王启龙 上海铁路局合肥电务段

根据我国快速客运网发展规划，2020年前，以北京、上海、武汉、广州为中心，部分省会城市为节点，将形成1.2万km快速客运网络，同时结合动车组配置和运用优化方案，在北京、上海、武汉、广州建设4个现代化动车基地，配套建设25个动车运用所，以满足“快速维修、安全可靠、高效运营”的要求。

动车组是高速铁路系统中技术最集中、系统最庞大的部分，它是高新技术集合体，技术含量高。其运用、维修方式与即有机车、车辆有较大差异，特点是高度的专业化、集约化、社会化和程序化，因此必须依托覆盖面广、功能强大、集成度高的信息管理系统，快速、准确、及时地完成各种业务信息的采集、处理和传递，实现生产流程高效运转，充分发挥设施能力，保障动车组高效检修、安全运营。承担动车组日常检修和运用工作的动车运用所的建成，体现了我国铁路动车组的检修与运用水平达到了世界发达国家水平。

动车所站场规模较大，进出车辆较多，有既有车，也有动车组。在检修和运用作业过程中，要在不同场区间频繁调车转线，就必须让调度指挥人员实时掌握动车组位置和股道占用信息，而动车所检修库内没有轨道电路，无法掌握动车组停放的具体位置信息（即使有轨道电路，也会因轨道电路区段太长，而无法判断动车组停放的具体位置）。因此亟需建立一套底层的数据采集系统，以实现动车组停放及运动位置跟踪，实时掌握动车所内股道占用状态以及库内作业股道通断电状态，为动车所调度人员提供先进的动车组运用、检修管理手段，使调度人员在值班室内可以一目了然地看到动车所股道进路开放、动车组进出车及其停放位置、列车编组等实时信息，提高调度指挥效率，为全路“动车组管理信息系统”提供基础数据。

1 设计原则及思路

1.1 设计原则

根据动车所调度安全的要求和相关技术规程，动车所动车位置跟踪系统的设计原则是：技术先进、管理到位、系统联网、确保安全。

1.2 系统设计

实现动车组运用和检修工作的信息化，首先要了解动车所运用的现状。目前，已建成的动车所的信息管理系统由于缺少股道信息安全管理系统的支撑，在使用中主要存在以下问题：

⑴微机监测复示终端只能看到进路开放情况，看不到车辆停留位置和车体编组信息。

⑵由于车次号与动车组车号不是同一概念，通过目前电务系统，无法读取进出动车所的动车组车号，以致动车组管理系统只能靠人工输入动车组进出所时间和动车车次、车号，容易错输，效率低下。

针对上述问题，系统设计时，包括了两个子系统：车号识别子系统、动车组位置追踪子系统。1.2.1车号识别子系统

⑴当动车组出入存车场、检查库时自动读取动车组车号。

⑵自动记录动车组出入存车场、检查库时间。1.2.2动车组位置追踪子系统

⑴显示动车所内存车场、检查库内股道上停放的动车组位置及编组信息。

⑵可输入动车组车号查找动车组所在位置。

⑶可点击存车场、检查库股道，查找股道上停放的动车组信息。

⑷实时动态显示轨道电路的车辆进出情况。

2 实现原理

2.1 车号识别实现原理

车号自动识别设备（AEI）由深圳市远望谷信息技术股份有限公司提供，包括AEI主机（AEI主控板、通信接口板、射频收发信机、磁钢信号处理板、标签数据解码板、电源板等）、车轮传感器（射频收发信机开关机磁钢、计轴判辆磁钢）、AEI天线。它除了为后台管理系统提供车辆标签数据外，还提供车速、计轴判辆、标签自动对位等功能。

车辆进出库时，通过安装在咽喉处的车号自动识别设备（AEI）读取安装在动车组两端（既有车安装在机车头部）的电子标签内容。获取车号、车次、端位、进出方向、辆数、进站速度等信息，界面实时绑定显示该车号信息，实现车号的识别(如图 1 所示)。

图1 AEI数据采集及传输原理图

2.2 动车组位置追踪实现原理

从咽喉处通过AEI设备读取车辆内包含的标签信息，在界面上即会显示一个车次窗口，绑定该车号信息，沿轨道行进方向（红光带）进行追踪，类似于DMIS系统的车次跟踪。车辆进入库内存车线之后，根据车组信息和位置传感器，实时显示在该股道的具体存放位置。在安装了位置传感器的股道，可以精确定位动车组停放的具体位置。对于重联车，需要根据头车的车次号反查尾车的车次号（因为尾车标签部分不供电，无法直接读取），得到另一台动车组的车号信息，显示在股道上。

3 技术关键

3.1 动车组在存车线上的定位

动车所内的存车线约450～480(m)，动车长度约201m。一般情况下一条存车线存放动车1～2列（8节编组和16节编组或重联车），在此使用条件约束下，我们要求对动车的定位误差小于5m，要满足这样的定位精度，显然使用即有的轨道信号技术是难于满足要求的。此外，对所用的传感器要求非常高，要耐高温、耐寒冷、耐潮湿、耐油污、耐振动、耐雨雪、耐行人干扰等。为此，设计了如下定位方案：

3.1.1 地圈式定位法

地圈式定位法是根据频率锁定原理，地圈为振荡器的电感部件，当机车经过设在轨枕间的地圈时，改变振荡器频率，锁相环电路随即进行锁定，以此检测机车位置。这种传感器经试验能达到技术要求，但由于检查库下有排污地沟，安装有难度，且数量较多时，会给工务系统维护带来不便。经试验后该方案被放弃。

3.1.2 车轮传感器定位法

车轮传感器有很多种，而适用于库内使用的，应选择低速性能较好的有源传感器（库内限速10km/h），它的原理是通过对机车车轮的计轴、测速、测距来判定机车位置。试验小组在进行上线试验时发现这种方式对运动的机车效果较好，但对于低速或静止的整备线机车来说就难以计轴、测速、测距来判定机车位置。因此该方案被放弃。

3.1.3 红外线定位法

我们利用红外线传感器对障碍物有反射作用的原理来对机车定位进行试验。该方案在做室内试验时可以，但上线试验时发现红外线的灵敏度太高，遇下雨、下雪天气容易受到干扰，因此不具备实用价值。该方案被放弃。

3.1.4 超声波定位法

同样超声波传感器也有遇到障碍物有反射作用的特性。经上道试验证明，超声波传感器对下雨、下雪、灰尘、油污没有误动现象，抗干扰能力较强，能达到理想效果，具有实用价值，因此采用了这一方案。根据上海南动车所的实际情况，超声波传感器安装如图2所示。

图2 股道超声波传感器安装位置示意图

超声波传感器安装应以能实现精确定位的情况下，尽量少安装为原则，要求每两个超声波传感器间的距离小于200m,并保证8节编组的动车组能且只能触动相邻两个超声波传感器，16节编组的动车组至少能触动相邻三个超声波传感器。由于进出都在右侧，所以如图2所示，每股道上安装三个超声波传感器，就能比较容易判断动车组的位置。

当动车进入存车线时，pos1超声波传感器接收到信号，说明动车已经开始进入，pos2接收到信号时，对于8节编组的动车来说，就已经完全进入存车线，而对于16节动车的长编组和重联车来说，则不能这样判断。系统在处理时，先默认按照8节编组的动车来处理，并等pos3的信息，如果pos1、pos2、pos3处超声波传感器都收到信号，则把原来显示的短编组变为长编组或重联车显示，如果pos2和pos3有信号，pos1的信号消失，则说明是8节编组动车，且将停在II列位（尽头线侧）,动车组编组情况如图3所示。

图3 动车组编组情况示意图

3.2 动车位置追踪

动车位置追踪主要解决车号窗口跟随红光带移动的问题。存车线外的轨道电路占用信息，是通过辉煌科技股份有限公司的微机监测接口获得的站场开关量数据。库内动车运动分3种情况：进车、出车、调车转场。由于股道占用的开关量数据是从微机监测接口中得到的，理论上，数据是不应该跳变振荡的，但实际监测发现，特别是雨雪天，经常出现光带不连续、乱显示的情况，红光带的时序逻辑错误明显，如果严格按照理论上的判别依据，难以有效地进行车辆跟踪，在显示界面上易造成矩形框左右来回乱跑的情况，如何解决这一问题，保证车号窗口始终跟在红光带运动？

排一条进路，根据光带和站场轨道物理连接关系，可以递归找到进路起点和终点，在系统中记录下这条进路，开始等待起点轨道的被占用（红光带）数据，若接收到起点的红光带数据，表示有车进入此进路，则根据咽喉处读取的车号报文，在屏幕上显示为该股道上有一个矩形车号窗口，随着列车的移动，车号窗口也随着红光带的前进方向移动。

考虑到进路的唯一性，我们在设计算法时采用了过滤局部数据震荡的算法。因为通过观察发现，数据震荡总的趋势是和车辆实际运动方向一致的，采用类似于瞎子爬山算法求解全局最优问题，我们考虑容忍光带数据局部的震荡，判别思路不是只看当前和下一步红光带的时序，而是把趋势判断步长定位4步，即往前多看4步红光带变化的时序逻辑，判定时刻定位重绘矩行框的之前，按照少数服从多数的原则，若记录的红光带右边方向的个数大于左边的个数，说明车辆向右移动，反之向左移动，进而最终判定车辆运动方向是进所方向还是出所方向，合理地在界面上显示矩形框的运动轨迹。当然这个逻辑是低于排进路逻辑的，一个完整的进路决定车辆总的运动趋势，严格上讲，依据进路光带的变红时序和程序里面锁存的各个进路股道顺序号（界面绘制股道时的索引号），可以逐一进行比对，假定都以第一次收到的红光带数据为准，可以通过实际和程序内锁定的数据进行比较，同样采用少数服从多数的原则，来确定车辆的局部运行方向。大致算法描述如下：

接受红光带数据，保存光带的结构数组赋初值-1；

判断此红光带的右面第四条轨道是否为股道，如果是取此红光带以后四条数据并记录在结构数组里，收到红光带数据，相应序号的结构数组赋值1，收到白光带数据赋值0，以第一次读到的光带数据为准，如有新的重复的光带数据读到，不覆盖数组原有值。若为终点或大于终点，则直接等待终点收到第一条红光带为止，将矩形框移至该光带后，延时到该光带出清后消失。

判断当前结构数组里面新增加的四个值（从左至右，a1-a2-a3-a4），假定为 a1，a2，a3，a4，如果 a1 和 a4 的值为 1 或a1，a3的值为1，或者a2，a4的值为1，则判断存在进所方向（L->R）。根据判断结果显示矩形框移动至当前红光带位置。

虽然上述方法过滤掉了一些不正常的数据，使显示界面更加简洁、明了，但因为用算法过滤了采集的原始数据，不是最真实的原始数据，不易在正线车次跟踪时使用。上海南动车所由于是库内作业，动车行驶速度非常慢，采集底层数据时会出现各种问题（其中很多情况是有些轨道区段“压不死”），过滤掉干扰数据，也是迫不得已而为之。

4 结束语

上海南动车所在库内增加了少量设备，运用成熟的算法，实现了准确的车辆追踪与定位，准确率达99.99%，为我局的动车检修信息化积累了宝贵的经验。