铁路车站调车作业安全防护系统研究

刘朝晖，赵 阳

(1.中国铁路北京局集团有限公司运输部，北京100860；2.中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，北京100081)

1 铁路车站调车作业安全现状分析

1.1 安全风险

车站调车作业是铁路运输基本生产环节,是运输组织工作中的重要组成部分,具有多工种联劳协作、点多面广、随机性强等特点。由于受到调车作业地点多变、工作对象不固定、人员技能水平差别较大、天气环境等多方面因素的影响,调车作业安全管理难度较大。车站调车作业安全防护主要依靠无线平面调车灯显设备,由于无线调车灯显设备的操作和使用效果很大程度取决于调车组和调车司机的人员技能和操作经验,受人的因素影响较大,同时机控器和调车电台间通信还受无线场强和干扰的影响,容易出现性能不稳定的情况,从而影响调车作业安全。

车站调车作业中需防护的关键风险点包括：①调车惯性事故。在调车安全事故中,“调车脱轨、调车挤岔、调车冲突”是安全风险最高和最易发生的调车安全惯性事故。通过事故分析发现,人为原因造成的事故比例远大于技术缺陷所占的比例。②调车作业与列车接发车作业间的冲突。随着列车运行速度的提高,车次密度的加大,出现调车作业等待接发车作业的时间增长,导致调车作业过程频繁中断的情况,尤其对于部分中间站具有股道较少、未设置专用调车牵出线等局限,造成到发线和咽喉区资源较紧张,调车作业需要频繁穿越正线,导致车站值班员、调车组为了加快完成作业任务,简化标准作业流程,发生“抢钩”“抢点”等违规作业现象,存在影响列车进路,造成机外停车或无法正点发车的安全隐患。③未按《车站行车工作细则》作业的安全隐患。《车站行车工作细则》对调车作业方法、作业区域、作业速度、特殊停车点进行了规定,但由于调车人员业务水平参差不齐,执行规定有紧有松,管理上存在疏漏,特别是部分调车作业量较少的车站,调车员配备数量较少,助理值班员等岗位人员需同时兼任调车员岗位,对岗位熟练程度不足。部分车站未配备专用调车机车,调车作业由本务机车临时担当,乘务员对车站设备情况和《车站行车工作细则》要求熟悉程度不足,容易产生作业安全隐患。

1.2 安全防护手段

针对调车作业的安全风险,近年来车站调车作业安全技防手段不断丰富,为既有人防、物防手段提供了很好的补充,其中较有代表性的技防手段包括：①平面调车灯显设备与LKJ机车监控装置间的“两器连接”,实现了“人员—机车互控”,以及依据平调指令控车,防止了部分因人员操作不当而造成的安全风险；②无线调车机车信号和监控(STP)系统的推广应用,实现了“信号—机车联控”,STP系统由地面控制设备和车载控制设备2部分组成,车载和地面间通过专用无线通信设备实现信息的安全传输[1]。地面控制设备与计算机联锁系统通信获取集中联锁车站的信号、道岔、轨道电路区段信息,车载控制设备与LKJ机车监控装置系统通信获取机车工况、司机操作等信息,通过STP地面控制系统融合站场信号设备状态、机车运行工况、司机操作信息、站场静态数据信息等,通过逻辑运算形成控制命令,由STP车载控制设备通过LKJ监控装置实现控车。2种技防手段在设备上相互独立,在功能上相互补充,有效提升了调车安全领域“人防、物防、技防”三位一体安全防护体系的整体水平[2]。

自技防设备推广应用以来,“两器连接”和“STP系统”安装范围已覆盖中国铁路北京局集团有限公司各干线铁路主要车站和各大枢纽地区,已安装设备的调车机车达200余台,在调车作业安全防护方面发挥了显著作用,表现出以下优点：①STP系统相对于传统调车作业视频、音频监控设备“只监不控”的功能进行了升级,可自动实现对蓝灯、道岔、土挡、站界及《车站行车工作细则》中所要求的限速道岔、限速区段、一度停车点等场景下的安全防护,设备在使用过程中无需过多的人员操作,防护效果明显,同时也避免了人员误操作和频繁报警导致人员警惕性下降等问题的出现[3]；②STP系统的信息来源于计算机联锁设备,控车方式依托于LKJ设备,由于联锁设备和LKJ设备的安全级别较高,因而STP设备在控制的实时性、准确性、安全性等方面均较为突出[4]。

1.3 存在问题

（1）缺乏调车车列推进入网作业的安全防护。非集中区进入集中区推进作业示意图如图1所示。调车车列在非集中区货场或专用线作业完成后,调车机车推进车列进入车站集中区时,STP系统接收到安装在集中区和非集中区间的应答器T1信息后才能入网起控。但当推进的车列长度L2大于应答器T1距信号机D1间距离L1时,如果信号机D1为蓝灯时,调车机车入网后车列前端已越过D1信号机,STP系统无法启动报警及安全防护功能。对于该问题现主要的技术措施是增加应答器的安装距离L1,由于非集中区手扳道岔状态无法获得,调车推进进路无法确定,应答器最大安装距离为手扳道岔岔前,在许多站场条件下无法满足L1 ＞ L2的要求。

图1 非集中区进入集中区推进作业示意图Fig.1 Pushing operation from non-centralized area to centralized area

（2）缺乏在非集中区作业的安全防护功能。由于STP站场设备状态数据来源的限制,使设备只能在集中控制区发挥作用。但是,在实际车站调车工作中,非集中区的调车作业占比很大。安全风险源主要包括：①扳道人员执行计划不认真,扳动道岔位置不正确,错误排列调车进路的安全风险；②调车人员和司机间沟通不畅盲目推进,造成机车车列挤撞脱的安全风险；③手扳道岔未设内外锁闭装置或密贴检查装置,造成当尖轨和基本轨间加异物形成“假密贴”和车列走行振动引起的道岔“回弹”等安全风险。由于安全风险较为隐蔽,只依靠“人防”不能做到万无一失,应借助“技防”进行补充。

（3）缺乏对区段分路不良情况的应对措施。STP系统对车列的跟踪主要依据走行进路轨道电路的占用、出清变化,辅以调车机车速度和相对位移。当有连续分路不良情况下将严重影响设备防护功能的实现,具体表现为跟踪误差加大、频繁报警、跟踪丢失后退网、调车机车放风制动等现象,由于车站线路分路不良情况动态变化,具有不确定性,在应对和管理中难度较大。分路不良进路作业示意图如图2所示。调车车列依次通过D1G、D3G、D5G将轨道电路占红,STP接收到前方信号为D5信号机,此时D3G因分路不良,轨道电路失去占用表示,STP系统会判定为进行防溜作业,判别车列依然在D1G,并将STP接收前方信号变为D1信号机,此时STP失去了对前方D5信号机蓝灯的安全防护。当车列继续前进从D1G出清后,D1信号灯变为蓝灯后,系统易引发紧急制动,这对调车列上的调车人员会造成较大的人身安全风险。分路不良对于STP系统正常防护功能的实现影响很大,甚至丧失功能,在现场运用中应引起重视。

（4）缺乏对调车作业信息的有效利用。STP系统可实时跟踪调车机车位置,调车区长可掌握调车机车工况和作业进度,及时编制调车作业计划并无线传输至调车机车,打通了“区长—调车组—司机”间的信息传输通道,可有效压缩非生产时间,减少调车人员穿越线路的次数。现阶段STP系统在车站中主要应用的功能为作业单远程打印,功能较为单一,调车的位置信息和作业信息的使用还很局限,应打破信息孤岛问题,更好地为运输生产自动化服务[5]。

图2 分路不良进路作业示意图Fig.2 Shunting operation at poor shunting area

2 铁路车站调车作业安全防护系统研究

2.1 安全防护系统结构

面对车站在调车安全管理中待补强的问题,基于调车安全“物防”设备的现状,立足利用成熟技术和既有装备,将既有在用的无线调车灯显设备、STP设备、股道表示器设备进行功能上的结合,提出了调车作业安全防护系统结构,在进行少量投资和改造的前提下,对各调车防护设备的功能进行了有效整合,综合解决单一设备的功能局限和结合部问题,拓展STP系统调车作业信息使用的渠道和场景,为运输指挥和安全管理的信息化服务[6]。车站调车作业安全防护系统结构示意图如图3所示。

（1）设置与股道表示器的信息接口。建立股道表示器控制柜与STP控制主机间的信息通道,股道表示器将采集到的非集中区道岔位置信息发送至STP控制主机,信息传输使用安全通信协议,保证信息完整性。

（2）设置与TDCS/CTC调度中心的信息接口。在铁路局集团公司TDCS/CTC调度中心设置信息接口服务器,并建立接口服务器与STP控制主机间的信息通道,TDCS系统将车站的列车出发和到达信息发送至各车站的STP控制主机。STP控制主机将列车作业信息和调车作业信息进行融合。

（3）设置站段调度中心监控终端。在站段调车指挥中心设置信息接口服务器,各STP控制主机将车站调车作业信息送至站段监控中心,形成调车作业监控网。在调度指挥中心设置调车作业监控终端,用于监控人员查阅管内各车站的调车计划、进路排列、调车机位置、作业工况等信息。

（4）设置车站能力查定统计终端。在车站统计室设置数据服务器,并建立与STP控制主机间的信息通道,数据服务器对STP主机发送的车站调车作业数据进行存储,在统计员岗位增设车站能力查定终端,用于车站运输能力指标的统计分析。

图3 车站调车作业安全防护系统结构示意图Fig.3 System structure of shunting operation protection system

2.2 安全防护系统功能需求分析

（1）通过信息融合实现非集中区及结合部安全防护。车站在非集中区陆续安装了股道表示器设备,通过增加手扳道岔定反位状态采集的位置传感器,当调车机车进入某股道道岔进路位置均排通到位时,安装在非集中区咽喉部位表示器灯光点亮,数码屏显示开通的股道号,乘务员和调车组通过人工确认显示后行车。但是,由于未形成“计划—设备—人—机”间的联控,仍无法避免进路错排和盲目作业的情况。

通过建立STP系统与股道表示器间的通信通道,将股道表示器设备得到的非集中区股道表示信息送至STP地面控制主机,STP系统结合股道表示信息、作业计划、机车方向等条件进行逻辑判断,当满足条件时将“允许信号”送至STP车载控制设备,调车机车限速抬起至允许速度,当条件不满足时向调车机车发送停车指令。

STP系统通过获取股道表示器系统发送的非集中区道岔开通状态信息,可增加应答器安装的距离,使STP系统在进入集中区前更早地切换至入网状态,当车列由非集中区进入集中区作业前方信号为阻挡信号时能提前启动报警及安全防护。

（2）增加区段状态标记提升对分路不良应对能力。在车站终端设备中增加分路不良区段的标记功能,车站对站内稳定的分路不良定期进行标记更新。当调车作业车列前方进路有连续一个区段为分路不良时,车列途径该区段时,系统通过机车运行的速度和相对位移值继续进行跟踪。当有连续2个及以上分路不良时,系统仅采用速度积分方式进行跟踪时,会出现累计误差不断增大进而导致防护距离不准的情况,系统应在车列运行至分路不良区段前的一个区段时触发报警后退网,并通过平面调车灯显设备通知调车组人员,使调车人员提前预知并增强警惕,加强与司机间联控进行安全卡控。

（3）拓展调车作业信息应用增强管理信息化水平。①在车站层面,在车站外勤室安装终端,方便外勤值班员确认站内到发线占用情况及具体位置,及时准确出场接车。②在运输站段层面,将STP调车作业信息引入安全生产调度指挥中心,方便实时掌握调车动态,结合平面调车监听设备可全面监控现场作业,为简化和优化干部现场盯控作业提供手段。在非繁忙支线为站段调车作业的集中管理、区长等岗位人员合署办公提供手段,实现作业进度的远程监控和作业计划的远程编制传输。③在铁路局集团公司层面,通过获取TDCS信息并与车站调车作业信息融合,使调车领导人能够实时掌握列车运行情况及到发线使用情况,更有效地推算调车作业进度[7]。

（4）利用调车大数据分析为运输管理精细化服务。优化运输生产力布局、合理运用站场基础设备是提质增效的有效手段,运用STP系统存储的调车作业数据,一是可以统计出车站周期内到、解、编、发的列车数或车辆数,参考车站的能力查定指标,判断车站调车作业的繁忙程度,在站段内合理调节生产资源。二是通过对周期内车站咽喉、到发线、牵出线、编尾、驼峰等关键基础设备占用时间的统计,可以找出车站基础设备对作业效率提升造成影响的瓶颈问题,为科学编制运输组织方案,减少设备条件限制提供参考,同时为车站改扩建方案提供科学依据[8]。

3 结束语

随着全路“人防、物防、技防”三位一体调车安全防护体系的建设和完善,车站在调车作业安全管理方面取得了积极进展,但也需充分认识到安全管理工作的长期性和持续性,应坚持依靠设备保安全的理念,不断优化技防设备功能。基于已有调车安全技防设备应用经验的基础上,积极推动平面调车灯显设备、STP系统、股道表示器、智能铁鞋、防溜设备等在内的各类车站安全防护设备间的信息融合及互补,充分发挥平面灯显设备“人—车”间信息通道和STP系统“车—地”间信息通道的潜在价值,全面提升调车安全管理水平。