地铁工程车运行防护系统方案研究

崔红军 徐瀚 曹明强

摘 要： 城市地铁工程车主要承担地铁车辆段调车作业、地铁线路施工和养护、正线突发事故救援等作业任务。作业过程中，主要依靠乘务员行车经验、目视信号进行车辆运行操控。缺乏有效的信息化管理手段，存在行车安全隐患。为保障工程车运用安全，本文针对工程车运行防护、管理的关键需求进行分析，对关键技术进行研究，提出基于LKJ系统的地铁工程车运行防护方案。

关键词： 地铁工程车;运行防护; LKJ

【中图分类号】U231+.3     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0166-02

1 地铁工程车安全防护需求与实现途径分析

1.1 地铁工程车特点与安全隐患分析

城市地铁工程车主要承担地铁车辆段调车作业、地铁线路施工和养护、正线突发事故救援等作业任务。目前随着各地地铁的建设，已投入运行的工程车辆已达数千台之多。不同于地铁正线电客车，地铁工程车具有运行线路不固定、运行时间不固定的特点。现有工程车未能实现地面信号上车，也未安装ATP、GYK、LKJ等运行防护系统，作业过程中，主要依靠乘务员行车经验、目视信号进行车辆运行操控，存在超速、冒进关闭信号机、挤岔、冲撞止挡器、侧向冲突、进路错办等行车安全事故隐患。同时，地铁工程车的施工环境通常光照不足，线路复杂，极易发生人身安全事故。综上，能够应用于地铁工程車的运行防护系统成为迫切需求。

1.2 运行防护技术比较分析

现有运行防护设备主要有ATP、LKJ、GYK系统。ATP目前已是地铁电客车的关键超速防护设备，但ATP设备的使用依托于地面无线闭塞中心，在地铁站场等工程车常用区域无法使用[1]，同时ATP设备本身及所依赖的信号系统成本高昂，无法完成在廉价的工程车辆上的部署;GYK设备广泛应用于铁路工程车辆，在工程车辆上与LKJ设备功能基本一致[2]，相对LKJ其具有机车信号板件，集成度较高，但因地铁信号系统与正线铁路不同，其同样无法获得连锁信息，与ATP一样，GYK系统同样无法完成站场调车作业安全防护;LKJ系统目前广泛应用于铁路机车、工程车辆，通过集成调防主机，LKJ系统目前已可实现在战场内的调车作业防护[3]，相比较ATP系统，LKJ系统具有显著的成本优势。

综上，LKJ系统防护功能满足地铁工程车作业防护基本要求，应基于LKJ系统发展发展地铁工程车运行防护系统。

2 安全防护关键技术解析

2.1 定位技术

地铁运行车辆的使用环境决定车辆定位方案无法使用基于GPS/北斗的定位方案，现有LKJ系统采用轮轨定位技术并以过机校正、GPS校正等修正累计误差。在地铁线路上，工程车存在初始位置难以预计、道路状态复杂造成累计误差较大的问题。参考点式应答器技术在LKJ改进设备上的应用[4]，地铁工程车LKJ系统应增加基于RFID地面标签的地面定位技术，在信号机、道岔、咽喉区、尽头线等位置布置标签，便于LKJ系统确定初始位置和减少定位误差，实现工程车防护系统在正线和段场内防超速、防冒进、防冒出、防挤岔、防冲撞止挡的功能。

2.2 站场调车作业防护技术

地体站场内目前没有布置STP系统，因为为实现工程车在站场内的作业防护的关键是增加与地面连锁系统的接口设备，通过地面电台或WIFI/4G专网的形式实现连锁信息的上车。LKJ系统应具有调车防护功能设备与无线通信主机，实现信息的收发与解析工作。

2.3 正线运行防护技术

地铁正线无轨道电路，电客车运行采用移动闭塞的方式。因而工程车在地铁正线运行时可考虑从地铁运维网络中采集正线信号机信息，车载系统需增加专用无线设备实现接收，采用传统闭塞方式运行。

2.4 辅助防护技术

地铁工程车作业通常在夜间进行，能见度低。例如在拖挂作业时司机难以判断与拖挂对象的距离，在工程车启动时难以观察工程车周围有无人员和外部设施侵入，同时夜间作业司机容易发生困倦情况，影响作业安全。因而在原有LKJ系统基础上增加综合视频系统和辅助传感器，用于辅助安全防护。综合视频系统包含在机车挂钩及车内外关键位置的夜视摄像头以及驾驶室盹睡识别摄像机，实现视频采集显示与盹睡防护[5]。在车辆四周增加侵限传感器、在车钩处增加激光雷达传感器，实现人员侵入报警和拖挂作业距离测定。

3 运行防护系统方案

系统按照功能划分为车载控制层、车地传输层、信号采集层以及应用管理层。

车载控制层实现车辆运行安全控制功能、综合视频监控功能以及地面定位信息查询功能。

车地通信层主要实现基于数字电台组网（自组网）以及基于WIFI网络（复用既有）的车地数据传输功能，数字电台网络传输段场内调车信号状态、道岔联锁状态等控制类数据，WIFI网络传输段场内工程车运行视频监控类数据。车地通信层通过车载无线数据收发装置实现与车载控制设备数据通信，通过地面无线数据收发装置实现与地面控制服务器的数据通信。

信号采集层主要实现地面信号联锁信息采集功能、进路错办提醒功能。

应用管理层主要实现调车作业单编辑与上传、调车作业过程监控、运行记录数据处理与存储、运行状态监测报警、运行记录数据分析以及管理人员移动终端报警等功能。

系统架构如下图（图1）所示：

3.1 车载设备方案

系统根据车载设备功能划分为：运行监控、综合视频监控、定位查询、无线数据收发子系统。

运行监控子系统包括：LKJ运行监控主机、运行监控屏幕显示器、压力传感器、速度传感器、常用制动机构、人员侵限检测装置、车载机柜、机车布线、显示器安装支架等，实现工程车段场调车作业及正线作业过程中的安全防护，安全防护内容主要包括防超速、防冒进信号机、防溜逸、防冲撞止挡器等。

综合视频监控子系统包括：视频监控主机、视频显示终端、盹睡摄像机、监控摄像机、拾音器、雷达测距装置、车载机柜、机车布线、顯示终端安装支架等，实现对工程车乘务员操作过程监控及录音，实时监控工程车连挂作业及车钩状态、前方线路状况、机械间状况，智能识别乘务员盹睡状态并进行异常报警。

定位查询子系统包括：RFID定位查询主机、定位查询天线、天线安装支架等，实现车辆位置校正功能。

无线数据收发子系统包括：无线通讯主机、WIFI组合网络天线、电台网络天线及馈线等，实现车地数据交互功能。

3.2 地面设备方案

地面设备包括信标、数字电台组网设备、控制服务器、数据处理服务器、调车监控PC终端、数据转储IC卡、IC卡读卡器、综合诊断仪等。

信标主要用于机车位置校正。

数字电台组网设备包括主电台及天线、中继电台及天线，实现段场内车地数据通信、无线网络全覆盖。

控制服务器实现段场内地面信号采集、在线机车管理等功能。

数据处理服务器实现运行记录及视频监控数据存储、数据处理、报警信息数据推送等功能。

调车监控PC终端实现调车作业单编辑、上传、进路防错办等功能。

数据转储IC卡、IC卡读卡器实现运行数据转储、临时调度命令录入等功能。

综合诊断仪实现车辆工况、速度、压力及地面信号状态模拟等功能，用于运行监控设备地面检修测试。

4 结语

通过对比分析，在LKJ系统基础上融合点式定位技术、站场防护技术、综合视频防护技术等实现的地铁工程车运行防护系统能够解决现有工程车运用的急需问题，能够提高行车安全管理的实时性、有效性、可追溯性，杜绝或减少行车安全事故，能够约束乘务员的违规操纵行为，强化乘务员的管理，进一步提高乘务员的操纵水平。

参考文献

[1] 陈雁冰，郑文宇，CBTC系统中车载ATP功能及性能需求分析[J].信息通信，2015 （2）：211-212.

[2] 高鹏，杨元，浅析LKJ设备与GYK设备的异同[J].产业与科技论坛，2011，10（1）：109-110.

[3] 冯振兴，本务机车调车作业安全辅助防护系统方案研究[J].中国铁路，2019（5）：74-80.

[4] 吕浩炯，李辉，基于点式信息传输的LKJ系统控制模式在城市轨道交通中的应用研究[J].机车电传动，2013（2）：56-59.

[5] 李响，铁路机车司机驾驶疲劳评测方法与在线监测技术的研究 [D].北京交通大学，2015.