CN101186216B - 调车机车作业安全监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种调车机车作业安全监控系统，涉及计算机集成控制领域，目的是为了解决现有调车机车主要依靠调车人员和司乘人员确认地面机车信号存在的安全隐患，采用计算机集成控制技术，变调车作业的人工控制方式为计算机集成自动控制方式，可以有效地预防调车作业事故。系统分地面部分与车载部分，两者之间靠数传电台进行无线数据传输，机车在各关键点的定位采用电子标签(RFID)，系统通过列车运行监控记录装置实现对机车的控制。主要技术要点有：基于RFID的机车定位定向技术；电子地图显示技术；专家系统；基于数传电台的无线数据传输技术；车辆连挂时的测距技术。本发明主要应用于铁路调车机车，具有安全、准确、可靠、自动化程度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及计算机集成控制装置领域，尤其是铁路系统自动安全监控装置。
背景技术
目前，国内铁路调车作业任务相当繁重，调车作业的事故发生率极高，如北京铁路局在2001-2003年全局车务系统共发生行车事故21起，其中重大事故1起，一般事故20起，全部为调车事故，包括调车冲突、挤道岔、调车脱轨、碰轧脱轨器、机车冒进、撞土挡等事故。
当前，国内已在正线运行的内燃机车及电力机车上全部安装了机车信号及列车运行监控记录装置，有效解决了正线列车运行的安全防护问题，使列车事故大幅下降。但是在车站调车作业及机车出入库运行中受到站内轨道电路条件的制约，无法使地面调车信号与机车监控装置联锁进行安全控制，虽然很多编组站及大中型车站在调车作业过程中使用了平面调车灯显系统，但是目前的平面调车灯显系统主要依靠调车人员和司乘人员确认地面机车信号，很容易由于瞭望信号错误或一时疏忽而发生事故，成为铁路部门安全生产方面亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的为避免现有调车机车依靠调车人员和司乘人员确认地面机车信号而存在的作业安全隐患，提供一种安全、准确、可靠、稳定、自动化程度高的调车机车作业安全监控装置。
实现上述目的的技术方案如下：
调车机车作业安全监控装置，分为地面设备和车载设备两部分。地面设备安装在信号楼、机务段和站场三个地方，车载设备安装在调车机车上，两者之间通过地面数传电台和车载数传电台进行双向数据信息传输，地面设备具有：装配在信号楼的监控主机、所述地面数传电台、计划接收单片机、信号接收单片机、通信接口、车站作业单系统、微机联锁式电气集中控制系统，装配在机务段的调车作业单分析管理系统、IC卡读写器，装配在站场的是埋设在道渣下面的RFID，车载设备具有：车载主机、所述车载数传电台、RFID识别器、司机台显示器、控制键盘、监控记录装置接口、录音单元、录音读取单元、语音提示单元、IC卡及IC卡读写器、十、五、三车测距装置，列车运行监控记录装置、平调系统语音单元、制动系统。
上述各个组成装置的连接关系如下：在地面设备中监控主机分别与地面数传电台和通信接口连接，通信接口分别与计划接收单片机和信号接收单片机连接，计划接收单片机再与车站作业单系统连接，信号接收单片机再与微机联锁式电气集中控制系统连接，在机务段的调车作业单分析管理系统与IC卡读写器连接，埋设在站场的RFID通过发射无线射频信号与车载设备的RFID识别器连接，平调系统语音单元与车载设备的录音单元连接，列车运行监控记录装置分别与制动系统和车载设备的监控记录装置接口连接，在车载设备中车载主机分别与RFID识别器、司机台显示器、控制键盘、监控记录装置接口、录音单元、录音读取单元、语音提示单元、车载数传电台、车载IC卡读写器、十、五、三车测距装置连接，IC卡读写器再与IC卡连接。
本发明的工作原理如下：
计划接收单片机和信号接收单片机分别采集调车作业单系统数据和微机联锁式电气集中控制系统的机车进路信息和机车信号，并通过通信接口输入到监控主机，监控主机在作出判断处理后通过地面数传电台发送到车载数传电台，再通过RS-232输入车载主机，车载主机将输入的信号处理后在司机台显示器进行显示，实现了调车作业计划单的无纸化下达和地面信息的电子地图显示，司机通过显示器就可以掌握所要进行的作业和地面的信号状况；机车的定位和定向由埋设在轨道道渣中的RFID来实现，RFID埋设在机车经过的各个关键点(信号灯、脱轨器、道岔、土挡)前，当机车经过时，RFID识别器读出RFID发送的无线信息，并通过RS-232传输到车载主机，车载主机确定机车的当前位置后，首先通过语音提示单元提醒司机进行处理，如果司机采取了合理的措施，系统不动作，如果司机没有按照提示采取措施，系统会根据当前情况进行判断，如果有事故发生的可能存在，系统会自动通过监控记录装置接口控制列车运行监控记录装置进行紧急停车，保障机车作业安全。系统还可以通过录音单元和录音读取单元对平面调车灯显系统的平调系统语音单元进行录音，当由于语音传输失误而产生作业事故时可以作为分析事故责任的依据。系统的十、五、三车测距装置可以取代现有的通过制动员目测来确定连挂车辆间距离的方法，测距将更加准确。车载主机的所有数据将通过车载数传电台和地面数传电台传输到地面监控主机，经过地面监控主机的专家系统判断处理后发送控制指令到车载主机并实施控制。作业完成后，司机将车载主机中的计划作业单数据通过IC卡读写器转存到IC卡，并由司机带回机务段通过IC卡读写器读出，进入调车作业单分析管理系统进行工作量的统计处理。
本发明各个工作系统的详细工作过程如下：
计划接受单片机与车站作业单系统连接，用来采集调车机车作业计划单数据，然后通过通信接口，连接到监控主机，信号接收单片机与微机联锁式电气集中控制系统连接，用来采集地面机车信号和轨道电路信号，同样通过通信接口，连接到监控主机，监控主机通过RS-232与地面数传电台连接，用来将接收到的信号和控制指令通过地面数传电台发送到车载数传电台，车载数传电台通过RS-232与车载主机连接，将地面控制信号输送到车载主机，录音单元采用PCI录音卡，它插入车载主机的PCI插槽内，通过音频线与平调系统语音单元连接，用来对平调系统语音单元进行录音，录音文件为WMA格式，录音文件可以通过录音读取单元输出和播放。
站场设备RFID埋设在机车经过的各个关键点(信号灯、脱轨器、道岔、土挡)前，机车上安装RFID识别器，当机车经过时，RFID识别器读出RFID中的信息，并通过RS-232传输到车载主机，十、五、三车测距装置选用带RS-232接口的激光测距仪，利用它可以准确地测量车辆连挂时的距离，然后通过RS-232接口发送到车载主机上。车载主机与司机台显示器连接，将调车作业计划单和地面机车信号在司机台显示器上显示，车载主机与控制键盘连接，司机可以通过控制键盘对车载主机进行操作，车载主机通过RS-232与监控记录装置接口连接，监控记录装置接口通过航空插座与列车运行监控记录装置连接。车载主机与语音提示单元连接，用来对司机进行语音提示预警，车载主机将获取的数据进行分析判断，需要预警时通过车载主机的语音提示单元提醒司机采取适当的操作，需要控制时通过监控记录装置接口发送控制指令给列车运行监控记录装置，令其通过控制制动系统实施紧急停车或限速控制，保障机车作业安全。
车载IC卡读写器与车载主机相连，安装在机务段的IC卡读写器与实现调车作业单分析管理系统主机相连，当司机完成调车作业时可以通过IC卡从车载IC卡读写器中读取作业单数据，然后带回机务段通过IC卡读写器读入调车作业单分析管理系统主机，用来进行调车工作量的统计和报表工作。
本发明具有以下有益效果：
由于本发明利用了RFID来进行机车的定位和定向，采用了可靠的无线数据传输技术，实现了地面机车信号和计划任务作业单在机车上的实时显示，无需司机瞭望地面机车信号，通过显示器就可以清楚地面状况，避免现有调车机车依靠人工确认地面机车信号而存在的安全隐患，而且一旦司机操作失误，系统可以实现自动判断和控制，保证了调车作业的安全性、准确性和可靠性。
由于本发明采用调车作业单计算机传输装置，通过对作业单数据的采集和最终显示在车载主机的司机台显示器上，实现了调车作业计划的无纸化下达，不仅减轻了调车人员的劳动量，而且达到了简便、快速、准确的调车作业的目的。
本发明采用从微机联锁式电气集中控制系统采集机车信号和轨道电路信号，经监控主机分析处理后通过数传电台传输给车载主机，经分析处理后在司机台显示器上形成反映地面信号的动态电子地图，提供了安全、准确、可靠、稳定的调车作业信号。
本发明激光测距装置安装在机车的尾端，该装置自动地不断测量调车机车与目标连挂车辆之间的距离，当距离分别为十车、五车、三车时，该装置自动给车载主机发码，以控制机车速度，同时通过语音告知司机目前距离，实现了自动化操作，有效地克服了天气恶劣能见度差对目测产生的误差，增加了调车作业的可靠性。
图1为本发明调车机车作业安全监控装置的组成框图
图1显示了本发明的一种实施例，其作业程序是：
具体实施方式
车站调度发出调车指令，机务段调度接收指令后指挥调车机车出段。
调车机车进入调车场，当经过第一块埋设的RFID时，地面RFID发射信号给安装在机车上的RFID识别器，RFID识别器将信号通过RS-232传给车载主机，车载主机通过车载数传电台和地面电台传输给地面监控主机进行系统自检和入网注册，自检成功以后地面监控主机向该机车的车载主机发送确认注册信息，为该车载主机建立注册号，组建起地面和车载监控网络，并通过语音提示单元提示司机监控系统程序已经启动，此后，地面主机开始定期向车载主机通过数传电台发送自检信号，整个系统进入调车监控工作状态。
地面计划接收单片机从车站作业单系统获取该调车机车的作业计划，经地面监控主机和地面数传电台、车载数传电台传输到车载主机，在司机台显示器上进行显示，方便司机按计划进行作业，对于有变更的作业计划则通过平调系统语音单元进行传输，由司机通过控制键盘进行修改，车载主机同时通过录音单元对平调系统语音单元进行录音，如果需要录音回放时可以通过录音读取单元进行处理；信号接收单片机采集微机联锁式电气集中控制系统的信号，通过通讯接口到地面监控主机，经地面监控主机和地面数传电台、车载数传电台传输到车载主机，在司机台显示器上形成电子地图图象供司机参考。
地面信号开放后，调车机车按作业计划进行作业，此间地面监控主机通过地面数传电台、车载数传电台实时地向车载主机提供电子地图图象信息，包括股道分布情况、轨道电路占用情况、调车进路开放情况以及地面信号灯状态，同时埋设在各关键点(道岔、信号灯、脱轨器、土挡)前的RFID当机车通过时发送无线信号给RFID识别器，RFID识别器通过RS-232传输到车载主机，将机车准确定位在车载电子地图上，并通过语音提示单元提醒司机注意前方信号状况，如果司机操作得当，调车机车作业安全监控系统不参与控制操作，如果司机操作不当，调车机车作业安全监控系统则要参与控制操作，当地面主机的专家系统判断机车存在冒进、碰轧脱轨器、撞土挡、机车冲突等作业事故发生的可能时，通过电子地图显示和语音信息提示司机采取措施，如果司机因各种原因没有采取措施，车载主机会在一定时间后通过监控记录装置接口发出控制指令给列车监控记录装置，通过该装置控制制动系统将机车实行紧急制动。
系统还具有十、五、三车测距功能。传统的十、五、三车测距是通过制动员的目测来获取连挂车辆间的距离，然后通过手持发码器发信号给机车控制器实施车速控制。本发明通过带RS-232接口的激光测距仪来进行精确定位，将数字信息传输给车载主机并通过监控记录装置接口发出控制指令给列车监控记录装置，通过该装置控制制动系统限制机车在十车距离、五车距离、三车距离时的速度。
调车机车完成调车任务后，退出调车场，在退出调车场的轨道附近设置退网RFID，当机车退出调车场时，RFID发射信号给车载主机，车载主机识别后通过车载数传电台和地面数传电台传送到地面监控主机，监控主机确认后不再对车载系统发射信号，车载主机退网关机。
本实施例中，各组成装置采用的型号规格如下：
1.车站作业单系统 铁路TMIS子系统
2.微机连锁式电气集中控制系统 铁路DMIS系统
3.计划接收单片机 JDS-JHJS
4.通信接口 RS-232(或RS-485)串口及线缆
5.信号接收单片机 JDS-XHJS
6.监控主机 M50 8189 55C型计算机
7.数传电台 MDS4710
8.IC卡读写器 JDS-ICC
9.调车作业单分析管理系统 M50 8189 55C型计算机
10.RFID M201TI
11.激光测距装置 JDS-CJY激光测距装置
12.RFID识别器 FTRD-2011
13.车载主机 IPC-610P工控机
配置为：
处理器 Inter Pentium4 3.00
内存容量 512M
硬盘容量 120G
14.语音提示单元 IPC-610P工控机
配套声卡 MCR-E700型有源音响
15.录音读取单元 具有USB接口的1G闪盘
16.录音单元 BP-RK2000型2通道PCI电脑录音卡
17.平调系统语音单元 HT-III型机车控制器
18.司机台显示器 15英寸高亮度TFT显示器
19.控制键盘 IPC-610P工控机键盘
20.制动系统 铁路现有设备
21.监控记录装置接口 JDS-JK
22.列车运行监控记录装置 LJK-2000(或LKJ93)型
Claims (1)
1.调车机车作业安全监控装置，其特征为分为地面设备和车载设备两部分，地面设备安装在信号楼、机务段和站场三个地方，车载设备安装在调车机车上，两者之间通过地面数传电台和车载数传电台进行双向数据信息传输，地面设备具有：装配在信号楼的监控主机、所述地面数传电台、计划接收单片机、信号接收单片机、通信接口、车站作业单系统、微机联锁式电气集中控制系统，装配在机务段的调车作业单分析管理系统、IC卡读写器，装配在站场的是埋设在道渣下面的RFID，车载设备具有：车载主机、所述车载数传电台、RFID识别器、司机台显示器、控制键盘、监控记录装置接口、录音单元、录音读取单元、语音提示单元、IC卡及IC卡读写器、十、五、三车测距装置、列车运行监控记录装置、平调系统语音单元、制动系统，上述各个组成装置的连接关系如下：在地面设备中监控主机分别与地面数传电台和通信接口连接，通信接口分别与计划接收单片机和信号接收单片机连接，计划接收单片机再与车站作业单系统连接，信号接收单片机再与微机联锁式电气集中控制系统连接，在机务段的调车作业单分析管理系统与IC卡读写器连接，埋设在站场的RFID通过发射无线射频信号与车载设备的RFID识别器连接，平调系统语音单元与车载设备的录音单元连接，列车运行监控记录装置分别与制动系统和车载设备的监控记录装置接口连接，在车载设备中车载主机分别与RFID识别器、司机台显示器、控制键盘、监控记录装置接口、录音单元、录音读取单元、语音提示单元、车载数传电台、车载IC卡读写器、十、五、三车测距装置连接，IC卡读写器再与IC卡连接。
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