工務機械車高速運行安全控制技術

周 毅

(上海鐵路局 工務處，上海 200071)

工務機械車高速運行安全控制技術

周 毅

(上海鐵路局 工務處，上海 200071)

軌道車運行控制設備(GYK)的推廣使用為工務機械車行車安全提供了保障。隨著我國高速鐵路運營里程的增加，高速鐵路裝備的工務機械車需求也不斷增長，文章對使用既有軌道車運行控制設備提高高速工務機械車車輛運行效率的情況進行了分析，提出了提高工務機械車運行效率的三種方案，優(yōu)化分析后，推薦GYK增加BTM設備的方案，并圍繞該方案進行了現(xiàn)場驗證，試驗結果表明，為GYK增加BTM設備，接收鐵路地面發(fā)碼數據并納入控車技術是解決工務機械車高速運行安全控制的理想方案之一。

工務機械車 軌道車運行控制設備 運行效率

1 工務機械車運行現(xiàn)狀

在2009年以前，軌道車運行監(jiān)控裝置沒有統(tǒng)一的技術規(guī)范，鐵道部綜合考慮了當時自輪運轉設備的安全管理、換裝能力和設備的技術可行性，制訂了《軌道車運行控制設備技術規(guī)范V1.0》(以下簡稱“技術規(guī)范”)，規(guī)范了自輪運轉設備的運用安全管理。受相關技術條件限制，GYK對軌道車的控制速度最高為80 km/h;自閉區(qū)段中＞700 m的閉塞區(qū)段按700 m控制。該規(guī)范的制訂提高了軌道車運行的安全性和管理的便捷性，但也限制了其運行效率，另外，由于GYK的運行位置完全依賴人工對標，犧牲了操作的便利性，給提高最高限制速度帶來難度。

2011年8月，國務院檢查組針對“7.23”事故調查時提到高速鐵路維護用的軌道車速度不高的問題，并列入整改項目。高速鐵路區(qū)間較長，軌道車數量少，從綜合工區(qū)到維修或搶修現(xiàn)場用時較長，為提高工作效率，充分利用封鎖天窗有效時間，需發(fā)揮重型軌道車運用效能。軌道車運行控制設備(GYK)應滿足不同等級正常監(jiān)控模式速度限值，在保證安全的條件下充分發(fā)揮設備運輸效率。

1.1 車輛技術條件

《重型軌道車技術條件》(GB/T 10082—2010)中對軌道車速度等級劃分為 A(≥80 km/h)、B(≥100 km/h)、C(≥120 km/h)三個等級。目前工務所用的重型軌道車和大型養(yǎng)路機械自行允許運行速度都在80 km/h以上，高鐵軌道車最高允許值已達到 120 km/h。

2010年1月，鐵道部運輸局組織制訂了《工務重型軌道車技術規(guī)格書(范本)》，對新建200 km/h以上鐵路線路維修用軌道車技術條件作了規(guī)定;同年8年，鐵道部科技司對具備120 km/h運行條件的GCY-300Ⅱ型重型軌道車進行了樣車出廠審查;目前，滿足鐵道部高速鐵路重型軌道車技術條件的高鐵軌道車陸續(xù)投入使用，同時相關生產廠家已完成了160 km/h軌道車的技術方案審查與型式檢驗;為適應高速鐵路大型養(yǎng)路機械技術需要，2012年鐵道部通過了大型養(yǎng)路機械制動距離調整及實施方案的技術審查。

1.2 管理條件

GYK投入運用2年來，軌道車在GYK運用管理上已經積累了大量經驗，目前，已經有很多使用單位在硬件配備、基本數據編制、日常運行數據管理方面具備了改進條件，部分鐵路局在GYK運用管理科技創(chuàng)新方面做了有益的探索，使得提高工務機械車運行效率的一些措施有了更多實施的可能。

1.3 綠黃燈以上部分燈型序列介紹

在綠黃燈(記作LU)以上的燈型序列依次是綠燈(記作 L)、綠2燈(記作 L2)、綠 3燈(記作 L3)、綠 4燈(記作L4)、綠5燈(記作L5)，分別表示距離綠黃燈尚有1～5個自閉區(qū)段。

2 提高工務機械車運行效率的思路

2.1 修訂GYK技術規(guī)范(方案一)

2.1.1 基本方案

目前，GYK按“速度分級控制”方式運行，雖然只定義到80 km/h限速等級，但是也只用到LU燈的燈型限速，這為L燈乃至L2～L5燈情況下提高運行速度提供了一些條件。如果繼續(xù)按照每個自閉分區(qū)應該按700 m以上的路程來考慮，從LU以上可以繼續(xù)給出“速度分級控制”方式的燈型限速，從而提高車輛運行速度。在陡坡、長大下坡、區(qū)段限速或臨時限速等特殊區(qū)段當然需要少量數據支持，其他路段可以按缺省參數計算出可行的速度等級。

考慮在－8‰下坡情況下，按照軌道車運行控制設備技術規(guī)范附錄A.1的計算方法中的制動計算公式［2］，可以規(guī)定 L燈的開口限速為100 km/h，L2燈的開口限速為113 km/h，L3燈的開口限速為123 km/h，L4燈的開口限速為130 km/h，L5燈的開口限速為136 km/h。

2.1.2 本方案優(yōu)缺點

1)優(yōu)點。不必升級現(xiàn)有的GYK硬件設備;不必更改現(xiàn)有的 GYK基本數據格式，內容上僅需增加80 km/h以上的區(qū)段限速和臨時限速數據;最大程度地兼容現(xiàn)有的技術規(guī)范。

2)缺點。①目前GYK運行位置是依靠人工對標來定位的，由于運行速度提高，司機的視覺效果和對標操作的同步性要求難以滿足實際需要，容易造成額外的對標誤差。②大部分自閉分區(qū)的長度都遠大于700 m。按目前的方法，每個分區(qū)相當于有很長一段距離是按低一級燈型的限速來控制車輛運行，不能充分提高運行效率。③目前需要20 km/h限速運行的情況太多，距離較長，這是影響車輛運行效率的重要因素。本方案對這種現(xiàn)象毫無改善。④有些路段最高級別的燈型僅支持到L3，這樣最高速度也只能達到123 km/h，不能充分發(fā)揮更高速度級高速軌道車的性能。

2.2 在基本數據中增加信號機位置(方案二)

2.2.1 基本方案

GYK燈型限速目標點都是按照保守的700 m來計算的。在基本數據中增加信號機位置，首先帶來的好處是控制目標點直接到位。另外，對于L燈及L燈以上的信號，提供了“速度連續(xù)控制”的條件。通常情況下自閉區(qū)段的長度都遠大于700 m。如果按連續(xù)幾個自閉區(qū)段長度都是1 300 m的情況作為例子，考慮在－8‰下坡情況下，按照軌道車運行控制設備技術規(guī)范附錄A.1的計算方法，L燈的開口限速可以達到111 km/h，L2燈的開口限速可以達到128 km/h，L3燈的開口限速可以達到139 km/h，L4燈的開口限速可以達到146 km/h，L5燈的開口限速可以達到152 km/h。

2.2.2 本方案優(yōu)缺點

1)優(yōu)點。不必升級現(xiàn)有的GYK硬件設備;較少更改現(xiàn)有的GYK基本數據格式，內容上僅需增加信號機位置信息以及80 km/h以上的區(qū)段限速和臨時限速數據;多數情況下，區(qū)間的通過信號機可以幫助司機完成自動對標，減少安全隱患;車輛運行效率提高較多。

2)缺點。車載數據換裝次數大大增加，有些地方本身換裝困難，無法采用本方案;基本數據編制及維護工作量大大增加;數據換裝不到位容易產生安全隱患;坡度數據顯得更加重要。

2.3 為GYK增加BTM設備(方案三)

2.3.1 基本方案

地面點式應答器的使用已經在高速鐵路得到很大程度的推廣，尤其在高速軌道車運行路段。應答器數據已經包含線路限速、臨時限速、坡道等細節(jié)，即使沒有基本數據，也足以指導軌道車安全運行。有源應答器和無源應答器的數據組合，能夠指導軌道車完成區(qū)間通過運行，車站正線、側線停車或通過，區(qū)間作業(yè)等任務。GYK增設BTM設備以后，可以直接讀取應答器信息?？剀嚪桨溉匀豢梢钥紤]“速度分級控制”和“速度連續(xù)控制”相結合，80 km/h以下部分仍然按照技術規(guī)范的方法采用分級控制，80 km/h以上部分采用連續(xù)控制，這樣能夠在兼顧兼容性的同時最大程度提高軌道車運行效率。

2.3.2 本方案優(yōu)缺點

1)優(yōu)點。能降低管理成本，提高安全性，提高對標精度;支線轉移、交路轉移、尾部過岔、出站狀態(tài)切換等作業(yè)不需司機操作，避免對揭示數據的依賴，司機操作減少;正常監(jiān)控模式中減少“目視”狀態(tài)，減少“解鎖”操作;基本數據的換裝重要性下降，即使沒有及時換裝，僅影響部分顯示效果，不影響行車效率和安全。

2)缺點。設備成本增加較多;不適合那些沒有應答器的路段。

2.4 方案比選

綜合以上三種方案特點，考慮技術、管理及發(fā)展因素，GYK增加BTM設備的方案(方案三)優(yōu)于其他方案，可作為提高工務機械車運行效率的推薦方案，圍繞該方案進行了現(xiàn)場試驗驗證。

3 為GYK增加BTM設備方案的現(xiàn)場試驗

3.1 現(xiàn)場行車基本數據

在完全監(jiān)控模式，GYK收到應答器數據，并滿足提速條件，當機車信號為 L5，L4，L3，L2，L 燈時，以控車所需的基本參數(軌道電路信息、應答器信息、軌道車參數)為依據，以 LU燈的出口限速80 km/h為目標，生成目標距離控制曲線(圖示頂棚速度為160 km/h)，LU燈以下機車信號采用分級速度控制，以本分區(qū)信號機位置為目標，監(jiān)控軌道車運行(參見圖1)。

圖1 速度控制示意

當機車信號為 L5，L4，L3，L2，L，LU 時，GYK 根據應答器信息和機車信號信息按照前方LU區(qū)段出口限速80 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為U2S時，GYK保持限速80 km/h至當前閉塞分區(qū)出口。當機車信號為U或U2時，GYK根據應答器信息按照當前閉塞分區(qū)出口限速60 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為黃2閃(U2S)時，GYK保持限速80 km/h至當前閉塞分區(qū)出口。當機車信號為黃(U)或黃2(U2)時，GYK根據應答器信息按照當前閉塞分區(qū)出口限速60 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為雙黃(UU)、雙黃閃(UUS)時，GYK根據應答器信息按照當前閉塞分區(qū)出口限速45 km/h進行連續(xù)曲線計算。當機車信號為紅黃(HU)燈時，GYK根據應答器信息按照當前閉塞分區(qū)末端停車進行連續(xù)曲線計算。

3.2 試驗目的

驗證GYK正常監(jiān)控模式運行，應答器報文接收完整后可進入提速狀態(tài)，GYK運行控制曲線的正確性。驗證正常監(jiān)控模式人工臨時限速、報文線路限速和報文臨時限速能夠正確控制。驗證利用報文里程信息校正公里標的正確性。驗證正常監(jiān)控模式進入提速狀態(tài)時，L5等機車信號掉碼變?yōu)锽燈的控制功能。驗證正常監(jiān)控模式進入提速時，進站停車控制功能。驗證GYK區(qū)間作業(yè)進入模式運行，應答器報文接收完整后可進入提速狀態(tài)，GYK運行控制曲線的正確性。驗證GYK區(qū)間作業(yè)返回模式運行，應答器報文接收完整后可進入提速狀態(tài)，GYK運行控制曲線的正確性。

3.3 試驗設備及條件

試驗設備包括 GCY-300Ⅱ型重型軌道車1臺，GYK設備、BTM主機和BTM天線。

軟件采用BTM程序版本 V1.0.1 20120410、監(jiān)控記錄板程序版本 V1.1.0 20120312、監(jiān)控記錄單元程序版本 V1.1.0.20120312。

滬昆高鐵嘉興南到海寧西間UUS燈型限速為45 km/h，為了便于觀察試驗效果，設置編組限速 160 km/h，但是限制司機運行時不超過80 km/h。

3.4 試驗內容

試驗內容包括:①手動輸入用于試驗的“臨時限速”;②軌道車位置設定;③設置監(jiān)控狀態(tài)。

設置后界面顯示正常，司機正常發(fā)車后不久，應答器數據接收完整，提示司機進入提速狀態(tài);正常監(jiān)控側線進站運行正常，應答器數據接收正常，應答器自動對標功能正常，應答器數據中道岔限速(類型設置為“有計劃臨時限速”)讀取正常，機車信號及絕緣節(jié)接收正常。途中，人工臨時限速響應正常。運行途中出現(xiàn)短暫的掉碼，限速曲線會在前方第二架信號機前閉口(如果降速曲線距離不足，會在留出司機人工反應時間的前提下畫出降速曲線)，短暫的掉碼不會影響運行效率，掉碼顯示見圖2。嘉興南站的進站過程，體現(xiàn)了“速度連續(xù)控制”和“速度分級控制”的結合。從最后一個L5的公里標和距離，可以推算前方 LU燈的“速度連續(xù)控制”目標位置在86.270 km處，參見圖3。進入“速度分級控制”階段，由于有了信號機位置，目標限速可以在前方信號機附近到位，大大提高運行效率。U燈的DMI界面如圖4。進站信號機附近的應答器數據幫助GYK自動對標，精確定位后可以將目標控制位置推進到前方信號機，大大提高咽喉區(qū)運行效率，避免了目視狀態(tài)的解鎖和多次警惕操作，減少司機出錯的可能性。越過進站信號機瞬間DMI界面如圖5。

圖2 掉碼顯示(單位:mm)

圖3 進站速度控制顯示

圖4 速度分級控制顯示

圖5 進站信號機顯示

3.5 試驗結論

1)GYK能夠及時判斷應答器數據的完整性，提供提速條件指示，在司機確認后才進入提速狀態(tài);LU碼以上的信號適合連續(xù)控制方式應用，LU碼以下的信號可以繼續(xù)使用分級控制方式，既改進了控車方式，又與正常監(jiān)控有很好的兼容性。

2)動車組使用的應答器數據同樣適合GYK使用，當前的GYK+BTM方案控車更加到位，提高行車效率。

3)路邊的公里標本來就有誤差，高速運行的軌道車造成的視覺效果嚴重影響司機的人工對標操作，容易造成安全隱患。利用應答器位置實現(xiàn)自動對標，可靠精準，既減少了司機的操作，又提高了安全性。

4)提高停車信號的執(zhí)行效率，限速曲線更加到位，減少了對“目視狀態(tài)”的依賴，減少了司機盲目“警惕”的安全隱患。

5)使用應答器數據后，GYK定位更加準確，區(qū)間作業(yè)的效率和安全性有明顯提高。

6)掉碼后GYK會及時限制列車的運行，短暫的掉碼不影響運行效率。

7)人工揭示可以和應答器數據組合使用，人工臨時限速可以正常響應。

8)應答器數據已經提供了線路限速，包括道岔的限制速度，減少了司機提前解鎖的風險，這同樣有利于提高行車效率和安全性。

9)在信號開通的情況下，正向行駛和反向行駛的運行效果是一樣的。GYK可以不再依賴對基本數據的“反向”使用。

10)基本數據的換裝重要性下降，即使沒有及時換裝，僅影響部分顯示效果，不影響行車效率和安全。

4 結語

提高工務機械車運行速度，如采用既有GYK進行運行控制，會帶來公里標定位誤差增加、司機對標困難等問題，因此，為GYK增加BTM設備，接收鐵路地面發(fā)碼數據并納入控車技術是解決工務機械車高速運行安全控制的理想方案之一。當然，要納入技術推廣范圍，還需要進一步進行研究，完善控車方案，對技術規(guī)范作出合理的補充。另外，速度的提高，增加了制動距離，需對軌道車的制動距離的設定標準進行調整。

［1］中華人民共和國鐵道部．科技運［2010］136號 CTCS-2級列控系統(tǒng)應答器應用原則［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［2］中華人民共和國鐵道部．運基信號［2010］635號 軌道車運行控制設備技術規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［3］中華人民共和國鐵道部．科技運［2010］138號 列控中心技術規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［4］中華人民共和國鐵道部．運基信號［2010］48號 軌道車運行控制設備(GYK)運用維護管理辦法［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

U279．2

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．41

1003-1995(2013)04-0134-04

2012-12-20;

2013-01-20

周毅(1969— )，男，安徽臨泉人，高級工程師。

(責任審編 王 紅)