铁水联运码头前沿车船直取车辆交接安全防护系统及方法

2021-01-26蔡家军

铁路通信信号工程技术 2021年1期

蔡家军

(中铁武汉勘察设计研究院有限公司，武汉 430074)

1 概述

铁路专用线引入港口栈桥或码头前沿，集装箱船舶装载集装箱靠泊码头，岸桥对集装箱船进行装卸船操作，岸桥吊车将集装箱货物直接从船舶转运到铁路车辆上或由铁路车辆直接转运到船舶，无需中转堆场和场内集卡车等水平运输设备。由岸桥吊直接将集装箱一次装卸完成车船接驳，可以解决疏港铁路“最后一公里”衔接不畅的问题，减少港口倒装、减少搬运次数，降低倒装时间，降低接驳成本，由此构建铁水联运高效率综合交通运输体系。

港口装卸线直接利用港口栈桥码头平台，在栈桥岸桥或门机走行轨之间设一条尽头式装卸线。引入铁路装卸线上码头，新铺设铁路轨道覆盖港口泊位，并利用码头吊装设备进行集装箱装卸作业。铁路作业线布置于岸桥起重机（岸桥）或门座起重机（门机）装卸范围内，铺设铁路钢轨作为装卸线。集装箱船舶装载集装箱靠泊码头，岸桥对集装箱船进行装卸船操作，岸桥吊车将集装箱货物直接从船舶转运到铁路车辆上或由铁路车辆直接转运到船舶，无需中转堆场和场内集卡车等水平运输设备，降低集装箱联运中转时间，提高作业效率。

在该作业过程中铁路调车机车用途是车站与港口装卸线之间的取送车作业，不配备自动化控制系统。铁路调车机推送车辆进入港口装卸线后停在指定位置，调车机车摘钩退出装卸线离去。由具有精确定位功能的轨道牵引车在另一端连接车辆后，牵引铁路车辆在港口前沿码头上前进或后退，实施装卸车辆在岸桥下精确定位移动，配合岸桥快速装卸作业。

岸桥及门座起重机装卸集装箱时，大车基本不做纵向移动，吊具小车在船舶与车辆之间横向移动装卸集装箱；铁路车辆在轨道牵引车的带动下沿着装卸线纵向移动，待装卸车辆与岸桥保持相对定位，每作业完一组集装箱后，轨道牵引车推动集装箱车辆前进或后退一个集装箱箱位，并与岸桥吊具对位，岸桥进行下一钩的车船装卸作业。岸桥在船舶和铁路车辆之间连续装卸集装箱。集装箱装卸岸桥、门吊设备横向大车基本不需要移动，提高了装卸效率。

轨道牵引车采用电机驱动，通过牵引使装卸编组车辆前进后退与岸桥保持精确定位。整列车作业完后，轨道牵引车与装卸车辆脱钩分离，再由调车机车进入装卸线，连接铁路车辆，牵引完成装卸作业的集装箱车列驶离码头，集装箱车船直取装卸作业完成。

图1 码头前沿车船直取车辆交接示意图Fig.1 Schematic diagram of vehicle handover at wharf apron

如图1所示，基于铁路装卸线引入到港口码头栈桥或码头前沿，由轨道牵引车牵引车辆移动定位配合岸桥实现车船直取装卸作业模式下，提出一种控制轨道牵引车与取送车调车机车的车辆安全交接的系统和方法。车地安全控制系统与港口栈桥上轨道牵引车联动，建立一套轨道牵引车与调车机车安全接驳业务流程和控制系统，保障港口码头上轨道牵引车与铁路取送调车机的车辆交接作业安全。

2 系统结构与功能

铁水联运轨道牵引车的车地安全防护系统由地面信号防护子系统、车载控制系统，区段检测子系统、室内监控子系统组成。如图2所示。

图2 轨道牵引车车辆交接安全防护系统结构图Fig.2 Vehicle handover safety protection system structure diagram

地面信号防护子系统由防护信号机D1、D2及信号控制器组成，用于防护装卸线作业区域的岸桥、门吊、装卸车辆和轨道牵引车不受外来机车车辆冲撞，防护调车机车在取送车过程中不受轨道牵引车的冲撞，指挥调车机车及车辆进入港口作业区的时机。

区段检测子系统由设在港口码头作业区的分界L1处的计轴或轨道电路，L3机窝B处的牵引车定位装置（计轴或行程开关）组成，用于检测调车机车、装卸车辆、轨道牵引车在港口作业区的区段位置定位。

监控子系统设置于港口机房内，设有防护信号机控制电路、区段定位监测装置、机车车辆车号信息交换设备。监控系统用于地面信号防护子系统、调车机车、轨道车辆、轨道牵引车定位系统与轨道牵引车车载子系统的数据信息交换，控制系统的协同作业流程，保证港口栈桥上轨道牵引车与铁路调车机车在作业中相互不发生冲撞，确保作业安全。

轨道牵引车车载子系统用于控制轨道牵引车运行，从而牵引铁路集装箱车辆运行；收集轨道牵引车的各种状态信息，通过车载通信系统与防护控制系统进行信息交互。接受并执行监控子系统的防护指令。

3 系统设置方案

为保障调车车辆与轨道牵引车安全，在码头前沿港口栈桥作业区设置安全防护系统，避免调机车辆与轨道牵引车出现安全事故，调车机和轨道牵引车在固定位置交接车辆。

1）调度信息交换系统

铁路港湾站调度系统与港口调度系统有信息交换系统，用于交换港口与铁路之间的货物、装卸车作业计划和实时作业进度信息。车站调度与港口调度间的信息交换系统可以是专用网络或互联网自动、手动传输交换，人工语音通信交换，纸质现场、传真、图像信息交换。

2）港湾站出站口端区段监测装置

设置检测铁路机车车辆进入退出港口专用线的区段检测装置，检测铁路车站向港口驶入、驶出港湾站列车、调车机车、车列的时机。检测到的信息通过调度信息交换系统传递给港口调度系统。

出站口区段监测装置可以是信号联锁控制系统，轨道电路装置，轨道计轴监测装置，车轮传感器，车号识别装置，也可以是人工判断方式。

3）港区作业安全防护系统

港区作业安全防护系统设置港口作业防护区域，防护范围由3段组成L1、L2、L3：防护区长度L1，铁路装卸线栈桥边缘至走行线防护区边界的长度是设计装卸车列的最大长度；港口码头前沿装卸线长度L2，L2装卸区长度是设计装卸区车列（含牵引车）的最大长度的2倍，即码头前沿（或栈桥）装卸线长度是车列最大长度的2倍（不含机窝）；机窝B长度L3是轨道牵引车车体长度及制动距离之和，如图3所示。

在港区作业防护区走行线L1入口端（边界），设置区段检测装置（车轮传感器或计轴器或轨道电路）检测车辆出入L1区段，或利用港口调度系统设在此处的车号识别系统，检测调车机车和车辆进入和退出港口作业防护区L1的实时状态。

L1边界处设有面向港口外侧的防护信号机D1，用于防止外来的调车机车、车辆在港口装卸线车船直取作业过程中对装卸机具、车辆和牵引车引起的可能冲撞进行防护。

图3 车辆交接安全防护系统布置图Fig.3 Vehicle handover safety protection system layout

在港口码头前沿装卸线入口处（L1、L2分界）设置停车标，铁路调车机车在L1区段停车标处停车，车辆停在L2区段内交接车辆。入口处区段检测装置（车轮传感器、计轴器、轨道电路），检测L1区段是否有车占用。

停车标前方可以设置为轨道牵引车平时停车位，即机窝A，机窝可以设置在码头前沿装卸线入口端（机窝A）或尽头端（机窝B），尽头端的机窝为机窝B，机窝A不影响港口栈桥上集卡车和岸桥作业通行。机窝B设置位置也尽量不影响港口码头前沿作业。

停车标外方装卸车辆作业区域L1设防护边界，防护边界为码头前沿入口外延一列设计最大装卸车列（含牵引车）的长度；调车机及车列车辆需根据防护信号机D1的显示是否允许通过或在D1信号机前停车。防护信号机D1亮禁止灯光，禁止调车机车和携带的车辆进入装卸区，需在防护信号机前方停车；防护信号机D1亮允许灯光，允许调车机车推送车辆进入装卸线作业区。在D1信号机处设置L1区段检测装置（车轮传感器或计轴器）或车号识别装置，监测调车机车和车辆进出港口。

在港口码头前沿装卸线尽头装设车档，车档前20 m处机窝B。

机窝B与装卸线L2的交界处设置机窝牵引车位置区段检测装置B（计轴器B、轨道电路或行程开关），用于检查机窝B处轨道牵引车的空闲与占用信息。机窝B处L3空闲，表示轨道牵引车处于作业状态或在机窝A待命，机窝B处占用，表示轨道牵引车在L3安全区域。

在装卸线与机窝B交界处设置有面向机窝B的防护信号机D2，用于防护调车机车在装卸线取送车作业，防止牵引车同时对向移动引起的冲撞危险。

为保障行车安全，在港口码头前沿设置行车安全控制系统，避免调车机及车列与栈桥轨道牵引车出现安全事故。

调车机车与轨道牵引车在装卸线机车停车标码头前沿一侧L2固定区域交接车列车辆。

4 系统安全防护方法及流程

基于上述铁水联运车辆交接安全防护系统，对铁水联运车辆交接安全防护方法流程进行设计，如图4所示，具体如下。

初始状态轨道牵引车停在L1区段机窝A处，L3机窝B空闲，D1防护信号灯点禁止灯光，禁止港湾站调车机车及车辆进入港口码头前沿装卸作业区。

调度指挥系统下达作业命令，调车机推送铁路车列从港湾站出发。港湾站出站外方设置有出站口区段监测装置，从港湾站出发的调车机经过出站口区段监测装置，出站口区段检测装置识别有车即将进入港口码头前沿作业区，铁路车站调度系统向港口调度系统报告实施港口调车取送作业。港口调度系统向车辆安全防护控制系统下达调车取送作业开始通知。

安全防护控制系统接收到车号识别或车站出口区段检测装置有调车机车及车辆即将进入港区码头前沿作业区的信息后指令轨道牵引车向尽头线车档L3区段机窝B行进。轨道牵引车从L1区段机窝A处行驶至L3区段机窝B处，区段检测装置检测轨道牵引车到达L3区段机窝B处，L3区段机窝B区段处此时为占用状态，监控子系统指令信号防护控制子系统D1防护信号灯点亮允许灯光，允许调车机车及车辆推送铁路车列进入港口码头前沿装卸作业区。

调车机车及车辆接收到D1防护信号灯点亮允许灯光信号，调车机车推送车列驶入装卸作业区行驶到L1、L2区段分界机车停车标处（即接驳点）停车（车辆全部位于码头前沿装卸线L2区段内，调车机车位于或部分位于走行线L1区段内）。区段检测装置监测到调车机车及车辆进入L1、L2区段，向安全防护系统报告L1有调车机车存在，安全防护系统指令D2显示禁止信号，指令轨道牵引车在L3区段停车并禁止移动，防护调车机车作业。

调车机车与铁路车列摘钩，离开走行线L1，反方向越过D1防护信号机，L1区段空闲，向安全控制系统报告调车机车离开港口防护区L1区段。调车机返回港湾站等待铁路调度指挥系统下达的作业指令。

图4 车辆交接安全防护系统作业流程Fig.4 Operation process of vehicle handover safety protection system

轨道区段检测装置检测到L1空闲，安全控制系统下达D2开放信号指令，D2防护信号机显示允许信号，允许轨道牵引车进入装卸线接驳区进行车列牵引装卸作业，轨道牵引车接收到作业指令后，进入装卸区L2并与铁路车列连接，牵引或推送铁路车列在港口栈桥作业区装卸线作业，L3区段机窝B区段空闲，监控系统控制D1防护信号灯点亮禁止灯光，此时禁止调车机车及车辆进入装卸作业区L1、L2区段。

轨道牵引车牵引铁路车辆在港口码头前沿L1、L2区域运行，与岸桥装卸作业配合运行，从港口停泊的船舶上转运集装箱。集装箱车列装卸完毕，轨道牵引车推送铁路车列至接驳点（占用L1、L2区段），并与铁路车列摘钩。轨道牵引车行驶到尽头线L3区段机窝B处，区段检测装置检测轨道牵引车已到L3区段机窝B处，机窝B处L3区段为占用信号，监控子系统控制防护信号灯D1点亮允许灯光，允许调车机车进入港口装卸作业区。

调车机车接收调度指挥系统命令，进入港口栈桥作业区牵引集装箱车列。此时D1防护信号灯点允许灯光信号，允许调车机车越过D1信号机，进入港口装卸作业区L1区段并与铁路车列连接，此时D2显示禁止灯光，禁止轨道牵引车离开L3区段机窝B。调车机车牵引铁路车列离开L1、L2区段返回港湾站。

调车机车及车列离开装卸作业区，牵引铁路车列离开L1区段返回港湾站，L1区段空闲，安全控制系统指令D2防护信号机显示允许信号，允许轨道牵引车离开L3区段机窝B。轨道牵引车完成一次港口集装箱转运作业任务后，轨道牵引车可以从机窝B处返回至机窝A处（即机窝位）停车, 等待下次作业。位置监测子检测系统检测出机窝B处L3区段空闲，此时监控系统向信号防护子系统下达指令，D1防护信号灯显示禁止灯光，禁止调车机车及车辆驶入港口码头前沿作业区。

系统中的区段监测子系统还可以采用由设在港口码头作业区的分界处铁路车号识别系统，轨道牵引车上的车载GPS/BDS接收机定位装置组成，用于检测调车机车、装卸车辆、轨道牵引车在港口作业区的区段位置定位。GPS/BDS接收机通过通信网络与位置检测子系统连接, 用来检查机窝处轨道牵引车的空闲与占用信息。GPS/BDS民用码精度误差可以满足轨道牵引车区段检测精度要求。采用差分定位技术直接计算列车在三维空间坐标系中的绝对经纬度坐标，再结合轨道电子地图进行相应的换算即可得到列车在线路中的具体位置。