無線測距技術(shù)在大型養(yǎng)路機(jī)械車間防撞中的應(yīng)用研究

徐濟(jì)松，高春雷，王發(fā)燈，孫宏方

(1.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081;2.朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西原平034100)

無線測距技術(shù)在大型養(yǎng)路機(jī)械車間防撞中的應(yīng)用研究

徐濟(jì)松1，高春雷1，王發(fā)燈1，孫宏方2

(1.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081;2.朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西原平034100)

基于無線測距技術(shù)研發(fā)了大型養(yǎng)路機(jī)械車間距離預(yù)警裝置，該裝置利用無線通訊技術(shù)實現(xiàn)大型養(yǎng)路機(jī)械施工機(jī)組車間距離、標(biāo)識等信息的實時共享，可有效預(yù)防同一施工區(qū)間內(nèi)車間碰撞事故的發(fā)生。無線測距技術(shù)不受惡劣天氣和環(huán)境因素的影響，能滿足大型養(yǎng)路機(jī)械全天候作業(yè)的需求。無線通訊技術(shù)具有自動組網(wǎng)功能，且具有較強(qiáng)的組網(wǎng)能力，便于實現(xiàn)車間信息的及時共享?，F(xiàn)場試驗表明車間距離預(yù)警裝置測距誤差＜2 m，能有效降低車輛跟蹤運(yùn)行和聯(lián)掛時發(fā)生碰撞的風(fēng)險。

大型養(yǎng)路機(jī)械 車間防撞 無線測距 無線通訊

國內(nèi)大型養(yǎng)路機(jī)械施工機(jī)組采用開天窗的模式封鎖線路進(jìn)行作業(yè)。在同一施工天窗、同一區(qū)間內(nèi)大型養(yǎng)路機(jī)械之間及與其他施工車輛間均存在碰撞風(fēng)險。在封鎖區(qū)間內(nèi)的作業(yè)車輛較多，同一機(jī)組的不同車型須分開一定距離，跟蹤運(yùn)行，作業(yè)完成后各車型需要聯(lián)掛和編組。在視野較差和距離太短的情況下，司機(jī)發(fā)現(xiàn)前面的車輛后往往不能及時停車，從而發(fā)生碰撞。為防止車輛間碰撞，僅依靠施工人員監(jiān)控、聯(lián)控來保證，存有安全隱患，在疲勞作業(yè)、違章作業(yè)、聯(lián)控不到位等情況下難以保證安全。

本文介紹基于無線測距技術(shù)研發(fā)的大型養(yǎng)路機(jī)械車間距離預(yù)警裝置。該裝置將無線測距技術(shù)與無線通訊技術(shù)相結(jié)合來有效預(yù)防大型養(yǎng)路機(jī)械施工機(jī)組作業(yè)時車間碰撞事故的發(fā)生。

1 無線測距技術(shù)簡介

大型養(yǎng)路機(jī)械車間距離預(yù)警裝置采用無線測距技術(shù)對車間距離進(jìn)行測量。無線測距模塊由無線測距探測器和標(biāo)簽兩部分構(gòu)成，探測器接收對應(yīng)的標(biāo)簽返回的無線電信號，計算兩者之間的距離。具體應(yīng)用時，在每套預(yù)警裝置中均安裝有一個探測器和一個標(biāo)簽，在對其他標(biāo)簽進(jìn)行測距的同時，可被其他探測器探測。無線測距原理如圖1所示。

測距功能實現(xiàn)過程如圖2所示。無線測距探測器發(fā)送無線電信號到無線測距標(biāo)簽，T1為無線測距探測器第1次發(fā)送信號到第1次接收到信號所經(jīng)歷的時間;T2為無線測距標(biāo)簽第1次接收到信號到第1次發(fā)出信號所經(jīng)歷的時間;T3為無線測距探測器第2次接收信號到第2次發(fā)送信號所經(jīng)歷的時間;T4為無線測距標(biāo)簽第2次發(fā)送信號到第2次接收到信號所經(jīng)歷的時間。則一次測量過程中，無線電波所經(jīng)歷的總時間T=T1-T2+T4-T3。

圖1 無線測距原理示意

圖2 測距過程原理

無線電波在空氣中的傳播速度為光速C，經(jīng)歷的路徑總長為CT，而此過程中無線電波往返了2次，所以可以得到無線測距探測器和標(biāo)簽的距離為CT/4。

2 車間距離預(yù)警裝置

2.1 組成

大型養(yǎng)路機(jī)械車間距離預(yù)警裝置由處理單元、天線組、語聲報警裝置、PC顯示端等組成，如圖3所示。

圖3 車間距離預(yù)警裝置組成示意

由2套以上(含2套)大型養(yǎng)路機(jī)械車間距離預(yù)警裝置組成車間防碰撞體系，如圖4所示。

圖4 車間防碰撞體系示意

多套預(yù)警裝置按一定的編組順序設(shè)定后，頭車(車1)和尾車(車n)對相鄰編號車輛進(jìn)行預(yù)警，中間車輛則各自分別對前后車進(jìn)行防撞預(yù)警。

2.2 性能試驗

對由車間距離預(yù)警裝置組成的車間防撞體系性能進(jìn)行試驗，主要是通過系統(tǒng)模擬運(yùn)行檢驗距離預(yù)警裝置在不同速度等級下預(yù)警的準(zhǔn)確性和實時性。

試驗時對3套設(shè)備進(jìn)行編組，前車裝載1號設(shè)備，后車裝載3號設(shè)備。動態(tài)試驗時測量車裝載2號設(shè)備以一定的試驗速度在前車與后車之間往返行駛，并實時記錄2號車距前車和后車的間距。編組方式如圖5所示。

圖5系統(tǒng)模擬試驗示意

圖6 為不同速度下車間距測量結(jié)果對比?？梢?，在空曠區(qū)域試驗條件下，車間防撞體系最大工作距離＞600 m，測距精度優(yōu)于±2 m，能滿足大型養(yǎng)路機(jī)械車間跟蹤運(yùn)行和聯(lián)掛的應(yīng)用需求。

圖6 不同速度下車間距測量結(jié)果對比

3 應(yīng)用實例

2015年8月，對安裝于“兩搗一穩(wěn)”施工機(jī)組的車間距離預(yù)警裝置進(jìn)行了現(xiàn)場測試?！皟蓳v一穩(wěn)”施工機(jī)組由2臺DCL-32連續(xù)走行搗固車和1臺WD-320軌道動力穩(wěn)定車組成。每臺車安裝1套車間距離預(yù)警裝置，組成車間防撞體系?，F(xiàn)場測試結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場測試結(jié)果

表1表明，由基于無線測距技術(shù)的大型養(yǎng)路機(jī)械車間距離預(yù)警裝置組成的車間防撞體系在空曠的線路條件下，測距誤差＜2 m，能滿足車間跟蹤運(yùn)行和聯(lián)掛時的防撞要求。

4 結(jié)語

基于無線測距技術(shù)研發(fā)的大型養(yǎng)路機(jī)械車間距離預(yù)警裝置，將無線測距與無線通訊相結(jié)合實現(xiàn)了車間距的測量。由該裝置組成的車間防撞體系上線自動運(yùn)行，無需人工干預(yù)，能有效預(yù)防大型養(yǎng)路機(jī)械施工機(jī)組作業(yè)時車間碰撞事故的發(fā)生。在搗固車與穩(wěn)定車組成的施工機(jī)組上進(jìn)行了現(xiàn)場測試，驗證了無線測距技術(shù)在大型養(yǎng)路機(jī)械車間防撞體系中應(yīng)用的可行性。

［1］蘇寶平，周剛.基于微波雷達(dá)的軌道車防撞報警系統(tǒng)設(shè)計［J］.計算機(jī)測量與控制，2013，21(6):1648-1653.

［2］薛安林.基于無線測距技術(shù)的清篩機(jī)污土帶輔助避障系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］.鐵道建筑，2013(6):160-164.

［3］高春雷，王發(fā)燈.清篩機(jī)污土輸送裝置避障系統(tǒng)的設(shè)計［J］.鐵道建筑，2007(8):97-99.

［4］韓雪原，王瑞榮，段翠翠.基于Zigbee定位系統(tǒng)節(jié)點及測距技術(shù)研究［J］.杭州電子科技大學(xué)學(xué)報，2012，32(6):157-160.

［5］梁勇.GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在軌道檢查車?yán)锍绦Ｕ到y(tǒng)中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2008(11):96-97.

Study on application of wireless ranging technology to avoid large machines collision

XU Jisong1，GAO Chunlei1，WANG Fadeng1，SUN Hongfang2
(1.Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China; 2.Yuanping Branch，Shuohuang Railway Development Co.Ltd.，Yuanping Shanxi 034100，China)

T he vehicle distance warning device of large maintenance machine was developed based on wireless ranging technology，which achieves real-time sharing of vehicle spacing and identification of large maintenance machine construction unit car by wireless communication technology and prevents vehicles in the same construction area frombeing collided with each other.W ireless ranging technologyis not affected bybad weather and environmental factors，which can satisfy the all-weather operation demand of large maintenance machine.T he wireless communication technology has the function of automatic networking and has strong networking ability，which could achieve real-time information sharing among vehicles.Field test showed that ranging error of vehicle distance warning device is less than 2 m，which could effectively reduce the collision risk of vehicle tracking and linking operation.

Largemaintenancemachine;Avoidinglargemachinescollision;W irelessranging;W ireless communication

U216.6;U216.9

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.12.31

1003-1995(2015)12-0120-03

(責(zé)任審編李付軍)

2015-08-26;

2015-09-12

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目(2013G006)

徐濟(jì)松(1982—)，男，助理研究員，碩士。