动车组不落轮镟修作业自动对位系统可行性应用分析

黄建欣

（广东深莞惠城际铁路运营有限公司，广东深圳 518026）

0 引言

动车组实行走行公里周期为主、时间周期为辅的计划预防修，其中轮对镟修作业按照每运行20～25 万公里开展，以保证车轮和轨面接触性能，确保列车行驶平稳性。轮对镟修时动车组需由带电区域牵引至无高压电的镟修库，辅助作业人员利用公铁两用车为动车组提供动力，并驱动动车组将需镟修的车轮移动到镟床相应位置，实现轮对对位。在现场实操中轮对对位耗人、耗时、效率低，随着近年高铁配有量增长，相应的动车组镟修任务日益繁重，利用动车组不落轮镟修作业自动对位系统，可减少人员投入、缩短镟修综合用时，达到提升镟修效率目的。

1 系统组成

系统主要通过在既有公铁两用车上增设远程监控设备，采用雷达定位、摄像采集、数据分析等技术，实现动车组轮对镟修作业自动对位，具体系统组成如图1所示。

图1 系统组成

1.1 数据采集

系统拥有丰富的数据采集模块，可根据需求采集数据，为对位算法提供数据支撑。具有动车组车型、车号采集模块、粗对位采集模块、精对位采集模块等功能。

1.2 数据中心

数据中心用于存储采集的所有数据及进行数据运算，可按动车组车型、车号，自动分析计算镟修轮对位置，每次作业完成后可根据车组号及日期进行归档，形成轮对镟修数据信息库，便于后期轮对镟修数据的统计、分析和查阅。

1.3 数据处理执行器

系统通过对应接口调用数据中心的数据，经过数据处理器运算，并将得出结果发送至执行器。执行器根据算法结果调用公铁两用车控制指令，驱动公铁两用车以5km/h 的速度行驶，并在到达既定镟修轮对位置后自动停止，实现自动对位控制。

1.4 监控中心

监控中心通过监控平台查询各关键监控点的实时动态信息。在执行镟修轮对对位时，可通过监控平台查看关键监控点的实时状态，对公铁两用车行走过程周围环境进行监控，在发现危及行车安全问题时可远程快速停止车组行走，实现实时有效、多点防护的功能。

1.5 安全防护模块

系统采用关键监控点防护、异物遮挡保护、移动区域保护、脱轨保护、硬性超限保护、物理隔离保护、超时保护、数据验证保护、心跳保护等多道安全防护，可有效确保系统安全性。

2 系统主要功能

2.1 自动对位

首先，在现有的公铁两用车上安装远程控制模块，获取公铁两用车控制权。其次，在镟轮机床安装粗对位采集模块、精对位采集模块及车厢信息采集模块，用于数据采集。最后，在操作台选择“南向对位”或“北向对位”按钮以实现正向或逆向的转向架或轮对自定义对位，满足动车组全列轮对镟修或单个轮对故障镟修的需求。

2.2 实时场景监控

公铁两用车和动车组对位经过的区域均设置监控摄像头，拟定为安全防护区。摄像头的监控图像可实时回传数据中心，数据中心通过监控展示平台同步显示各监控关键点动态信息。轮对镟轮作业人员在操作自动对位时，可查看各个关键监控点的实时动态。当发现异常情况时，可通过操作台或急停按钮快速控制公铁两用车停止运行。为避免动车组牵引时人员突然闯入，摄像头监控数据具备预警分析功能，一旦发生人员入侵可实现自动停车[1]。

2.3 激光雷达防护

在公铁两用车车头安装激光雷达，激光雷达可采集前方5m 内的数据信息，拟定为公铁两用车前行保护区。当发现保护区域被遮挡，系统判断前方存在人为侵入或存在异物情况，将自动切断公铁两用车移动信号源，并将危险信号转发至控制台。控制台收到危险信号后，立即切断公铁两用车控制源，此时公铁两用车将停止运行，操作人员需通过监控屏确认或现场处理后，方可手动恢复公铁两用车行走。

2.4 语音播报警示

通过安装高分贝的语音播报器，当公铁两用车移动行走时，语音播报器开始警示，提醒人员注意安全。当对位牵引系统未被启动，操作人员可在启动前通过监控平台查看保护区情况，发现人员进入时，可语音播报提醒人员离开，保证牵引系统启动前的风险。

2.5 无线网络及控制

无线网络和无线控制采用不同种类的网络方式，实现物理层隔离效果。监控视频通过有线及无线两种方式向数据中心回传数据流。近距离传输使用交换机进行数据交互，远距离传输通过网桥传播，可节省布线成本，降低故障率的发生。无线网络具有自动诊断功能，当与监控中心无法连通时，将自动重启。为保证安全控制，公铁两用车远程控制采用专用无线传输协议，可防止外来用户通过无线信号侵入系统。在控制信息交互上采用逻辑交互锁，错误的交互逻辑指令会触发入侵保护程序，系统将强制锁定控制源的有效性，提升防护等级。

2.6 全过程信息存档

采用信息化控制系统，将行车视频、操作员操作日志、设备动作日志、采集数据等信息进行归类存档，形成方便查阅的后台数据。后台数据可根据车型、车号、日期等索引，为数据分析便利化提供保障。

3 系统作业流程

3.1 系统获取公铁两用车控制权

开工前，公铁两用车操作员与镟轮作业人员办理钥匙和录音笔交接，填写交接记录。当公铁两用车钥匙拔出后并插入系统时，自动对位系统方可获取公铁两用车的控制权限。

3.2 远程信号控制

动车组检修作业时，需在来车方向的右侧设置信号指示灯，特别在轮对镟修作业过程中，频繁的对位需作业人员前后行走，进行关闭和开启信号指示灯，单次行走（往返）最长约400m，作业既耗时又耗人。在已安装自动对位系统的轮对镟修轨道，将采取固定式信号灯管理，牵引对位时，镟轮作业员可通过系统远程关闭固定式信号灯；反之，牵引对位完成后，可通过系统远程开启固定式信号灯，实现整车镟轮作业期间，无需人员来回行走设置信号，提高作业效率。

3.3 系统登录

镟轮作业人员凭个人账号和密码登录系统客户端，系统账户一人一号，作业过程全过程记录。

3.4 远程联防

镟轮作业人员操作公铁两用车前，通过视频监控确认股道两侧无异物、前后方无阻挡。

3.5 对位系统与镟修机床的互锁

镟轮作业人员启动智能对位系统前，应确认镟轮库股道指示灯状态，指示灯为绿灯时，表示镟轮机床各项准备工作到位，动车组可以移动入库；指示灯为红灯时，禁止操作智能对位系统。同时，智能对位系统已实现与镟轮机信号灯的互锁功能，当镟轮机信号灯为红灯时，开启对位操作无效。

3.6 执行自动对位

镟轮作业人员负责操作智能对位系统对位，在操作界面输入车号，点击“南向对位”或“北向对位”开启对位操作，并全程盯控监控中心各关键防控点的实时状态，此时公铁两用车将自动行驶对位。

3.7 退出登录

对位完毕后，镟轮作业人员退出智能对位系统软件操作界面，拔出权限钥匙退出控制权。每次重新登录对位操作系统时，均须重新登录账号和密码，以及插入权限钥匙获取控制权限。

3.8 关闭信号灯

全列动车组镟修计划任务完成后，镟轮作业人员遥控关闭信号灯，退出智能对位系统，关闭控制主机，镟轮作业任务完成。

3.9 任务完成

公铁两用车操作员和镟轮作业人员办理钥匙和录音笔交接并登记后，操作员再将动车组推送至指定位置后解编、下道作业，完成镟轮任务。

4 系统控制原理

4.1 系统启动

点击自动对位按钮，系统先检测设备启动条件，如机床互锁信号、激光雷达信号、权限获取信号、安全回路信号等是否满足条件；当启动条件满足时系统将会初始化，当启动条件不满足时，启动命令将被禁止，提示不被启动的原因。

4.2 系统初始化

系统启动阶段，将对视觉相机、采集传感器、缓存数据等进行数据初始化，并对各软件进行通信诊断，确认正常则自动进入高速（5km/h）粗对位阶段。

4.3 高速粗对位

进入高速粗对位阶段意味着系统已经判别系统硬件及软件均正常，届时系统关闭信号灯，同时打开语音播报提示，并长鸣10s 公铁两用车喇叭后进入高速移动环节。系统控制公铁两用车高速移动的同时，开启高速粗采集模块的数据采集，将采集回来的数据同步到算法服务器进行位置判别，当初步判别为目标位置时，系统将自动跳转到低速（1km/h）精准对位阶段。

4.4 低速精准对位

进入低速精准对位阶段后，系统会自动开启低速精准采集模块。因系统降低了动车组移动速度，精准采集模块可以采集到清晰的数据图片，并通过算法服务器实时的将图像信息转换为位置信息发送给控制器。当位置信息满足对位预设值范围内，控制器将启用中断命令停止公铁两用车的控制，完成轮对对位。

4.5 解除安全防护

系统对位准确后会自动记录数据，并停止语音播报、同时打开信号指示灯、然后退出公铁两用车控制权。此时自动对位的镟修库解除安全防护。

5 智能对位系统与人工对位的优势

5.1 对位人员

人工：动车组每担轮对镟修时均需对位后再进行镟修，每次对位作业需要4 人协作完成，全列轮对镟修时，频繁调车时间较长；

智能对位系统：每次对位仅需要1 人完成，较之前减少3 名。

5.2 对位环境

人工：室外盯控，人员受炎热气候、雨雪等恶劣天气影响；

智能对位系统：室内作业，不受天气变化影响，减少风险。

5.3 对位时间

人工：作业前的岗位沟通、准备、上下信号灯，一次对位耗时约30min。

智能对位系统：可一键启动对位、远程上下信号指示灯，一次对位仅需3min。特别在动车组全列轮对镟修时，作业时间由原来的2d 缩短至1d 完成，减少了50%的时间。

5.4 对位安全

人工：盯控局限在车尾及车头，需使用对讲机沟通实时场景信息，存在沟通不畅、信息延缓等问题。

智能对位系统：可同步盯控多个重要防护点的实时动态，盯控和实操均为同一人，减少沟通环节。

5.5 对位数据管理

人工：人工录入或书写记录。

智能对位系统：系统自动记录并存档，后期可查可用。

6 系统实际使用效果

自动对位系统研发完成后，在广州动车段广州南动车运用所现场试用，效果反应良好：第一，减少作业人员数量。第二，降低作业人员劳动强度。第三，多方位实时监控，确保控制安全。第四，数据信息化，全程记录，具有可追溯性。第五，缩短作业时间，提高效率。第六，利用既有公铁两用车改造，减少成本投入。试用该系统后，投入成本小，减少作业人员，简化作业流程，大幅度提升了镟修作业工作效率[2]。

7 结语

通过改造现有公铁两用车设备和优化作业流程，利用视觉传感器“替代”人的眼睛，识别定位算法“替代”人的大脑分析，通过实时远程监控及报警系统建立安全防护网，通过自动牵引和制动系统实现无人驾驶。系统将各个新“组织”完美结合成新的智能对位系统，智能对位系统在人力、时间、效率上都取得了显著的成绩。同时，该设计也适用于轨道机车的对位或指定区域的有限控制，应用范围可扩展为高铁、普客、地铁、有轨电车等轨道机车。