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摘要：针对朔黄铁路公司开行重载列车的运用需求，结合新一代列车运行监控装置的特性，提出新一代列车运行监控装置在监控重载列车安全运用中的一些思考，为后续重载列车的发展和运用提供参考。
关键词：重载列车;新一代列车运行监控装置;LKJ-15;自动开车对标;调车防护
重载列车一般是指在货运量到发集中的运输线路上采用大型专用货车编组，采用双机或多机牵引开行的一种超长、超重的货物列车，重载列车车辆载重力大，列车编挂辆数多。由于重载列车编组长度和重量的特殊性，其在安全控制方面有着更高的要求，现有LKJ2000列车运行监控记录装置在软件和硬件方面存在诸多限制，制约了重载列车运输发展。本文通过分析新一代列车运行监控系统的技术特性，探索新一代列车运行监控装置在重载列车控制中的应用方法。
1.LKJ2000型列车运行监控记录装置运用现状
LKJ2000列车运行监控记录装置（以下简称LKJ2000）是我国铁路列车运行控制的主要安全设备之一，其主要功能是防止“两冒一超”，即防止列车冒进进站信号机和出站信号机、监控列车运行速度。同时具备记录列车运行、机车运用及司机操作状况作为行车安全分析重要依据的“黑匣子”功能。
朔黄铁路公司自2009年开行万吨列车以来，经过探索试验，逐步开行1.5万吨、1.74万吨和两万吨等多种编组形式的单元和组合重载列车。尤其是朔黄铁路万吨站场改造完毕后，万吨、两万吨列车大量开行，LKJ2000型列车监控记录装置面对站场复杂化后，在列车监控、乘务员操作以及适应站场控制方面显得捉襟见肘，难以适应运输发展和机务运用安全的新要求。
1.1 系统安全可靠性等级低。
LKJ2000在设计之初受经济和技术条件限制，未采用安全型计算机平台架构，人机界面交互单元（屏幕显示器）、通信接口等关键环节为非安全冗余设计，受系统架构限制，机车运行途中出现主/备机切换、重启、屏幕显示器“黑”、“白”屏等现象时有发生，既影响行车安全也干扰司机正常操作。
1.2 系统资源有限，适应运输发展能力差
LKJ2000型设备软硬件资源匮乏，受硬件资源限制LKJ车载数据的容量仅为2MB，且难以扩展;受软件系统架构限制，每条交路所能使用的车站代码限制为0-1023，朔黄铁路神池南至肃宁北间目前已使用636个。就神池南站而言，发车地点受数据容量限制，多点使用同一代码，无法准确定位机车实际开车位置。
1.3 控车精准度不足，影响列车运行效率。
受LKJ2000系统架构制约，LKJ2000型在很多場景下均无法实现精准控制，只能采用延长控制范围的导向安全侧控制方式来确保行车安全，影响了列车的运输效率。控制精度不够的典型场景列举如下：
1）始发车站不同侧向发车进路存在不同的道岔限速时，在该车站侧向始发的列车只能按照最低的道岔限速控制;
2）车站某股道进站道岔限速和出站道岔限速不同时，列车通过该侧线股道运行时LKJ2000只能按照进站道岔限速和出站道岔限速两者的低值控制侧向通过速度;
3）特定引导、绿色许可证等非正常行车不能定位到具体故障的信号机进行控制，遇存在连续的进站信号机或者连续的出站信号机，LKJ2000对每个进站或出站信号机均进行停车模式曲线控制，需要乘务员逐个解锁操作后方能通过。
1.4 人机交互不友好，易造成操作错误
既有监控设备控制参数设定时，交路、车站号均为代码形式、开车对标、支线和侧线选择等需要司机记忆，人机交互中设备智能化程度低，现场复杂化之后，应用中易出错。通过对2015年至2018年4月朔黄铁路列车运行数据的统计分析，因错输造成行车问题总计146件。
（1）错误使用按键、支侧线号造成自停动作放风、责任停车26件
（2）错误选模式、车站代码、交路号造成列车自停动作放风、责任停车21件
（3）错误使用开车键、错误调整数据造成非正常行车100件
通过对三年以来行车问题的整理分析，可以看出LKJ2000在监控操作方面，由于错输支线侧线号造成自停动作放风19件、由于错输车站代码造成行车问题14件、由于错误位置使用开车键高达97件。造成这些问题的主要原因不外乎两点：一是站场复杂乘务员辨别机车位置、开车对标地点困难;二是LKJ人机交互界面显示不直观，
2.新型列车运行监控记录装置系统功能对比
2013年铁路总公司立项研发的LKJ系统（LKJ-15型）形成科研成果，目前产品已获得铁路产品认证，具备推广使用条件。LKJ-15型相比LKJ2000在性能方面得到了极大的提升：
2.1 系统安全性提升
系统安全方面采用2乘2取2安全计算机架构，核心部件的安全完整性为国际电子产品认证最高等级SIL4级，行车指令获取方式，由LKJ2000型并口电平采集改为采用安全协议串口通信，确保机车信号信息采集安全、可靠;控制指令输出具备终端状态检测和故障-安全措施，确保列控设备输出的控制指令准确、可靠。
系统可靠性方面，关键环节均采用冗余设计，显示器内置双套冗余;原LKJ2000型的调车监控、平面调车、本补切换、数模转换等8个外围扩展设备集成为一体化设备，大量减少外围设备间的连接电缆，平均无故障时间（MTBF）达1.78×106小时，比LKJ2000型高2个数量等级。
2.2 系统功能适应运输发展需求
与LKJ2000型设备相比，LKJ-15在系统功能方面进行了较大的改进，可以支持具备通过地面应答器提供LKJ基础数据监控列车运行能力，并实现与车载基础数据运行的平滑切换，可适应跨不同线路等级线路的列车运行控制需求;采用车次号与模式控制、数据调用无关联逻辑设计，车次编码支持10位数且字母和数字可任意组合，无需通过升级软件适应铁路车次编号规则的变化;数据存储容量可提高到256M，且对车站号、监控交路号等 数据资源没有限制，将不会出现因数据存储容量、数据资源不足等造成需对机车、动车运行范围进行限制的现象。
2.3 数据维护和管理便捷
基于路网布局以数据元为基础建立拓扑和逻辑关系，采用统一的编码体系，为图形化数据编制、便捷的更新维护和区域协作以及控制精准化提供了数据平台;采用列车运行径路数据与线路设备、设施参数数据分层架构设计，可针对线路基础数据或运行组织数据的不同变化分别进行数据维护，数据维护作业量小且发生错误概率低;通过数据中心服务器实现跨局数据的交接与管理，备自动对跨局交接的数据进行拼接，实现了铁路局间区域数据工作协作的便利化，降低了数据交接出错等安全风险;具备自动化的无线数据换装能力，可降低数据换装劳动强度，减少人工干预环节，解决数据人工换装存在的错换、漏换等问题，提高了安全保障能力。
2.4 操作方式更加友好
采用拼音索引定位车站并根据起始站至终到站自动规划运行径路供司机选择输入;无需司机记忆或携带《LKJ操作使用手册》的车站编号、监控交路号对照表即可完成始发站和运行径路等发车参数的设定;遇运行图调整列车径路变化也无需换装LKJ数据和修改《LKJ操作使用手册》;具备车站各股道出站信号机、区间通过信号机、指定公里标处进行开车对标调用线路数据的操作方式，易于司机掌握，且适应行车组织变化的能力强;具备支线运行方向信息显示和CIR获取进路信息显示，有利于保证司机对行车安全关键的支线方向选择操作正确，并具备卫星定位辅助纠错司机的操作，提高了安全保障能力。
3.LKJ-15列车运行监控装置的运用情况
中国中车LKJ-15C型列车运行监控记录装置，最早2015年4月在沈阳机务段装车试运行，截至2018年3月，中国中车LKJ-15C型列车运行监控记录装置在全路9个铁路局共安装了16套，车型涉及DF4、DF8B、HXD1、HXD2等11种车型，分别是沈阳铁路局、上海铁路局、南昌铁路局、武汉铁路局、兰州铁路局、昆明铁路局、青藏公司、济南铁路局、成都铁路局。其中与LKJ2000型并行，不参与控车的13套。LKJ-15C型单独控制列车的3件：分别是：昆明机务段2015年9月SS7C158机车、2017年5月分HXD3C617机车和格尔木机务段2018年3月在HXN34193机车。
河南思维LKJ-15S型列车运行监控记录装置在2015年4月起，开始装车运用，总计14台，涉及客运和货运列车的监控，车型涵盖HXD1D、HXD1B、HXD3C、DF4C、SS7C、HXD3C、SS3、HXD3、DF8、DF8B、HXN3等车型。
2018年7月19日，中国中车LKJ-15C型列车监控装置在朔黄铁路管内完成设备安装和静态调试并上线运行。经过一段时间的试验运行，LKJ-15型列車运行监控装置的数据精准控制很好的解决了万吨站场腰岔发车的问题，并结合朔黄铁路重载列车实际需求，取消了上电紧急、宕机紧急、待机紧急等三项功能。同时根据朔黄公司需求建立差分基站，同期试验卫星定位对标开车，目前试验阶段卫星定位信息精确度达到2-5米，正在进一步优化试验当中。
4.LKJ-15列车运行监控装置功能展望
4.1 基于卫星定位的自动开车对标
LKJ-15设备附属装置LAIS（列车运行状态信息系统）系统包含卫星定位模块。其卫星定位误差较大，但如果集合差分基站提供的卫星精准的定位信息，可实现列车的自动定位功能，如：自动开车对标、车站和股道定位、区间校正等功能。
事先通过卫星定位终端采集站场、线路的实际卫星参数信息，预置在LKJ-15行列车监控装置基础数据中，运用时，司机在始发设定参数时，允许自动定位车站、股道等信息，并处于降级模式下，LKJ-15列车监控装置实时采集卫星定位数据，将列车机车位置、运行方向和速度，与LKJ-15基础数据中卫星定位数据进行匹配，满足条件时实现自动开车对标控制。
在正常模式下，可以根据该卫星定位信息与实时卫星信息对比，实现监控装置机车位置自动校正功能。
4.2 基于LKJ-15的本务机车站场调车作业安全防护系统
在LKJ-15列车监控装置基础上，利用无线技术与站场联锁信息握手，实现本务机车的调车作业安全防护，如：调车信号防护、速度防护、机车或车列定位、以及接触网终点、车档和站界等距离防护、存留车股道防护等功能。
采集站场实际信息，绘制成站场图，通过无线发送的站场实时联锁信息，将站场的轨道区段占用情况、调车信号机显示情况、道岔定反位状态、机车位置等信息实时进行显示，指导司机掌握整个站场的各个股道和轨道区段的占用和空闲状态，同时将联锁信息与监控装置绘制好站场信息进行对比计算，再通过LKJ-15型列车监控主机实现调车机车和车列的报警、控制，实现调车作业安全防护功能。
4.3 基于车载雷达、传感器及卫星定位准确判定机车运行速度和列车定位
目前机车速度采集主要源于装载与机车2、4轴的速度传感器三个速度通道的采集结果，经LKJ-2000型列车监控装置对比产生，不能准确及时的反映列车真实速度。
LKJ-15型列车监控装置采用的霍尔传单器、雷达辅助测速测距和卫星定位模块，可以通过不同方式采集机车的运行速度，不局限于单一轴位速度。可以通过将轴位速度、雷达速度和卫星速度三者比对得出列车真实速度，避免单轴位空转或轮滑是列车产生常用和紧急制动等对于重载列车来说的危险控制指令，判定列车发生缺失发生空转时，可以通过报警、卸载等比较柔和的指令辅助乘务员操纵列车，从而提升列车的运行品质和安全系数。
5.结束语
目前，LKJ2000列车运行监控装置作为监控重载列车安全运用的行车保证设备，起到了至关重要的作用。随着重载铁路运用需求的快速发展，控制精准性要求的逐步提高，新一代列车运行监控装置能够有效的解决LKJ2000的短板，更好的适应重载铁路的发展需求。
参考文献
[1] 王会民.重载列车运输过程中的安全控制[J].中国科技纵横.2016
[2] 中国铁路总公司.LKJ-15列车运行监控系统暂行技术条件.[Z].中国铁路总公司.2017
[3] 中国铁路总公司.LKJ模式设定规范（2015）版 [Z].中国铁道出版社.2015
（作者单位：朔黄铁路发展有限责任公司 机辆分公司）
关键词：重载列车;新一代列车运行监控装置;LKJ-15;自动开车对标;调车防护
重载列车一般是指在货运量到发集中的运输线路上采用大型专用货车编组，采用双机或多机牵引开行的一种超长、超重的货物列车，重载列车车辆载重力大，列车编挂辆数多。由于重载列车编组长度和重量的特殊性，其在安全控制方面有着更高的要求，现有LKJ2000列车运行监控记录装置在软件和硬件方面存在诸多限制，制约了重载列车运输发展。本文通过分析新一代列车运行监控系统的技术特性，探索新一代列车运行监控装置在重载列车控制中的应用方法。
1.LKJ2000型列车运行监控记录装置运用现状
LKJ2000列车运行监控记录装置（以下简称LKJ2000）是我国铁路列车运行控制的主要安全设备之一，其主要功能是防止“两冒一超”，即防止列车冒进进站信号机和出站信号机、监控列车运行速度。同时具备记录列车运行、机车运用及司机操作状况作为行车安全分析重要依据的“黑匣子”功能。
朔黄铁路公司自2009年开行万吨列车以来，经过探索试验，逐步开行1.5万吨、1.74万吨和两万吨等多种编组形式的单元和组合重载列车。尤其是朔黄铁路万吨站场改造完毕后，万吨、两万吨列车大量开行，LKJ2000型列车监控记录装置面对站场复杂化后，在列车监控、乘务员操作以及适应站场控制方面显得捉襟见肘，难以适应运输发展和机务运用安全的新要求。
1.1 系统安全可靠性等级低。
LKJ2000在设计之初受经济和技术条件限制，未采用安全型计算机平台架构，人机界面交互单元（屏幕显示器）、通信接口等关键环节为非安全冗余设计，受系统架构限制，机车运行途中出现主/备机切换、重启、屏幕显示器“黑”、“白”屏等现象时有发生，既影响行车安全也干扰司机正常操作。
1.2 系统资源有限，适应运输发展能力差
LKJ2000型设备软硬件资源匮乏，受硬件资源限制LKJ车载数据的容量仅为2MB，且难以扩展;受软件系统架构限制，每条交路所能使用的车站代码限制为0-1023，朔黄铁路神池南至肃宁北间目前已使用636个。就神池南站而言，发车地点受数据容量限制，多点使用同一代码，无法准确定位机车实际开车位置。
1.3 控车精准度不足，影响列车运行效率。
受LKJ2000系统架构制约，LKJ2000型在很多場景下均无法实现精准控制，只能采用延长控制范围的导向安全侧控制方式来确保行车安全，影响了列车的运输效率。控制精度不够的典型场景列举如下：
1）始发车站不同侧向发车进路存在不同的道岔限速时，在该车站侧向始发的列车只能按照最低的道岔限速控制;
2）车站某股道进站道岔限速和出站道岔限速不同时，列车通过该侧线股道运行时LKJ2000只能按照进站道岔限速和出站道岔限速两者的低值控制侧向通过速度;
3）特定引导、绿色许可证等非正常行车不能定位到具体故障的信号机进行控制，遇存在连续的进站信号机或者连续的出站信号机，LKJ2000对每个进站或出站信号机均进行停车模式曲线控制，需要乘务员逐个解锁操作后方能通过。
1.4 人机交互不友好，易造成操作错误
既有监控设备控制参数设定时，交路、车站号均为代码形式、开车对标、支线和侧线选择等需要司机记忆，人机交互中设备智能化程度低，现场复杂化之后，应用中易出错。通过对2015年至2018年4月朔黄铁路列车运行数据的统计分析，因错输造成行车问题总计146件。
（1）错误使用按键、支侧线号造成自停动作放风、责任停车26件
（2）错误选模式、车站代码、交路号造成列车自停动作放风、责任停车21件
（3）错误使用开车键、错误调整数据造成非正常行车100件
通过对三年以来行车问题的整理分析，可以看出LKJ2000在监控操作方面，由于错输支线侧线号造成自停动作放风19件、由于错输车站代码造成行车问题14件、由于错误位置使用开车键高达97件。造成这些问题的主要原因不外乎两点：一是站场复杂乘务员辨别机车位置、开车对标地点困难;二是LKJ人机交互界面显示不直观，
2.新型列车运行监控记录装置系统功能对比
2013年铁路总公司立项研发的LKJ系统（LKJ-15型）形成科研成果，目前产品已获得铁路产品认证，具备推广使用条件。LKJ-15型相比LKJ2000在性能方面得到了极大的提升：
2.1 系统安全性提升
系统安全方面采用2乘2取2安全计算机架构，核心部件的安全完整性为国际电子产品认证最高等级SIL4级，行车指令获取方式，由LKJ2000型并口电平采集改为采用安全协议串口通信，确保机车信号信息采集安全、可靠;控制指令输出具备终端状态检测和故障-安全措施，确保列控设备输出的控制指令准确、可靠。
系统可靠性方面，关键环节均采用冗余设计，显示器内置双套冗余;原LKJ2000型的调车监控、平面调车、本补切换、数模转换等8个外围扩展设备集成为一体化设备，大量减少外围设备间的连接电缆，平均无故障时间（MTBF）达1.78×106小时，比LKJ2000型高2个数量等级。
2.2 系统功能适应运输发展需求
与LKJ2000型设备相比，LKJ-15在系统功能方面进行了较大的改进，可以支持具备通过地面应答器提供LKJ基础数据监控列车运行能力，并实现与车载基础数据运行的平滑切换，可适应跨不同线路等级线路的列车运行控制需求;采用车次号与模式控制、数据调用无关联逻辑设计，车次编码支持10位数且字母和数字可任意组合，无需通过升级软件适应铁路车次编号规则的变化;数据存储容量可提高到256M，且对车站号、监控交路号等 数据资源没有限制，将不会出现因数据存储容量、数据资源不足等造成需对机车、动车运行范围进行限制的现象。
2.3 数据维护和管理便捷
基于路网布局以数据元为基础建立拓扑和逻辑关系，采用统一的编码体系，为图形化数据编制、便捷的更新维护和区域协作以及控制精准化提供了数据平台;采用列车运行径路数据与线路设备、设施参数数据分层架构设计，可针对线路基础数据或运行组织数据的不同变化分别进行数据维护，数据维护作业量小且发生错误概率低;通过数据中心服务器实现跨局数据的交接与管理，备自动对跨局交接的数据进行拼接，实现了铁路局间区域数据工作协作的便利化，降低了数据交接出错等安全风险;具备自动化的无线数据换装能力，可降低数据换装劳动强度，减少人工干预环节，解决数据人工换装存在的错换、漏换等问题，提高了安全保障能力。
2.4 操作方式更加友好
采用拼音索引定位车站并根据起始站至终到站自动规划运行径路供司机选择输入;无需司机记忆或携带《LKJ操作使用手册》的车站编号、监控交路号对照表即可完成始发站和运行径路等发车参数的设定;遇运行图调整列车径路变化也无需换装LKJ数据和修改《LKJ操作使用手册》;具备车站各股道出站信号机、区间通过信号机、指定公里标处进行开车对标调用线路数据的操作方式，易于司机掌握，且适应行车组织变化的能力强;具备支线运行方向信息显示和CIR获取进路信息显示，有利于保证司机对行车安全关键的支线方向选择操作正确，并具备卫星定位辅助纠错司机的操作，提高了安全保障能力。
3.LKJ-15列车运行监控装置的运用情况
中国中车LKJ-15C型列车运行监控记录装置，最早2015年4月在沈阳机务段装车试运行，截至2018年3月，中国中车LKJ-15C型列车运行监控记录装置在全路9个铁路局共安装了16套，车型涉及DF4、DF8B、HXD1、HXD2等11种车型，分别是沈阳铁路局、上海铁路局、南昌铁路局、武汉铁路局、兰州铁路局、昆明铁路局、青藏公司、济南铁路局、成都铁路局。其中与LKJ2000型并行，不参与控车的13套。LKJ-15C型单独控制列车的3件：分别是：昆明机务段2015年9月SS7C158机车、2017年5月分HXD3C617机车和格尔木机务段2018年3月在HXN34193机车。
河南思维LKJ-15S型列车运行监控记录装置在2015年4月起，开始装车运用，总计14台，涉及客运和货运列车的监控，车型涵盖HXD1D、HXD1B、HXD3C、DF4C、SS7C、HXD3C、SS3、HXD3、DF8、DF8B、HXN3等车型。
2018年7月19日，中国中车LKJ-15C型列车监控装置在朔黄铁路管内完成设备安装和静态调试并上线运行。经过一段时间的试验运行，LKJ-15型列車运行监控装置的数据精准控制很好的解决了万吨站场腰岔发车的问题，并结合朔黄铁路重载列车实际需求，取消了上电紧急、宕机紧急、待机紧急等三项功能。同时根据朔黄公司需求建立差分基站，同期试验卫星定位对标开车，目前试验阶段卫星定位信息精确度达到2-5米，正在进一步优化试验当中。
4.LKJ-15列车运行监控装置功能展望
4.1 基于卫星定位的自动开车对标
LKJ-15设备附属装置LAIS（列车运行状态信息系统）系统包含卫星定位模块。其卫星定位误差较大，但如果集合差分基站提供的卫星精准的定位信息，可实现列车的自动定位功能，如：自动开车对标、车站和股道定位、区间校正等功能。
事先通过卫星定位终端采集站场、线路的实际卫星参数信息，预置在LKJ-15行列车监控装置基础数据中，运用时，司机在始发设定参数时，允许自动定位车站、股道等信息，并处于降级模式下，LKJ-15列车监控装置实时采集卫星定位数据，将列车机车位置、运行方向和速度，与LKJ-15基础数据中卫星定位数据进行匹配，满足条件时实现自动开车对标控制。
在正常模式下，可以根据该卫星定位信息与实时卫星信息对比，实现监控装置机车位置自动校正功能。
4.2 基于LKJ-15的本务机车站场调车作业安全防护系统
在LKJ-15列车监控装置基础上，利用无线技术与站场联锁信息握手，实现本务机车的调车作业安全防护，如：调车信号防护、速度防护、机车或车列定位、以及接触网终点、车档和站界等距离防护、存留车股道防护等功能。
采集站场实际信息，绘制成站场图，通过无线发送的站场实时联锁信息，将站场的轨道区段占用情况、调车信号机显示情况、道岔定反位状态、机车位置等信息实时进行显示，指导司机掌握整个站场的各个股道和轨道区段的占用和空闲状态，同时将联锁信息与监控装置绘制好站场信息进行对比计算，再通过LKJ-15型列车监控主机实现调车机车和车列的报警、控制，实现调车作业安全防护功能。
4.3 基于车载雷达、传感器及卫星定位准确判定机车运行速度和列车定位
目前机车速度采集主要源于装载与机车2、4轴的速度传感器三个速度通道的采集结果，经LKJ-2000型列车监控装置对比产生，不能准确及时的反映列车真实速度。
LKJ-15型列车监控装置采用的霍尔传单器、雷达辅助测速测距和卫星定位模块，可以通过不同方式采集机车的运行速度，不局限于单一轴位速度。可以通过将轴位速度、雷达速度和卫星速度三者比对得出列车真实速度，避免单轴位空转或轮滑是列车产生常用和紧急制动等对于重载列车来说的危险控制指令，判定列车发生缺失发生空转时，可以通过报警、卸载等比较柔和的指令辅助乘务员操纵列车，从而提升列车的运行品质和安全系数。
5.结束语
目前，LKJ2000列车运行监控装置作为监控重载列车安全运用的行车保证设备，起到了至关重要的作用。随着重载铁路运用需求的快速发展，控制精准性要求的逐步提高，新一代列车运行监控装置能够有效的解决LKJ2000的短板，更好的适应重载铁路的发展需求。
参考文献
[1] 王会民.重载列车运输过程中的安全控制[J].中国科技纵横.2016
[2] 中国铁路总公司.LKJ-15列车运行监控系统暂行技术条件.[Z].中国铁路总公司.2017
[3] 中国铁路总公司.LKJ模式设定规范（2015）版 [Z].中国铁道出版社.2015
（作者单位：朔黄铁路发展有限责任公司 机辆分公司）