基于车-地通信的朔黄铁路列车追踪优化研究

收稿日期:20150819;修回日期:20150906基金项目:国家科技支撑计划项目(2013BAG20B00)作者简介:孙永生(1986—),男,工程师,2012年毕业于兰州交通大学交通信息工程及控制专业,工学硕士,E鄄mail:[e-mail]。第60卷摇第4期2016年4月铁道标准设计RAILWAY摇STANDARD摇DESIGNVol.60摇No.4Apr.2016文章编号:10042954(2016)04011503基于车-地通信的朔黄铁路列车追踪优化研究孙永生(浙江众合科技股份有限公司,杭州摇310051)摘摇要:为优化朔黄铁路列车追踪,通过增加地面调度优化系统和车载辅助智能操控系统,建立基于LTE-R网络的连续车-地通信,使车载设备获得更多的前方线路信息,并实时监督列车的追踪间隔,从而实现列车精确定位以及临时限速和行车许可即时传递,通过比对分析,优化后不仅能提高效益,更能保证列车运行安全。关键词:重载铁路;车-地通信;列车追踪;优化中图分类号:U292郾4+2摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.028ResearchonTrainTrackingOptimizationofShuo-HuangRailwayBasedonVehicle鄄to鄄roundCommunicationSUNYong鄄sheng(UnitedScience&TechnologyCo.,Ltd.,Hangzhou310051,China)Abstract:TooptimizethetraintrackingonShuo-Huangrailway,LTE-R-network-basedcontinuousvehicle-to-groundcommunicationisestablishedbyaddingmoregroundoptimizeddispatchingandon-boardintelligentauxiliarycontrolsystemtogetmoreinformationofthelineaheadandmonitortrainintervalsinreal-time.Thus,precisiontrainlocationisachievedandtemporaryspeedlimitandtrafficpermitaredeliveredimmediately.Withcomparisonandanalysis,theoptimizationcannotonlyimprovetheefficiency,butalsoensurethesafetyofthetrainoperation.Keywords:Heavyhaulrailway;Vehicle-to-groundcommunication;Traintracking;Optimization1摇概述朔黄铁路是我国第二条重载煤炭运输铁路,其列车运行的安全性直接影响到整条线路的运输效率。目前,朔黄铁路的运输组织方案是大量开行万吨、1郾74万t重载列车,线路条件复杂,运输密度大,列车安全追踪成为保证运输安全和效率的关键。主要探讨基于LTE-R网络通信的重载列车追踪问题的优化,在充分利用LTE-R网络的基础上,提高运输效率。2摇国内现状2郾1摇高铁现状目前,我国已开行200~250km/h(CTCS-2级)、300~350km/h(CTCS-3级)高速铁路。高速铁路列车车载设备可获知最远32km范围内的线路状况、最大允许速度等信息[1]。高速列车追踪情况见表1。表1摇高铁列车追踪情况项目CTCS-3级CTCS-2级车地信息通道GSM-R及部分应答器,双向实时传输[1]轨道电路及应答器,单向传输行车许可RBC根据列车位置、轨道电路状态、进路信息生成MA,传给车载设备[12]车载设备根据收到的轨道电路编码和应答器信息生成MA临时限速设置临时限速服务器;RBC通过连续的无线通信传给车载设备[3]由CTC完成临时限速服务器的功能;列控中心通过有源应答器传给车载设备[46]2郾2摇朔黄铁路现状朔黄铁路是重载货运铁路,区间采用“三显示冶信号机。当机车收到“L冶码时,表示前方至少有2个空闲闭塞分区;当机车收到“U冶码时,表示前方只有一个空闲闭塞分区;当收到“H冶码时,列车要在该信号机前方停车[7]。目前,朔黄铁路已全线覆盖LTE-R无线网络,但既有调度系统没有公开的接口,既有车载设备也不具备与LTE-R网络通信的能力,因此,通过增加一定的车载设备和地面设备,完全可以实现车-地实时、连续的通信[811]。如图1所示,地面增加一套调度优化系统,由于车载设备目前不支持与LTE-R网络连接,故机车头部增加一套辅助智能操控系统,通过LTE-R网络与地面的调度优化系统直接通信,地面可实时监测到列车的位置等信息,而列车也可以实时获取地面的指令等信息。辅助智能操控系统提供与LKJ相同的界面显示内容,但不直接参与控车,仅通过显示和声音提示司机操作,从而达到辅助司机驾驶的目的。图1摇车-地通信摇3摇系统功能3郾1摇列车注册地面的调度优化系统为所有装备并使用辅助智能操控系统的列车建立在线列车列表(图2)。图2摇列车注册交互摇辅助智能操控系统启动后,向调度优化系统发送列车注册消息,注册消息中含有车次号、机车牵引类型、列车编组等信息。调度优化系统对每一列车的注册消息进行记录,形成在线列车列表。对未装备或未使用辅助智能操控系统的列车,现有的调度系统会将车次信息转发给调度优化系统,调度优化系统建立“非通讯列车列表冶。在列车运行过程中,若辅助智能操控系统与地面失去联系,调度优化系统则将在线列车列表中该列车标记为离线状态,如果再次收到该列车的注册信息,则在此标记为在线状态。3郾2摇列车定位辅助智能操控系统配有专用的多普勒雷达测速仪,会实时采集列车的速度,计算列车位置,并通过LKJ获取列车位置信息进行校核。在通讯正常情况下,辅助智能操控系统将列车速度和位置信息周期性的发给地面的调度优化系统,后者对列车位置、速度信息进行更新并跟踪显示。信号设备的状态仍按照现有调度系统转发的信息进行更新和显示。如图3所示。图3摇列车跟踪显示交互摇对于未装备或未使用辅助智能操控系统的列车,调度优化系统并不会以实际位置跟踪列车,仍以区段占用的方式进行跟踪。3郾3摇列车运行间隔监测由于调度优化系统能实时获知装备并使用辅助智能操控系统的列车的实际位置,因此,也可以让后车(同样装备并使用辅助智能操控系统)实时获知前车的位置,或者告知其安全运行目标点。可以让每一列装备并使用辅助智能操控系统的列车获知前方空闲区段的数量。司机可以更好地了解安全运行的距离,掌控列车运行。如图4所示。图4摇列车运行间隔监测交互摇目前,朔黄铁路的区间信号为“三显示冶,列车只能获知前方有限区段的空闲情况,一定程度上限制了611铁道标准设计第60卷司机的水平和机车的性能。3郾4摇临时限速临时限速是保证列车安全运行的有效措施,但在国内大铁上,LKJ只记录有效期20d以上的临时限速信息,20d以内的临时限速由司机手动输入,甚至紧急情况下的临时限速,都要由人工通知,列车司机未必能及时获得该信息[1213]。增加的车载辅助智能操控系统不仅可以记录20d以上的临时限速信息,20d以内的也可以进行记录,而且当通过LTE-R网络进行通信时,调度优化系统能随时将临时限速信息发给装备并使用辅助智能操控系统的列车,后者可立即改变限速曲线并进行声音提示,司机可以第一时间了解线路的限速情况,采取相应的措施缓行或停车,保证列车运行安全。如图5所示。图5摇临时限速信息交互摇4摇系统原理及架构(图6)图6摇优化系统架构摇追踪优化系统包含地面的调度优化系统和车载辅助智能操控系统两部分,这两个系统通过LTE-R专用网络进行实时、连续的通信,实现地面对列车的实时跟踪、列车运行间隔的监测、列车对安全运行距离的掌控等功能。调度优化系统从现有的调度系统获取线路状况(信号设备状态等)、未装备或使用辅助智能操控系统的列车的区段占用情况等必要信息。辅助智能操控系统从LKJ获取列车的位置信息用于校核。追踪优化系统充分利用了LTE-R网络,通过车-地连续通信保证列车的运行安全。5摇对比分析(表2)表2摇优化前后列车跟踪情况对比功能优化前优化后列车定位地面只能根据占用情况获知列车大概位置可以知道列车车头和车尾的实际位置运行间隔监测地面可知道两列车之间的空闲区段;列车只知道前方一个区段的空闲情况地面和列车均能明确两列车之间的空闲区段临时限速LKJ只存储有效期20d以上的临时限速,20d以内的需要人工输入系统自动通知司机,且实时性高增加调度优化系统和辅助智能操控系统后,不影响既有调度系统和车载控制系统的功能,但调度优化系统能通过与既有调度系统的接口获得信号设备的实时状态信息,能同时以区段占用和连续的方式跟踪列车运行,并能及时向装备辅助智能操控系统的列车发送安全运行目标点信息,保证运行安全。辅助智能操控系统能根据安全运行目标点和临时限速信息及时变更列车运行限制曲线,并进行相应的声音提示,指导司机操控列车运行。同时,将列车运行信息及时发送给调度优化系统,让地面人员及时获知列车运行情况,而既有车载控制系统无法做到这一点。6摇结语基于LTE-R网络传输车地信息,可以实现车-地实时通信[8],使地面系统能实时跟踪列车运行,掌握列车运行情况;车载系统可以及时获取安全运行目标点、临时限速等信息,从而及时变更列车运行限制曲线,指导司机操控列车运行。通过车-地连续通信,可以有效保证列车安全运行,缩短运行间隔[3,10],提高运力,从而提高运输效率,对朔黄铁路的经济效益产生积极作用。参考文献:[1]摇林瑜筠,谭丽,涂序跃,等.高速铁路信号技术[M].北京:中国铁道出版社,2012.[2]摇刘霄,张亚东,郭进.CTCS3级列控车载协同仿真子系统的研究与实现[J].铁道标准设计,2013(11):113116,130.[3]摇孙永生.基于移动闭塞理论的城市轨道交通ATP系统研究与仿真[D].兰州:兰州交通大学,2012.[4]摇潘登,郑应平.高速列车追踪运行的控制机理研究[J].铁道学报,2013,35(3):5361.[5]摇康宁,陈永刚,林俊亭,等.基于免疫粒子群算法的闭塞分区划分优化设计[J].铁道标准设计,2013(11):101104.[6]摇侯涛,罗志刚.列车安全距离优化算法安全性与追踪运行调整策略研究[J].铁道学报,2014,36(9):4451.711第4期孙永生—基于车-地通信的朔黄铁路列车追踪优化研究蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯[7]摇李京梅.浅谈三显示与四显示区间自动闭塞信号显示的区别[J].铁道通信信号设计,2002(3):3536.[8]摇黄媛媛,董昱,赵宇坤.临时限速对列车运行影响的仿真研究[J].铁道通信信号,2011,47(1):1315.[9]摇张源,张洪宇.现代铁路列车跟踪与定位技术的研究[J].铁路计算机应用,2011,20(4):13.[10]杨金让.浅析客运专线CTCS_2级列控系统临时限速设置原则[J].科技视界,2014(26):2829,71.[11]孙永生,张友鹏,赵宇坤.移动闭塞列车自动防护系统仿真平台研究[J].计算机仿真,2012,29(9):371374.[12]任国彬,陈小强.基于着色Petri网的高速列车追踪运行过程建模与仿真[J].铁道标准设计,2015,59(3):122126.[13]王素姣,吴建.临时限速报文动态组帧的应用研究[J].铁道标准设计,2010(6):111113.收稿日期:20150929基金项目:国家“863冶计划课题(2011AA11A103);天津市企业博士后创新项目择优资助计划资助课题。作者简介:胡文林(1984—),男,工程师,2013年毕业于中国科学院声学研究所信号与信息处理专业,工学博