机车信号记录器在lkj数据误差分析中的应用

机车信号记录器在LKJ数据误差分析中的应用摘要本文通过对机车信号记录数据的分析，在结合LKJ运行文件分析的基础上，提出了一种核对LKJ电务类基础数据信号机距离的方法。经实例分析证明，使用该方法，能较为准确地发现LKJ数据误差，减轻现场数据核对的工作量，为LKJ数据提报提供依据。关键词机车信号记录器轨道绝缘节LKJ数据误差0、引言机车信号和LKJ列车运行监控记录装置（以下简称LKJ）共同组成了列车安全运行控制系统，在运行途中，LKJ通过并行接口不断采集机车信号送来的色灯信息，并连同距前方信号机距离、地面公里标等其他实时信息，以LKJ内部统一的时间基准进行记录。同时，机车信号也连续采集地面轨道电路信号，以及从TAX2箱获取的LKJ距离、公里标等实时信息，以机车信号内部统一的时间基准进行记录。由于在机车运行过绝缘节时，LKJ也同时体现为过信号机，此时轨道电路中的信号载频、幅值会发生变化，通过对机车信号记录文件的分析，确定载频、幅值发生变化的时刻，再结合对LKJ记录文件，就可以计算出LKJ信号机距离与地面实际距离的误差，以此来修正LKJ原始距离。1、LKJ、TAX2箱及机车信号记录器简介LKJ的基本工作方式是将电务部门提供的原始信号机距离、绝缘节坐标数据写入LKJ数据芯片，以采集的轨道电路及机车信号色灯状态作为运行指令信息源，并在列车前进过程中顺序调用预先写入的信号机距离、坐标等数据，监控并记录列车的运行状况。TAX2箱即机车安全信息综合检测装置，它通过RS485或CAN通信方式从LKJ获取列车实时运行信息,并能将这些信息通过RS485接口以50MS的周期传送到机车信号通信板等功能单元。机车信号记录器是机车信号主机的车载记录装置，其主要功能是以记录器内统一的时间基准，记录与信号主机相关的状态和波形信息。状态信息主要有三方面，一是记录器自身采集的灯位、速度等级、制式、绝缘节等信息；二是以1/8秒为单位，连续记录轨道电路信号载频、低频、幅度等主机译码信息；三是记录内部时刻、公里标、机车号、速度、信号机类型和编号等辅助信息。而波形信息是指机车信号感应器所接收的地面轨道电路的实际波形数据。LKJ、TAX2箱、机车信号的连接如下图1所示图1LKJ、TAX2箱、机车信号连接示意图2、LKJ数据误差分析计算21、过机的概念LKJ监控记录装置机车信号主机含记录器插件机车信号机ITAX2箱并口灯位信号双路接收线圈TAX2箱机车信号通信板接线盒机车电源机车信号机I双路接收线圈串口司控开关I/端信号接线盒I端I端首先要明确两个概念监控过机和逻辑过机。列车运行中，LKJ距离显示区以不断递减的数据显示距下一架信号机的距离，理论上，当机车前端信号双路接收线圈越过地面绝缘节的瞬间，LKJ也刚好显示为过信号机，剩余距离为零，同时调用出下一分区距离。但实际中由于空转、滑行、轮径不准，以及电务部门提供的LKJ原始信号机距离不准等原因，会产生过机误差，造成机车过绝缘节时，LKJ显示的位置并不一定在信号机处，产生滞后或超前误差。我们将机车前端信号双路接收线圈实际越过地面绝缘节称为监控过机，将LKJ显示过信号机称为逻辑过机，也就是LKJ文件记录的过信号机的时刻。22、通过状态信息分析距离误差由于LKJ文件实时记录了运行距离，可以通过对LKJ文件记录的分析，计算出任意两个时刻的距离的差值。如果抛开由于空转、滑行、轮径不准因素，监控过机和逻辑过机时刻之间的距离就是LKJ原始信号机距离误差。在监控过机时，由于轨道电路中的信号载频、信号低频、信号幅值发生变化，那么通过分别对机车信号记录文件的信号频率或幅值变化状态信息记录的分析，就可以确定监控过机的时刻。根据轨道电路信号发码原理，各种制式的监控过机判断条件如下表表1过机判别条件说明自动闭塞过机判别半自闭过机判别信号制式频率、幅值过机频率变化过机幅值变化过机频率、幅值变化过机普通移频频率或幅值变化频率切换幅值变化无码,有码跳变UM71频率或幅值变化频率切换幅值变化无码,有码跳变交流计数周期切换且幅值变化长短周期切换在一定时间内幅值跌落无码,有码跳变极频幅值跌落无码,有码跳变221、UM71区段距离误差分析举例2211、T232次京广线UM71区段5626通过信号机误差分析由于机车信号和LKJ内部有各自的时钟系统，两者并不同步，而是有一个时差，把它标记为T。为了方便计算，我们以LKJ时钟为标尺，把LKJ记录的逻辑过机时刻定义为T逻辑，该数值可以从LKJ记录文件中直接得到；把监控过机时刻定义为T监控，把机车信号系统中记录的信号频率或幅值变化时刻定义为T信号，那么根据前面的分析，就有T监控T信号T；当T监控T逻辑时，出现超前误差，当T监控T逻辑时，出现滞后误差。2212、确定T从图1得知，经信号主机译码后的灯位信号，同时送给信号记录板和LKJ记录，同一地点两者记录文件中灯位变化的时差就是T。首先打开2012年10月31日T232次运行在京广上行线614358KM610785KM处，经过七里营时的一段机车信号记录如下图2，通过逐步移动定位标线，分别查询灯位变化的时刻，或按下工具条的【状态检索】按钮，直接调出状态记录信息查询窗口，如图3。从图中，可以确定信号灯位变化顺序是绿灯绿黄灯黄灯黄2闪灯双黄闪灯，变化的时刻分别是（格式为时分秒，精确到1/8秒）绿转绿黄005900000；绿黄转黄005926625；黄转黄2闪005958375；黄2闪转双黄闪010058250；图2T232次七里营信号状态显示变化记录图3T232次七里营信号状态检索变化记录接着再打开T232次运行在京广线上行线614358KM610785KM处，经过七里营时的一段LKJ文件记录如下图4，从图中，找到与机车信号对应的LKJ信号变化时刻（精确到1秒），顺序同样是绿灯绿黄灯黄灯黄2闪灯双黄闪灯，将机车信号灯位变化与LKJ信号变化分别列入如下表2表2机车信号与LKJ信号灯位变化记录绿转绿黄绿黄转黄黄转黄2闪黄2闪转双黄闪机车信号005900000005926625005958375010058250LKJ信号005854005921005952010053T（秒）6000562563755250T平均值（秒）5813（保留三位小数）由于LKJ记录的最小时间单位是1秒，而机车信号记录时间单位是1/8秒，为了提高T的精确度，取四次灯位变化记录的平均值作为两者的时间差，当然也可以取更多的次数来计算。本例中T平均值是5813秒，即机车信号比LKJ时钟系统快了5813秒。图4T232次七里营LKJ机车信号变化记录2213、确定T监控由于T监控T信号T，而T信号是信号频率或幅值变化时刻，记录在机车信号文件中，查询T232次在通过京广上行线5626信号机时的频率或幅值变化情况，记录如下图5，通过逐步移动定位标线，分别查询频率或幅值变化的时刻，或按下工具条的【状态检索】按钮，直接调出状态记录信息查询窗口，准确定位T信号，如图6。图5T232次通过5626信号机状态显示记录图6T232次通过5626信号机第15962条状态检索记录从图5中，可以通过定位标线确定5626信号机频率、幅值在012741000时发生变化；或者从图6中，在窗口的左边即状态变数据显示区第15962条记录中找到信号频率、幅值的变化点，第15962条记录发生时刻是012739750；窗口的右边即实时变数据显示区显示的是以1/8秒为单位的频率、幅值等的变化记录，可以看出在经过了10个1/8秒的单位后，频率由25981变为20010，此时的时间是012739750加上10个1/8秒，也就是012741000，这就是T信号，即T信号012741000，T监控T信号T，所以，T监控等于012741000减去5813秒，T监控012735187。2214、确定T逻辑T232次在通过京广上行线5626信号机时的LKJ记录如图7所示。图中机车通过5626信号机的时间记录是012734，即T逻辑012734。图7T232次通过5626信号机LKJ记录2215、误差的计算由于机车信号记录器在运行中要优先处理并记录状态信息如灯位、信号载频、信号低频、信号幅度等，而对于LKJ公里标、速度等信息并不总是实时进行记录的，加上LKJ存在过机校正、车位校正、公里标突变（长短链）等因素影响，所以不能通过信号记录器公里标变化数值推算距离误差。LKJ记录文件实时记录了地面信号机公里标、距离等信息，可以作为距离推算的依据。在图7中，记录的5626信号机LKJ原始距离是943米，通过它的运行速度是131KM/H，考虑到速度在短时间（几秒内）变化很小，T监控和T逻辑时刻之间的距离即实际误差可以用S表示为S131/36（T监控T逻辑）131/36（012735187012734）363811874318米在本例中，由于T监控T逻辑，所以5626出现超前误差4318米，即LKJ距离比实际少了4318米，减去经过前一架信号机5636时LKJ过机校正1米，那么5626信号机的实际距离S应该是S9344318（1）97718197818米。经实地测量，该信号机距离是986米，与推算值只差不到8米。可通过对多趟LKJ和机车信号文件的分析统计，最终可得到一个与实地测量基本相等的值。222、其他信号制式区段误差分析在23的UM71制式例子里，我们通过T信号及T得出了5626信号机的T监控，进而求得距离误差，使用同样的方法还可以得出其前一架信号机5636对应的T监控，其实这两个信号机T监控之间的LKJ运行距离才是5626信号机的准确距离。无论使用哪种方法，计算的关键都是如何得到T监控的值，而各种制式的T逻辑和T计算方法是一样的，所不同的只是T信号的推算。下面只举例说明其他信号制式推算T信号的方法。2221、半自闭普通移频区段T信号推算由于半自闭普通移频区段在机车过预告点时，将接收到正常的载频信号，在过进站、出站信号机时信号幅值会发生较大的跌落，但直到出站信号机的载频是不变的，一直到机车越过出站信号机后，信号载频、幅值才发生变化。根据以上分析，在半自闭移频区段，预告点的T信号以接收到信号载频的时刻来确定，方法与23的UM71制式相同；进站点的T信号以信号幅值跌落的时刻来确定；出站点的T信号信号载频消失的时刻来确定。下面我们以2012年7月13日K1004次经过小河镇运行记录为例，只推算进站、出站信号机T信号时刻。机车信号状态显示记录结果如下图8。与23的所述的例子一样，通过移动定位标线或按下，调出状态检索窗口，准确定位T信号，如图9、图10。图8K1004次小河镇进、出站状态显示记录图9K1004次第36037和36038条进站状态检索记录图10K1004次第36046条出站状态检索记录从图8中，通过定位标线确定进站信号机幅值在185410000时发生较大的跌落；出站信号机载频在185606000时载频由650HZ变为25HZ。或者从图9中，在窗口的左边即状态变数据显示区第36037和36038条记录之间找到信号幅值从8037MV跌落为5669MV，第36038记录发生时刻是185410000，这就是进站T信号。从图10中，在窗口的左边即状态变数据显示区第36046记录中，找到信号频率的变化点。第36046记录发生时刻是185604250，从窗口的右边即实时变数据显示区可以看出在经过了14个1/8秒的单位后，频率由6500变为250，此时的时间是185604250加上14个1/8秒，也就是185606000，这就是出站T信号。2222、交流计数区段T信号推算交流计数与普通移频区段类似，机车过预告点时，将接收到50HZ（或25HZ）的载频，在过进站信号机时信号幅值会发生较大的跌落，越过出站信号机后，信号码形会发生变化。同样地，预告点的T信号以接收到信号载频的时刻来确定，方法与23的UM71制式相同；进站点的T信号以信号幅值跌落的时刻来确定；出站点的T信号信号码形发生变化的时刻来确定。下面我们以2012年11月26日1095次经过蒲石运行记录为例，推算预告、进站、出站信号机T信号时刻。机车信号状态显示记录如下图11，通过移动定位标线或按下调出状态检索窗口，准确定位T信号，如图12。图111095次蒲石预告、进站、出站状态显示记录图121095次蒲石预告、进站、出站状态检索记录从图11中，通过定位标线确定预告点附近，载频在051444000时刻由134HZ变为50HZ；进站信号机幅值在051544875时发生较大的跌落；出站信号机在051631875时变为无效码形。或者从图12中，在窗口的左边即状态变数据显示区第1056和1057条记录之间载频由134HZ变为50HZ，对应预告点发生的时刻也是051444000，这就是预告的T信号；在第1061和1062条记录之间，幅值码形由最高750MV变为305MV，对应进站信号机发生的时刻也是051544875，这就是进站的T信号；在第1069和1070条记录之间，码形幅值由最高438MV的绿码变为幅值480MV左右连续高电平的无效码形，对应出站信号机发生的时刻也是051631875，这就是出站的T信号。23、通过波形信息分析距离误差波形信息是机车信号感应器所接收的地面轨道电路的实际波形数据，被机车信号记录插件实时记录。通过对波形记录的频谱特性分析，结合LKJ文件即可求得距离误差，计算的关键仍然是确定T信号的时刻。下面我们以2012年11月17日T231次京广线UM71区段元氏高邑间的波形记录为例，推算3091和3101信号机的T信号时刻，其状态窗口如图13所示。图13T231次京广线状态窗口的原始波形记录通过鼠标左键双击选定的状态文件3091信号机处的绿色波形标签，激活波形分析窗口，如图14所示。可以看出由于过绝缘节，在90009500时间段信号幅值发生了明显变化，同时也应该有频率的变化。由于UM71型轨道电路绝缘节由两个调谐单元F2型BA和F1型BA组成，分别谐振于2300、2600和1700、2000HZ，本例中当机车在主轨道电路（3091信号机前）运行时，理论上接收到信号载频为2300HZ，下一分区载频为1700HZ的信号被F2型BA短路而接收不到；当机车越过F2型BA，运行在调谐区短小轨道电路区段，在到达调谐区下一F1型BA之前时，两种频率并存，2300HZ和1700HZ，但由于2300HZ信号会被F1型BA短路掉，接收不到，机车信号只能接收1700HZ信号，直至机车运行到下一信号机。在实际应用当中，由于调谐单元元器件本身不可能达到理想状态，机车越过F2型BA前，也会接收幅值很小的1700HZ信号，越过F2型BA后，也会接收幅值很小的2300HZ信号，那么在越过F2型BA的瞬间，必然存在一个载频由2300向1700HZ变化的过程，2300HZ信号幅值迅速减小，1700HZ信号幅值迅速增大，而这个变化的瞬间时刻就是3091信号机的T信号。用手动频谱分析，逐步在90009500时间段波形显示区单击鼠标左键，按住鼠标左键向右侧拖动，在波形显示区选定一块会高亮的波形区域，再单击工具条上的【频谱分析】按钮，对当前选定区域的波形数据进行频谱分析。波形数据的频谱计算结果显示在【频谱分析图形显示区】中，如图15所示。用鼠标左键单击峰值均值频率按钮，弹出的提示框自动显示信号频率值。通过多次重复操作，最终会找到一个载频2300HZ信号幅值迅速减小，1700HZ信号幅值迅速增大的过程，如图15、16、17所示。图143091信号机波形分析窗口图153091信号机频谱特性分析窗口图163091信号机波形分析窗口图173091信号机频谱特性分析窗口在图1417中，可以看出分别在9182S9230S和9222S9270S时间段，171075和168960HZ的信号（也即中心频率1700HZ的信号）幅值迅速增大，230020和229595HZ的信号（也即中心频率2300HZ的信号）幅值迅速减小，这个变化的瞬间时刻可用9230S和9222S的平均值表示为9226S，再加上图17中显示的波形起始时间002929125，结果为002938351，这就是3091信号机的T信号。同样地，对下一架3101信号机的波形和频谱特性分析窗口如图1821。从中可以看出分别在9351S9392S和9392S9432S时间段，228955和230955HZ的信号幅值迅速增大，170960和169060HZ的信号幅值迅速减小，这个变化的瞬间时刻为9392S，再加上图