专利名称：调车机车作业安全监控专家系统的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机集成控制装置领域，尤其是铁路系统的作业安全监控装置。
背景技术：
目前，国内铁路调车作业的事故发生率极高，已成为制约铁路运输生产安 全的一大瓶颈。虽然很多编组站及大中型车站在调车作业过程中使用了平面调 车灯显系统，但是由于目前的平面调车灯显系统主要是依靠调车人员和司乘人 员确认地面机车信号，很容易由于瞭望信号错误或一时疏忽而发生机车冒进、 碰轧脱轨器、撞土挡、挤道岔、机车冲突等调车事故。
发明内容
本发明的目的在于避免现有调车机车依靠调车人员和司乘人员确认地面机 车信号而存在的作业安全隐患，提供一种安全、准确、可靠、稳定、自动化程 度高的调车机车作业安全监控装置专家系统的结构，变调车作业的人工控制方 式为计算机辅助监控方式，能够有效地帮助司机预防调车作业事故。
本发明的目的是通过如下措施来达到的为了表述的原因将专家系统虚拟 成模块结构，它包括地面专家系统结构和车载专家系统结构两部分，在车站调 度中心的监控主机上安装地面专家系统结构，在各个调车机车上安装有车载专 家系统结构，两者之间通过数传电台实现双向数据传输。地面专家系统结构包 括信号单片机通讯模块、计划单片机通讯模块、无线通讯模块、数据校验模 块、信号单片机信息分析模块、计划单片机信息分析模块、无线信息分析模块、
调车进路分析模块、信号机状态分析模块、机车定位模块、机车运行速度估算 模块、机车冲突分析模块、控制指令监控分析模块；车载专家系统结构包括
无线通讯模块、数据校验模块、调车进路分析模块、信号机状态分析模块、机 车定位模块、机车运行速度估算模块、机车冒进分析模块、机车碰轧脱轨器分 析模块、机车撞土挡分析模块、挤道岔分析模块、控制指令监控分析模块。
在地面专家系统结构中，计划单片机通讯模块、信号单片机通讯模块和无 线通讯模块分别与数据校验模块连接，数据校验模块再分别与计划单片机信息 分析模块、信号单片机信息分析模块和无线信息分析模块连接，计划单片机信 息分析模块和信号单片机信息分析模块与调车进路分析模块连接，信号单片机 信息分析模块与信号机状态分析模块连接，无线信息分析模块依次与机车定位 模块、机车运行速度估算模块连接，信号机状态分析模块、调车进路分析模块 和机车运行速度估算模块三者与机车冲突分析模块、控制指令监控分析模块连 接。
在车载专家系统结构中，机车定位模块与机车运行速度估算模块连接，无 线通讯模块与数据校验模块连接后再分别与调车进路分析模块和信号机状态分 析模块连接，机车运行速度估算模块、调车进路分析模块和信号机状态分析模 块三者分别与挤道岔分析模块、机车撞土挡分析模块、机车碰轧脱轨器分析模 块和机车冒进分析模块连接，挤道岔分析模块、机车撞土挡分析模块、机车碰 轧脱轨器分析模块和机车冒进分析模块与控制指令监控分析模块连接。
支持上述模块工作的硬件包括地面监控主机、地面监控服务器、信号接 收单片机、计划接收单片机、地面数传电台、车载监控主机、车载数传电台、
列车运行监控记录装置接口、列车运行监控记录装置、RFID阅读器及埋没在道
渣下面的RFID。
地面专家系统结构中各个模块的工作情况说明如下
1.计划单片机通信模块定时接收TMIS (铁路运输管理信息系统)中的调 车作业计划单以及调车进路预排情况等数据，并传送至数据校验模块。此外， 计划单片机与专家系统的通讯是定期进行， 一旦在规定的时间间隔内没有发送 信息，专家系统将进行设备查询，确定计划单片机工作状态，如果出现故障立 即进行报警，同时进行备用单片机的切换，保证数据采集的不间断进行。
2. 信号接收单片机模块定时接收DMIS (调度管理信息系统)的地面信号
机状态、轨道电路占用情况、调车进路开放情况等数据，并传送至数据校验模 块。此外，信号接收单片机与专家系统的通讯是定期进行， 一旦在规定的时间 间隔内没有发送信息，专家系统将进行设备查询，确定信号接收单片机工作状 态，如果出现故障立即进行报警，同时进行备用单片机的切换，保证数据采集 的不间断进行。
3. 无线通信模块将采集到的实时信息传送至数据校验模块。此外，无线 数传电台的通讯内容以及通信时间是与现场具体情况相关的，可能在相当长的 一段时间内没有通讯内容，故而会发生较长时间无通信的情况，因此，要求在 规定的时间内如果没有通讯的内容，必须向地面专家系统发送一条工作状态正 常的指令，保持车载数传电台与地面数传电台之间的定时通讯，如果超出规定 的时间没有收到车载数传电台的信息，那么地面专家系统将进行数传电台故障 诊断，当确定某一台数传电台出现问题立即进行故障报警处理。
4. 数据校验模块接收计划单片机通信模块、信号接收单片机通信模块以
及无线通信模块接收到的数据信息，进行CRC校验，保证传送数据的准确性。5. 计划单片机信息分析模块分析经数据校验之后的调车作业计划信息。
6. 信号单片机信息分析模块分析经数据校验之后的信号单片机信号。
7. 信号机状态分析模块获取信号单片机信息分析模块与计划单片机信息 分析模块中的信号机状态信息，提取信息当中的信号状态变化量改变相应信号 机的信号状态。同时，为防止意外造成的状态量错误，以信号接收单片机采集 到的信号机状态信息为准定期对站场的地面信号状态进行一次比对校验，送机 车冲突分析模块进行冲突分析。
8. 调车进路分析模块获取信号单片机信息分析模块与计划单片机信息分 析模块中调车进路信息，当调车进路不一致时以信号接收单片机的调车进路信 息为准，将调车计划当中的调车进路与实际开放的调车进路进行一次比对校验， 形成机车冲突分析的数据来源。
9. 无线信息分析模块分析由地面数传电台接收的，经数据校验之后的无 线通讯信息。
10. 机车定位模块通过无线通讯获得机车定位信息，确定机车当前位置， 形成机车冲突分析的数据来源。
11. 机车运行速度估算模块获取进行机车运行速度估算的相关信息，估 测机车当前运行速度，形成机车冲突分析的数据来源。
12. 机车冲突分析模块获取信号机状态分析模块、调车进路分析模块以 及机车定位和速度估算模块进行综合逻辑分析的结果信息进行冲突分析，当分 析有冲突的可能性时立即向相关机车进行报警，同时向值班调度报警。
13. 控制指令监控分析模块获取冲突机车监控指令回执，对监控回执指
令进行分析，形成指令执行结果的量化指标，根据量化指标进行相应的结果处
理再次生成预警、再次生成报警或者强制制动；如果指令执行成功，系统记 录事故分析条件，发生的时间等必要依据为事故的分析提供资料。 车载专家系统结构中各模块的工作情况如下
1. 无线通信模块获取调车进路所经过的信号机状态、轨道电路状态以及 该调车机车的调车作业计划数据，并传送至数据校验模块。
2. 数据校验模块接收无线通信模块的数据信息，进行CRC校验，保证数 据准确性。
3. 机车定位模块获取车载RFID阅读器采集到的地面RFID信息，确定机
车当前位置。
4. 机车运行速度估算模块:获取车载RFID阅读器釆集到的地面RFID信息， 估测机车当前运行速度。
5. 调车进路分析模块获取无线通信模块中的信号单片机信息与计划单片
机信息中的调车进路信息，并以信号接收单片机的调车进路信息为准，将调车 计划当中的调车进路与实际开放的调车进路进行一次比对校验，形成隐患分析 的数据来源。
6. 信号机状态分析模块获取无线通信模块中的信号单片机信息与计划单
片机信息中的信号机信息，提取信息当中的变化量给予站场相应设备状态赋值。 同时，为防止意外造成的状态量错误，以信号接收单片机的信号机状态信息为 准定期对站场的地面状态信息进行一次比对校验，送机车冲突分析模块进行冲 突分析。
7. 挤道岔分析模块获取机车定位模块、机车运行速度模块、调车进路模 块以及信号机状态模块的数据信息，分析挤道岔隐患。若存在事故隐患，根据
情节的严重程度指标依次生成预警、报警、紧急制动指令，预警和报警包括声、 光提示、并且要求机车乘务员在第一时间做出反应，消除报警，否则系统将生 成强制制动指令，通过列车运行监控记录装置接口及列车运行监控记录装置对 机车进行强制制动。
8. 机车撞土挡分析模块获取机车定位模块、机车运行速度模块、调车进 路模块以及信号机状态模块的数据信息，分析机车撞土挡隐患。若存在故障隐 患，根据情节的严重程度指标依次生成预警、报警、紧急制动指令，预警和报 警包括声、光提示、并且要求机车乘务员在第一时间做出反应，消除报警，否 则系统将生成强制制动指令，通过列车运行监控记录装置接口及列车运行监控 记录装置对机车进行强制制动。
9. 机车碰轧脱轨器分析模块获取机车定位模块、机车运行速度模块、调 车进路模块以及信号机状态模块的数据信息，分析机车碰轧脱轨器隐患。若存 在故障隐患，根据情节的严重程度指标依次生成预警、报警、紧急制动指令， 预警和报警包括声、光提示、并且要求机车乘务员在第一时间做出反应，消除 报警，否则系统将生成强制制动指令，通过列车运行监控记录装置接口及列车 运行监控记录装置对机车进行强制制动。
10. 机车冒进分析模块获取机车定位模块、机车运行速度模块、调车进 路模块以及信号机状态模块的数据信息，分析机车冒进器隐患。若存在故障隐 患，根据情节的严重程度指标依次生成预警、报警、紧急制动指令，预警和报 警包括声、光提示、并且要求机车乘务员在第一时间做出反应，消除报警，否 则系统将生成强制制动指令，通过列车运行监控记录装置对机车进行强制制动。
11. 控制指令监控分析模块获取冲突机车监控指令回执，对监控回执指
令进行分析，形成指令执行结果的量化指标，根据量化指标进行相应的结果处 理再次生成预警、再次生成报警或者强制制动；如果指令执行成功，系统记 录事故状态及时间等必要数据，为事故的分析提供资料。 本发明的有益效果
由于本发明利用了RFID来进行机车的定位和定向，采用了可靠的无线数据 传输技术，实现了地面机车信号和计划任务作业单在机车上的实时显示，无需 司机瞭望地面机车信号，通过显示器就可以清楚地面状况，避免现有调车机车 依靠确认地面机车信号而存在的安全隐患，而且一旦司机操作失误，系统可以 通过专家系统实现自动判断和控制，保证了调车作业的安全性、准确性和可靠 性。
图1为本发明的地面专家系统结构组成框图 图2为本发明的车载专家系统结构组成框图 图3为地面专家系统流程图
具体实施例方式
上述附图显示了本发明的实施例，参照附图，对调车机车调车作业安全监 控专家系统结构的作业过程作进一步说明。
地面专家系统通过隔离的信号接收单片机和计划接收单片机分别从DMIS (调度管理信息系统)和TMIS (铁路运输管理信息系统)中定时接收站场的地 面信号机状态、轨道电路占用情况、调车进路开放情况和调车作业计划单，然 后将接收到的信息全部发送到地面专家系统，地面专家系统首先进行数据校验 (CRC)，然后将调车计划当中的调车进路与实际开放的调车进路进行一次比对校验，以信号接收单片机的调车进路为准，提取信息当中的变化量给予站场地 面信号状态赋值，同时定期的对站场的地面状态信息进行一次数据校验，修改 由于意外造成的状态量错误。单片机与专家系统的通讯是定期进行， 一曰.在规 定的时间间隔内没有发送信息，专家系统将进行设备査询，确定单片机工作状 态，如果出现故障立即进行报警，同时进行备用单片机的切换，保证数据采集 的不间断进行。以上功能由信号单片机通讯模块、计划单片机通讯模块、数据 校验模块、调车进路分析模块、信号机状态分析模块几个模块完成。专家系统 完成了站场地面状况的信息釆集以及调车作业计划的采集。同时各个车载主机
将采集到的RFID信息实时地通过车载无线数传电台发送到地面专家系统，地面 专家系统通过数据校验(CRC)提取出RFID的关键信息，进行机车定位以及机 车速度的估算，以上的功能由机车定位模块和机车运行速度估算模块完成。从 而具备了所有调车机车冲突分析的充分条件，通过机车冲突分析模块进行机车 冲突分析，当分析有冲突的可能性时立即向可能冲突的机车进行报警，同时向 值班调度报警，并由控制指令监控分析模块监控冲突机车的反应，必要时向冲 突机车发送强制制动指令，车载系统接收到指令之后通过列车运行监控记录装 置接口及列车运行监控记录装置实现机车的强制制动，防止机车冲突的发生。 同时记录事故发生的状态，发生的时间等必要数据，为事故的分析提供资料。 无线数传电台通讯的内容是根据具体情况决定的，可能在相当长的一段时间内 没有通讯内容，因此在很长的时间可能与地面专家系统就没有任何通讯内容， 因此，要求在规定的时间内如果没有通讯的内容，那么向地面专家系统发送一 条工作状态正常的指令，保持车载数传电台与地面数传电台之间的定时通讯， 如果超出规定的时间没有收到车载数传电台的信息，那么地面专家系统将进行数传电台故障査询，当确定某一台数传电台出现问题立即进行故障报警处理。
机车冲突是不同的调车机车之间的一种故障，在分析该故障隐患的时候必 须了解所有调车机车的位置信息，速度信息以及地面状态等重要信息，为了减 少数传电台之间的数据传输量，将该功能的安全监控安排在地面专家系统中解 决。这样就避免了在每个车载主机都进行机车定位分析，机车速度分析等重复 的分析工作以及车载数传电台之间的定位信息通讯，从而提高了系统的工作效 率和系统的安全性。其他的功能都是单个机车的安全监控，因此由车载系统独 立完成。车载专家系统主要实现机车冒进、碰轧脱轨器、撞土挡、挤道岔几项 故障的安全防护。车载专家系统结构的工作流程如下
车载专家系统结构通过车载数传电台接收地面专家系统为其提取的该调车 机车开放的进路所经过的信号机状态、轨道电路状态以及该调车机车的调车作 业计划，接收的信息经过数据校验(CRC)之后进行相应数据的变更，保持车载
系统数据的实时性。同时调车机车通过RFID阅读器读取经过的RFID信息，车 载专家系统通过读取的RFID信息确定调车机车的实际位置，同时进行机车运行 速度估算，以上功能通过无线通讯模块、数据校验模块、调车进路分析模块、 信号机状态分析模块、机车定位模块、机车运行速度估算模块几个模块实现。 车载专家系统获取的上述信息都为实时信息，车载专家系统根据以上信息，通 过机车冒进分析模块、机车碰轧脱轨器分析模块、机车撞土挡分析模块、挤道 岔分析模块几个功能模块实现机车冒进、碰轧脱轨器、撞土挡、挤道岔几项故 障的安全隐患分析， 一旦发现出现故障隐患，根据情节的严重程度指标依次生 成预警、报警、紧急制动指令，预警和报警包括声、光提示、并且要求机车乘 务员在第一时间做出反应，消除报警，否则系统将生成强制制动指令，通过列
车运行监控记录装置对机车进行强制制动。其控制指令的执行情况由控制指令 监控分析模块进行跟踪、检测，当出现系统预警、报警或紧急制动之后记录事 故发生的状态，发生的时间等必要数据，作为进行事故分析的资料。当调车机 车出现紧急制动，司机不能继续进行操作，需进行解锁操作，然后系统才能够 重新开始正常运行。车载专家系统监控到一次故障之后，需通过无线数传电台 向地面专家系统发送预警、报警、紧急制动的执行结果以及相应的执行依据。 在地面专家系统完成数据的统计。
在实施方案中所采用硬件的型号规格如下地面监控主机M50 8189 55C型计算机
地面监控服务器X260-8865-1SC (两台)
阵列型号X260-8865-1SC
信号接收单片机JDS-XHJS
计划接收单片机JDS-JHJS
数传电台MDS4710
车载监控主机IPC-610P工控机
列车运行监控记录装置接口JDS-JK
列车运行监控记录装置LJK-2000
RFIDM201TI
RFID阅读器FTRD—201权利要求
1.调车机车作业安全监控专家系统的结构，其特征为由地面专家系统结构和车载专家系统结构两部分组成，在车站调度中心的监控主机上安装有地面专家系统结构，在调车机车上安装有车载专家系统结构，两者之间通过数传电台实现双向数据传输，地面专家系统结构包括信号单片机通讯模块、计划单片机通讯模块、无线通讯模块、数据校验模块、信号单片机信息分析模块、计划单片机信息分析模块、无线信息分析模块、调车进路分析模块、信号机状态分析模块、机车定位模块、机车运行速度估算模块、机车冲突分析模块、控制指令监控分析模块，车载专家系统结构包括无线通讯模块、数据校验模块、调车进路分析模块、信号机状态分析模块、机车定位模块、机车运行速度估算模块、机车冒进分析模块、机车碰轧脱轨器分析模块、机车撞土挡分析模块、挤道岔分析模块、控制指令监控分析模块，在地面专家系统结构中，计划单片机通讯模块、信号单片机通讯模块和无线通讯模块分别与数据校验模块连接，数据校验模块再分别与计划单片机信息分析模块、信号单片机信息分析模块和无线信息分析模块连接，计划单片机信息分析模块和信号单片机信息分析模块连接后再分别与信号机状态分析模块和调车进路分析模块连接，无线信息分析模块依次与机车定位模块、机车运行速度估算模块连接，信号机状态分析模块、调车进路分析模块和机车运行速度估算模块三者互相连接后再依次与机车冲突分析模块、控制指令监控分析模块连接，在车载专家系统结构中，机车定位模块与机车运行速度估算模块连接，无线通讯模块与数据校验模块连接后再分别与调车进路分析模块和信号机状态分析模块连接，机车运行速度估算模块、调车进路分析模块和信号机状态分析模块三者连接后再分别与挤道岔分析模块、机车撞土挡分析模块、机车碰轧脱轨器分析模块和机车冒进分析模块连接，挤道岔分析模块、机车撞土挡分析模块、机车碰轧脱轨器分析模块和机车冒进分析模块四者连接后再与控制指令监控分析模块连接。
2.根据权利要求1所述的调车机车作业安全监控专家系统的结构，其特征 为硬件支持包括地面监控主机、地面监控服务器、信号接收单片机、计划接 收单片机、地面数传电台、车载监控主机、车载数传电台、列车运行监控记录 装置、RFID阅读器及埋没在道渣下面的RFID。
全文摘要
本发明为调车机车作业安全监控专家系统的结构，涉及计算机集成控制领域，目前国内铁路调车作业的事故发生率较高，在调车作业过程中使用了平面调车灯显系统，但是由于调车人员和司乘人员确认地面机车信号很容易发生错误而产生调车事故，本发明变调车作业的人工控制方式为计算机辅助监控方式，包括地面专家系统和车载专家系统两部分，利用RFID对机车定位定向，采用无线数据传输技术实现了地面机车信号和计划任务作业单在机车上的实时显示，司机通过显示器就可以清楚地面情况，并可实现自动判断和控制，保证了调车作业的安全性、准确性和可靠性的有益效果。
文档编号B61L21/00GK101186217SQ20061014541
公开日2008年5月28日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者宋宇博, 伟 张, 刚 李, 方 李, 李小平, 李建国, 杜亚江, 杜运峰, 王金鉴, 王锐锋, 越 范, 蒋兆远, 邱建东, 郭佑民, 军 阎, 斌 雷, 马殷元, 博 高 申请人:兰州交通大学