一种调车作业安全辅助防护系统及方法与流程

本发明涉及机车车辆安全领域，尤其涉及一种适用于本务机车调车作业的调车作业安全辅助防护系统及方法。

背景技术：

调车作业是指除列车运行以外，机车车辆在站线或其他线路上进行一切有目的的移动，它是车站，特别是技术站的重要生产活动，包括列车的编组、解体、摘挂、转线、车辆的取送、转场、调移，以及机车的出入库、中间站转线等。多年来，调车作业情况复杂、完全依靠人控，调车作业闯蓝灯、挤道岔、越出站界、破坏列车进路等事故时有发生，本务机车作业尤为突出。本务机车除了一般的出入库、转线、连挂等调车作业外，在部分中间站也会执行临时调车任务，这些调车作业缺乏技术、设备安全保障。中间站调车作业与正线相关联，一旦发生事故，危害性大且易触及旅客安全红线。并且，由于本务机车调车作业无任何技防手段，本务机车调车作业事故频发的现状没有得到根本性改善，如何提高本务机车站内调车作业的安全系数，防止惯性事故、恶性事故的发生是需要解决的问题。

目前，本务机车在车站内运行还没有专业的监控系统，只依靠列车运行监控装置(lkj)和便携式无线调车灯显设备进行运行控制，其实现方式为：本务机车在车站内进行调车作业时，司机将lkj的工作模式设置为“调车模式”，在此模式下，lkj设定限制速度为40km/h，司机以低于40km/h的速度目视地面调车信号进行作业。当本务机车推进车辆作业时，使用便携式无线调车灯显设备，由调车员在车列前端观察停车点，通过手持终端采用无线电台通信方式发送指令到司机室内的机控器，机控器显示调车员发出的“推进”、“停车”、“十车”、“五车”、“三车”等指令，司机按指令操纵机车。

上述技术至少存在以下不足之处：首先，在单机或牵引调车作业时，lkj无法接收地面调车信号，只能依靠司机瞭望信号行车，在雨、雪、雾等天气或司机疲劳状态下容易发生行车事故。其次，机车在推进作业时采用“无线调车灯显设备”，这套设备只能在作业联系上提供方便，将调车组观察的停车点信号复示到了机车司机室，仍然完全依靠调车员瞭望的人控方式，没有从根本上解决调车作业过程中人控因素。再次，本务机车运用的地域范围大，作业环境复杂多变，人员配合、调车任务多变，无法通过lkj或无线调车灯显设备了解站场情况。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种调车作业安全辅助防护系统及方法，能根据本务机车运行前方的进路开放情况对其运行过程进行监控，有效解决了本务机车在车站内的调车安全防护问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种调车作业安全辅助防护系统，包括：

车载防护设备、地面主控单元和多个车站控制设备、多个机务段地面采集设备、卫星地基参考站；其中，

所述车载防护设备，设在所述本务机车上，能通过无线网络从卫星地基参考站获取本区域的卫星定位差分数据，结合自身设置的卫星定位单元对所述本务机车在站场内精确定位得出机车位置信息，并与所述本务机车的列车运行监控装置通信；

所述地面主控单元设在铁路局内，分别与列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备通信连接，能从所述列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备获取铁路局管内车站及机务段的站场联锁设备状态信息，以及与所述车载防护设备通过无线网络通信连接，能接收所述车载防护设备发送的机车位置信息，并能根据所述机车位置信息和车站及机务段的站场联锁设备状态信息得出铁路局管内调车作业控制信息；

多个车站控制设备中的每个车站控制设备均对应设在一个车站处，各车站控制设备均能采集所在车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并通过无线通信直接与所述车载防护设备通信连接；

多个机务段地面采集设备中的每个机务段地面采集设备均对应设在一个机务段处，各机务段地面采集设备均能采集所在机务段的站场联锁设备状态信息，并发送给所述地面主控单元；

所述车载防护设备，在铁路局内与所述地面主控单元通过无线网络通信连接，能接收所述地面主控单元发送的铁路局管内调车作业控制信息，并根据所述调车作业控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于显示和提示；

所述车载防护设备，在设有车站控制设备车站内，与该车站设置的所述车站控制设备进行无线通信连接，接收所述车站控制设备采集的所在车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于控制机车和显示；

所述车载防护设备，在未设有车站控制设备的车站内，通过无线网络从所述地面主控单元获取该车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于显示和提示。

本发明实施方式还提供一种调车作业安全辅助防护方法，采用本发明所述的调车作业安全辅助防护系统，包括以下步骤：

在本务机车上设置所述系统的车载防护设备，所述车载防护设备能通过无线网络从卫星地基参考基站获取本区域的卫星定位差分数据，结合自身设置的卫星定位单元对所述本务机车在站场内精确定位得出机车位置信息；

在铁路局内设置所述系统的地面主控单元，所述地面主控单元分别与列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备通信连接，能从所述列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备获取铁路局管内车站及机务段的联锁设备状态信息；该地面主控单元与本务机车上的车载防护设备通过无线网络通信连接，能接收所述车载防护设备发送的机车位置信息，并能根据所述机车位置信息和车站及机务段的站场联锁设备状态信息得出铁路局管内调车作业控制信息；

在铁路局内，所述车载防护设备与所述地面主控单元通过无线网络通信连接，能接收所述地面主控单元发送的铁路局管内调车作业控制信息，并根据所述调车作业控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于显示和提示；

在地面具备安装条件的车站，安装车站控制设备，所述车站控制设备能采集所在车站的站场联锁设备状态信息；在设有车站控制设备车站内，本务机车上的所述车载防护设备与所述车站控制设备直接无线通信连接，接收所述车站控制设备采集的该车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于控制机车和显示；

在地面不具备安装条件且没有安装车站控制设备的车站内，本务机车上的所述车载防护设备通过无线网络从所述地面主控单元获取该车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行控制记录监控装置用于显示和提示。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的调车作业安全辅助防护系统及方法，其有益效果为：

通过采用能设在本务机车上的车载防护设备，与地面设置的地面主控装置和在各车站设置的车站控制设备无线通信连接，形成一种能及时获取铁路局管内调车作业控制信息的防护系统，由车载防护设备将铁路局管内调车作业控制信息发送所在本务机车的列车运行监控装置，用于机车的控制、显示和提示，以及在各车站通过车站控制设备采集各车站的站场联锁设备状态信息用于机车的控制，并能在无法从某一车站获取站场联锁设备状态信息时，及时从地面主控单元获取该车站的站场联锁设备状态信息，实现在本车站对机车运行的提示，也给出相关的文字或语音提示。该防护系统能监控本务机车的运行位置，有效提升了本务机车调车作业的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的调车作业安全辅助防护系统构成示意图；

图2为本发明实施例提供的防护系统的车载防护系统给出框图；

图3为本发明实施例提供的调车作业安全辅助防护系统具体构成示意图；

图4为本发明实施例提供的调车作业安全辅助防护方法的数据交互流程图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种调车作业安全辅助防护系统，包括：

车载防护设备、地面主控单元和多个车站控制设备、多个机务段地面采集设备、卫星地基参考站；其中，

所述车载防护设备，设在所述本务机车上，能通过无线网络从卫星地基参考站获取本区域的卫星定位差分数据，结合自身设置的卫星定位单元对所述本务机车在站场内精确定位得出机车位置信息，并与所述本务机车的列车运行监控装置(lkj)通信；

所述地面主控单元设在铁路局内，分别与列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备通信连接，能从所述列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备获取铁路局管内车站及机务段的站场联锁设备状态信息，以及与所述车载防护设备通过无线网络通信连接，能接收所述车载防护设备发送的机车位置信息，并能根据所述机车位置信息和车站及机务段的站场联锁设备状态信息得出铁路局管内调车作业控制信息；

多个车站控制设备中的每个车站控制设备均对应设在一个车站处，各车站控制设备均能采集所在车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并通过无线通信直接与所述车载防护设备通信连接；

多个机务段地面采集设备中的每个机务段地面采集设备均对应设在一个机务段处，各机务段地面采集设备均能采集所在机务段的站场联锁设备状态信息，并发送给所述地面主控单元；

所述车载防护设备，在铁路局内与所述地面主控单元通过无线网络通信连接，能接收所述地面主控单元发送的铁路局管内调车作业控制信息，并根据所述调车作业控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于显示和提示；

所述车载防护设备，在设有车站控制设备车站内，与该车站设置的所述车站控制设备进行无线通信连接，接收所述车站控制设备采集的所在车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于控制机车和显示；

所述车载防护设备，在未设有车站控制设备的车站内，通过无线网络从所述地面主控单元获取该车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于显示和提示。

如图2所示，上述防护系统中，车载防护设备包括：

无线通信单元、数据处理单元、传输接口单元、卫星定位单元和数传电台单元；其中，

所述数据处理单元，与所述无线通信单元连接，能通过无线网络与所述地面主控单元、机务段地面采集设备和卫星地基参考站；

所述数据处理单元，与所述传输接口单元连接，能通过该传输接口单元与所述列车运行监控装置通信；

所述数据处理单元，与所述数传电台单元连接，能通过所述数传电台单元接收所述车站控制设备发送的车站的站场联锁设备状态信息和控制信息；

所述卫星定位单元，分别与所述无线通信单元和数据处理单元连接，能通过所述无线通信单元接收所述卫星地基参考站发送的卫星定位差分数据，并根据所述卫星定位差分数据和自身收到的卫星定位数据得出精确卫星定位数据作为机车位置信息，发送给所述数据处理单元。

上述防护系统中，车载防护设备与地面主控单元、多个机务段地面采集设备和卫星地基参考站进行无线网络通信为采用公网移动通信、gsm-r通信中的至少一种；

所述车载防护设备与各车站控制设备的无线通信为采用无线数传电台通信。

上述系统中，地面主控单元由多台服务器组成，包括：路局层面的站场信息接口服务器、通信服务器、系统服务器。在铁路总公司层面设置铁总系统服务器及相应的管理终端，主要用于系统监视。

上述防护系统中，车站控制设备集成在车站的stp系统地面机柜中。

上述防护系统中，车载防护设备根据所述调车作业控制信息生成机车进路信息为：将调车作业控制信息中的控制指令转换为前方运行进路条件发送给列车运行监控装置用于机车的控制和提示。

本发明实施例还提供一种调车作业安全辅助防护方法，采用上述的调车作业安全辅助防护系统，包括以下步骤：

在本务机车上设置所述系统的车载防护设备，所述车载防护设备能通过无线网络从卫星地基参考基站获取本区域的卫星定位差分数据，结合自身设置的卫星定位单元对所述本务机车在站场内精确定位得出机车位置信息；

在铁路局内设置所述系统的地面主控单元，所述地面主控单元分别与列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备通信连接，能从所述列车调度指挥系统和各机务段地面采集设备获取铁路局管内车站及机务段的联锁设备状态信息；该地面主控单元与本务机车上的车载防护设备通过无线网络通信连接，能接收所述车载防护设备发送的机车位置信息，并能根据所述机车位置信息和车站及机务段的站场联锁设备状态信息得出铁路局管内调车作业控制信息；

在铁路局内，所述车载防护设备与所述地面主控单元通过无线网络通信连接，能接收所述地面主控单元发送的铁路局管内调车作业控制信息，并根据所述调车作业控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于显示和提示；

在地面具备安装条件的车站，安装车站控制设备，所述车站控制设备能采集所在车站的站场联锁设备状态信息；在设有车站控制设备车站内，本务机车上的所述车载防护设备与所述车站控制设备直接无线通信连接，接收所述车站控制设备采集的该车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行监控装置用于控制机车和显示；

在地面不具备安装条件且没有安装车站控制设备的车站内，本务机车上的所述车载防护设备通过无线网络从所述地面主控单元获取该车站的站场联锁设备状态信息和控制信息，并根据所述车站的站场联锁设备状态信息和控制信息生成机车进路信息发送给所述列车运行控制记录监控装置用于显示和提示。

上述防护方法中，所述方法中，所述车载防护设备与所述地面主控单元、各机务段地面采集设备和卫星地基参考站通信的无线网络采用gsm-r网络或公网移动通信网络；

所述车载防护设备与各车站内设置的车站控制设备的无线通信采用无线数传电台通信。

上述防护方法中，车载防护设备获取各车站的站场联锁设备状态信息后，将各车站的站场联锁设备状态信息中的控制指令转换为前方运行进路条件发送给列车运行监控装置用于在各车站内控制机车。

上述方法中，车载防护设备通过无线网络从地面定位基站获取本区域的卫星定位差分数据数据为：从北斗差分定位基站获取本区域的卫星定位差分数据。

本发明的系统，通过与地面控制中心的列车调度指挥系统(tdcs)、车站计算机联锁系统接口采集站场内信号设备的状态信息，追踪本务机车在车站集中区内的位置，并根据本务机车运行前方的进路开放情况对其运行过程进行监控，有效解决了本务机车在车站内的调车安全防护问题。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种适用于本务机车的调车作业安全辅助防护系统，可以实现本务机车在车站内调车作业时进行有效的速度监控和全面的作业记录，解决本务机车在车站内进行调车作业时没有有效的监控技术手段，经常发生行车安全事故的问题。

该本务机车调车作业安全辅助防护系统主要由地面设备和车载防护设备两部分构成，系统的具体架构如图3所示。其中：

(1)地面设备：包括：路局层面的站场信息接口服务器、通信服务器、系统服务器和车站控制主机、机务段的股道自动化接口服务器，以及处于站场附近的卫星地基参考站。在铁路总公司层面设置铁总系统服务器及相应的管理终端，主要用于系统监视。

(2)车载防护设备：主要由车载防护主机、车载天线等组成，包括与lkj的接口。

站场信息接口服务器与tdcs/ctc系统进行接口，从tdcs系统获取进路、轨道电路和信号状态等信息，并转换成本系统特定的数据格式后发送给系统服务器。

车站控制主机与车站计算机联锁系统进行接口，获取信号、道岔和轨道电路状态等信息，并通过无线数传电台发送控制命令给车载防护设备。

股道自动化接口服务器与机务段股道自动化系统进行接口，获取进路、轨道电路和信号状态等信息，并转换成本系统特定的数据格式后发送给系统服务器。

通信服务器主要功能是进行铁路内网、铁路移动数据传输统一平台(以下简称mtup)、公网移动通信(虚拟专网)和gsm-r间的数据传输管理。

系统服务器是本务机车调车作业安全辅助防护的核心设备，主要功能是进行功能应用计算、定位差分转发、站场数据管理和系统管理，并为监控终端实时提供管辖范围内的站场、机车等信息显示。

卫星地基参考站主要是为车载防护设备提供一定区域的卫星差分数据，车载防护设备利用差分数据修正位置误差，实现机车的精确定位(分米级)。

车载防护设备与系统服务器间采用公网移动通信、gsm-r通信或无线数传电台(兼容stp)实时交互系统管理、定位和联锁信号等重要数据，一方面将机车精确位置、状态等信息发送给系统服务器，另一方面接受收地面系统服务器发送的联锁信息、站场防控点信息及其它他系统管理类数据等。

图4为上述系统的数据流程图，车载防护设备采用北斗差分定位方式获得机车精确的经纬度位置，将此位置与系统中存储的站场基础数据进行匹配，从而实现机车在站场信号设备平面图中的定位；系统服务器通过tdcs/ctc系统、股道自动化系统获取站场动态信号数据，并发送给车载防护设备；车载防护设备结合机车位置、站场基础数据、站场动态信号数据生成机车进路信息，并发送至lkj系统，lkj系统在显示器上显示站场图和机车前方进路，实现调车安全提示与显示。

车站计算机联锁系统的安全性、可靠性较高，因此其站场联锁信息可用于对机车进行控制。当现场具备安装条件时，在车站安装车站控制主机(或利用stp地面机柜)，直接与车站计算机联锁系统接口采集站场联锁信号，并通过无线数传电台与车载防护设备通信，由车载防护设备通过lkj对机车进行运行监控，当机车运行速度超过限制速度时，自动停车。

车载防护设备采用北斗卫星差分定位的方式进行机车定位。在车站附近安装部署卫星地基参考站，产生的修正数据经铁路内网或公网移动通信传送至系统服务器，系统服务器经过匹配运算将距离机车最近的卫星地基参考站修正数据通过公网移动通信传送至机车上。机车结合自身实时卫星定位数据和差分数据后，可以实现高精度的定位(分米级)。在机车接近车站时，车载主机从系统服务器下载本车站的车站基础数据，将接收的经纬度信息对照站场基础数据进行匹配，识别出机车在站场信号平面图内的位置，并保持跟踪。在跟踪过程中，车载防护设备也通过机车相对走行位移、周边轨道电路占用变化情况对机车位置进行校核。

系统的站场基础数据包含铁路地理信息、站场图数据，包括轨道区段、道岔、信号机、限速信息(道岔限速、轨道区段限速等)、各类防控项点信息(固定脱轨器、禁停区、接触网终点、车挡、站界等)，在铁路地理信息和站场图数据间具有映射机制。站场基础数据存储在系统服务器中，可供系统的其他设备通过网络调用，并通过服务器管理终端进行管理。

系统服务器在运行过程中，实时将站场状态、机车的工况、系统内各设备的工作状态、网络通信状态等存入数据库。用户可通过服务器管理终端的查询回放模块，对指定时段内的数据进行查询分析，或进行显示界面回放。查询及回放的数据包括了机车运行中的各种重要状态，可体现机车的详细运行、操作、进路环境变化等过程，可作为作业统计、效率计算、事故分析的依据。

本发明的防护系统及方法，可以实现本务机车在车站内调车作业时进行有效的速度监控和全面的作业记录，至少包括以下方面：

(1)在本务机车上的lkj显示器中显示站场内调车信号、道岔、轨道电路等设备状态，以及尽头线土挡、站界、电力机车接触网终点、接触网禁停区等，对司机操作进行提示。

(2)在安装了地面设备的车站，在lkj(列车运行监控装置)上直观显示车列运行前方的信号、进路开放条件、限速条件等，并进行运行速度监控，在机车运行速度超过限速时自动停车。

(3)实现本务机车在运行沿途车站内调车作业的全程记录，包括站场状态、人员操作信息等，并可通过分析软件进行分析、统计。

(4)可通过移动公网4g通信管理、更新车载防护设备及数据，有效减少车载防护设备的维护工作量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。