中國軌道交通列車運行控制技術(shù)及應(yīng)用

謝謙

摘 要：在城市軌道交通行業(yè)迅猛發(fā)展的時代背景下，保證行車安全、提高行車效率的信號系統(tǒng)突顯得越來越重要，基于通信列車自動控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control Sys-tem，以下簡稱“CBTC”）成為了目前建設(shè)城市軌道交通信號系統(tǒng)的主流系統(tǒng)。本文主要對中國軌道交通列車運行控制技術(shù)及應(yīng)用進行了簡要的分析。

關(guān)鍵詞：中國 軌道交通 列車運行 控制技術(shù)

1、列控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 列車定位技術(shù)

1.1.1固定定位技術(shù)

固定定位技術(shù)是一種被動的定位方式，其定位原理是將線路劃分為若干不同的閉塞分區(qū)，列車定位是以固定閉塞分區(qū)的長度作為最小定位單元，一個閉塞分區(qū)同時只能被一輛列車占用，但列車在閉塞分區(qū)內(nèi)更加詳細(xì)的位置信息無法獲得，定位精度較差。列車的定位功能常利用軌道電路方式或計軸點的方式來實現(xiàn)。

1.1.2移動定位技術(shù)

移動定位技術(shù)是一種主動的定位方式，其定位原理是列車根據(jù)線路上預(yù)先設(shè)置的軌旁信息點，來推算出自身的實際地理位置，最小定位單元可以根據(jù)設(shè)置的軌旁信息點的精度來實現(xiàn)。列車的定位功能常利用測速定位加校正方式或外部參照定位方式等來實現(xiàn)。測速定位加校正方式是利用查詢＼應(yīng)答器、信標(biāo)、電纜環(huán)線等技術(shù)手段對車載里程計由于車輪滑行或空轉(zhuǎn)、輪緣磨損等原因產(chǎn)生的測距誤差進行修正，來實現(xiàn)列車的定位；而外部參照定位方式就是列車根據(jù)預(yù)設(shè)的外部參照物來確定自身位置的方式，主要包括利用電纜環(huán)線、裂縫波導(dǎo)、無線擴頻通信以及GPS等技術(shù)手段，外部參照定位方式從定位原理來說分為以下兩類：一是利用延線路敷設(shè)外部介質(zhì)特性在線路上形成標(biāo)尺的功能，列車通過數(shù)刻度的方式實現(xiàn)自身的定位。如：裂縫波導(dǎo)管定位和電纜環(huán)線定位就是采用這種原理。二是列車通過綜合多個距預(yù)設(shè)定位校正設(shè)備的距離的數(shù)據(jù)來獲取列車所處的具體位置。如：無線擴頻通信定位和GPS定位就是采用這種原理。需要說明的是具體系統(tǒng)中采用何種定位技術(shù)，取決于對線路運輸能力的要求。通常，城市軌道交通系統(tǒng)中需要綜合運用多種定位技術(shù)。由于每一種定位的方法總有其固有的缺點，單一的定位方法無法在定位的精度、可靠性和代價之間作到很好的平衡，而多種定位技術(shù)集成的優(yōu)勢在于能通過冗余、互補和多種的信息為系統(tǒng)提供更為精確的信息，使整個軌道交通和指揮系統(tǒng)中的安全性、測量精度、可靠性、造價等方面作到一定的平衡。

1.2 車地通信技術(shù)

1.2.1車地通信內(nèi)容

車地通信的內(nèi)容主要是速度信息和距離信息兩類，根據(jù)這個分類可將列控系統(tǒng)分作速度碼系統(tǒng)和距離碼系統(tǒng)。速度碼系統(tǒng)通常使用頻分制方法，即用不同的頻率代表不同的允許速度，從地面?zhèn)鬟f給列車的允許速度是階梯分級的，在軌道電路區(qū)段分界處的限速值是跳躍式的。而在距離碼系統(tǒng)中，由于信息電碼的多樣性和復(fù)雜性，所以必須使用時分制數(shù)字電碼方式，按協(xié)議來組成各種信息。其特點是：根據(jù)地面?zhèn)髦淋嚿系母鞣N信息（包括區(qū)間的最大限速、目標(biāo)點的距離、目標(biāo)點的允許速度、區(qū)間線路的坡度等）以及列車自身的固有數(shù)據(jù)（如：列車長度、常用制動及緊急制動的制動率、測速機測距信息等），由車載計算機實時計算得出允許速度曲線，并按此曲線對列車的實際運行速度進行監(jiān)控。由于數(shù)據(jù)傳輸以及實時計算，列車車速監(jiān)控都是連續(xù)的。

1.2.2車地通信方式

車地通信技由于是固定物與移動體之間的信息交換，所以必須采用無線的方式進行。實際上經(jīng)常所說的是根據(jù)信息傳輸介質(zhì)的不同，可分為有線和無線兩大類，而有線類又可分為利用軌間電纜、利用模擬軌道電路和利用數(shù)字編碼軌道電路技術(shù)三類。模擬軌道電路用代表不同速度信息的低頻對載頻進行調(diào)制，該調(diào)制信號是模擬量，以實現(xiàn)對列車速度的控制；它只能傳輸速度信息，因此只能實現(xiàn)階梯式控制模式的固定閉塞；數(shù)字編碼軌道電路則用報文形式，通過數(shù)字編碼對載頻實行數(shù)字調(diào)頻，該調(diào)制信號是數(shù)字量，以實現(xiàn)列車控制用各種信息（包括目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路坡度、區(qū)間限制、軌道電路長度等信息）的傳輸，通過這種軌道電路可是實現(xiàn)曲線式控制模式的準(zhǔn)移動自動閉塞。

2、列車自動駕駛系統(tǒng)（ATO）

（1）列車自動駕駛。①列車運行速度的自動調(diào)整ATO系統(tǒng)的車載控制器能將列車的即時運行速度與列車最大允許運行速度和目標(biāo)速度進行實時比較，自動完成列車在線運行速度的實時調(diào)整，從而使列車在限制速度下安全運行，并盡量較少惰行、牽引與制動之間地相互轉(zhuǎn)換。②車站自動發(fā)車ATO系統(tǒng)檢查發(fā)車的安全條件符合時，向司機發(fā)出啟動列車的命令，司機確認(rèn)該命令后，按下司控臺上的列車啟動按鈕，控制列車轉(zhuǎn)入牽引驅(qū)動狀態(tài)，隨即列車開始加速。列車出發(fā)后，可以根據(jù)ATO系統(tǒng)預(yù)設(shè)的允許速度等信息，使列車平穩(wěn)安全地運行。③停車點目標(biāo)制動當(dāng)ATO系統(tǒng)接收到停車命令以后，會將站臺停車點作為其停車制動的目標(biāo)點，結(jié)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)的制動率、列車行車速度與距停車點的距離計算出列車的制動曲線，從而控制列車安全、誰確、平穩(wěn)地在預(yù)定停車區(qū)域停車。

（2）列車無人自動折返，無人自動折返是ATO系統(tǒng)一種特殊的駕駛模式，當(dāng)工作于此種模式時，列車上所有控制臺都將轉(zhuǎn)入鎖閉狀態(tài)，整個過程無需司機參與。

（3）車門自動開閉控制，當(dāng)列車到達指定停車點時，由ATO系統(tǒng)向ATP系統(tǒng)發(fā)送停車信號，此時ATP系統(tǒng)需先檢查是否符合開啟車門的控制條件，如果符合將發(fā)出開啟車門的命令，ATO車載設(shè)備接收到該命令后控制車門自動開啟，也可以由司機人工開啟車門。但是ATO系統(tǒng)關(guān)閉車門不能自動完成，必須由司機人工操縱。

3、列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）

（1）時刻表處理，時刻表系統(tǒng)是實現(xiàn)時刻表的存儲、安裝、修改，以及列車運行圖的顯示、繪制和打印的重要設(shè)備，同時還可向其他系統(tǒng)提供時刻表的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)中儲存著多套列車運行圖，能夠滿足列車不同運行情況下的需要。

（2）列車監(jiān)視與跟蹤，列車監(jiān)視與跟蹤主要實現(xiàn)對列車的監(jiān)視、車次號的初始化、車次號移動、運行識別和集中顯示等功能。

（3）列車進路的自動選排，ATS系統(tǒng)的控制中心能實現(xiàn)對室外道岔、進路和信號機的集中控制，可以根據(jù)當(dāng)日當(dāng)次的列車計劃運行圖自動建立進路，并且自動完成對列車運行的控制。

ATS系統(tǒng)能形成轉(zhuǎn)換道岔所處位置的命令，并將該命令經(jīng)由傳輸通道發(fā)送向聯(lián)鎖信號系統(tǒng)，進而實現(xiàn)自動建立進路的功能。

（4）列車運行自動調(diào)整，當(dāng)列車實際運行偏離計劃運行圖時，必須對列車運行情況進行調(diào)整。系統(tǒng)需實時對列車實際時刻表和計劃時刻表進行比較，一旦出現(xiàn)偏離，必須使列車恢復(fù)到按原計劃時刻表運行，并以此為基礎(chǔ)，自動形成列車的發(fā)車時間。列車運行調(diào)整要遵循所有列車調(diào)整時間最短、總延遲最短的原則，爭取盡快使列車運行恢復(fù)到計劃運行狀態(tài)。

（5）運行報告，ATS系統(tǒng)能對列車運行中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行記錄、分析和存儲，同時提供數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功能；工作人員在需要時，可對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行查詢和回放；還可提供多種運行報告和統(tǒng)計功能，輔助行車調(diào)度員了解列車的實際運行情況與整個系統(tǒng)的工作情況。

（6）仿真與演示，ATS的培訓(xùn)與演示系統(tǒng)是通過現(xiàn)代信息技術(shù)等手段，仿真模擬整個ATS系統(tǒng)的實際運行情況，借助于該系統(tǒng)，工作人員可以進行系統(tǒng)演示、調(diào)試與員工培訓(xùn)等。

（7）監(jiān)側(cè)與警報，為了使列車能安全、平穩(wěn)地運行，ATS系統(tǒng)需要對各種設(shè)備的實際運行狀態(tài)進行實時監(jiān)督和檢側(cè)，并對整個過程加以記錄，而且整個監(jiān)側(cè)過程不會影響到被監(jiān)側(cè)對象的正常工作。一旦被監(jiān)側(cè)對象出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)能及時給出報警提示，同時確定故障的范圍和位置并加以診斷，直到設(shè)備恢復(fù)到正常情況為止。

4、結(jié)語

這些年城市軌道交通的完善的較快，城市軌道交通在當(dāng)今城市交通中現(xiàn)已占有了重要的地位，隨著計算機和通訊技能的完善，列車運行控制系統(tǒng)將是城市軌道交通運行安全的重要保障。

參考文獻

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