宫旭东 上海铁路局电务处

LKJ2000列车运行监控技术分析及新一代技术研究

宫旭东 上海铁路局电务处

针对LKJ2000型列车运行监控装置的技术现状及不足进行了分析，通过研究当前铁路运输安全需求及技术发展趋势，提出新一代LKJ的技术研究思路。

LKJ2000；新一代LKJ；技术研究

LKJ2000型列车运行监控装置（以下简称LKJ2000）研制于1998年，2001年开始在全路推广使用，目前已在全路2万余台机车、500余列动车组上应用，是我国运用范围最广的列车运行控制车载设备。作为已经在中国铁路长期、稳定运用的列车运行控制设备，LKJ系统是中国铁路人通过多年对中国铁路列控技术以及行车组织状况的深入研究后，形成的具有独立自主知识产权的列车运行控制系统。自LKJ-93以来，LKJ技术经历了20多年的发展，事实证明其最具中国特色的基于车载基础数据的控制方式，由于对运输需求变化的适应性强、控制精度高、对运输干扰少、功能扩展能力强等特点而表现出强大的生命力。

尽管LKJ设备在保障我国铁路运输安全方面发挥了巨大的作用，但由于受上世纪九十年代经济、社会发展水平和技术条件等方面限制，LKJ2000型列车运行监控装置在系统安全性方面存在一定局限性，无法满足目前我国铁路运输发展所需的更高安全需求。

本文分析了LKJ2000在安全性等方面存在的不足，并结合当前技术发展状况以及铁路运输对列控系统的安全需求，对新一代LKJ的技术发展方向与实现策略进行探讨。

1 LKJ2000的技术现状与不足

1.1 冗余架构

LKJ2000采用双机热备冗余的架构。在双机热备冗余架构中，当双机分别计算的数据出现不一致时，自身无法判定其正确性，有可能会使用错误的数据甚至输出错误的指令，系统构架不符合故障安全原则。因此LKJ2000的系统安全性能尚未达到当前国际铁路信号系统通行的安全完整性等级，难以满足我国铁路发展对列控系统安全性能的更高要求。

1.2 与机车信号接口方式

机车信号接收并且处理地面发送的移动授权，LKJ系统通过机车信号获得控制所需行车指令信息。目前，LKJ2000采用并行接口方式获取机车信号发送的地面轨道电路信息，包括点灯信息、绝缘节信息等。对于至关重要的移动授权信息，这种采集方式在安全性方面存在明显缺陷，并且由于接线多而导致可靠性降低。

1.3 列车定位

由于LKJ2000采用完全基于车载基础数据控制方式，无法从地面获得控制所需的完整信息，因此在遇到列车径路选择、开车对标等特定情况时，需要司乘人员的干预操作以实现列车定位。过多的人工干预一方面降低了系统的安全性能，同时也增加了司乘人员劳动强度。

此外，LKJ2000设备采用绝缘节信息对距离计算误差进行校正，存在一定的校正误差，特别是在半自闭分区，因线路绝缘节信息量少，距离误差的问题更为突出。

1.4 基础数据容量与数据组织结构

LKJ2000设备可存储的基础数据容量为2MB。近年来随着我国铁路网络的快速扩张、机车/动车组运行范围加大以及跨局长交路列车的开行,基础数据存储容量已成为系统中无法回避的性能瓶颈。目前部分应用部门采取按客车、货车分别安装不同基础数据的方法，但导致需要同时维护多个基础数据版本的问题，造成基础数据的管理极为不便；此外，随着机车、动车组长交路运行，铁路局之间的数据交换、数据链接编制作业量日益增加，早期研发的车载数据组织结构无法满足目前数据维护管理和使用的要求。

2 新一代LKJ技术研究探讨

2.1 开发背景

近15年正是我国经济、社会快速发展的时期，也是历史上铁路发展最快的时期。随着铁路管理体制的改革和进一步适应运输市场化的转变，大量的动车组列车开通运行并在高铁、既有线路间跨线运行，中欧班列、不同轴重的重载货运列车也相继开行。由此对列控系统控制模式如何适应多种线路条件、列车种类和运营场景提出了更高的要求；铁路网快速扩张，机车长交路、乘务区段化运输组织方式的改变，对车载基础线路数据组织结构如何适应变化，支撑数据维护管理和作业的便捷性也提出新的要求；地面应答器等轨旁设备的逐步敷设，使得列控车载设备能从地面获取更多的信息，这为解决司机人工介入操作过多等问题成为可能。

新一代LKJ要充分汲取既有LKJ系统成熟经验与技术特色，充分利用当前技术发展的成果以及相应的新增基础设备（如地面点式应答器、GSM-R网络等），解决既有LKJ2000存在的不足，同时把握当前列控技术发展趋势，研制出符合中国国情、路情，具有独立自主知识产权的高水平新一代LKJ列车运行控制系统，满足当前和未来一段时期铁路运输发展的需要。

2．2 关键技术研究

（1）安全计算机技术。目前国内外主流的列车运行控制系统已广泛采用安全计算机技术，以保证系统的安全性能达到国际铁路信号系统安全标准（SIL4）。为满足系统的安全性、可靠性要求，新一代LKJ系统与安全相关的核心控制单元应采用2×2取2或3取2安全计算机的系统架构。

（2）无线通信技术。当前国内外先进的列车运行控制系统中普遍应用无线通信技术，如城市轨道交通中的CBTC(基于通信的列车控制)系统就是通过WLAN等技术实现列车运行防护控制。我国CTCS-3级列控系统采用GSM-R技术实现车载设备和RBC(无线闭塞中心)之间的无线通信，使车载设备获得移动授权等运行控制指令。

新一代LKJ系统在保持车载基础线路数据优势基础上，应积极研究采用无线通信技术，例如采用WLAN无线通信传输线路基础数据或进行基础数据换装，利用移动通信网实现系统运行状态的远程监测以及临时限速数据的自动载入等功能。

（3）点式应答器技术。在具备地面应答器的区段，新一代LKJ可采用应答器信息实现列车绝对位置定位，减少司机的人工定位操作，避免人为错误对系统安全性能的影响，同时也提高系统的自动化程度。也可以由地面应答器提供系统控制所需的基础数据，包括定位、进路参数、线路参数、限速等信息。

（4）卫星定位/授时技术。卫星导航系统是一种基于卫星的无线电导航定位和时间传递系统，能提供高精度、全天时、全天候的位置、速度和时间信息，已广泛应用于全球的各个行业。当前中国自主研究开发的北斗卫星导航系统已完成部署，正积极推动面向铁路运输行业的应用。在LKJ控制过程中，位置、速度以及时间是涉及安全的关键参数，新一代LKJ可在保证系统安全性的条件下，充分利用北斗卫星导航系统提供的辅助定位和授时功能。

2．3 技术研究思路

（1）适应运输需求的发展。我国铁路运输组织方式具有既有线客货混跑、高速客运专线、及重载/超长的货运等特点。新一代LKJ应按照全路一张网的原则规划列控系统的技术平台，适应不同行车组织方式、不同线路速度等级、不同地面行车设备及不同种类列车开行的需求，在控制模式上兼容不同的行车组织方式，自动识别和支持不同等级线路的跨线运行，同时需适应机车长交路运行和机车乘务员乘务区段化、轮乘制管理模式的变化，解决司机依靠记忆输入参数（如始发车站号、交路号）等问题。

（2）采用安全计算机、安全数据传输等技术。新一代LKJ应遵循铁路信号故障-安全原则，采用安全冗余架构，以符合当前列控设备发展的趋势；与主体机车信号及BTM使用串行通信接口并且采用安全数据传输技术，确保通信信息的安全。研发过程符合相关国际铁路信号安全标准，设备涉及安全的部分满足SIL4安全等级，且通过独立第三方安全评估。

（3）支持集车载预存与地面应答器两种基础数据提供方式。基于车载基础数据的LKJ控制方式，具有对运输变化的适应性强，控制精度高、功能扩展方便等特点；而地面应答器能使得列控车载设备从地面获取更多的信息，解决司机人工介入操作过多等问题。因此在系统设计上，一方面坚持以车载预存基础数据为主的控制模式；同时也可根据地面应答器提供的基础数据（包括定位信息、进路参数、线路参数、限速等），实现列车运行控制。

（4）优化线路数据组织架构。车站是基础数据中的基本节点，LKJ对基础数据的调用以车站编号进行检索。因此车站号的编码方式对LKJ至关重要，涉及到线路数据的编制、跨局数据交换以及始发站号的司机输入等。既有LKJ采用按交路进行车站编码，导致同一个车站存在不同的编码，相同编码可能为不同车站的情况，对跨局数据交换、司机车站编码的输入带来诸多问题。采用全路统一车站编码，方便了线路数据的编制及跨局数据的交换，也有利于司机进行车站编码的输入。

（5）设备检测与维护的自动化与智能化。新一代LKJ应加强系统的故障自诊断功能，实时检测系统的工作状态，并对诊断结果进行记录、显示，便于快速的查询与分析判断。在此基础上，优化新一代LKJ与机车运行检测数据无线传输装置的传输通信接口，通过大容量快速数据传输，实现列车运行监测、运行记录数据文件无线下载及故障检索分析、数据换装和版本号实时查询统计等功能。研究采用无线方式进行线路数据的换装。

（6）发挥在辅助司机安全行车及机务运用管理方面的作用。LKJ人机界面单元包含了大量辅助司机行车的线路信息及语音提示信息，为保证列车安全、正点运行发挥了重要的作用。新一代LKJ应不断丰富人机界面单元信息，并优化人机界面及交互方式。新一代LKJ应根据运用管理需求，丰富采集及记录列车安全运行有关的运行状态信息，支撑机务运用管理的信息化，为多种安全监测、运用管理提供支撑。

3 结束语

国外列车运行控制系统大多是在本国已有技术装备的基础上，为适应运输需求变化而逐步向更高级别的列控系统发展。我国铁路路网规模大、运营环境复杂、管理体系高度统一，这些特点决定了国内的列控技术必须走自己的发展道路。新一代LKJ既要继承并完善既有LKJ的技术特点，又要充分借鉴国内外列控系统的优势，构建具有独立自主知识产权的新型LKJ列车运行控制技术体系，满足当前和未来一定时期我国铁路运输发展的需要。

[1]LKJ列控技术与应用[M].北京：中国铁道出版社，2012.

责任编辑：万宝安 窦国栋

来稿日期：2016-08-03