STPzk 无线调车机车信号和监控系统技术手册.docx
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STPzk无线调车机车信号和监控系统技术手册
编号:
ZK-JS-21-2014
无线调车机车信号和监控系统
（STP-zk型）
技术手册
版本：
1.0.0
编制：
审核：
批准：
深圳市中科数码技术有限公司
二O一四年一月
第一章引言
一.1编写目的
本手册是对STP-zk无线调车机车信号和监控系统（以下简称系统）的整体性描述文件，参与STP-zk系统运用维护工作的施工、使用、维护和管理人员应首先阅读此手册，以便对系统运用中涉及到的各个方面有所了解。
一.2项目背景
STP-zk无线调车机车信号和监控系统（原DKJ-2000调车机车作业监控和记录系统，以下简称DKJ-2000系统）是一个设计用于解决铁路站场调车机车作业安全监控的计算机监控记录系统。
自2002年3月通过部级鉴定以来，DKJ-2000系统已经在全路多个路局的各级车站得到广泛应用，有效地解决了调车作业的安全监控问题。
DKJ-2000系统于2002年3月通过铁道部科学技术成果鉴定，于2005年获得铁道部同类产品安全生产企业认定证书。
STP-zk系统是原DKJ-2000系统的全面升级系统，并于2014年3月获得铁道部该产品安全生产企业认定证书，证书编号为REAC2009-00055。
一.3相关标准
◆铁道部运基信号[2004]73号文《无线调车机车信号和监控系统技术条件》（暂行）；
◆TB/T3021-2001《铁道机车车辆电子装置》；
◆TB/T3034-2002《机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值》；
◆TB/T3073-2003《铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》；
◆TB/T3074-2003《铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件》；
◆铁道部产品质量监督检验中心《铁道部企业认定产品质量检验实施细则——无线调车机车信号和监控系统》
◆《CRCC-11W-042:
2013CRCC认证实施规则特定要求-无线调车机车信号和监控系统》
一.4适用范围
STP-zk系统适用于电气集中联锁、计算机联锁和驼峰自动化控制系统的有调车作业的各级车站和编组站。
STP-zk系统适用于已经安装有列车运行监控装置的调车机车，同时适用于本务机车的调车作业，系统最多适应5台机车在同一车站同时调车作业。
一.5产品证书
一.5.1鉴定证书
一.5.2认定证书
第二章
系统结构
二.1系统结构
STP-zk系统设备由地面设备和车载设备构成，如图1所示：
图1系统结构示意图
在上图中，地面子系统以联锁场为单位配置，负责采集所在场联锁信息及调车作业单，为机车监控提供地面数据基础，并通过无线通道向场内作业的多台机车交换控制信息。
而车载子系统以机车为单位配置，主要负责对机车所作业的联锁场调车机车信号的显示和实施安全监控。
在这样一个体系结构中，车载子系统可以随着机车迁移到不同联锁场而同步切换到该场的调车作业安全监控体系中，即：
一台机车在多个联锁场进行调车作业时都可以对其作业过程实施安全监控。
在这样一个基本结构中，STP-zk系统的基本工作过程如下：
1）地面子系统采集实时的站场联锁信息，主要包括信号机状态、道岔状态以及轨道电路状态，并将联锁信息无线传送到场内作业机车的车载子系统；
2）地面子系统同时接受场内作业机车的实时运行状态，并结合场内联锁信息队作业机车车列进行实时跟踪，并将跟踪结果无线传送到作业机车上的车载子系统；
3）车载子系统结合列车监控装置的速度距离制动计算，根据地面信号实施安全防护；
4）调车作业通知单通过地面子系统获得并发送到场内作业机车的车载子系统；
5）调车作业通知单在司机室得到显示，并在一定程度上参与机车走行的安全防护。
另外，在联锁站场的某些线路位置上安装有地面应答器，地面应答器的作用是配合机车上安装的应答器查询主机，以实现对机车初始位置的自动识别。
二.2地面系统
地面子系统由包括地面机柜、联锁信息采集接口、车务终端、调车作业通知单接口、无线数字电台及天馈单元组成，其基本结构如图13所示：
图13地面子系统基本结构示意图
二.2.1地面机柜
地面机柜为标准19英寸机柜，外形尺寸为：
2000×600×800（42U），如图15所示：
图15机柜结构图
二.2.2车务终端
二.2.3应答器
二.3车载系统
二.3.1车载主机
车载主机为插板式结构，主要有以下几个部件组成
1电源板：
输入电压：
DC110V±30%（77～143V）；
2监控处理板：
CPU:
主频率300MHz,内存:
128M,电子盘:
64M
3通信1板：
RS232/422/485，可通过板上跳线设定
4通信板2：
CAN2.0，兼容CAN1.1
5状态监测板：
通过在8255芯片及其电路，实现8位I/O接口，8个状态指示
二.3.2
应答器查询主机
二.3.3LKJ2000监控装置
LKJ2000监控装置是既有设备，在继承原来列车监控功能的基础上，增加了调车作业安全监控功能。
在STP-ZK系统中，监控装置通过接收车载主机的调车机车信号，对机车车列在调车作业过程中的走行实施安全监控，其控制原理实际上和列车监控是一致的。
2000彩屏：
2000彩屏为乘务员提供一个人机界面，除了监控装置原有的一些界面外，在站场内调车时，乘务员可以通过2000彩屏看到图形化的前方信号变化情况，以及调车作业单执行情况。
二.3.4平调灯显装置
平调灯显装置是既有设备，为监控装置提供车站调车员在作业过程中的各种指令，如停车、溜放、十五三车指令等，有关平调灯显装置的具体技术说明请查阅铁道部相关技术文件。
第三章系统功能
STP-zk系统功能的核心是对机车调车作业过程的安全监控功能，围绕这样一个核心功能，STP-zk系统还提供一些人机界面以方便操作人员的使用和车站调车作业的技术管理，如图1所示：
三.1应用对象
STP-zk系统是一个车-地联控的自动化综合控制系统，其应用涉及到机车、机车乘务员、机务管理人员，电务维护，站调/调车区长等多个用户对象。
三.1.1机车
系统主要解决调车机车在调车作业过程中的安全防护问题，其功能集命名为调车作业安全监控功能。
三.1.2机车乘务员
机车乘务员是系统机车上的主要使用人员，系统提供了人机交互界面供机车乘务员使用，其功能集在系统中定义为调车机车信号功能和驼峰机车信号，解决机车乘务员的人机操作界面问题，包括屏幕的显示操作和语音提示，主要通过LKJ2000彩屏设备的界面予以显示和操作。
三.1.3机务管理人员
机务管理人员是对机车和机车乘务员进行管理的人员，系统提供了相应的历史数据和分析工具帮助机务管理人员进行管理，其功能集在系统中定义为机务地面分析功能，解决机务管理人员对机车作业的分析考核要求。
三.1.4电务维护人员
电务维护人员是对系统和系统设备进行维护、维修的主要人员，系统提供了相应的界面帮助其了解系统的运行情况，其功能集在系统中定义为电务维护管理功能，解决电务人员的维护管理要求，主要通过电务终端设备的界面予以显示和操作。
三.1.5站调/调车区长
站调/调车区长是系统在地面的主要使用人员，站调/调车区长需要通过系统对调车作业过程进行操作和管控，其功能集在系统中定义为车务运用管理功能，解决车务人员通过STP-zk系统对调车作业过程的操作和管控要求，主要通过车务终端设备的界面予以显示和操作。
三.2调车作业安全监控
调车作业相较于列车运行，因其作业区域线路复杂，作业方式变化多样，调车机车运行所涉及的安全问题也更繁杂。
从作业区域来看，调车作业可以在集中联锁场、驼峰场和非集中联锁区域进行，这三种区域的调车机车作业安全由于其线路特点、自动化控制程度（方式）而各有特点，而STP-zk只适用于集中联锁场和驼峰场的调车作业安全监控。
三.2.1调车作业过程
三.2.1.1调车作业通知单（钩计划）
调车作业都是以调车作业通知单的形式执行的，调车作业通知单以作业钩为单位确定一台机车在某一条股道的作业过程，有时候又简称“钩计划”。
调车作业都是围绕着站场内的多条股道（线路）来进行的，多数情况下，一钩作业都可以分解成牵出股道、折返股道、股道内连挂/解挂三个过程，某些情况下，一钩作业可以是向一条股道溜放车辆，也可能需要穿越一条股道，或者在连挂后穿越一条股道。
三.2.1.2牵出
从股道牵出过程，可能是单机牵出，可能是短车列牵出，也可能是长车列牵出，所以牵出过程有时候给机车开放的是短进路，有时候需要开放长进路。
牵出过程中，要注意防止机车车列越过关闭的调车信号（防闯蓝灯），如果牵出的进路是尽头线，还要注意防止机车车列冲撞尽头线土档（车档）。
牵出过程中，还要注意经过进路中的线路限速和道岔限速的防护。
三.2.1.3折返
向股道折返过程，可能是单机折返，可能是短车列折返，也可能是长车列折返，
折返过程中，同样需要注意防闯蓝灯，并可能面临原牵出进路部分区段已解锁，而折返时此部分的区段的锁闭问题。
折返过程中，同样需要注意经过进路中的线路限速和道岔限速的防护。
三.2.1.4连挂/解体
机车将车列从股道中挂走或者将所挂车列解到股道中的过程称之为“连挂/解体”作业，在此作业过程中，同样需要给机车开放进路，机车在按进路行进时，需要注意经过进路中的线路限速和道岔限速的防护。
机车在进入股道时进行连挂/解体作业，股道可能会存有车列，我们称之为现存车列，机车在连挂现存车列时，随着与现存车列的距离缩短，其速度也应保持持续下降，保证与现存车列连挂时的速度不超过规定的安全速度，保证连挂作业的安全。
三.2.1.5平面溜放
某些车站的某些股道允许溜放作业（平面溜放），需要明确溜放作业时的防护要求和标准。
三.2.2调车车列位置跟踪
实现调车作业的监控的关键点和难点在于准确的获知调车车列在站场的位置，并且随着调车车列在站场中的移动而自动的跟踪，这是整个STP-zk系统所要解决的首要问题。
而实现调车车列位置跟踪，则需要必备以下几个条件。
1：
站场基础数据。
2：
站场联锁信号。
3：
调车机车工况。
三.2.2.1站场基础数据
在STP-zk系统中，是以站场图的形式来描述站场数据的，其主要内容有站场的联锁关系，表述了站场中道岔与轨道区段的关系，信号机与轨道区段的关系，进路与信号机的关系。
道岔，信号机，轨道区段的类型。
测量并填入站场中各线路的长度。
标注站场中可解挂作业的股道，站场中应答器的编号及位置，以及联锁站场的边界及类型。
三.2.2.2站场联锁信号
站场联锁信号种类很多，但对于STP-zk系统，只需要道岔的定、反、四开等位置状态，轨道区段的占用，锁闭，出清等状态，调车信号机的开放、关闭状态，列调兼用信号机的调车开放、关闭状态，而对于列调兼用信号机、列车信号机的列车开放状态，STP-zk只用于显示站场平面信号所用，对调车作业安全监控功能无影响。
STP-zk系统目前支持从以下的几种接口获取站场联锁信号。
1：
微机联锁系统。
2：
TDCS系统，CTC系统。
、
3：
通过隔离采样传感器直接采集6502联锁系统的相关传感器状态，具体有道岔的定位传感器，反位传感器，锁闭传感器，区段的占用传感器，调车信号机和列调兼用信号机的调车开放传感器，列调兼用信号机和列车信号机的列车开放传感器。
三.2.2.3调车机车工况
STP-zk系统需要获取调车机车的速度、位移，手柄方向等数据，才能对相应的调车机车进行安全监控，而目前STP-zk是从LKJ2000监控主机获取相应的数据，并由LKJ2000监控主机发送给STP-zk车载主机，STP-zk车载主机通过无线通讯将数据发送至STP-zk地面服务器。
三.2.2.4调车车列位置描述
STP-zk系统通过3个点对调车车列位置进行描述，分别为车列的上行点位置，下行点位置，机车点位置（STP-zk系统将机车抽象为一个点，一般为机车安装应答器天线的位置）。
其中STP-zk系统根据调车机车的运行方向，车列的上行点位置或下行点位置获取调车车列的前方进路及信号，实现监控功能，而对于机车点位置，系统主要用于显示，以及在机车车列进行解挂，溜放作业时的辅助判断，对调车作业安全监控功能无直接影响，但其准确与否影响调车车列位置的跟踪，间接影响调车作业安全监控功能的实现。
当机车初始化或重新定位且没有机车点位置时，其功能不受影响，当机车经过应答器或者单机时，STP-zk系统自动获取其机车点位置。
STP-zk系统通过N1（X1）X2的格式来描述调车车列的位置，当其用于上行位置时，N1表示车列上行点所在的轨道区段，X1表示轨道区段的长度，X2表示上行点距离上行绝缘节的距离。
当其用于下行位置时，N1表示车列下行点所在的轨道区段，X1表示轨道区段的长度，X2表示下行点距离下行绝缘节的距离。
当其用于机车点位置时，N1表示机车点所在的轨道区段，X1表示轨道区段的长度，X2表示机车点距离上行绝缘节的距离
假如机车车列上行点位置为13G（753）622，下行点位置为28DG（75）18，机车点位置为13G（753）632，则表示机车车列上行端在13G上，13G长753米，距离13G上行绝缘节622米。
下行位置在28DG上，28DG长75米，距28DG下行绝缘节18米，机点位置在13G上，13G长753米，距13G上行绝缘节632米。
三.2.2.5调车车列初始位置
当调车机车刚启动开机的时候或者调车机车从站外刚刚进入站场的时候，系统需要通过一个初始的定位来获得机车初始位置，此时由乘务员或地面选择输入一个前方信号机或股道或者轨道区段，STP-zk系统会自动根据所输入的信息自动去匹配，当匹配成功后，会给予调车车列一个有上行点位置，下行点位置的车列位置，但其中距离数据为未知，当机车走行并产生轨道区段占用和出清信号后，才能根据轨道区段信号获取准确的距离数据。
有关乘务员或地面的操作可以详见相应的《操作手册》。
当调车机车从站场非集中区进入站场集中区的时候，在经过埋在站场边界应答器的时候，可以自动获得初始位置，此时TP-zk系统会根据应答器在站场中的位置就去匹配，当匹配成功后，会给予调车车列一个有上行点位置，下行点位置，机车点的车列位置，但其中上行点位置或下行点位置的距离数据为未知，当机车走行并产生轨道区段占用和出清信号后，才能根据轨道区段信号获取准确的距离数据。
三.2.2.6调车车列位置调整
当调车机车在站场中作业时，随着调车机车的走行，其位置不停地发生变化，此时需要对调车车列的位置进行调整，STP-zk系统通过以下几种方式对调车车列的位置进行调整。
1：
当调车机车在轨道区段内走行，即其上行点位置与下行点位置不会离开之前所在的轨道区段，则通过机车的位移变化的绝对值对机车的位置进行调整。
2：
当调车机车在轨道区段间走行，即其上行点位置与下行点位置会离开之前所在的轨道区段，如果进入的轨道区段会产生占用信号，或者离开的轨道区段会产生出清信号，则根据轨道区段的占用信号和轨道区段的出清信号对调车车列的位置进行调整。
3：
当调车机车在股道内解挂车列后，其解挂方向的位置会与解挂前发生变化，此时系统会自动将车列解挂方向的位置置位未知，等待其完全离开股道并产生轨道区段出清或占用信号时，按照轨道区段的出清或占用信号调整其位置。
三.2.2.7精度分析
在STP-zk系统中，存在以下几个影响其车列位置精度的因素。
1：
STP-zk系统需要依赖轨道区段占用、出清信号对调车车列位置调整，但在实际使用中，STP-zk收到轨道区占用、出清信号的时间与机车压上轨道区段，离开轨道区段的时间是不一致的了，其中存在一个延时。
STP-zk在实施的过程中，给工程技术人员提供两个参数，一个轨道区段占用延时，一个轨道区段出清延时，STP-zk系统通过这两个参数了对车列位置精度进行补偿，但由于这两个参数的配置完全凭借工程技术人员的经验，以及轨道区段占用、出清延时因为通讯的问题，不是很稳定，造成了STP-zk系统的车列位置误差。
2：
STP-zk系统通过机车位移变化的绝对值，对调车车列位置在区段内走行进行跟踪，但由于STP-zk系统关于机车的位移从LKJ2000采集而来，而当机车发生轮滑或者空转时，LKJ2000的位移值会发生跳变而变得不准确，影响了STP-zk系统的车列位置误差。
另外LKJ2000的位移准确度依赖于机车轮径数据的准确度，当机车轮径不准确时，其位移数据也就不准确，尤其在机车穿越股道时，表现的更加明显。
3：
STP-zk系统在车列位置的跟踪中，同样依赖于站场基础数据，而站场基础数据中包含有站场中轨道区段的长度，而轨道区段长度是通过人工测量并录入到系统中，当轨道区段长度不准确时，同样会影响STP-zk系哦天那个关于调车车列位置的跟踪。
三.2.3蓝灯防护
联锁场确立的最基本原则是：
场内机车必须看信号行走，即前方信号开放时，机车车列可以向前方信号方向行进，并可以进入开放信号所防护的一段线路，反之，前方信号关闭时，机车车列则不允许进入该信号所防护的线路。
信号机分为列车信号和调车信号，本书中讨论的是调车作业安全，主要关注的是调车信号。
调车信号一般以蓝灯表示关闭，也有部分调车信号以红灯表示关闭。
在此我们依照口语习惯，统一以“蓝灯防护”表示防止机车越过（闯入）关闭的调车信号。
用图示表示如下图2，可以看出，蓝灯防护，实际上就是控制机车车列在蓝灯之前速度降为0公里/小时。
图2防闯蓝灯
三.2.3.1距离已知的蓝灯防护
对于距离已知的蓝灯，系统知道车列前段距前方蓝灯的距离，设计通过控制车列在离蓝灯20米的安全距离前停下来，保证车列不能越过蓝灯，而因为系统在距离精度上的存在±12米误差，所以车列实际距离蓝灯的距离范围为8米至32米之间。
当车列接近蓝灯时，其限速值会不停地下降，直至车列不能动车为止，其限速曲线模式如下。
三.2.3.2距离未知的蓝灯防护
三.2.3.3压岔调车
图3压岔调车作业
在图3所示的作业中，由于股道长度限制（或其它因素影响），股道内存车超出股道停留在3DG区段内，导致D11信号机不能开放，而机车又需要进入股道内将停留车辆拉出。
在这种作业情况下，STP系统提供一些操作过程，允许机车乘务员操纵机车越过D11，进入3DG进行连挂作业。
这种作业过程按照车务系统的习惯，称“压岔调车”。
图4试拉靠标作业
三.2.3.4试拉靠标
在图4所示的作业过程中，D23信号机由于场内作业需要而不能开放，而机车前方距D23信号机的距离又已经接近安全距离，按正常控制模式，机车已经不能向D23方向动车。
但是在实际调车作业过程中，机车需要向D23方向试拉以确认后面车辆连挂正常，或者由于车列过长，而需要将整个车列再往D23方向拉几米（不需越过D23），此种作业情况下，STP系统也提供一些操作过程，允许机车乘务员操纵机车侵入D23安全距离以内，但不能越过D23。
三.2.3.5进路不完整
在实际调车作业过程中，机车在正常受控状态下，由于特殊的调车作业过程，导致机车前方没有实体信号，而只有不到位的道岔，如下图所示。
如图所示，机车运行前方只有不到位的13号道岔，没有实际的信号机，
前方进路已不完整，此时系统按照未知蓝灯对其进行防护，防护距离为机车车列前段到此道岔区段前的绝缘节距离，在图中为S。
三.2.4尽头线防护
集中联锁场内一般都布置有尽头线，或用作牵出作业，或用作摆放机车和车辆，调车作业中防止机车车列冲撞尽头线土档（或车档）是STP系统必须具备的防护功能。
尽头线防护控制过程（模式）与蓝灯防护略有不同，其控制模式曲线如上图4右上角坐标图所示，STP系统控制机车车列在距土档安全距离内停车，停车后机车乘务员可以通过解锁操作，让机车车列以不超过5公里/小时速度向前挪动。
需要明确规范防撞土档的整个防护过程，模式曲线，各种情况（机车车列前端位置已知时怎么控，机车车列位置未知时怎么控，怎么显示）
三.2.4.1距离已知的尽头线防护
三.2.4.2距离未知的尽头线防护
三.2.5连/解挂作业防护
连挂作业过程从防护要求来看可以依次划分为以下几个过程：
1）进入存车线，按存车线限速要求防护；
2）接近连挂之前按平调十、五、三车手打信号进行防护；
3）接近连挂按连挂限速要求防护；
三.2.5.1存车线限速防护
存车线限速，需要确定“进入存车线”的标准定义，目前在这个定义上是有歧义的
三.2.5.2平调十、五、三车信号防护
三.2.5.3存车距离已知的连挂防护
三.2.5.4存车距离未知的连挂防护
三.2.6溜放作业防护
三.2.7超速防护
三.2.7.1道岔限速
对于辙岔号比较小的道岔（辙岔号小于9号），或者车站站细中有特殊要求的道岔，当车列侧向通过这些道岔时，有着相应的限速要求。
将有限速要求道岔的限速值（单位KM/H）填入此道岔的侧向限速属性中，并保存成为系统的基础数据，即可通过系统实现车列侧向通过此道岔时，满足此道岔的限速规定。
具体操作时可以由厂家人员完成或者参照STP-zk系统的《站场图编辑器使用手册》。
三.2.7.2线路限速
对于车站站细有有限速要求的线路，可以将上行方向通过此线路的限速值（单位KM/H）和下行方向通过此线路的限速值，填入此线路的限速属性中，并保存成为系统的基础数据，即可通过系统实现当车列通过此线路时，满足线路的限速规定。
具体操作时可以由厂家人员完成或者参照STP-zk系统的《站场图编辑器使用手册》。
三.2.7.3调动特殊车辆限速
在调车作业过程中，当调动危险车辆或军列时（以下统称为特殊车列），有着相应的限速要求。
当调动这些车列时，需要按照以下的方式来进行。
1：
编制作业单时，如某一勾计划完成后，机车挂有特殊车列，即机车开始特殊车列调车作业或正在进行中，则须在此勾计划填入特殊限速标志及具体的限速值。
2：
编制作业单时，如某一勾计划完成后，机车由挂有特殊车列变为不挂有特殊车列，即机车完成特殊车列调车作业，则须在此勾计划填入正常限速值。
3：
当机车开始有特殊车列的调车作业时，即当前勾为有特殊限速标志，机车完成解挂作业后，乘务员按压“自动校正”键即可启用特殊车列限速，即在调动特殊车列的过程中，始终保持当前限速不高于特殊车列要求的限速值。
4：
当机车完成有特殊车列的调车作业后，即当前勾无特殊限速标志，机车完成解挂作业后，乘务员按压“自动校正”键即可退出特殊车列限速，恢复正常的限速方式。
具体的操作详见《乘务员操作手册》及《车务终端操作手册》
三.2.8列车运行转调车作业时的安全防护
三.2.9调车作业转列车运行时的安全防护
三.2.10跨场（区）作业调车机车安全防护
三.2.10.1集中区进入非集中区
当机车由集中联锁区域进入非集中区联锁区域时，由于前方的道岔是人工操纵而且不具备采集条件，机车将由控制区域进入非控制区域，此时系统以一个虚拟的调车信号机作为控制区域与非控制区域的分界点。
当机车要越过此虚拟调车信号机，则根据实际现场的需要分为以下两种情况。
1：
现场需要确认信号，则设置此虚拟调车信号为蓝灯，乘务员通过人工解锁后越过此虚拟调车信号
2：
现场不需要确认信号机，则设置此虚拟调车信号为白灯，机车可直接通过此虚拟调车信号机
三.2.10.2非集中区进入集中区
当机车由非集中区联锁区域进入集中联锁区域时，机车将由非受控区域进入受控区域，此时系统在非集中联锁区域与集中联锁区域的边界处的轨道线路上加装应答器，当机车越过应答器进入集中区时，则系统自动让机车进入受控状态，并根据机车实际的前方信号机及状态对其进行控制。
当机车推车进入集中区
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