朔黄重载列车LKJ安全控制策略研究

王兴有

（国能朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司，河北肃宁062350）

0 引言

朔黄铁路西起山西省神池县，与神朔铁路、准池铁路相连，东至河北省沧州市黄骅港，与黄万线、黄大线相接，正线全长近598km，其中神池南至西柏坡段线路限制坡度12‰，西柏坡至黄骅港限制坡度4‰。设计为国家I级干线、双线电气化铁路，是我国西煤东运的重要通道和国家能源集团矿、路、港、电、航、油一体化工程的重要组成部分，在全国路网中发挥着重要作用。

为保障列车运行安全和促进运行规范化管理，提高运输效率，朔黄铁路自2006年起采用LKJ2000列车运行监控记录装置。该装置是以保障列车运行安全为主要目的的列车速度控制装置，能够有效防止“两冒一超”事故的发生，辅助列车乘务员提高操纵能力，有效保障朔黄铁路重载列车的安全运行。

1 现有重载列车LKJ的安全控制

1.1 车载系统构成

LKJ2000监控记录装置车载系统主要由主机箱、显示器、速度传感器、压力传感器、双针表等构成。装置主机采用双套热备冗余工作方式。LKJ2000与机车信号设备、速度传感器、GPS接收装置、本/补切换装置、双针速度表、机车安全信息综合监测装置（简称TAX）等设备配套共同组成列车运行安全监控系统。

1.2 控制模式

LKJ2000采用车载计算机预先存储地面线路数据的控制方式。在运行时，根据列车所处的位置按顺序调取车载存储线路数据，按前方信号显示状态并根据列车速度计算列车行走距离产生控制模式曲线。当列车速度超过控制模式曲线的范围时，装置对列车实施动力切除、常用制动及紧急制动控制，防止列车越过关闭的信号机。为确保列车在关闭信号机前可靠停车，限制速度的计算采用实际计算方法，以满足控制的精度要求。模式曲线的计算可根据列车运行速度的要求采用跨闭塞分区计算方式，即以关闭的信号机作为目标点来计算常用制动及紧急制动连续模式曲线[1]。

1.3 司乘人员操作

始发站发车时，乘务员通过LKJ显示器输入正确的交路号、车站号、车次等参数设定信息，在特定的对标点，按压开车键进行对标开车操作。LKJ由降级工作状态转入通常工作状态，监控列车在区间运行。在控制列车侧线进站时，需手动输入侧线股道号。

1.4 特殊站场的控制

为提高万吨组合列车解编组的效率，朔黄铁路万吨站场的股道有效长度被改造延长到2800m，并在到发线一侧设有1条机走线，形成由2条到发线和1条机走线组成的线束（见图1）。在到发线均设置了腰岔和对应的进路信号机。为实现LKJ2000对腰岔信号机的控制，在基础数据编制中，根据万吨组合列车站场特点和列车径路多样性，使用支线转移数据代替侧线股道数据的方式进行控制。

图1 万吨站场到发线示意图

2 存在的不足及原因分析

2.1 人工操作风险

2.1.1 参数设定与开车对标风险

由于既有LKJ2000系车载数据架构的限定，万吨站场需拆分多支线并设置车站代码，调用LKJ数据的复杂度增大。遇雨雪雾天气或站场维护，存在对标错误，导致LKJ控制出现距离误差。

2.1.2 万吨站场股道选择方式不同于通常习惯

列车在万吨站场侧向运行时，乘务员股道选择的复杂性增加。当选择的侧线数据股道长度比实际侧线股道长时，存在冒进出站信号机的控制隐患。

2.1.3 速度空转导致LKJ控制不精准

朔黄铁路沿线多长大下坡道，如遇雨雪、冰冻等天气导致轨道湿滑，乘务员若不能平稳操作，出现急加速、急减速的情况，导致空转或轮滑现象，使LKJ距离控制不精准，存在控制的安全隐患。

2.2 车载控制拓展局限

2.2.1 万吨站场控制受到基础数据组织架构的局限

受限于LKJ基础数据格式和软件的限制，在万吨站场中腰岔及其进路信号机的复杂场景，只能通过改编LKJ基础数据和乘务员操作，实现对腰岔及进路信号机的控制，增大了基础数据和乘务员操作的复杂性。

2.2.2 数据容量有限导致重载列车基础数据扩展受限

LKJ2000基础数据容量为2MB，数据交路数不大于32条。难以将所有运用区段基础数据写入，只能按列车运行区段进行细分，导致LKJ基础数据版本增多，维护和换装的难度增大。

2.2.3 无法利用应答器信息进行重载列车精准控制

既有LKJ2000缺少与应答器信息接收单元（BTM）设备的通信接口，不能采集地面应答器信息，无法通过应答器信息实现自动开车对标或距离校正等精准控制功能[2]。

2.3 硬件设备冗余局限

LKJ2000采用模块级主从机热备冗余。当主工作机发生故障时，自动切换至热备机工作，如果任一单元或通道出现故障，则自动启动备用通道。采用CAN总线的内部通信方式进行数据交互。既有LKJ2000采用双机热备冗余的架构，双机均采用单CPU设计，无法检测出异常变化的参数。若关键参数或数据异常，LKJ系统继续运行，存在一定的安全隐患。若LKJ异常触发紧急制动，则对于万吨重载列车，特别是2万吨重载列车运行有着不利的影响。

3 解决措施

3.1 升级新装备、新技术的必要性

目前LKJ2000应用于朔黄铁路重载列车13年，安全等级达不到通行的国际列控设备标准。由于数据技术和系统资源限制，无法持续满足重载铁路的安全运输需求。由于系统结构限制，无法有效利用应答器信息进行控车，功能拓展性受到限定。面对当前重载铁路的安全运行需求，在安全等级、系统架构、技术性能以及软硬件资源等方面的局限性日益凸显[3]。

3.2 LKJ-15与LKJ2000的硬件比对分析

新一代LKJ-15型列车运行监控装置（简称LKJ-15）同LKJ2000在硬件架构方面的对比见表1。

表1 LKJ2000与LKJ-15硬件架构比对

3.3 提升软件控制的安全性和效率

3.3.1 利用地面应答器信息

LKJ-15系统全功能配置满足CTCS-1级列控系统车载设备的要求，既可以根据车载数据控车，又可以根据应答器数据控车，具备在C0和未来C1线路区段无缝切换运行的能力，能够实现自动开车对标、自动选择侧线股道等更多精准控制功能，满足朔黄重载列车安全控制的需求。

3.3.2 车载数据技术升级

LKJ-15基础数据采用统一的编码体系，实现图形化数据编制及精准控车；采用列车运行径路数据与线路设备、设施参数数据分层架构，适应运输产品和施工线路变化能力强；具备自动化的远程无线数据换装能力。

3.3.3 精准模式控制

LKJ-15采用一次模式曲线控制，控制更加精准，有助于提升运输效率。在多条高速道岔的车站进行接车作业时，LKJ2000仅能按照最不利高速道岔的限速控制，LKJ-15能够按照各高速道岔的实际限速控制，提高了运输效率。对于信联闭设备停用的情况，LKJ-15按照车站所在停用的信号机进行控制，提升了控制精度，减少了司机确认操作。此外，由于LKJ-15车载数据容量较大，能够装载所用的正向数据和反向数据，实现反向行车完全控制。

3.4 操作的人性化与智能化

LKJ-15继承了LKJ2000显示界面总体框架，易于司机掌握，同时通过专业颜色配置，优化了显示风格，能够有效缓解司机视觉疲劳。通过扩展预画区显示长度，增加文本、工况的显示，方便司机掌握更多的行车信息。在发车参数设定方式方面，LKJ-15不同于LKJ2000输入交路号和车站号等容易出错的方式，而是采用拼音首字母自动检索方式输入，运行径路通过起始站和终到站自动检索，简化了参数输入方式。

LKJ-15采用北斗卫星定位技术，辅助司机完成车站自动输入和对标操作；智能辅助司机规划运行径路，完成运行交路择取；自动对司机操作进行检查，对异常输入报警提示；智能化自检具备远程设备状态监测、智能诊断及故障分析功能；预留可升级实现辅助司机自动驾驶的功能。

3.5 新设备对朔黄重载列车的意义

3.5.1 提升重载列车的运行品质

重载货物列车已出现空转、轮滑现象，特别是朔黄铁路沿线多长大下坡道，轨面湿滑时更易出现问题，增大了LKJ距离计算不准确的风险。LKJ-15采用非接触式霍尔速度传感器，支持卫星信息和雷达等辅助测速设备，可以及时地修正列车的速度信息，确保控制的准确性，避免因距离误差导致的制动，保障重载列车的运输安全。

3.5.2 实现万吨站场的精准控制

LKJ-15车载数据实现万吨站场的精准控制。万吨站场无须拆分出复杂的支线转移数据，减少了基础数据的复杂度，降低了人工编制数据和乘务员操作的风险。LKJ-15采用了北斗卫星定位技术，重载列车在万吨站场始发时，可通过精确定位股道和进路信号机进行开车对标，同时具备手动选择进路信号机开车对标操作的功能。在万吨站场重载列车进站控制中，LKJ-15可以通过输入该分区和下分区股道号，对侧线接车进行精确控制，同时具备CIR设备的接口，可以实现自动输入侧线号的功能。

3.5.3 提升安全性和智能化水平

LKJ-15系统采用“二乘二取二”安全计算机，使重载列车控制的可靠性和安全性得到保障。系统架构的升级，提升了其功能智能化的扩展性，能够更好地实现辅助司机自动驾驶的功能，兼容调车作业安全防护系统，符合重载铁路的智能化和自动化控制发展方向。

4 结语

朔黄铁路作为西煤东运重要的重载铁路通道，一直在重载列车的监控模式上进行探索。随着运量的逐渐增大，控制需求相应增多，特别是万吨列车的开行，势必对LKJ在重载控制方面提出更高的要求。目前，LKJ2000能够在一定程度上承担起安全监控的作用，但是面对更高的控制需求，其系统架构、技术性能等方面的局限性日益凸显。对新一代LKJ的安全控制和应用前景进行探索与研究，对于朔黄重载列车安全控制有着重大意义。