新型厂内机车车辆定位系统研究
徐建军
摘? ?要：该文介绍了无线调车机车信号和监控系统设备的組成，分析了系统的输入输出信息，提出了基于无线调车机车信号和监控系统信息和物流管理系统的现车信息处理的铁路机车车辆定位技术研究的思路，从而深入研究管控一体化在铁路领域中的运用。该文对定位系统的设备构成、定位关键技术的研究及工程的实践等进行了详细阐述。该文研究的铁路机车车辆定位技术，已应用于钢铁等冶金企业，对企业管理的信息化建设做出重要的贡献。
关键词：无线调车机车信号和监控系统;机车车辆定位技术;研究
中图分类号：TP393? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
铁路机车车辆定位技术是铁路运输列车调车作业安全控制、机车车辆使用信息化管理的基础。当前，铁路机车车辆定位技术主要包括基于全球GPS或北斗系统通信卫星定位技术、基于地面车号识别技术、基于线路电子标签和机车读取器定位技术、基于地面应答器和机车读取器定位技术等。该文提供了一个基于无线调车机车信号、监控系统（以下简称STP系统）信息以及物流管理系统的车站现车信息处理的铁路机车车辆定位技术的思路。下面就先从STP系统开始介绍。
1 STP系统构成及主要功能
STP系统功能主要有在车站的集中联锁区域内，系统通过列车运行监控装置（以下简称LKJ），在机车上实现调车机车信号及站场图等信息的显示，并对车列、机车（单机）的牵引、推进、连挂等作业进行调车监控。
STP系统构成包括无线调车机车信号和监控系统，其结构详见《无线调车机车信号和监控系统暂行技术规范》。系统地面主机完成调车相关的信号、道岔、轨道电路区段等联锁信息及调车作业通知单等信息采集、处理，采用无线数据传输方式，向机车传送无线调车机车信号和有关信息，同时接收调车机车工作状态回执。系统可适应多台机车在同一车站同时调车作业。车载主机接收车载应答定位器接收模块的信息，与地面主机进行无线通信，进行信息计算及处理，向LKJ发送前方进路类型、进路限速、距防护点距离、防护信号、车辆辆数、《站细》规定的接风管条件等信息，LKJ根据这些参数计算到前方防护点的控制模式曲线，当机车速度超过模式曲线的限速值时，发出制动指令，起到防护作用。
2 STP系统输入输出信息
系统输入信息。1）系统地面主机与车站联锁设备接口，实现调车相关的信号、道岔、轨道电路区段等信息采集;在车务终端上完成调车作业单的接收或录入。2）车载主机接收车载应答定位器接收模块读取的定位信息。
系统输出信息。1）车载主机通过LKJ显示界面向司机提供机车前方进路类型、进路限速、距防护点距离、防护信号、车辆辆数、《站细》规定的接风管条件等信息。2）系统地面车务终端通过主界面显示车站信号平面图、调车机车信息、地面主机工作状态等。
3 基于STP设备的机车车辆定位系统研究
3.1 系统构成
该定位系统充分利用STP系统对调车机车位置的跟踪信息、车载和地面的无线通信实时传输特性，并结合车站物流管理系统所提供的车辆的车号、换长、货物品名等现车信息，经过多种运算、逻辑追踪等信息处理，实现对机车、车辆位置的追踪、定位和显示。基于STP系统的机车车辆定位系统结构如图1所示。
数据库服务器：对车站所有股道中车辆位置信息、股道剩余空闲长度、空重车信息、系统日志等信息进行存储，便于后期进行查阅。
定位控制主机：从STP系统接收存车位置信息，并结合现车系统或物流管理系统提供的车辆换长等信息以及股道剩余空闲长度，实时进行存库并定时向现车系统或物流管理系统发送车辆定位信息。
车辆位置监视终端：以图形化的方式直观显示股道存车载货及两端位置信息、股道剩余长度，调车机车当前位置、速度、运行方向等信息。可与大屏幕显示系统接口显示上述信息。
3.2 系统功能设定
实时从STP系统接收调车机车信息、站场信息并进行显示。
实时从物流管理系统中接收车辆信并进行车辆位置计算，向物流管理系统提供车辆位置信息。
以图形方式实时显示站场信息，包括轨道电路区段占用情况，道岔定、反位表示，调车和列车的信号及进路状态等。
实时显示车辆和调车机车所在站场联锁区内位置。
显示终端以图形化方式显示车辆位于股道的位置、长度及与两端信号机的距离等信息。
具备历史数据回放功能。
3.3 定位系统关键技术研究
定位系统关键技术从信息接收、无线传输、机车定位、车列跟踪等方面进行研究分析。
信息接收：定位系统从STP系统获取车站信号机显示状态、道岔开通位置、轨道区段占用等站场实时信息（以下简称站场信息）和部分调车作业计划信息（以下简称作业单信息）。定位系统从现车系统或物流管理系统获取其余全部车辆信息。通信接口采用带光电隔离的RS—422串口方式。
车地信息交互无线传输：由于调车机车是一个移动物体，调车作业区的站场线路又十分复杂，无法利用轨道电路、应答器等点式方式传递信息。所以，系统车载与地面部分的信息交换采用无线方式连续传递。按照铁路总公司“统一标准、统一制式”的技术原则，该研究采用专用频段专用无线数传电台完成车、地间实时信息的连续传输。各站场和作业区的频点须遵循国家及铁路无线电管理的有关规定和要求。为了保证系统技术条件所规定的响应时间，对车、地间需要交换的各种信息（站场动态信息、车列跟踪信息、作业计划信息）进行归类和分别处理。
机车定位：在车站的入口处、集中区与非集中区的分界点、特殊作业区段设置地面无源应答器。当机车经过时，安装在机车底部的车载查询天线向地面无源应答器发送能量激活应答器，应答器得电后循环发送固定报文，查询主机将收到无源应答器的信息转发给车载主机，车载主机根据应答器的位置实现机车入网、退网、位置校正，从而实现模式切换和机车定位。
车列跟踪：系统能够对调车车列进行跟踪，前提是必须知道車列动态的位置。要先测量出站场中各个轨道区段的实际长度，将站场信息在定位系统中进行数字化。地面主站和子站（机车）通过无线方式实时通信，STP车载主机采集机车走行信息（速度、行驶方向、相对位移）。从机车刷到应答器入网或人工定位开始，利用每个周期的位移和工况信息对当前机车进行位置跟踪。同时充分利用机车前方开放的进路信息变化，车列前端轨道区段的空闲—占用变化、车列尾部经过的轨道电路的占用—空闲变化，计算和校正车列长度。当机车定位后再次经过地面应答器时，进行车列位置修正，消除跟踪时产生的累计误差，以提高跟踪车列位置的准确性。
股道中车辆存放位置对于调车乘务人员、站调指挥人员来说都是十分关注的，下面分5个步骤详细介绍股道中车辆位置信息的跟踪和标识过程。调车机车推车列进入股道，如图2所示。
机车进入股道停车后，因STP系统实时跟踪车列前端和后端的位置，机车进入股道后停车可以获得车列前端和后端的距离信息L0和L1（如图3所示）。
机车在股道中确认甩挂作业后，从股道出来，利用轨道电路占用和出清，计算出机车出股道后车列的长度，再结合确认甩挂作业时的车列的长度S0，可计算出股道中存放车列的长度S= S0图5-S0图6，车列与信号机D1的距离L2=L0+ S0图6（如图4所示），D3是调车信号机的名称及编号。
定位系统利用从现车系统或物流管理系统中获取股道中存车列的具体车号、顺序、换长等信息，可计算出每节车辆的长度，从而可实现对车辆位置的确定和标识（如图5所示）。
为了优化显示，正常情况下，实时显示股道或区段存车两端的距离信息，存车的信息采用一定宽度显示滚动显示窗（如总车数50辆：型钢10钢卷5空35）。
3.4 系统定位精度
该研究定位技术基于STP设备，定位系统的定位精度主要受下面多个因素影响具体包括站场距离数据的测量精度、机车测速测距准确度、数据传输时延、站场数据发送频率、车站物流管理系统提供的换长信息、特殊情况（如空转和分路不良）等。
该系统采取以下措施。1） 提高站场距离的测量精度。2）周期性地对机车轮径进行测量并及时对相关参数进行修正。3）提高车站物流管理系统提供的换长信息准确度。4）在实际作业过程中特殊天气采用撒砂等手段尽量减少空转的发生。5）加强对分路不良区段的识别和处理以降低对系统的影响，并在站场的某些关键位置适当加设了地面应答器，增加机车位置校正，以保证将系统定位精度控制在15 m（小于最小车列长度）以内。
4 机车车辆定位系统工程实践
该研究成果已应用于某钢铁集团物流成品运输铁路专用线工程。工程包含A站和B站2个车站，信号系统由CTC、计算机联锁、集中监测、STP等组成。车辆定位系统主机与2个车站的STP系统地面主机RS-422接口连接，其中车辆定位系统主机与安装于同一机房的B站STP采用通信电缆连接，与异地的A站STP采用通信光缆连接。车辆定位系统在2个车站的运转室分别设置车辆定位显示终端设备，向各站值班员显示其管理范围内的机车车辆定位信息。车辆定位系统同时还向公司集团铁路调度指挥中心和物流管理系统，提供2个站联锁区内所有机车车辆的定位信息。并在站场的某些关键位置适当加设了地面应答器，以满足企业对车辆定位系统定位的精度要求。
5 结语
该文对基于STP设备的铁路机车车辆定位技术进行研究，充分利用机车前方开放的进路信息变化，车列前端轨道区段的空闲—占用变化、车列尾部经过的轨道电路的占用—空闲变化，计算和校正车列长度。当机车定位后再次经过地面应答器时，进行车列位置修正，消除跟踪时产生的累计误差。并在站场的某些关键位置适当加设STP系统地面应答器，以满足用户对机车车辆定位系统定位的精度要求。
参考文献
[1]俞士高.宁钢内燃机车检修模式[J].中国科技信息，2018（13）：32-33.
[2]王冀，王文彬.场内机车检验报告中的问题式[J].品牌与标准化，2010（20）：51-52.
