列车自动监控

1 系统设计

1.1 系统组成

为了充分发挥仿真系统的培训和考试作用,系统设置教师机和学生机。教师机主要完成设置培训考试内容,数据维护,监视学员和记录学员的培训考试过程。系统结构见图1。

学生机是该系统的主体部分,主要完成ATS仿真系统的操作环境模拟,培训考试功能。学员通过自己的用户名登陆系统,根据权限和站型的不同进入系统显示相应的界面,进行相关的操作。学生机系统结构如图2所示。

1)系统登录:根据后台用户管理和工作站型的不同区分操作人员,用户登录后根据权限和类别显示相应的操作界面。

2)界面显示仿真:显示界面窗口上层是操作命令菜单,下层是命令显示按钮及站场显示窗口。

3)列车运行仿真:模拟列车在线路上的运行以及进路正常解锁过程,根据运行图、区间运行速度模拟列车正向运行、反向运行和出入库运行。

4)联锁仿真:仿真道岔、轨道区段和信号机之间的安全防护关系,模拟进路的选排、取消和人工解锁,进路区段的自动解锁。

5)故障仿真:模拟列车运行过程中的故障,包括信号机故障、轨道电路故障和道岔故障,并存储各种故障及操作,记录相应流程和操作控制。在培训过程中教师机设置故障,培训人员进行故障处理。

6)报警信息仿真:如果有警报出现,对应的报警按钮闪烁并以声音提示操作员,并显示报警信息列表输出到主显示界面。能及时记录被检测对象的状态,有预警、诊断和故障定位的能力。

7)现场信息仿真:模拟真实线路的轨道、道岔、信号机以及其他现场设备实时动作,产生动态数据库,供联锁程序使用。

8)记录和回放功能:能记录设备状态信息、人工操作和系统自动操作的结果,可以回放和查询。

9)教学、练习和考试功能:主要实现视频教学、学员练习和考试功能。在学员进行练习和考试时,教师机可以向学生机设置故障和视频监视学生机。

1.2系统结构

ATS仿真培训系统分为教师机和学生机。系统结构采用C/S三层体系结构:用户界面层、业务逻辑层和数据库服务层。用户界面层为用户提供应用操作界面,负责与用户交互,接受用户的操作输入;业务逻辑层负责相关数据和逻辑的处理,将结果在用户界面显示;数据库服务层提供基础数据。系统以数据库为基础,通过教师机、学生机终端为用户提供服务。考虑到教师机、学生机培训考试过程中的网络响应速度,系统的运行建立在局域网之中,系统网络结构见图3。

1.3数据库设计

系统数据库使用Microsoft SQL Server 2000。在系统设计中,将数据从逻辑业务中分离出来,形成独立的应用程序服务器。系统主要数据包括:站场静态数据、轨道、信号机、道岔关系数据、进路表和培训考试信息。在程序模块中,用SqlConnection对象与数据库建立连接和读取数据。

1.4开发环境

ATS仿真培训系统在Windows操作系统下开发,开发平台选用Microsoft Visual Studio 2005,开发语言为C#,运行环境采用.NET Framework 2.0。

2 系统功能模块

2.1界面显示模块

界面显示提供人机交互界面,包括站场图、信号机、道岔、轨道的显示绘制和ATS系统的各种按钮、窗口以及菜单的显示仿真。站场图由专门的画图软件绘制,经过处理后只保留有轨道的站场底图,而将站场基本数据生成数据表存放在数据库,它们构成了系统的初始数据供联锁程序和列车运行模拟使用。在程序初始化时,将站场数据从数据库中提取出来,由Draw()函数将信号机、道岔和按钮等填充到Form窗体上,同时生成各种相应事件。

2.2联锁仿真模块

联锁主要模拟进路的选排、取消和人工解锁,进路区段的自动解锁。进路的信息存储在静态联锁表中,结构如表1所示。人工排列进路时,由进路的始端按钮和终端按钮确定开放的进路信息,并触发进路排列事件,将产生的进路重绘在窗体显示的站场图中;自动选排进路时,按照进路的优先级自动选排。

2.3 列车运行仿真模块

系统运行时环境的主线程由Main()方法来启动应用程序,为了不影响主程序的运行,列车运行的驱动事件由另一个线程负责。在程序中首先实例化一个Thread类,在类的构造函数中调用ThreadStart委托,再将列车驱动方法通过一个传递给Thread构造函数的 ThreadStart 委托表示,通过Thread.Start()来启动线程的执行。系统排列进路成功后启动线程触发列车驱动方法产生列车运行工作。

2.4 教学考试模块

主要实现对人员教学和考试测评的功能。教学功能在学生机中实现,将操作步骤按照流程存储在数据库中,演示时由程序控制播放流程。考试测评由教师机和学生机配合完成,教师机设定考试过程的分数,考试过程中教师机可以通过视频和语音监视学员的考试过程,考试结束后将考试结果存储在学生信息表中,方便查阅和掌握学员的培训效果。

3 结束语

系统的实现以实际线路为原形,按照列车运行与信号控制的逻辑规则,模拟真实的操作环境,提高了模拟仿真系统的真实性和培训考试操作的有效性。其次,采用面向对象的方法使系统具有很好的扩展性和通用性。该系统的开发和实现,为城轨列车操作人员提供了真实的培训平台,具有很好的应用前景。

参考文献

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[3]迟哲,陈永生.基于三层C/S结构的ATS仿真系统的研究与实现[J].计算机工程,2002(3):186-188.

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[5]赵根苗,陈永生.基于三层分布式架构的列车自动监控仿真培训系统的分析与设计[J].微型电脑应用,2003(12):35-37.

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[7]毛保华.城市轨道交通系统运营管理[M].北京:人民交通出版社,2006.

[8]林瑜筠.城市轨道交通运输设备[M].北京:中国铁道出版社,2008.

列车运行安全监控系统改进探讨篇2

下面针对列车运行和安全管理中的一些问题, 提出安全监控系统功能进一步改进的设想。

1 双司机配班单司机值乘模式问题

目前我国已普遍实行双司机配班单司机值乘模式, 对提高机车运用效率、压缩站停、减少直达列车途中作业时间起到了重要的作用, 符合铁路跨越式发展的需要。但在运行中, 此模式相对减少了对机械间、电器间的巡视次数 (旧有模式为按行驶里程巡视, 现行模式为每到司机换班时巡视一次) , 如果后部产生火灾等异常情况, 很难及时发现。

解决策略:在机车后部安装烟雾、温度传感器, 信号经模数转换器传至列车运行监控装置, 在监控器中设置一定阀值, 一旦超过规定的烟雾浓度或温度值则报警, 并强制司机进行机械间巡视。此时休息司机需行至另一侧司机室, 对机械间进行巡视, 并对监控器进行相应操作后方可解除报警。

2 机车的智能化行车系统势在必行

我国铁路线路利用率高, 机车结构复杂, 工作环境相对恶劣, 机车故障难以避免, 对司机排查故障的时间要求极其严格, 因此, 迅速查找故障处所并有效排除或控制故障进一步恶化一直是机务部门日常工作所关注的重点内容。一般情况下, 普通人遇到突发事件往往不能按照平时的思维模式思考问题, 缺乏冷静、客观的判断, 行车时, 当列车速度过高、运行中出现特殊情况时, 会造成机车乘务员的恐慌心理, 造成手脚不听使唤, 动作变形, 导致事故的发生。而单司机值乘导致缺少商讨、确认的机会, 单司机一人作业时, 缺乏有效的监督机制, 互控、他控能力削弱, 与双人值乘相比可靠度固然降低。

解决策略:编制行车专家系统, 存储在监控装置主机的ROM中, 自动或人工检索调用。通过分析常用机车电路故障诊断方法, 由故障树自动生成专家系统知识库实现诊断知识的自动获取并确保知识的一致性和完备性。监控装置本身能检测一些机车状态参数, 部分自动化程度较高的机车也可检测机车各主要设备工作状态, 整合以上数据及加装其他传感元件。利用一定算法综合评价机车工作情况, 用VB6.0和VBA语言实现对AUTOCAD的调用, 完成显示工作状态以及图形定位的功能, 实现故障诊断结果的图形输出。检测到故障时, 系统查找专家数据库, 自动列出故障排除方法;在系统无法检测到故障时, 也可人工检索查询。专家系统的显示不能遮挡其他内容, 可另安装监视屏或重新安排现行显示布局。

3 机车防超速问题的新思路

防超速功能仅限于当前限速而言, 长大上下坡道的列车速度, 尤其是重载货物列车难于控制, 惯性大、制动距离长、对线路纵断面反应明显。目前仅仅依靠司机的行车经验, 要求机车乘务员对速度和线路要有综合的、超前的预见性。现行模式下司机必须熟悉所担当区段的线路情况, 这样就限制了值乘区段的延长及人员的调配, 而单纯依靠司机本身的经验行车无疑存在着极大的安全隐患。

解决策略:监控装置中的线路数据是预存在ROM中的, 列车换长、总重等数据也已在开车前输入, 运行时, 根据这些数据完全可以计算出如司机不采取任何措施, 列车运行几千米以后的速度。如经计算预计会产生超速等危及行车安全的情况出现, 监控装置将提前发出警示信息。有效地帮助司机控制列车运行速度, 减少了因行车经验不足所引起的超速控停、非常停车及坡停救援等情况的发生。

4 机车司机酒驾问题监管不到位

酒后驾驶是发生事故的重要诱因, 也是机务部门进行现场安全卡控的必要环节, 因此机车乘务员在出勤时都要进行酒精含量检测, 以防止酒后开车。但实行双司机配班单司机值乘后, 机车交路普遍较长, 作业时间跨度大, 因此在驾驶过程中, 如发生司机饮酒的情况则无法进行有效的管理, 严重地威胁行车安全。

解决策略:在司机室司机侧的上部加装酒精检测装置并与监控装置相连, 实时测量司机室内酒精含量的浓度, 如超过一定的阀值则在监控中记录, 发出警示信息, 并要求司机采取某些行为以保持自身清醒。此设备成本低廉, 技术成熟, 但普通酒精检测器需要被检人员近距离呼气, 对于较大空间的酒精含量反应不敏感, 不能应用于司机室内的酒精浓度检测。检测设备需要进行数据修正, 瞬间浓度超标不做记录 (酒精检测装置除对酒精敏感外, 对于丁烷等气体也会产生动作) , 只有在相对较长时间内的浓度超标才做出反应。

5 安全设备数量多而复杂

目前司机室内各类安全设备繁多, 相互之间关联程度低, 操作复杂, 设备摆放、布线混乱, 维修和查找故障不便。

解决策略:集成各类安全装备包括车机联控录音设备、列尾装置、无线传输设备、卫星定位装置。20世纪90年代以来, 我国铁路列车, 特别是新造的机车牵引的列车或动车组, 一般都有列车通信网络。这是一种可靠性要求高、实时性要求强、与控制系统密切相关的计算机网络, 由WTB和MVB2层拓扑结构组成。所有总线都遵循相同的操作规则, 共享实时协议和网络管理;遵循0SI网络体系结构, 兼容及可扩展性强。如果将监控装置的智能传感器、监控主机、彩屏及其他设备增加MVB接口, 挂在MVB上, 则可大大减少机车布线。

6 增加机车出入库时间的统计

该时间可从车号识别系统机务闸楼AEI设备读出的时间取得。这样一方面可用闸楼AEI设备代替扳道员签点, 取消机车乘务员上下机车签点, 既减轻了乘务员的工作量, 也保证了人身安全;另一方面可为机务统计工作直接提供原始数据, 并代替统计人员手工输入, 既减轻了统计人员的工作量, 也保证了数据的准确。

摘要：根据铁路系统的现场作业和安全管理中所反应出来的一些问题, 针对国内列车运行安全监控系统的功能提出了一些改进意见。

关键词：监控装置,机务安全管理,列车运行监控

参考文献

[1]杨志刚.列车运行监控记录装置[M].中国铁道出版社, 1999.

[2]杨志刚.LKJ2000型列车运行监控记录装置[M].中国铁道出版社, 2003.

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[4]唐怀敦, 周圣洋, 梁峰.单司机操纵机车远程电视监控及烟雾报警系统的研制[J].铁道机车车辆工人, 2006.

[5]李一鹏.机车故障诊断系统[D].西北工业大学硕士论文, 2006.

[6]王俊杰.进一步完善LKJ2000型监控装置功能的建议[J].机车电传动, 2003.

[7]屠铁军, 郎诚廉.司机操纵评判系统的设计[J].内燃机车, 2003.

[8]孙卫红.LKJ2000型监控装置的完善与改进[J].机车电传动, 2003.

高速列车组的机电设备监控系统篇3

项目总体目标是为了增强创新能力、提高研发水平、加强研究成果向生产经营活动转化。次要目标:一是获得高水平的技术和科技成果, 通过创新, 提升经济实体的水平、促进知识向经济实践转化, 增加罗马尼亚经济竞争力。二是促进经济实体的创新能力, 加强经济、社会之间技术的联系。三是满足铁路运输对安全性和舒适性方面的质量要求, 增加公众及铁路服务部门的信任。四是促进经济部门和研究机构之间的技术转移伙伴关系。五是建立一个现代化的监控系统。

研究计划和方法:

2014年进行比较分析及概念研究;设计监控系统。

2015年进行监控系统试验。本项目罗方似合作单位还有:

1.罗马尼亚科学院固体力学研究所, 成立50多年。与本项目有关的IMS-AR动力系统已研究20多年, 并取得众多成果, 已成为标准。

2.罗马尼亚理工大学的“滚轮运输学院”在铁路滚轮胎的测量, 气压制动设备的测试等方面的研究卓有成效, 获得多项专利。

列车自动停车减速系统篇4

1 研究背景

目前, 我国的列车自动停车减速系统大多应用列车自动保护系统 (Automatic Train Protection, 简称:ATP, 其工作示意图如图1) , 也叫做列车超速防护系统, 它的作用是列车超过指定速度时, 自动制动。当车载的设备接收到调度系统的限速信息, 与列车实际速度比较, 如果列车的实际速度超过限速, 则制动装置使列车减速或停车。

但是, ATP系统过多的依赖调度系统和列车车载的的信号控制系统, 当这些信号控制系统的某一环节发生故障时, 就会带来极大的安全隐患。像今年发生的震惊全国的甬温动车事故, 就是信号设备的故障造成的。所以, 目前的列车停车减速系统还有待完善。

2 思路介绍

为了减少列车对调度系统的依赖, 本文提供了一种车载的、不依靠于列车调度系统的列车自动停车减速系统 (如图2) 。此系统的基本思路为:在每辆列车上安装信息储存处理系统和无线电设备。信息储存处理系统用来分析和储存列车的行驶信息;无线电设备用来获取列车附近一定范围内的其它列车的信息储存处理系统内的信息以及分析与其它列车的距离。如果列车离同轨道的前方列车距离过近, 则对列车进行减速或停车。

3 具体实施方式

每辆列车安装有信息储存处理系统, 用来分析和记录列车的名称、所在的轨道、图2行驶速度、行驶方向;无线电设备每隔一段时间会对附近的列车进行探测 (假设前后两辆列车的安全距离为S, 无线电设备的有效探测距离必须大于S) 。经过此步骤, 列车就会获取周围列车的名称、所在轨道、行驶速度以及行驶方向。同时, 无线电设备会对同一轨道的前方列车进行测距, 并将此距离与安全距离S进行比较, 当此距离小于S时, 列车就会进行减速或者停车 (工作流程图如图3) 。

4 前景展望

列车自动监控篇5

1 监控装置系统组成及故障分析

1.1 监控装置系统组成

LKJ-2000型列车运行监控记录装置基本组成单元是一个主机箱和两个显示器。它的速度信息来自光电式速度传感器, 机车信号信息来自通用是机车信号, 压力监测除了检测列车管压力外, 还检测机车制动缸的压力及均衡风缸压力。

1.2 故障分析

当监控装置正常运行时, 主机板上的CPU就会释放出400HZ方波脉冲, 从而产生交流电压供给继电器。如果系统出现故障后, 则会无方波释放, 接通电路后显示器也会发生吱吱的声音进行报警, 故障灯也会亮起, 这个时候要及时的进行处理, 要不然会导致烧毁监控装置。

1.2.1 原因分析

一是主机板上输入的5V电压不稳, 主要由电源板无5V电源输出或其它插板使用5V电源有短路造成, 致使CPU芯片工作不稳。

二是负责主机板CPU存储器及地址译码器编辑工作的可编程芯片D2 (GAL20V8) 因长期使用出现老化现象, 芯片过热导致其性能不稳定或失效。

三是在编辑程序时人为的出现输入错误或是编辑程度出现错误, 都会引起程序出错, 造成系统故障的发生。

四是主机系统的时钟如果出现错误, 则会导致整个系统运行的混乱, 出现程序死机现象的发生, 这也会引起装置的系统故障。

五是在对监控装置进行检修时, 主板上的配件会进行拔插的动作, 如果多次进行拔插后会造成插脚与插座接触不良, 使设备出现系统故障;还有就是机车在运行过程中的震动也会造成配件的接触不良, 从而导致系统故障的发生。

1.2.2 解决措施

(1) 监控装置的电源板采用的三极管及电阻功率偏小, 受机车电压波动影响, 无法给监控装置提供稳定可靠的电源, 因此将原电源电路中的三极管及电阻功率适当增大即可解决这一问题。

(2) 正常的芯片都有一定的使用寿命, 所以在使用过程中不同厂家的产品可以使用的期限也会有所不同, 一般情况下芯片在使用三万小时左右就应该进行更换, 也就是说工作超过三年的芯片都应该进行全部更换, 以便影响监控系统的正常工作。

(3) 为了避免芯片在编程过程中出现问题, 所以在所有程序写入存贮芯片后, 必须在试验台上进行试验。

(4) 供应电源的电池在平时工作时的电压不应低于3V, 工作时间也不能超过三年, 对于达不到工作标准及超出使用年限的都应进行更换, 以保证电源的正常供应。

2 速度传感器故障和电务设备故障

2.1 原因分析

2.1.1 光电速度传感器故障

由于速度传感器本身故障如传送电缆断、轮轴的插孔及套脱出等;或电源故障, 监控装置不能准确计算出机车运行的速度, 造成调出信号及公里标错误, 监控装置出现误动作, 机车乘务员只能做关机处理。

2.1.2 机车信号故障无法正确接收地面信号

如果机车信号出现故障不能接收地面信号时, 监控装置的监控依据也将消失, 这时监控装置会按规定模式把控制机车的出口限速为0km/h, 这样列车就不能正常的行驶了, 所以这时乘务员应该将监控装置关掉, 以保证列车的正常运行。

2.2 解决措施

2.2.1 关闭监控装置, 机车乘务员必须通知列车调度员, 由列车调度员下发调度命令, 按非正常车次掌握。

乘务员退勤时交回调度命令, 做为凭证, 否则视为非法关机。

2.2.2 增加速度传感器的检查次数, 规定每次小修时, 速度传感器下

车检查, 对发现插套磨损的必须进行更换。

2.2.3 电务设备故障, 机车信号出现灭灯后, 乘务员关闭监控装置后, 必须电话通知列车调度员, 到前方停车。

列车停车后, 乘务员改变车次为重联车次, 重新对标开车, 保证监控装置记录相应的数据, 虽不能控制列车安全, 但凭此数据可分析乘务员是否安全操纵列车。

3 信号故障

机车信号是列车监控装置进行监控的重要依据, 所以一旦机车信号出现故障, 这时监控装置通过计算机对机车做的指令就与实际情况有出入, 造成列车接收到错误的信号, 停车或是减速等情况, 使列车的正常运行程序受到了影响。

3.1 原因分析

3.1.1 机车信号车下感应线圈故障或安装高度不符合要求。

3.1.2 轨道发码设备故障。

发码设备故障, 不发或错发信号码, 造成机车信号显示与地面实际显示不符, 导致监控装置在执行过程中出现错误。

3.1.3 接近发码区段距离较短, 列车运行速度较高, 机车信号不能及时上码, 乘务员被迫对监控装置采取解锁操作。

3.2 解决措施

可以把机车信号接线圈的安装支架改造成可调节式的, 再适当的延长部分车站接近发码区段的距离。

4 监控装置记录的文件丢失

监控装置所记录的列车运行的数据, 正常情况下芯片可存放十年的数据, 但在实际运行过程中, 如人为操作的错误或是人为的破坏, 亦或是配件的质量问题从而导致数据的丢失, 这时会给机车的运行带来安全问题, 无法进行运行的分析工作。

4.1 原因分析

4.1.1 监控装置设备质量问题

(1) 监控装置主机插件故障。 (2) 记录插件电池不良, 达不到RAM芯片中数据正常保存的要求。

4.1.2 由于监控装置记录的文件条数过多 (以下称大文件) , 将RAM芯片中存放的数据挤出, 造成文件丢失现象。

4.1.3 机车乘务员为掩盖操纵上的失误, 人为将监控装置记录的运行数据毁掉。

4.2 解决措施

4.2.1 在对监控装置检修时要实行实名制检修, 并固定人员进行检

修, 尽量减少检修人员的更换率, 这样在检修过程中就能在质量上有所保障。

4.2.2 检修完成后, 需要进行相关的检测, 只有达到检测标准并能准

确记录数据的配件才可在监控装置上使用, 对于不合乎标准的配件, 一律不许在监控装置上使用。

4.2.3 为了保证系统时钟的正常运行, 对于NI-Cd电池要进行电压

测试, 对于低于3V的电池要进行更换, 同时对于使用三年以上的电池也要进行定期更换, 以免影响系统时钟的正常运行。

5 结语

综上对于列车监控记录装置系统的故障的分析, 并在实际工作中得以应用, 并取得了较好的效果, 一方面在很大程度上提高了监控装置监控的质量, 另一方面也保证了列车运行过程中的全程监控。保证了列车的安全运行。

参考文献

[1]杨明军.LKJ-2000型监控装置柴油机转速记录显示误报的处理[J].内蒙古科技与经济, 2011年14期.[1]杨明军.LKJ-2000型监控装置柴油机转速记录显示误报的处理[J].内蒙古科技与经济, 2011年14期.

[2]武新杰, 邵嘉林, 李长生.LKJ2000型列车运行监控记录装置模拟设备开发及应用[J].中国科技信息, 2011年17期.[2]武新杰, 邵嘉林, 李长生.LKJ2000型列车运行监控记录装置模拟设备开发及应用[J].中国科技信息, 2011年17期.

列车自动防护系统技术浅析篇6

1 列车自动防护系统概述

列车运行自动控制由三个子系统组成, 分别是:列车自动防护 (ATP) 、列车自动驾驶 (ATO) 以及列车自动监督 (ATS) 。其中ATP是一个关键的列车自动防护系统, 它的主要作用是对列车进行自动防护, 负责列车的安全运行, 控制列车运行的间隔。在列车的运行中, 尤其是在十分注重设备的列车运行控制当中, ATP的安全决定了整个列车的安全, 因此在列车运行控制中起着不可忽视的作用。因此, 我们对列车自动防护系统的原理和功能进行了系统的分析, 得出它具备以下几种功能, 一是安全性停车点防护, 它主要是保证列车能在安全区段停下来。二是超速防护和制动保证。在列车超速行驶的情况下, 确保列车一旦超过规定速度, 立即施行制动。

2 列车自动防护系统技术

列车自动防护系统 (ATP) 是城市轨道交通运行中必不可少的安全保障, ATP系统主要负责“超速防护”起保障安全的作用。结合实践我们将列车自动防护系统的这种功能做了具体的分析。

2.1 列车自动防护系统的工作原理

2.1.1 轨旁设备的工作原理

每个轨旁区域控制器都要接受临时限速指令和该控制区内列车发出的位置信息, 根据所有以知障碍物的位置和预计的交通荷载确定其区域内所有列车的移动授权, 并持续更新和传输移动权限指令。最后通过移动闭塞确保列车以最小的运行间隔安全运行。

2.1.2 车载设备工作原理

车载控制器是在微处理器上的基础上建立的, 里面会存储与列车运行有关的轨道线路数据, 它是通过与每个子系统的端口连接, 来实现列车定位、允许速度执行、控制模式的管理、移动授权这些命令的。

2.1.3 数据通信的工作原理

轨旁骨干网络是由骨干交换机构成, 两个单独的单模光缆会交互连接, 骨干网采的弹性分组数据环技术将接入交换机连接起来, 具有智能化、经济性、高效率和可靠性的优点。

2.2 列车自动防护系统的功能

2.2.1 安全性停车点防护

看列车的停车点是否安全, 主要是看它是否停在危险点上。无论如何都不能超越危险点。列车在运行的过程当中会有一个安全间隔, 列车的安全间隔既能保证行车安全, 还能提高运行的效率。由前行列车的位置确定其后方轨道的限速, 后续列车的速度不能超过轨道电路的限速。ATP系统能在列车运行时将移动限定在前行列车尾部后面的安全距离外方停车点, 保证列车之间的最小安全间隔。从而有效保障列车在运行中的安全。

2.2.2 列车的防护和制动

ATP系统有固定的限速, 比如由线路参数决定的区间最大允许速度、由列车的物理特性决定的列车最大允许速度以及临时限速, ATP系统会根据列车当前状态及线路条件, 实时计算出紧急制动情况下列车运行不超出目标点时应满足的速度限值。将这些速度限值连成一条曲线便是速度距离模式曲线。如果列车的时速超越最大允许速度, ATP车载速度会立刻发出报警提示;当超速达到一定值时, 会输出最大常用制动命令, 保证在预计时间内能达到制动或减速的命令, 否则的话立刻实施紧急制动, 保证无论在什么情况下配有车载设备的列车都不会超出限制范围。

2.2.3 列车的紧急制动

紧急制动系统是确保列车在安全制动模式下的停车距离内停车的系统。一旦开启紧急制动, 列车在完全停车前将不会缓解。在实施紧急制动时, 任何外力都无法对它进行干扰, 包括检测出列车在运行中出现错误这一状况。一般情况下不会实施紧急制动, 除非出现以下几种情况:1) ATP被检测出涉及安全故障。2) 列车的移动不正常。3) 运行中车门没有关闭。4) 列车脱钩。

2.2.4 安全控制车门

车载ATP系统对车门控制的监督十分严格, 是为了确保列车准确的在站内开门和避免列车未停稳开门及车门打开时列车启动的情况, 只有在ATP检测得出列车符合所有的安全条件时才会按运行模式开门。

3 列车自动防护系统的速度命令

列车防护系统的速度命令由车载ATP设备和ATP速度命令接收器两部分构成, 车载ATP设备主要是通过阻抗变压器来将接收到的速度命令输入轨道, 再由速度命令来对它的信号进行翻译和显示, 它的目的是保证列车按ATP速度命令安全运行, 一旦检出超速, 立刻采取相应的制动。ATP速度命令接收器的工作原理则是将命令传递给列车感应线圈, 然后车载接收单位将信号过滤变换为限速信息。将测试过的继电器接传接到带通滤波器, 系统处理器会自动将接收到的信号放大、解调, 为了达到测定实际速度的目的, 系统处理器CPU及控制器会重新接收到由比较的结果形成的检测信号, 一旦检测出超速, 车载ATC会立刻实施相应的制动。

4 总结

总的来说, 列车速度的不断提高, 在一定程度上改变了铁路信号技术。很多的铁路在实施列车自动防护系统的过程中, 都将故障安全放在十分重要的位置, 统一设计地面和车载设备, 及时更新技术和强化改造, 以此来保证整个系统的安全性和可靠性。如今铁路信号正在向通信信号一体化这个方向发展。因此, 今后的发展趋势是有效实施列车自动防护系统。

参考文献

[1]郜洪民, 段晨宁, 尹逊政.城轨交通CBTC关键技术——列车自动防护车载 (ATP) 子系统[J].现代城市轨道交通, 2011.

列车自动监控篇7

本系统使用的主控芯片为Hi3512,是深圳华为海思半导体有限公司推出的第二代嵌入式高性能通信多媒体处理芯片,其硬件支持H.264和MJPEG等多种协议[4],可广泛应用于实时视频通信、数字图像监控、网络摄像机等领域。

1 列车车载监控的总体结构

车载监控主要用于汽车,列车使用相对较少,主要原因在于列车上的电源系统差异较大,同时列车对车载产品的安全等级要求较高,需要经过相关部门的严格检验才能使用。

本文设计的嵌入式列车车载监控系统由嵌入式列车车载录像机和PC端录像回放分析系统两部分组成。由于列车存在移动距离远、行驶地点偏僻等特点,使得实时监控并不适用于列车。同时考虑到列车的运行时间较长,因此选择较低成本较大容量的硬盘作为监控录像存储介质。列车运行到站后,将硬盘取下到PC端做回放分析。

PC端回放分析软件不仅要回放音视频监控画面,更重要的是要取出混合于视频中的机车号、机车速度、机车位置、车重、计长等信息数据和各种报警信息。这些信息数据和报警信息是通过串口从机车安全信息综合监控装置(TAX箱)采集进监控系统,然后与音视频文件一起混合打包,最后在PC端分离,做进一步分析。通常的机车TAX箱上能够监控到机车运行状况的各种信息,并且可以实时显示出来,但是并不能保存下来。而通过本系统,就可以在回放视频监控画面的同时,回放机车运行的一切操作信息,对分析监控机车的运行状况,有非常重要的作用。

本文设计的列车车载监控系统,可以同时录制4路视频,其中有2路视频用于监控机车主要部件的运行状况,传输至驾驶舱进行实时显示,并同时写入录像文件中;另2路视频监控并记录驾驶员的操作,以预防操作失误。这样一个文件就能全面监控列车的运行信息、机器状况、驾驶员操作、现场环境状况等各种信息,为列车的运行提供了安全保障,可以满足分析潜在隐患、查找分析事故原因等多种功能要求。

2 嵌入式车载系统的硬件设计

主控芯片采用华为海思的Hi3512,该芯片是基于H.264 BP算法的视频压缩芯片,采用ARM9+DSP+硬件加速引擎多核的高度集成的SoC架构,具备强大的视频处理能力。片内具有独立的16 KB的指令cache和16 KB的数据cache,内置MMU。内嵌的DSP内核具有3个ALU,8级流水线设计,支持MPEG-4 AVC/H.264等协议。

整机硬件框图如图1所示,系统采集到的模拟视频信号和模拟音频信号,经过A/D转换后送入Hi3512芯片中的DSP进行压缩;同时又将采集到的数字信号进行合成,经D/A转换后送入驾驶舱实时显示。车次号、机车号、机车速度、机车位置、车重、计长等信息数据和各种警报信息等TAX箱数据,通过RS485传入主控芯片,与压缩好的音视频数据一起混合打包和存储。

本系统的转换器采用Techwell公司的TW2835,该芯片可以同时支持4路模拟音频输入,4路模拟视频输入,1路模拟音频输出,2路模拟视频输出。Flash用于存储机内嵌入式Linux操作系统和应用程序等相关文件。DDR2作为程序运行内存使用。SATA接口与硬盘连接,用于存储录像文件。RS232接口用于调试机内软件。网络接口用于下载机内软件。USB接口可以升级机内软件,也可以用于存储或导出录像文件。

列车上的电源为110 V直流电源。由于列车上的用电设备多,电路复杂,因此,列车上的用电设备对可靠性、稳定性等要求很高,需要经过相关部门专业检测才能使用。本系统电源部分电路可以适应输入电压在60 V～130 V之间的变化,峰值可过滤300 V,稳定输出为12 V且已经通过相关部门的检测。图2是车载监控系统电源部分的电路。

3 嵌入式车载系统的软件设计

该嵌入式列车车载监控系统采用嵌入式Linux系统[5],海思公司针对Hi3512芯片,提供了一个Linux的软件开发包(SDK)。SDK中包括基于U-boot1.1.4开发的Bootloader和基于标准Linux内核2.6.14移植的Linux内核文件,以及基于busybox 1.1.2版本制作的根文件系统,也包含了一些常用的Linux命令。用户程序开发库则依赖于glibc 2.3.4版本。同时还提供了音视频开发工程的函数库,利用这些函数库,用户可以比较容易地直接使用硬件资源,以快速开发充分利用芯片性能的用户应用程序。

本系统的应用程序用来完成控制视频的采集、压缩、存储等功能。应用软件采用模块化设计,分为VI(VideoInput)、AI (AudioInput)、VIU (VideoInsertUserdate)等几个模块,当需要时可加载运行。

主控芯片硬件支持H.264编码和解码,并且具有基于H.264视频压缩的一系列优点[6],本系统选择H.264视频编解码处理视频。音频部分采用8 kHz采样率、16 bit精度的ADPCM(Adaptive Differential Pulse Modulation)编码。

视频、音频、信息数据分别按照各自规则压缩编码、添加时间戳,最后混合打包成一个文件。此文件可以在监控机上回放,也可以在PC端做进一步分析。

图3为音视频采集复合软件模块流程图,图4为用户数据插入软件模块流程图。

4 PC端分析回放系统设计

录制的音视频文件有一个文件头,其中保存一些固定信息,如车次、司机号、录像文件通道、制式、码率以及清晰度等,其后是交错排列的音频帧和视频帧。其中信息数据帧添加在视频帧中,根据H.264标准,I帧包含的信息量大,为关键帧。以每秒25帧的录制速度为例,每秒只有一帧I帧,其余为P帧,P帧包含的是与前一帧的差值。同时,TAX箱中的数据并不是更新得很快,所以在每秒1帧的I帧中插入TAX数据,P帧为全部视频数据,这样就能够满足存储所有的TAX箱数据,也大大减小了冗余数据的存储。必要时也可添加TAX箱数据到P帧,其中音、视频帧交错排列,音频帧就可以不需要时间戳等与视频帧同步的信息,解码完一帧视频数据后立即解码音频帧,就可以做到音视频同步。

视频帧结构如图5所示。音频帧结构如图6所示。

其中音视频帧数据都是8 B对齐,即包括帧头在内,占用磁盘空间大小为8的整数倍个字节,当一帧数据不是8的整数倍时,末尾加0填充,这样解码时就可以快速搜索到帧头,在用户拉动进度条跳播时,可以快速定位。

根据视频文件结构,PC端视频文件处理的主程序结构如下:while (1)

其中,视频帧中的TAX箱数据和视频数据是放在一起的,当判断出是视频帧后,程序立即进入TAX箱数据提取,提取的TAX箱数据送到TAX箱数据的处理线程,将车次、司机号、速度、公里标等信息输出到屏幕上相应位置。提取出TAX箱数据后的视频帧数据,送入H.264视频解码器,视频解码后输出的是YUV视频数据,再借助微软公司的DirectX SDK9.0中的Directshow,将视频YUV数据绘制到用户屏幕。

判断出是音频帧后,将音频帧中的音频数据,送入音频解码器。注意音频帧数据中还包含有音频帧头,其帧头中包含的信息是帧长度和循环次数信息,解码后输出的是脉码调制PCM(Pulse Code Modulation)录音原始音频采样数据。PCM音频数据也通过微软公司的DirectX SDK9.0中的Directsound进行回放。需要注意的是,音频压缩帧是160 B/帧,解码后是480 B/帧。逐帧音频回放时会有停顿的情况,若将多帧融合,再做回放,又会产生明显的音视频不同步现象,所以最终是将两帧音频合在一起一次回放。

PC端软件是基于Microsoft Visual Studio 2005 MFC文档/视图结构开发的,其中,视频解码和音频解码均使用了海思公司提供的解码库,音视频回放使用了DirectX SDK9.0。

本文给出了一种基于Hi3512芯片的嵌入式列车车载监控系统的设计与实现方案,Hi3512采用ASIC芯片硬件实现视频的编解码,与采用ARM芯片加DSP软件编解码方案相比,开发难度和成本都比较低。使用与Hi3512芯片相配合的操作系统和应用软件开发包,进一步降低了系统的开发周期和成本。同时,本文还介绍了一种视频信号中混合机车TAX箱信号的方法以及视频信号混合机车运行信号的设计和回放分析提取的具体流程。近一年的调试和实际运行测试表明,本设计产品能够完成最初的设计要求,可以规模化使用,有广泛的应用前景。

参考文献

[1]孙戈,郭小玄.基于Hi3510的Linux嵌入式视频服务器的设计[J].煤炭技术,2009,28(11):146-148.

[2]周辉,叶桦,仰燕兰.基于WebGIS与车载移动视频的智能车辆监控系统[J].东南大学学报,2010,40:192-197.

[3]李渊,于海勋.基于Hi3510的车载监控系统的设计[J].微计算机应用,2008,29(1):67-69.

[4]深圳市海思半导体有限公司.Hi3511/Hi3512硬件设计用户指南[z].2009.

[5]深圳市海思半导体有限公司.Hi3511/Hi3512_linux开发环境用户指南[z].2008.

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