机手动输入，甚至紧急情况下的临时限速，都要由人工通知，列车司机未必能及时获得该信息[12-13]。

增加的车载辅助智能操控系统不仅可以记录20 d以上的临时限速信息，20 d以内的也可以进行记录，而且当通过LTE-R网络进行通信时，调度优化系统能随时将临时限速信息发给装备并使用辅助智能操控系统的列车，后者可立即改变限速曲线并进行声音提示，司机可以第一时间了解线路的限速情况，采取相应的措施缓行或停车，保证列车运行安全。如图5所示。

图5　临时限速信息交互

4系统原理及架构(图6)

图6　优化系统架构

追踪优化系统包含地面的调度优化系统和车载辅助智能操控系统两部分，这两个系统通过LTE-R专用网络进行实时、连续的通信，实现地面对列车的实时跟踪、列车运行间隔的监测、列车对安全运行距离的掌控等功能。

调度优化系统从现有的调度系统获取线路状况(信号设备状态等)、未装备或使用辅助智能操控系统的列车的区段占用情况等必要信息。

辅助智能操控系统从LKJ获取列车的位置信息用于校核。

追踪优化系统充分利用了LTE-R网络，通过车-地连续通信保证列车的运行安全。

5对比分析(表2)

表2　优化前后列车跟踪情况对比

增加调度优化系统和辅助智能操控系统后，不影响既有调度系统和车载控制系统的功能，但调度优化系统能通过与既有调度系统的接口获得信号设备的实时状态信息，能同时以区段占用和连续的方式跟踪列车运行，并能及时向装备辅助智能操控系统的列车发送安全运行目标点信息，保证运行安全。

辅助智能操控系统能根据安全运行目标点和临时限速信息及时变更列车运行限制曲线，并进行相应的声音提示，指导司机操控列车运行。同时，将列车运行信息及时发送给调度优化系统，让地面人员及时获知列车运行情况，而既有车载控制系统无法做到这一点。

6结语

基于LTE-R网络传输车地信息，可以实现车-地实时通信[8]，使地面系统能实时跟踪列车运行，掌握列车运行情况；车载系统可以及时获取安全运行目标点、临时限速等信息，从而及时变更列车运行限制曲线，指导司机操控列车运行。

通过车-地连续通信，可以有效保证列车安全运行，缩短运行间隔[3,10]，提高运力，从而提高运输效率，对朔黄铁路的经济效益产生积极作用。

参考文献：

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Research on Train Tracking Optimization of Shuo-Huang Railway Based on Vehicle-to-round Communication

SUN Yong-sheng

(United Science & Technology Co.， Ltd.， Hangzhou 310051， China)

Abstract：To optimize the train tracking on Shuo-Huang railway， LTE-R-network-based continuous vehicle-to-ground communication is established by adding more ground optimized dispatching and on-board intelligent auxiliary control system to get more information of the line ahead and monitor train intervals in real-time. Thus， precision train location is achieved and temporary speed limit and traffic permit are delivered immediately. With comparison and analysis， the optimization can not only improve the efficiency， but also ensure the safety of the train operation．

Key words：Heavy haul railway; Vehicle-to-ground communication; Train tracking; Optimization

中图分类号：U292.4+2

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.028

文章编号：1004-2954(2016)04-0115-03

作者简介：孙永生(1986—)，男，工程师，2012年毕业于兰州交通大学交通信息工程及控制专业，工学硕士，E-mail:sunyongsheng@unitedmne.com。

基金项目：国家科技支撑计划项目(2013BAG20B00)

收稿日期：2015-08-19； 修回日期：2015-09-06