LKJ-15型列车运行监控系统辅助测速定位技术

LKJ-15型列车运行监控系统辅助测速定位技术

杜伟,李敬东,吕保岭

中国铁路呼和浩特局集团有限公司包头电务段 内蒙古包头  014030

摘要:针对转速传感器在测速轮对空转､轮滑状态下存在测速测距不准确的问题,LKJ-15型列车运行监控系统中利用雷达､GPS/BDS､地面应答器信息､轨道信号､CIR等多种测速测距信息融合,实现列车测速定位功能｡实际应用表明,该方案提升了列控车载系统测速定位的精度和自动化程度,减少了人工对设备的干预以及由此带来的风险｡

关键词:LKJ-15;测速定位;地面应答器;雷达;GPS;BDS

0引言

列控车载设备的核心功能是保障列车在行车许可范围内安全运行,防止列车超速､溜逸等事故的发生｡如果列控车载设备不能准确､及时地获知列车当前的速度和位置信息,是无法准确完成这些相关安全控制功能的｡因此,测速定位功能作为列控车载设备的核心功能,直接关系到列车行车安全｡随着铁路运输对行车安全的要求的提高,对列控车载设备测速定位功能的要求也越来越高,包括测速测距的范围､精度､可靠性以及自动化程度等;对LKJ2000测速测距性能指标有明确要求;对LKJ-15测速测距性能有明确要求｡传统的通过转速传感器采集轮对转速获取列车运行速度的方式难以满足应用要求,需要采用新的技术手段来提升列车测速定位精度｡

1LKJ-15系统测速定位方案系统组成

LKJ-15系统测速定位功能通过LKJ-15主机单元测速测距模块采集安装在机车2个轮对的2个霍尔式速度传感器信号来实现;辅助测速定位功能通过BTM､机车信号､雷达､GPS/BDS､CIR､LKJ-15扩展单元无线通信模块等部件或功能模块实现｡系统各部件连接框图如图1所示,各部件主要功能参见表1

图1LKJ-15系统部件连接框图

表1LKJ-15系统部件功能

1.1传感器计数测速定位

传感器计数法测速定位技术具有方法简单､成本低､易实现等优点,是当前的一种主流技术,工作原理:将一组传感器(一般4个传感器为一组)呈直线状安装在车体底部,传感器间的距离为一定值L(一般为300mm)｡通过同一轨枕时传感器组会产生一组具有一定相位差的脉冲,根据相位差可以计算出列车的位置信息｡

1.2GPS/BDS信息定位

GPS/BDS卫星定位信息中的经纬度信息具有全球唯一性｡随着相关技术的发展,定位的精度也越来越高,目前的定位精度及数据的实时性等指标已可满足辅助列车定位的要求｡列车在始发车站,司机输入始发参数时,LKJ-15系统可依据当前的GPS/BDS定位信息,检索车载存储的车站GPS数据,在一定范围内可匹配出与当前位置较近的车站,并按照距离由近及远排序,为司机车站信息输入提供直观便捷的方式,如图2所示｡

图2GPS/BDS信息辅助始发车站输入

2LKJ-15系统测速定位方案系统组成

LKJ-15系统测速定位功能通过LKJ-15主机单元测速测距模块采集安装在机车2个轮对的2个霍尔式速度传感器信号来实现;辅助测速定位功能通过BTM､机车信号､雷达､GPS/BDS､CIR､LKJ-15扩展单元无线通信模块等部件或功能模块实现｡

2.1基于SCADE的测速定位系统设计

系统模型的工作原理:在列车运行过程中,系统通过传感器计数方法､多普勒雷达获得列车运行的速度､加速度及位置信息,通过组合逻辑对两者的信息进行综合优化进而获得列车位置信息,同时通过应答器进行绝对校正｡

2.2传感器计数测速

根据传感器组经过同一轨枕时相邻方波的时间间隔来计算列车的速度､走行距离和加速度｡

3LKJ-15系统辅助测速方案

LKJ-15系统采用雷达速度信息和GPS/BDS卫星定位速度信息作为辅助测速信息来源｡不同的测速测距方式有各自的优点,但在不同外部条件下,也存在各自的不足｡如雷达速度传感器在低速情况下存在测速误差偏大,在冬季冰冻天气测速效果不佳等问题;GPS/BDS存在受站台､隧道等遮挡因素以及通信延迟影响较大等问题｡因此如何识别各种测速方式状态是否正常,确保在转速传感器测速工作不正常时,及时准确地切换到状态最佳的测速测距方式是辅助测速方案的关键｡

3.1辅助速度采集状态的判定

系统依据雷达､GPS/BDS速度采集的工作机制､通信方式､信息特点不同,对其采集的速度信号是否有效进行了不同的处理,以保障采集的速度信息实时､准确､有效｡

3.2辅助速度信号源选择

LKJ-15系统实时获取转速传感器､雷达速度传感器､GPS/BDS模块速度信息及模块的状态信息｡不同速度信号仲裁取用的方式为:优先使用转速传感器速度信号;转速传感器检测到空转､轮滑时,如果雷达速度信号正常,切换至雷达速度信号;否则在GPS/BDS速度信号有效情况下,切换至GPS/BDS速度信号｡

4验证

形式化验证通过严格的数学逻辑验证软件的安全性,可以在设计初期及时发现软件的设计缺陷,有效提高软件的开发效率｡IEEE1474标准中规定,城市轨道交通定位误差不能超过10m｡据此设计了验证模型,如果在距离校正范围(包括校正点)内,列车的误差距离大于10m,则输出列车丢失信号｡

5结语

LKJ-15系统采用雷达､GPS/BDS､轨道电路､地面应答器､CIR等多种测速测距信息源,实现了对列车的辅助测速定位,该功能是对列车测速定位功能的补充和完善｡从2015年8月开始,LKJ-15系统已在南昌､沈阳､兰州､昆明和上海等多个铁路局现场试用至今,运行稳定,较好地提升了LKJ-15系统列车测速定位的精度和设备的自动化程度,减少了司机操作,用户反映良好｡

参考文献:

[1]列车运行监控装置第1部分:技术条件:TB/T2765.1—2015[S].

[2]LKJ-15型列车运行监控系统暂行技术条件(铁总运〔2017〕号):TJ/DW193—2017[S].