无线测距技术在大型养路机械车间防撞中的应用研究

徐济松，高春雷，王发灯，孙宏方

(1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081;2.朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西原平034100)

无线测距技术在大型养路机械车间防撞中的应用研究

徐济松1，高春雷1，王发灯1，孙宏方2

(1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081;2.朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西原平034100)

基于无线测距技术研发了大型养路机械车间距离预警装置，该装置利用无线通讯技术实现大型养路机械施工机组车间距离、标识等信息的实时共享，可有效预防同一施工区间内车间碰撞事故的发生。无线测距技术不受恶劣天气和环境因素的影响，能满足大型养路机械全天候作业的需求。无线通讯技术具有自动组网功能，且具有较强的组网能力，便于实现车间信息的及时共享。现场试验表明车间距离预警装置测距误差＜2 m，能有效降低车辆跟踪运行和联挂时发生碰撞的风险。

大型养路机械 车间防撞 无线测距 无线通讯

国内大型养路机械施工机组采用开天窗的模式封锁线路进行作业。在同一施工天窗、同一区间内大型养路机械之间及与其他施工车辆间均存在碰撞风险。在封锁区间内的作业车辆较多，同一机组的不同车型须分开一定距离，跟踪运行，作业完成后各车型需要联挂和编组。在视野较差和距离太短的情况下，司机发现前面的车辆后往往不能及时停车，从而发生碰撞。为防止车辆间碰撞，仅依靠施工人员监控、联控来保证，存有安全隐患，在疲劳作业、违章作业、联控不到位等情况下难以保证安全。

本文介绍基于无线测距技术研发的大型养路机械车间距离预警装置。该装置将无线测距技术与无线通讯技术相结合来有效预防大型养路机械施工机组作业时车间碰撞事故的发生。

1 无线测距技术简介

大型养路机械车间距离预警装置采用无线测距技术对车间距离进行测量。无线测距模块由无线测距探测器和标签两部分构成，探测器接收对应的标签返回的无线电信号，计算两者之间的距离。具体应用时，在每套预警装置中均安装有一个探测器和一个标签，在对其他标签进行测距的同时，可被其他探测器探测。无线测距原理如图1所示。

测距功能实现过程如图2所示。无线测距探测器发送无线电信号到无线测距标签，T1为无线测距探测器第1次发送信号到第1次接收到信号所经历的时间;T2为无线测距标签第1次接收到信号到第1次发出信号所经历的时间;T3为无线测距探测器第2次接收信号到第2次发送信号所经历的时间;T4为无线测距标签第2次发送信号到第2次接收到信号所经历的时间。则一次测量过程中，无线电波所经历的总时间T=T1-T2+T4-T3。

图1 无线测距原理示意

图2 测距过程原理

无线电波在空气中的传播速度为光速C，经历的路径总长为CT，而此过程中无线电波往返了2次，所以可以得到无线测距探测器和标签的距离为CT/4。

2 车间距离预警装置

2.1 组成

大型养路机械车间距离预警装置由处理单元、天线组、语声报警装置、PC显示端等组成，如图3所示。

图3 车间距离预警装置组成示意

由2套以上(含2套)大型养路机械车间距离预警装置组成车间防碰撞体系，如图4所示。

图4 车间防碰撞体系示意

多套预警装置按一定的编组顺序设定后，头车(车1)和尾车(车n)对相邻编号车辆进行预警，中间车辆则各自分别对前后车进行防撞预警。

2.2 性能试验

对由车间距离预警装置组成的车间防撞体系性能进行试验，主要是通过系统模拟运行检验距离预警装置在不同速度等级下预警的准确性和实时性。

试验时对3套设备进行编组，前车装载1号设备，后车装载3号设备。动态试验时测量车装载2号设备以一定的试验速度在前车与后车之间往返行驶，并实时记录2号车距前车和后车的间距。编组方式如图5所示。

图5系统模拟试验示意

图6 为不同速度下车间距测量结果对比。可见，在空旷区域试验条件下，车间防撞体系最大工作距离＞600 m，测距精度优于±2 m，能满足大型养路机械车间跟踪运行和联挂的应用需求。

图6 不同速度下车间距测量结果对比

3 应用实例

2015年8月，对安装于“两捣一稳”施工机组的车间距离预警装置进行了现场测试。“两捣一稳”施工机组由2台DCL-32连续走行捣固车和1台WD-320轨道动力稳定车组成。每台车安装1套车间距离预警装置，组成车间防撞体系。现场测试结果见表1。

表1 现场测试结果

表1表明，由基于无线测距技术的大型养路机械车间距离预警装置组成的车间防撞体系在空旷的线路条件下，测距误差＜2 m，能满足车间跟踪运行和联挂时的防撞要求。

4 结语

基于无线测距技术研发的大型养路机械车间距离预警装置，将无线测距与无线通讯相结合实现了车间距的测量。由该装置组成的车间防撞体系上线自动运行，无需人工干预，能有效预防大型养路机械施工机组作业时车间碰撞事故的发生。在捣固车与稳定车组成的施工机组上进行了现场测试，验证了无线测距技术在大型养路机械车间防撞体系中应用的可行性。

［1］苏宝平，周刚.基于微波雷达的轨道车防撞报警系统设计［J］.计算机测量与控制，2013，21(6):1648-1653.

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［3］高春雷，王发灯.清筛机污土输送装置避障系统的设计［J］.铁道建筑，2007(8):97-99.

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Study on application of wireless ranging technology to avoid large machines collision

XU Jisong1，GAO Chunlei1，WANG Fadeng1，SUN Hongfang2
(1.Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China; 2.Yuanping Branch，Shuohuang Railway Development Co.Ltd.，Yuanping Shanxi 034100，China)

T he vehicle distance warning device of large maintenance machine was developed based on wireless ranging technology，which achieves real-time sharing of vehicle spacing and identification of large maintenance machine construction unit car by wireless communication technology and prevents vehicles in the same construction area frombeing collided with each other.W ireless ranging technologyis not affected bybad weather and environmental factors，which can satisfy the all-weather operation demand of large maintenance machine.T he wireless communication technology has the function of automatic networking and has strong networking ability，which could achieve real-time information sharing among vehicles.Field test showed that ranging error of vehicle distance warning device is less than 2 m，which could effectively reduce the collision risk of vehicle tracking and linking operation.

Largemaintenancemachine;Avoidinglargemachinescollision;W irelessranging;W ireless communication

U216.6;U216.9

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.12.31

1003-1995(2015)12-0120-03

(责任审编李付军)

2015-08-26;

2015-09-12

中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2013G006)

徐济松(1982—)，男，助理研究员，硕士。