工务机械车安全控制分析
工务机械车安全控制分析 铁道部科技司对具备120km/h运行条件的GCY-300Ⅱ型重型轨道车进行了 样车出厂审查;目前，满足铁道部高速铁路重型轨道车技术条件的高铁轨道车陆 续投入使用，同时相关生产厂家已完成了160km/h轨道车的技术方案审查与型式 检验;为适应高速铁路大型养路机械技术需要，2012年铁道部通过了大型养路机 械制动距离调整及实施方案的技术审查。1管理条件 GYK投入运用2年来，轨道车在GYK运用管理上已经积累了大量经验，目 前，已经有很多使用单位在硬件配备、基本数据编制、日常运行数据管理方面具 备了改进条件，部分铁路局在GYK运用管理科技创新方面做了有益的探索，使 得提高工务机械车运行效率的一些措施有了更多实施的可能。在绿黄灯(记作LU) 以上的灯型序列依次是绿灯(记作L)、绿2灯(记作L2)、绿3灯(记作L3)、绿4灯(记 作L4)、绿5灯(记作L5)，分别表示距离绿黄灯尚有1～5个自闭区段。
2提高工务机械车运行效率的思路 2.1修订GYK技术规范(方案一) 2.1.1基本方案目前，GYK按“速度分级控制”方式运行，虽然只定义到 80km/h限速等级，但是也只用到LU灯的灯型限速，这为L灯乃至L2～L5灯情况 下提高运行速度提供了一些条件。如果继续按照每个自闭分区应该按700m以上 的路程来考虑，从LU以上可以继续给出“速度分级控制”方式的灯型限速，从而 提高车辆运行速度。在陡坡、长大下坡、区段限速或临时限速等特殊区段当然需 要少量数据支持，其他路段可以按缺省参数计算出可行的速度等级。考虑在－8‰ 下坡情况下，按照轨道车运行控制设备技术规范附录A.1的计算方法中的制动计 算公式［2］，可以规定L灯的开口限速为100km/h，L2灯的开口限速为113km/h， L3灯的开口限速为123km/h，L4灯的开口限速为130km/h，L5灯的开口限速为 136km/h。2.1.2本方案优缺点1)优点。不必升级现有的GYK硬件设备;不必更改现 有的GYK基本数据格式，内容上仅需增加80km/h以上的区段限速和临时限速数 据;最大程度地兼容现有的技术规范。2)缺点。①目前GYK运行位置是依靠人工 对标来定位的，由于运行速度提高，司机的视觉效果和对标操作的同步性要求难 以满足实际需要，容易造成额外的对标误差。②大部分自闭分区的长度都远大于 700m。按目前的方法，每个分区相当于有很长一段距离是按低一级灯型的限速来控制车辆运行，不能充分提高运行效率。③目前需要20km/h限速运行的情况太 多，距离较长，这是影响车辆运行效率的重要因素。本方案对这种现象毫无改善。
④有些路段最高级别的灯型仅支持到L3，这样最高速度也只能达到123km/h，不 能充分发挥更高速度级高速轨道车的性能。
2.2在基本数据中增加信号机位置(方案二) 2.2.1基本方案GYK灯型限速目标点都是按照保守的700m来计算的。在基 本数据中增加信号机位置，首先带来的好处是控制目标点直接到位。另外，对于 L灯及L灯以上的信号，提供了“速度连续控制”的条件。通常情况下自闭区段的长 度都远大于700m。如果按连续几个自闭区段长度都是1300m的情况作为例子，考 虑在－8‰下坡情况下，按照轨道车运行控制设备技术规范附录A.1的计算方法， L灯的开口限速可以达到111km/h，L2灯的开口限速可以达到128km/h，L3灯的开 口限速可以达到139km/h，L4灯的开口限速可以达到146km/h，L5灯的开口限速 可以达到152km/h。
2.2.2本方案优缺点1)优点。不必升级现有的GYK硬件设备;较少更改现有 的GYK基本数据格式，内容上仅需增加信号机位置信息以及80km/h以上的区段 限速和临时限速数据;多数情况下，区间的通过信号机可以帮助司机完成自动对 标，减少安全隐患;车辆运行效率提高较多。2)缺点。车载数据换装次数大大增加， 有些地方本身换装困难，无法采用本方案;基本数据编制及维护工作量大大增加;
数据换装不到位容易产生安全隐患;坡度数据显得更加重要。
2.3为GYK增加BTM设备(方案三) 2.3.1基本方案地面点式应答器的使用已经在高速铁路得到很大程度的推 广，尤其在高速轨道车运行路段。应答器数据已经包含线路限速、临时限速、坡 道等细节，即使没有基本数据，也足以指导轨道车安全运行。有源应答器和无源 应答器的数据组合，能够指导轨道车完成区间通过运行，车站正线、侧线停车或 通过，区间作业等任务。GYK增设BTM设备以后，可以直接读取应答器信息。
控车方案仍然可以考虑“速度分级控制”和“速度连续控制”相结合，80km/h以下部 分仍然按照技术规范的方法采用分级控制，80km/h以上部分采用连续控制，这样 能够在兼顾兼容性的同时最大程度提高轨道车运行效率。
2.3.2本方案优缺点1)优点。能降低管理成本，提高安全性，提高对标精度;
支线转移、交路转移、尾部过岔、出站状态切换等作业不需司机操作，避免对揭示数据的依赖，司机操作减少;正常监控模式中减少“目视”状态，减少“解锁”操作;
基本数据的换装重要性下降，即使没有及时换装，仅影响部分显示效果，不影响 行车效率和安全。2)缺点。设备成本增加较多;不适合那些没有应答器的路段。
2.4方案比选综合以上三种方案特点，考虑技术、管理及发展因素，GYK 增加BTM设备的方案(方案三)优于其他方案，可作为提高工务机械车运行效率的 推荐方案，围绕该方案进行了现场试验验证。
3为GYK增加BTM设备方案的现场试验 3.1现场行车基本数据在完全监控模式，GYK收到应答器数据，并满足提 速条件，当机车信号为L5，L4，L3，L2，L灯时，以控车所需的基本参数(轨道 电路信息、应答器信息、轨道车参数)为依据，以LU灯的出口限速80km/h为目标， 生成目标距离控制曲线(图示顶棚速度为160km/h)，LU灯以下机车信号采用分级 速度控制，以本分区信号机位置为目标，监控轨道车运行。当机车信号为L5， L4，L3，L2，L，LU时，GYK根据应答器信息和机车信号信息按照前方LU区段 出口限速80km/h进行连续曲线计算。当机车信号为U2S时，GYK保持限速80km/h 至当前闭塞分区出口。当机车信号为U或U2时，GYK根据应答器信息按照当前闭 塞分区出口限速60km/h进行连续曲线计算。当机车信号为黄2闪(U2S)时，GYK 保持限速80km/h至当前闭塞分区出口。当机车信号为黄(U)或黄2(U2)时，GYK 根据应答器信息按照当前闭塞分区出口限速60km/h进行连续曲线计算。当机车信 号为双黄(UU)、双黄闪(UUS)时，GYK根据应答器信息按照当前闭塞分区出口限 速45km/h进行连续曲线计算。当机车信号为红黄(HU)灯时，GYK根据应答器信 息按照当前闭塞分区末端停车进行连续曲线计算。
3.2试验目的验证GYK正常监控模式运行，应答器报文接收完整后可进入 提速状态，GYK运行控制曲线的正确性。验证正常监控模式人工临时限速、报 文线路限速和报文临时限速能够正确控制。验证利用报文里程信息校正公里标的 正确性。验证正常监控模式进入提速状态时，L5等机车信号掉码变为B灯的控制 功能。验证正常监控模式进入提速时，进站停车控制功能。验证GYK区间作业 进入模式运行，应答器报文接收完整后可进入提速状态，GYK运行控制曲线的 正确性。验证GYK区间作业返回模式运行，应答器报文接收完整后可进入提速 状态，GYK运行控制曲线的正确性。
3.3试验设备及条件试验设备包括GCY-300Ⅱ型重型轨道车1台，GYK设备、 BTM主机和BTM天线。软件采用BTM程序版本V1.0.120120410、监控记录板程序版本V1.1.020120312、监控记录单元程序版本V1.1.0.20120312。沪昆高铁嘉兴 南到海宁西间UUS灯型限速为45km/h，为了便于观察试验效果，设置编组限速 160km/h，但是限制司机运行时不超过80km/h。
3.4试验内容试验内容包括:①手动输入用于试验的“临时限速”;②轨道车 位置设定;③设置监控状态。设置后界面显示正常，司机正常发车后不久，应答 器数据接收完整，提示司机进入提速状态;正常监控侧线进站运行正常，应答器 数据接收正常，应答器自动对标功能正常，应答器数据中道岔限速(类型设置为 “有计划临时限速”)读取正常，机车信号及绝缘节接收正常。途中，人工临时限 速响应正常。运行途中出现短暂的掉码，限速曲线会在前方第二架信号机前闭口 (如果降速曲线距离不足，会在留出司机人工反应时间的前提下画出降速曲线)， 短暂的掉码不会影响运行效率，掉码显示见图2。嘉兴南站的进站过程，体现了“速 度连续控制”和“速度分级控制”的结合。从最后一个L5的公里标和距离，可以推 算前方LU灯的“速度连续控制”目标位置在86.270km处，参见图3。进入“速度分 级控制”阶段，由于有了信号机位置，目标限速可以在前方信号机附近到位，大 大提高运行效率。U灯的DMI界面如图4。进站信号机附近的应答器数据帮助GYK 自动对标，精确定位后可以将目标控制位置推进到前方信号机，大大提高咽喉区 运行效率，避免了目视状态的解锁和多次警惕操作，减少司机出错的可能性。
3.5试验结论1)GYK能够及时判断应答器数据的完整性，提供提速条件指 示，在司机确认后才进入提速状态;LU码以上的信号适合连续控制方式应用，LU 码以下的信号可以继续使用分级控制方式，既改进了控车方式，又与正常监控有 很好的兼容性。2)动车组使用的应答器数据同样适合GYK使用，当前的 GYK+BTM方案控车更加到位，提高行车效率。3)路边的公里标本来就有误差， 高速运行的轨道车造成的视觉效果严重影响司机的人工对标操作，容易造成安全 隐患。利用应答器位置实现自动对标，可靠精准，既减少了司机的操作，又提高 了安全性。4)提高停车信号的执行效率，限速曲线更加到位，减少了对“目视状 态”的依赖，减少了司机盲目“警惕”的安全隐患。5)使用应答器数据后，GYK定 位更加准确，区间作业的效率和安全性有明显提高。6)掉码后GYK会及时限制列 车的运行，短暂的掉码不影响运行效率。7)人工揭示可以和应答器数据组合使用， 人工临时限速可以正常响应。8)应答器数据已经提供了线路限速，包括道岔的限 制速度，减少了司机提前解锁的风险，这同样有利于提高行车效率和安全性。9) 在信号开通的情况下，正向行驶和反向行驶的运行效果是一样的。GYK可以不 再依赖对基本数据的“反向”使用。10)基本数据的换装重要性下降，即使没有及 时换装，仅影响部分显示效果，不影响行车效率和安全。4结语 提高工务机械车运行速度，如采用既有GYK进行运行控制，会带来公里 标定位误差增加、司机对标困难等问题，因此，为GYK增加BTM设备，接收铁 路地面发码数据并纳入控车技术是解决工务机械车高速运行安全控制的理想方 案之一。当然，要纳入技术推广范围，还需要进一步进行研究，完善控车方案， 对技术规范作出合理的补充。另外，速度的提高，增加了制动距离，需对轨道车 的制动距离的设定标准进行调整。
作者：周 毅 单位：上海铁路局 工务处