工程车安全防护系统设计方法研究

工程车安全防护系统设计方法研究

杨军

湖南中车时代通信信号有限公司 湖南长沙  410100

摘要：首先阐述工程车安全防护系统设计的必要性，并对现有系统设计方法进行深入分析和总结，将现有方法分为基于电台通讯的联锁接入控制方法、基于5G及WIFF通讯的联锁接入控制方法两类并进行比较。在此基础上，

关键词：GSM-R Global System for Mobil Communication – Railway 铁路移动通信系统、3G/4G/5G分别指第 3 代、4 代、5 代移动通信技术、信标RF400 读写器系统、ATP安全防护主机系统、DMI人机界面单元、显示器。

工程车安全防护系统是用于辅助司机实现工程车在段场内调车作业时的监控防护。防护系统用于解决工程车安全车作业“人控”的安全风险问题，对保证工程车运输安全具有重要意义，主要应用场景：干线铁路集中站场（非集中站场）、地铁站场。

工程车防护系统由车载子系统、地面子系统组成。其中，车载子系统以ATP系统为基础，具备无线调车机车信号接收、无线通信定位等功能，运行防护主机负责收集车辆工况、位置、风缸压力等信息根据车辆实际运行环境要求，控制列车制动系统，从而起到辅助安全防护的目的；同时收集、整合车辆实时运行数据、报警信息，并与地面服务端建立稳定的数据连接，实现在线车辆的实时监控及故障报警的远程监视；地面子系统包括工程车地面服务器和信标（应答器）设备，具备站场联锁信息采集功能；信息采集及记录、统计分析、生成管理报表等功能。

基于电台通讯的联锁接入控制方法，工程车车载子系统与地面主机使用无线数传电台进行数据通信，主要应用原因：没有条件获取WIFF、LTE信号，使用在有限区域并且便于电台信号布置。

室内设备包括地面控制机柜和电台主机，其中地面控制机柜内的地面控制主机与联锁维修机通讯需要接422通讯转串口连接，电台主机需接入一路AC 220V电源，电台主机与地面控制主机间通过以太网线连接，下面分别对某车辆段及停车场相关设备的安装位置和安装方式进行描述：

1)车辆段安装位置

地面控制机柜摆放至运用库1层车辆段相关设备配套用房，具体安装位置如下图红色区域所示。

图表1控制室

2)停车场安装位置

地面控制机柜摆放至运用库1层智能运维设备机房，具体安装位置如下图红色区域所示。

图表2控制室

3)信号及电源布线工程量如下表：

电台主机暂定安装在运用库墙上。天线通过馈线与电台主机相连，天线架设在车辆段/停车场室内适当位置，天线与既有避雷针要大于1m远，且符合下图规范：

图表 3天线安装规范

基于电台通讯的联锁接入控制方法，最重要里程碑是进行电台信号覆盖的现场测试，为确定电台部署方案提供参考。

测试环境连接图如下所示：

图表 4测试工具

图表 5测试准备

根据车辆场地图，测试点位如下：其中1号部署为主电台，2号位置部署次电台。

图表 6测试步骤

测试结果如下表

根据停车场地图，测试点位如下：

图表 7测试步骤

测试记录结果如下表

根据现场及测试情况情况确定，车辆段现场需布置2个电台，具体按照下图所示部署

图表 8测试结果1

主电台部署出库门口（在出库口7号轨道位置,），需要与机房联通电源及光纤线路，光纤线路约400米；本电台

次电台部署在场站中央，需要就近提供电源。

根据现场及测试情况情况，停车场需布置3个电台，参照如下图：

图表 9测试结果

主电台部署在出库口洗车线位置，需要与机房联通电源及网络线路，网络线路约200米；

次电台1部署在出停车场的隧道，需要就近提供电源，用于覆盖出停车场信号机。

次电台2部署在出机房月检车道边墙壁上，需要就近提供电源，用于覆盖月检车道最内侧。

基于5G及WIFF通讯的联锁接入控制方法，工程车车载子系统与地面主机使用5G和WIFF进行数据通信。当采用5G和WIFF方式时透传信息传输方式为：车载主机→地面服务器→其他服务器。主要应用原因：允许获取WIFF、LTE信号，使用在区域广泛。

此工程车安全防护系统由工程车运行防护子系统、视频监视子系统及工程车定位子系统组成，且各子系统可分为车载设备及地面设备两种。

系统车载设备主要包括：运行防护主机、I&II端运行防护显示器、通讯主机、交换机、信标阅读器、信标查询天线、视频录像主机、视频分析主机、视频监视显示屏、车载5G、Wi-Fi无线AP主机及天线。

搭载该系统可以实现人脸识别功能、监视路况等辅助功能，实现了调度命令上车功能，安全防护制动停车等安全相关的功能。

图表 10系统原理

工程车与DCC一体化管理平台确认越站能获得调车凭证，地面站场采用应答器进行站场的位置定位和径路进段场和出段场判断依据。

工程车安全防护系统最终是基于JZ-7制动系统改造完成辅助司机实现工程车在段场内调车作业时的监控防护，如下图为技术改造原理。

制动阀系统独立于原车制动阀的要求，需单独加装1个常用制动电磁阀、1个紧急制动电磁阀和2个保压电磁阀。保压电磁阀安装于每端总风管对中继阀的充风管路中，其在接收系统发出制动指令后，实施常用和紧急制动时的保压动作。常用制动和紧急制动的卸载接点并接在车辆电气柜内卸载结点，实施常用和紧急制动时的卸载动作，以解除机车牵引力。

图表 11制动机改造原理

信标部署按照约定规则制定，如下图1/2/3号一组和4/5/6一组信标作为进出方向的定位和段场的判定，7和16号为信号机信标，14号尽头线信标，10和74号为道岔信标。

图表 12信标部署

通过方案的类比，两种工程车安全防护设计方案均是用于辅助司机实现工程车段场内调车作业时的监控防护，各有优势；最终的取决于现场条件允许。

参考文献：

[1] 基于普适计算的汽车驾驶安全辅助系统研究[J]. 修云.黄石理工学院学报,2009(04)

[2] 基于物联网汽车驾驶智能辅助系统设计[J]. 沈静静;谢文娣;章华;程远开.太原学院学报(自然科学版),2020(04)

[3] 基于单片机的智能汽车驾驶安全辅助系统设计与制作[J]. 周昊;蔡雄友;阮太元.福建电脑,2017(02)