机车安全导航系统的研究与应用
导读：随着莱钢生产规模的扩大，莱钢运输部机车也随之增加，运输生产越来越繁忙，铁路线状况越来越复杂，为了对运输生产控制和监督，提高机车的行车安全，我部引进了机车安全导航系统,为调车作业的现代化管理提供先进、可靠的技术手段。本系统集调车作业计划无线传输、机车运行安全防护、无线调车机车信号和监控系统、机车速度及位置的动态跟踪、机车工况数据采集等功能于一体。机车安全导航系统分为地面中央处理系统和机车移动信息终端两大部分组成。
关键词：机车，安全，导航
随着莱钢生产规模的扩大，莱钢运输部机车也随之增加，运输生产越来越繁忙，铁路线状况越来越复杂，为了对运输生产控制和监督，提高机车的行车安全，我部引进了机车安全导航系统,为调车作业的现代化管理提供先进、可靠的技术手段。
1.系统结构组成
本系统集调车作业计划无线传输、机车运行安全防护、无线调车机车信号和监控系统、机车速度及位置的动态跟踪、机车工况数据采集等功能于一体。
为保证地面中央处理系统与机车移动信息终端之间无线通讯的实时性，以及尽可能的减少无线通讯的盲点区域，在每个站场设置一套地面中央处理系统。设置在各个站场的地面中央处理系统之间通过光纤网络与货物车辆实时跟踪系统及接口机连接。论文格式。地面中央处理系统与安装在各机车上的机车移动信息终端之间实现无线双向通讯，用以传递站场画面信息、调车作业计划单、机车速度及位置等相关动态信息。
2.系统构成及主要设备组成
机车安全导航系统分为地面中央处理系统和机车移动信息终端两大部分组成。论文格式。
2.1地面中央处理系统
地面中央处理系统包括室内和室外两个部分。室内部分主要包括由两台运算能力较强的主机组成双机热备系统，UPS电源，一个数传电台及天线，一台GPS接收器及天线等。室外部分包括地面应答器和与之配套的连接线缆等设备组成,如图1所示。
2.2机车移动信息终端
机车移动信息终端由车载主机、数传电台、机车工况数据采集仪、10.4寸液晶显示屏、操作用小键盘、车载GPS接收器、录音话筒、车载无线调车等主要设备组成,如图2所示。
3.系统主要功能
3.1实时动态跟踪和定位功能(1)在机车显示屏上动态实时显示本机车位置信息;(2)在机车显示屏上动态实时显示前方信号状态和距离，当机车进入指定安全区域时，将会有语音信息提示前方信号灯状态和安全报警信息;(3)在机车显示屏上动态实时显示机车速度、柴机转速、总缸气压、列车管压、制动缸压、手柄位置等相关信息;(4)对机车驾驶室内环境进行实时录音，如：正、副驾驶的呼唤应答信息;司机与调车员、连接员、调度员之间的语音通讯信息等;(5)当有两辆(或以上)机车进入同一股道时，将向本股道所有机车实时传递相对距离，并以图形化显示机车相对位置，当机车距离小于指定安全距离时，将以语音提示安全警告信息;(6)在调监系统上动态实时显示全场机车位置信息3.2安全防护功能(1)防止调车作业时车列冒进禁止显示的阻挡信号机。论文格式。(2)防止调车作业时车列越过站场规定的停车点(一度停车位，分区点，站界等)。(3)控制车列在尽头线安全距离前方停车。4)防止调车作业车列运行速度超过道岔、线路、特殊车辆等允许的最高限速。(5)防止连挂作业时超过连挂作业允许的最高速度。3.3调车作业计划传输功能(1)自动读取并发送调车作业计划到相应机车上;(2)机车显示屏上可显示接收到的调车作业计划。
3.4人机交互功能(1)在车载显示器和车务终端上实时显示：在指定范围内实时显示同一股道上其他机车位置和本机位置。以站场图形方式实时显示行、调车作业状况。以图标方式实时跟踪显示调车车列在调车作业区的位置。以文本方式实时显示调车作业关键状态信息。(2)在车载显示器上实时显示本作业车列前方信号状态、调车限速、防护距离和平调信号控制命令。(3)司机通过小键盘实现调车作业单查询、勾作业确认等操作。(4)车务值班人员通过车务终端键盘或鼠标实现调车作业通知单录入、编辑和打印等功能。(5)通过车载主机喇叭向司机发出语音提示、报警音响。
3.5记录处理功能(1)在地面主机、车载主机和监控装置主机中分别记录并保存调车作业过程的实时信息。(2)通过转储设备可以将车载主机和监控装置主机中记录的数据转移到地面设备，进行分析处理。(3)在车务终端上可以对调车作业的历史记录进行回放和查询检索。
4.主要功能实现的原理
4.1实时动态跟踪和定位功能(1)机车移动信息终端通过车载GPS接收器实时接收到本机车的`坐标位置，并同时通过无线方式实时接收地面GPS的坐标位置，通过差分计算后可获得机车准确的坐标位置，并将此坐标位置由无线方式传回地面中央处理系统。(2)地面中央处理系统把从货车实时跟踪系统和接口机获取的相关数据合成加工后通过无线方式发送到机车移动信息终端，机车移动信息终端结合本机车的GPS坐标位置即可在显示屏上动态显示站场画面及机车位置、速度等相关信息。(3)在某些关键位置设置地面应答器。当机车经过地面应答器进入该股道时，从应答器获得机车所处的位置信息，系统从这个位置开始对机车随后的运行轨迹进行实时跟踪。当机车退出该股道并经过应答器时，系统结束实时跟踪，待机车再次经过地面应答器进入该股道时重新开始新一轮的实时跟踪。(4)地面中央处理系统实时接收各机车的位置、速度等相关信息，通过数据合成加工后可在调监系统上动态显示机车的相关信息。(5)系统可根据GPS、地面应答器、微机联锁及货车实时跟踪系统的相关信息等多方面实现机车的动态跟踪和定位。假如其中某一部分出现短暂故障，系统仍可对机车进行动态跟踪和定位。
4.2安全防护功能(1)同一股道机车防撞
①根据微机联锁系统传入的地面信号状况，判断有机车A和机车B进入同一股道作业，或是机车A和机车B同时进入干线，地面中央处理系统将把从机车A和机车B接收到的位置、速度等信息实通过无线方式实时发送给机车B和机车A ;②车A和机车B接收到本股道上其他机车的位置、速度等相关信息后，在显示屏上实时显示本机车及对方机车的位置，以及两机车之间距离和相对速度。
(2)防止调车作业时车列冒进禁止显示的阻挡信号机
当某机车在进入道岔指定的安全警戒区域后，地面中央处理系统会把机车前方地面信号和机车与信号机间距离等相关信息发送给机车移动信息终端，车载主机软件以图形界面和语音提示等来对司机提出友好警示，并根据公式算出车辆是否需要减速，如需要会给予语音和图形提示;当车辆需减速或停止时，但车辆还继续前进，车内自动安全系统将会报警，并根据情况自动停。
4.3调车作业计划传输功能(1)地面中央处理系统定时从数据库读取调度员下达的调车作业计划，并通过无线方式将调车作业计划发送到相应的机车上.(2)当机车上接收到调车作业计划时，会有语音提示司机确认接收，接收到的调车作业计划可直观的在显示屏上显示。(3)机车移动信息终端可将机车接收到调车作业计划的时间以及整张调车作业计划单的完成时间传回地面中央处理系统
5. 结束语
通过在莱钢轧钢站3台机车上安装机车安全导航系统后的使用情况来看，机车安全导航系统可以显著提高机车调车作业效率，增加机车作业人员在作业过程中的安全性，并大幅降低了机车的各项损耗，有效降低了生产成本。
参考文献
[1] 姚晓宁.基于GSM-R 的铁路通信网络设计[J]电子设计工程.2009,3.
[2] 段金辉.机车行车信息无线传输系统的研究[D]吉林大学硕士学位论文.2006,6.
[3]沈锋.无线电导航系统信号接收技术[M]国防工业出版社.2010.
[4]黄智刚.无线电导航原理与系统[M]北京航天航空大学出版社.2007.
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