路边列车监控系统:网络更安全

瑞士联邦铁路公司(SBB)拥有世界上最密集的铁路网，就每天每公里的列车数量而言——而且这个数字还在上升。这是一个必须在不牺牲安全的前提下应对的挑战。因此，列车必须极其小心地进行监控和调度。SBB在瑞士范围内的网络化轨道列车监控系统(WTMS)是这一过程中的关键元素之一。

SBB运营得不错:2010年，每天有95.1万人乘坐该公司的火车出行，比以往任何时候都多。SBB Cargo也大幅增加了其产量，每天运送20万吨货物。SBB网络容量的利用率已经很高，需求的增加进一步提高了这一利用率。2010年，SBB轨道上每公里平均每天有95.4辆列车行驶。这一数字在世界上任何地方都是无与伦比的，而且仍在上升。

多种控制功能

图1:SBB网络中超过100个测量系统

这种世界一流的交通量必须在每天的基础上掌握，而不牺牲安全。所谓的WTMS，瑞士现在有超过100个，为国家铁路网的安全做出了重大贡献。各种测量和检测系统24小时监测轨道交通，自动执行各种控制功能。其中包括识别技术缺陷，如负载位移、超载、超轨车辆和危险化学品。这个网络正在不断扩大。SBB目前已将以下各种类型的运营测量站点整合到其网络中(见图1):

• 热轴箱和刹车锁定探测器(约80个传感器)
• 轮载检查点(约12个传感器)
• 火灾和化学探测器(约10个)
• 间隙剖面和天线探测器(2台)
• 受电弓隆起测量站(2个传感器)
• 自然灾害报警系统(雪崩、岩崩;3网站)。

热箱和制动锁定探测器是使用最频繁的。这些系统可以测量列车全速行驶时轴轴承和刹车盘的温度。测量使系统能够识别锁定的刹车片，热制动盘和过热的轴轴承。自1998年以来，瑞士还没有发生过因车轴箱过热或刹车锁死而导致的脱轨事故。

网络WTMS是关键

图2运行中的ZKE Netz V2

这一成功的一个重要因素是各种路边监测系统的一致联网，并将这些系统与埃斯特菲尔德的zke -干涉列车监测设施(WTMS列车监测设施)连接起来。在瑞士，相关的应用程序被称为ZKE Netz(网络)V2 -参见图2。全国范围内的传感器网络为仔细而快速地分析每一个警报带来了许多好处。尽管各种WTMS可以独立工作，以不同程度的可靠性检测车辆问题，但只有所有传感器的一致组网才能:

• 几乎消除了误报造成的延误
• 用列车数据(发车站、目的地、车辆列表、列车司机和管理员的GSM R联系方式)丰富测量数据，以便在列车上初始化优化干预
• 一旦警报被触发，列车监控设施就会通过电话向司机提供专业支持，大大减少刹车被锁的列车的停车时间
• 确保及早诊断列车上的问题，以便在对列车路径可用性影响最小的情况下，准时安排进站
• 保证整个瑞士铁路网的列车监控。

自动分类和优先级

来自WTMS中的传感器的告警，或来自传感器数据评估的算法的告警，立即由ZKE Netz V2进行分类。应用程序根据严重程度、报警值、年份、时间和车辆类型自动选择报警流程，并相应地进行优先级排序。这确保了厄斯特菲尔德的列车监测设施对任何可能严重的警报给予最优先的处理。标记潜在的错误警报，以防止操作员过载。

厄斯特菲尔德的专家们每天24小时、每周7天、一年365天对警报信号进行评估。决策过程中的人类智能和专家知识保证了正确的分类和评估。对所有报警信号进行一致的后续处理，确保对分类的持续改进。

立即停止训练

图3移动检查器和列车监控设备并行接收报警信号

对于最高级别的报警，如超过100°C的热箱，列车将立即停止，即不再设置绿色信号。为了实现这一点，警报将为负责发生问题的区域的移动检查器触发。如果检票员在30秒内没有取消警报，警报将立即升级到列车监控设施。

列车监控设施也会触发与动作检查员收到的警报相对应的警报(见图3)。与负责停止列车的动作检查员不同，埃斯特菲尔德的专家分析了来自触发警报的测量系统的详细原始数据。他们可以利用这些信息更准确地对警报进行分类。假警报，如阳光反射或热盒子发出的火花，几秒钟内就能被识别出来。在误报的情况下，列车运行监察员会立即恢复列车路径的通行，而无需停车。在理想的情况下，火车司机甚至不会注意到火车发出了(假)警报。

优化列车停止

对于危险性较低的报警，如抱死式制动器(如盘式制动器为350°C，蹄形制动器为250°C)，列车最多可继续行驶10公里。这样，司机就可以选择最好的位置，让乘客转乘另一列火车。以货运列车为例，该过程允许相应长度的列车移开，避免阻塞道路。

在分类过程中，与立即停止使用相同的过程:运动检查员停止列车，同时列车监测设施的专家分析来自测量传感器的并行数据，根据严重程度在30-90秒内给列车“全部清除”。大约45%的火车站可以通过这种方式避免。

趋势报警

对于相对不太可能预示重大问题的告警，将触发“趋势告警”流程。原因的例子可能是刹车片温度200-250°C或热箱报警，测量系统本身怀疑原因是太阳反射或火花飞溅。

趋势警报仅由列车监测设施的专家接收。移动检查器不会立即得到通知。如果响应警报的专家认为真正的问题正在发展，可以要求运动检查员在下一个合适的位置停止火车。在这种情况下，由专家决定火车的行驶距离和速度。

这种通过分析警报有效范围内的不规则测量值而进行的早期检测，使故障列车能够尽早得到处理，并选择最佳的可能位置来停止列车。这是列车路径可用性的两个决定性因素。

区分报警信号

在选择报警限值和优化分类算法时，总是在安全性(报警限值越低，过程越安全)和可用性(阈值越高，误报越少)之间权衡。专家可以使用这三个过程可靠地检测过于保守的自动分类，而不会引起可用性问题。这一额外的安全层促进了自动报警评估的创新，而不影响安全性。因此，例如，只有当安全层可用时，自动的太阳反射和火花识别才会在测量系统上被激活。另外，软件在自动对告警进行分类时，只选择告警的进程和告警的优先级，这一点也值得考虑。从来没有真正关掉过闹钟。即使能够及时可靠地检测到火花，从而引起误报，它们也只有在列车正在刹车时才无害。如果火车没有刹车，但仍然检测到火花，这是一个非常危险的情况:这意味着一个完全锁住的车轮正在沿着轨道滑动!

避免延误

一旦列车停了下来，列车监控设施的专家就有责任提供最大限度的支持，以便列车尽快重新开动——无论是全速还是减速——驶往下一段线路或驶往目的地。在90%的情况下，由于专家给火车司机提供的电话支持，问题可以简单地解决。

如果发生严重问题，需要从列车上拆下一辆车，则平均延误时间为106分钟。像松开手刹这样的简单动作平均会导致26分钟的延迟。在这种情况下，作为“地面上的人”的火车司机也有助于对已经造成的损坏进行分类，并决定火车的下一步行程。因此，可以将派出技术车辆检查人员作为最后手段。这不仅避免了不必要的人员部署，而且最重要的是节省了在现场等待车辆检查员到来的时间。

两个原则

WTMS的网络基于两个决定性的原则:

• 人是决策者
• 最大的冗余-使用简单的方法实现高可用性。

ZKE Netz V2传感器将信息同时传输到两个数据处理中心。这些数据都是独立评估的，两个处理中心都向移动检查员发送警报。移动检查器的应用程序将两个信号合并到一个警报中。在最坏的情况下，如部分网络关闭，警报将响起两次，可能在两个不同的位置。这种列车两次停车是一种安全措施，最迟也会被司机注意到:毕竟，他只能在同一个地方停一次车。

双活冗余设计减少了对维护槽位的需求。甚至可以在不中断系统的情况下进行更新。该应用程序在过去20个月里实现了100%的端到端可用性。

数据浓缩

ZKE Netz V2原始测量数据丰富了车次、车辆信息、装载和联系信息等细节。这些丰富的数据是保证正确、高效处理告警所必需的。丰富来自各种外围系统(见图4)。它们也存储在数据库中，为分析、评估和调查创建了有价值的资源:

• 车号取自运行控制系统。这种通信目前是单向的，但可以扩展到包括自动停车选项
• 货运列车的资料，例如车辆重量和危险货物详情，来自货物信息系统(CIS)
• 客运列车信息来自KompoEVU系统，该系统提供有关个别列车的信息，包括来自RF-ID系统的实时车辆识别数据
• ProSurf提供列车的预定路线和时间表信息，以及运营每种服务的列车公司
• ESI是sbb范围内关于以往与安全相关的轨道交通事故的数据库。

结论和展望

图4“ZKE Netz V2”与外围系统的接口

2010年，SBB再次没有发生导致乘客死亡或严重受伤的重大事故。我们的WTMS和全球独特的网络连接方式为铁路旅行的安全做出了重要贡献。此外，潜在的每年39万分钟的延误将减少到9万分钟左右。这令人印象深刻地证明了为避免延误和增加列车路径可用性而引入的解决方案所提供的高性能。SBB现在已经运行这个系统五年了。在此期间，没有一起脱轨事故是由热箱或车轮故障引起的，这进一步证明了该系统对安全做出的贡献。

那么WTMS的未来会是怎样的呢?在瑞士，跨网络数据交换已经成为现实——来自BLS的WTMS报警信号已经被位于厄斯特菲尔德的瑞士联邦铁路公司的列车监测设施处理。但我们不能躺在过去的功劳簿上。整个欧洲的跨境数据交换必须成为基础设施运营商之间未来的目标。只有当这成为现实，才有可能解决边境站的发展问题。几乎所有地方都有充足的空间储备、可用的工作人员和更换的车辆、装车起重机和分流和稳定的选择，这些都必须用来缓解车辆问题和负载位移。这将有助于我们进一步提高跨境服务的准点率，避免整个国家的火车路径被堵塞。作为最低限度，这项措施应在不久的将来在整个欧洲货运走廊实施。这一进程中的障碍应该更多地是政治性的，而不是技术性的。在Europoint的指导下，SBB在这一进程中向前迈出了一步，于2011年9月22日在卢塞恩组织了一场国际WTMS会议。 We would be delighted to welcome you to this event.

参考文献

1. http://www.waysidemonitoring.eu/
2. Nietlispach, U.(2009)“Zugkontrolleinrichtungen bei den SBB”(“SBB的路边列车监测系统”)，见:信号+气流101，第1版，25-28页
3. Frey m;Nietlispach, U.(2011)在SBB持续联网的WTMS: RTR特别2011。
4. Schöbel, a .(2011)网络化的路旁列车监控系统作为重新安排货运交通的关键问题，罗马铁路2011,2011年2月16-18日