鐵水聯(lián)運碼頭前沿車船直取車輛交接安全防護系統(tǒng)及方法

蔡家軍

(中鐵武漢勘察設計研究院有限公司，武漢 430074)

1 概述

鐵路專用線引入港口棧橋或碼頭前沿，集裝箱船舶裝載集裝箱靠泊碼頭，岸橋對集裝箱船進行裝卸船操作，岸橋吊車將集裝箱貨物直接從船舶轉運到鐵路車輛上或由鐵路車輛直接轉運到船舶，無需中轉堆場和場內集卡車等水平運輸設備。由岸橋吊直接將集裝箱一次裝卸完成車船接駁，可以解決疏港鐵路“最后一公里”銜接不暢的問題，減少港口倒裝、減少搬運次數(shù)，降低倒裝時間，降低接駁成本，由此構建鐵水聯(lián)運高效率綜合交通運輸體系。

港口裝卸線直接利用港口棧橋碼頭平臺，在棧橋岸橋或門機走行軌之間設一條盡頭式裝卸線。引入鐵路裝卸線上碼頭，新鋪設鐵路軌道覆蓋港口泊位，并利用碼頭吊裝設備進行集裝箱裝卸作業(yè)。鐵路作業(yè)線布置于岸橋起重機（岸橋）或門座起重機（門機）裝卸范圍內，鋪設鐵路鋼軌作為裝卸線。集裝箱船舶裝載集裝箱靠泊碼頭，岸橋對集裝箱船進行裝卸船操作，岸橋吊車將集裝箱貨物直接從船舶轉運到鐵路車輛上或由鐵路車輛直接轉運到船舶，無需中轉堆場和場內集卡車等水平運輸設備，降低集裝箱聯(lián)運中轉時間，提高作業(yè)效率。

在該作業(yè)過程中鐵路調車機車用途是車站與港口裝卸線之間的取送車作業(yè)，不配備自動化控制系統(tǒng)。鐵路調車機推送車輛進入港口裝卸線后停在指定位置，調車機車摘鉤退出裝卸線離去。由具有精確定位功能的軌道牽引車在另一端連接車輛后，牽引鐵路車輛在港口前沿碼頭上前進或后退，實施裝卸車輛在岸橋下精確定位移動，配合岸橋快速裝卸作業(yè)。

岸橋及門座起重機裝卸集裝箱時，大車基本不做縱向移動，吊具小車在船舶與車輛之間橫向移動裝卸集裝箱；鐵路車輛在軌道牽引車的帶動下沿著裝卸線縱向移動，待裝卸車輛與岸橋保持相對定位，每作業(yè)完一組集裝箱后，軌道牽引車推動集裝箱車輛前進或后退一個集裝箱箱位，并與岸橋吊具對位，岸橋進行下一鉤的車船裝卸作業(yè)。岸橋在船舶和鐵路車輛之間連續(xù)裝卸集裝箱。集裝箱裝卸岸橋、門吊設備橫向大車基本不需要移動，提高了裝卸效率。

軌道牽引車采用電機驅動，通過牽引使裝卸編組車輛前進后退與岸橋保持精確定位。整列車作業(yè)完后，軌道牽引車與裝卸車輛脫鉤分離，再由調車機車進入裝卸線，連接鐵路車輛，牽引完成裝卸作業(yè)的集裝箱車列駛離碼頭，集裝箱車船直取裝卸作業(yè)完成。

圖1 碼頭前沿車船直取車輛交接示意圖Fig.1 Schematic diagram of vehicle handover at wharf apron

如圖1所示，基于鐵路裝卸線引入到港口碼頭棧橋或碼頭前沿，由軌道牽引車牽引車輛移動定位配合岸橋實現(xiàn)車船直取裝卸作業(yè)模式下，提出一種控制軌道牽引車與取送車調車機車的車輛安全交接的系統(tǒng)和方法。車地安全控制系統(tǒng)與港口棧橋上軌道牽引車聯(lián)動，建立一套軌道牽引車與調車機車安全接駁業(yè)務流程和控制系統(tǒng)，保障港口碼頭上軌道牽引車與鐵路取送調車機的車輛交接作業(yè)安全。

2 系統(tǒng)結構與功能

鐵水聯(lián)運軌道牽引車的車地安全防護系統(tǒng)由地面信號防護子系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)，區(qū)段檢測子系統(tǒng)、室內監(jiān)控子系統(tǒng)組成。如圖2所示。

圖2 軌道牽引車車輛交接安全防護系統(tǒng)結構圖Fig.2 Vehicle handover safety protection system structure diagram

地面信號防護子系統(tǒng)由防護信號機D1、D2及信號控制器組成，用于防護裝卸線作業(yè)區(qū)域的岸橋、門吊、裝卸車輛和軌道牽引車不受外來機車車輛沖撞，防護調車機車在取送車過程中不受軌道牽引車的沖撞，指揮調車機車及車輛進入港口作業(yè)區(qū)的時機。

區(qū)段檢測子系統(tǒng)由設在港口碼頭作業(yè)區(qū)的分界L1處的計軸或軌道電路，L3機窩B處的牽引車定位裝置（計軸或行程開關）組成，用于檢測調車機車、裝卸車輛、軌道牽引車在港口作業(yè)區(qū)的區(qū)段位置定位。

監(jiān)控子系統(tǒng)設置于港口機房內，設有防護信號機控制電路、區(qū)段定位監(jiān)測裝置、機車車輛車號信息交換設備。監(jiān)控系統(tǒng)用于地面信號防護子系統(tǒng)、調車機車、軌道車輛、軌道牽引車定位系統(tǒng)與軌道牽引車車載子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換，控制系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)流程，保證港口棧橋上軌道牽引車與鐵路調車機車在作業(yè)中相互不發(fā)生沖撞，確保作業(yè)安全。

軌道牽引車車載子系統(tǒng)用于控制軌道牽引車運行，從而牽引鐵路集裝箱車輛運行；收集軌道牽引車的各種狀態(tài)信息，通過車載通信系統(tǒng)與防護控制系統(tǒng)進行信息交互。接受并執(zhí)行監(jiān)控子系統(tǒng)的防護指令。

3 系統(tǒng)設置方案

為保障調車車輛與軌道牽引車安全，在碼頭前沿港口棧橋作業(yè)區(qū)設置安全防護系統(tǒng)，避免調機車輛與軌道牽引車出現(xiàn)安全事故，調車機和軌道牽引車在固定位置交接車輛。

1）調度信息交換系統(tǒng)

鐵路港灣站調度系統(tǒng)與港口調度系統(tǒng)有信息交換系統(tǒng)，用于交換港口與鐵路之間的貨物、裝卸車作業(yè)計劃和實時作業(yè)進度信息。車站調度與港口調度間的信息交換系統(tǒng)可以是專用網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)自動、手動傳輸交換，人工語音通信交換，紙質現(xiàn)場、傳真、圖像信息交換。

2）港灣站出站口端區(qū)段監(jiān)測裝置

設置檢測鐵路機車車輛進入退出港口專用線的區(qū)段檢測裝置，檢測鐵路車站向港口駛入、駛出港灣站列車、調車機車、車列的時機。檢測到的信息通過調度信息交換系統(tǒng)傳遞給港口調度系統(tǒng)。

出站口區(qū)段監(jiān)測裝置可以是信號聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，軌道電路裝置，軌道計軸監(jiān)測裝置，車輪傳感器，車號識別裝置，也可以是人工判斷方式。

3）港區(qū)作業(yè)安全防護系統(tǒng)

港區(qū)作業(yè)安全防護系統(tǒng)設置港口作業(yè)防護區(qū)域，防護范圍由3段組成L1、L2、L3：防護區(qū)長度L1，鐵路裝卸線棧橋邊緣至走行線防護區(qū)邊界的長度是設計裝卸車列的最大長度；港口碼頭前沿裝卸線長度L2，L2裝卸區(qū)長度是設計裝卸區(qū)車列（含牽引車）的最大長度的2倍，即碼頭前沿（或棧橋）裝卸線長度是車列最大長度的2倍（不含機窩）；機窩B長度L3是軌道牽引車車體長度及制動距離之和，如圖3所示。

在港區(qū)作業(yè)防護區(qū)走行線L1入口端（邊界），設置區(qū)段檢測裝置（車輪傳感器或計軸器或軌道電路）檢測車輛出入L1區(qū)段，或利用港口調度系統(tǒng)設在此處的車號識別系統(tǒng)，檢測調車機車和車輛進入和退出港口作業(yè)防護區(qū)L1的實時狀態(tài)。

L1邊界處設有面向港口外側的防護信號機D1，用于防止外來的調車機車、車輛在港口裝卸線車船直取作業(yè)過程中對裝卸機具、車輛和牽引車引起的可能沖撞進行防護。

圖3 車輛交接安全防護系統(tǒng)布置圖Fig.3 Vehicle handover safety protection system layout

在港口碼頭前沿裝卸線入口處（L1、L2分界）設置停車標，鐵路調車機車在L1區(qū)段停車標處停車，車輛停在L2區(qū)段內交接車輛。入口處區(qū)段檢測裝置（車輪傳感器、計軸器、軌道電路），檢測L1區(qū)段是否有車占用。

停車標前方可以設置為軌道牽引車平時停車位，即機窩A，機窩可以設置在碼頭前沿裝卸線入口端（機窩A）或盡頭端（機窩B），盡頭端的機窩為機窩B，機窩A不影響港口棧橋上集卡車和岸橋作業(yè)通行。機窩B設置位置也盡量不影響港口碼頭前沿作業(yè)。

停車標外方裝卸車輛作業(yè)區(qū)域L1設防護邊界，防護邊界為碼頭前沿入口外延一列設計最大裝卸車列（含牽引車）的長度；調車機及車列車輛需根據(jù)防護信號機D1的顯示是否允許通過或在D1信號機前停車。防護信號機D1亮禁止燈光，禁止調車機車和攜帶的車輛進入裝卸區(qū)，需在防護信號機前方停車；防護信號機D1亮允許燈光，允許調車機車推送車輛進入裝卸線作業(yè)區(qū)。在D1信號機處設置L1區(qū)段檢測裝置（車輪傳感器或計軸器）或車號識別裝置，監(jiān)測調車機車和車輛進出港口。

在港口碼頭前沿裝卸線盡頭裝設車檔，車檔前20 m處機窩B。

機窩B與裝卸線L2的交界處設置機窩牽引車位置區(qū)段檢測裝置B（計軸器B、軌道電路或行程開關），用于檢查機窩B處軌道牽引車的空閑與占用信息。機窩B處L3空閑，表示軌道牽引車處于作業(yè)狀態(tài)或在機窩A待命，機窩B處占用，表示軌道牽引車在L3安全區(qū)域。

在裝卸線與機窩B交界處設置有面向機窩B的防護信號機D2，用于防護調車機車在裝卸線取送車作業(yè)，防止牽引車同時對向移動引起的沖撞危險。

為保障行車安全，在港口碼頭前沿設置行車安全控制系統(tǒng)，避免調車機及車列與棧橋軌道牽引車出現(xiàn)安全事故。

調車機車與軌道牽引車在裝卸線機車停車標碼頭前沿一側L2固定區(qū)域交接車列車輛。

4 系統(tǒng)安全防護方法及流程

基于上述鐵水聯(lián)運車輛交接安全防護系統(tǒng)，對鐵水聯(lián)運車輛交接安全防護方法流程進行設計，如圖4所示，具體如下。

初始狀態(tài)軌道牽引車停在L1區(qū)段機窩A處，L3機窩B空閑，D1防護信號燈點禁止燈光，禁止港灣站調車機車及車輛進入港口碼頭前沿裝卸作業(yè)區(qū)。

調度指揮系統(tǒng)下達作業(yè)命令，調車機推送鐵路車列從港灣站出發(fā)。港灣站出站外方設置有出站口區(qū)段監(jiān)測裝置，從港灣站出發(fā)的調車機經(jīng)過出站口區(qū)段監(jiān)測裝置，出站口區(qū)段檢測裝置識別有車即將進入港口碼頭前沿作業(yè)區(qū)，鐵路車站調度系統(tǒng)向港口調度系統(tǒng)報告實施港口調車取送作業(yè)。港口調度系統(tǒng)向車輛安全防護控制系統(tǒng)下達調車取送作業(yè)開始通知。

安全防護控制系統(tǒng)接收到車號識別或車站出口區(qū)段檢測裝置有調車機車及車輛即將進入港區(qū)碼頭前沿作業(yè)區(qū)的信息后指令軌道牽引車向盡頭線車檔L3區(qū)段機窩B行進。軌道牽引車從L1區(qū)段機窩A處行駛至L3區(qū)段機窩B處，區(qū)段檢測裝置檢測軌道牽引車到達L3區(qū)段機窩B處，L3區(qū)段機窩B區(qū)段處此時為占用狀態(tài)，監(jiān)控子系統(tǒng)指令信號防護控制子系統(tǒng)D1防護信號燈點亮允許燈光，允許調車機車及車輛推送鐵路車列進入港口碼頭前沿裝卸作業(yè)區(qū)。

調車機車及車輛接收到D1防護信號燈點亮允許燈光信號，調車機車推送車列駛入裝卸作業(yè)區(qū)行駛到L1、L2區(qū)段分界機車停車標處（即接駁點）停車（車輛全部位于碼頭前沿裝卸線L2區(qū)段內，調車機車位于或部分位于走行線L1區(qū)段內）。區(qū)段檢測裝置監(jiān)測到調車機車及車輛進入L1、L2區(qū)段，向安全防護系統(tǒng)報告L1有調車機車存在，安全防護系統(tǒng)指令D2顯示禁止信號，指令軌道牽引車在L3區(qū)段停車并禁止移動，防護調車機車作業(yè)。

調車機車與鐵路車列摘鉤，離開走行線L1，反方向越過D1防護信號機，L1區(qū)段空閑，向安全控制系統(tǒng)報告調車機車離開港口防護區(qū)L1區(qū)段。調車機返回港灣站等待鐵路調度指揮系統(tǒng)下達的作業(yè)指令。

圖4 車輛交接安全防護系統(tǒng)作業(yè)流程Fig.4 Operation process of vehicle handover safety protection system

軌道區(qū)段檢測裝置檢測到L1空閑，安全控制系統(tǒng)下達D2開放信號指令，D2防護信號機顯示允許信號，允許軌道牽引車進入裝卸線接駁區(qū)進行車列牽引裝卸作業(yè)，軌道牽引車接收到作業(yè)指令后，進入裝卸區(qū)L2并與鐵路車列連接，牽引或推送鐵路車列在港口棧橋作業(yè)區(qū)裝卸線作業(yè)，L3區(qū)段機窩B區(qū)段空閑，監(jiān)控系統(tǒng)控制D1防護信號燈點亮禁止燈光，此時禁止調車機車及車輛進入裝卸作業(yè)區(qū)L1、L2區(qū)段。

軌道牽引車牽引鐵路車輛在港口碼頭前沿L1、L2區(qū)域運行，與岸橋裝卸作業(yè)配合運行，從港口停泊的船舶上轉運集裝箱。集裝箱車列裝卸完畢，軌道牽引車推送鐵路車列至接駁點（占用L1、L2區(qū)段），并與鐵路車列摘鉤。軌道牽引車行駛到盡頭線L3區(qū)段機窩B處，區(qū)段檢測裝置檢測軌道牽引車已到L3區(qū)段機窩B處，機窩B處L3區(qū)段為占用信號， 監(jiān)控子系統(tǒng)控制防護信號燈D1點亮允許燈光，允許調車機車進入港口裝卸作業(yè)區(qū)。

調車機車接收調度指揮系統(tǒng)命令，進入港口棧橋作業(yè)區(qū)牽引集裝箱車列。此時D1防護信號燈點允許燈光信號，允許調車機車越過D1信號機，進入港口裝卸作業(yè)區(qū)L1區(qū)段并與鐵路車列連接，此時D2顯示禁止燈光，禁止軌道牽引車離開L3區(qū)段機窩B。調車機車牽引鐵路車列離開L1、L2區(qū)段返回港灣站。

調車機車及車列離開裝卸作業(yè)區(qū)，牽引鐵路車列離開L1區(qū)段返回港灣站，L1區(qū)段空閑，安全控制系統(tǒng)指令D2防護信號機顯示允許信號，允許軌道牽引車離開L3區(qū)段機窩B。軌道牽引車完成一次港口集裝箱轉運作業(yè)任務后，軌道牽引車可以從機窩B處返回至機窩A處（即機窩位）停車, 等待下次作業(yè)。位置監(jiān)測子檢測系統(tǒng)檢測出機窩B處L3區(qū)段空閑，此時監(jiān)控系統(tǒng)向信號防護子系統(tǒng)下達指令，D1防護信號燈顯示禁止燈光，禁止調車機車及車輛駛入港口碼頭前沿作業(yè)區(qū)。

系統(tǒng)中的區(qū)段監(jiān)測子系統(tǒng)還可以采用由設在港口碼頭作業(yè)區(qū)的分界處鐵路車號識別系統(tǒng)，軌道牽引車上的車載GPS/BDS接收機定位裝置組成，用于檢測調車機車、裝卸車輛、軌道牽引車在港口作業(yè)區(qū)的區(qū)段位置定位。GPS/BDS接收機通過通信網(wǎng)絡與位置檢測子系統(tǒng)連接, 用來檢查機窩處軌道牽引車的空閑與占用信息。GPS/BDS民用碼精度誤差可以滿足軌道牽引車區(qū)段檢測精度要求。采用差分定位技術直接計算列車在三維空間坐標系中的絕對經(jīng)緯度坐標，再結合軌道電子地圖進行相應的換算即可得到列車在線路中的具體位置。

5 結束語

鐵水聯(lián)運碼頭前沿車船直取車輛交接安全防護系統(tǒng)可以解決港口作業(yè)區(qū)軌道牽引車與取送車調機機車的協(xié)同作業(yè)安全防護問題，保障鐵水聯(lián)運的安全運行。隨著中國鐵水聯(lián)運的蓬勃發(fā)展，研究鐵水聯(lián)運車船直取車輛交接安全防護問題, 將為后續(xù)工程提供參考和幫助。