城市軌道交通信號(hào)控制方式探討

天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司　肖　楠

城市軌道交通系統(tǒng)中，信號(hào)系統(tǒng)的控制是保證軌道交通安全的重要部分，現(xiàn)代城市交通一般會(huì)采用列車的自動(dòng)控制系統(tǒng)ATC，ATC系統(tǒng)包含三個(gè)方面，分別是列車指揮系統(tǒng)，列車運(yùn)行的控制系統(tǒng)和列車運(yùn)行綜合化，主要包含三個(gè)子系統(tǒng)：列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)ATS，列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)ATO，列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)ATP。

1.ATS子系統(tǒng)控制方式

1.1　集中控制型

集中控制型主要體現(xiàn)在列車的整體運(yùn)行，包括列車進(jìn)站的控制功能和列車的運(yùn)行計(jì)劃全部包含在內(nèi)，這些部分都可以在列車的集中控制中得到體現(xiàn)。集中控制的ATS 的系統(tǒng)中，設(shè)備與車站的數(shù)據(jù)傳輸涉及到列車的運(yùn)行安全問(wèn)題，一般會(huì)采用光纜的方式來(lái)作為傳輸信息的渠道。這種類型的系統(tǒng)制式較為成熟，相關(guān)設(shè)備較少，設(shè)備的功能集中，使得設(shè)備的整體負(fù)荷量較大，加之對(duì)通信數(shù)據(jù)要求增加，因此設(shè)備易出現(xiàn)故障，而且由于集中性，一旦設(shè)備故障，影響范圍大，不利于系統(tǒng)的整體運(yùn)行。

1.2　集中監(jiān)控的分散控制型

控制中心只對(duì)列車的整體運(yùn)行進(jìn)行控制，并且對(duì)列車的運(yùn)行設(shè)定計(jì)劃和整體監(jiān)管，不直接對(duì)列車進(jìn)行全面的控制，列車進(jìn)站和相應(yīng)的運(yùn)行過(guò)程由各車站進(jìn)行控制和監(jiān)管。這種控制系統(tǒng)的控制中心整體負(fù)荷量較小，列車的數(shù)據(jù)傳輸不影響列車運(yùn)行中的安全性，當(dāng)列車發(fā)生故障時(shí)，可以使用降級(jí)運(yùn)行的方式，在一定時(shí)間內(nèi)不影響列車的整體運(yùn)行。

1.3　自治分散型

自治型分散系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展而逐漸被投入使用的，在列車正常運(yùn)行過(guò)程中，控制中心可以利用對(duì)全線列車的整體監(jiān)控和管理，車站監(jiān)控列車的進(jìn)站和出站的狀態(tài)，但是中央計(jì)算機(jī)和車站的計(jì)算機(jī)處于同等的地位，具有同樣的功能，可以對(duì)列車進(jìn)行控制，中央計(jì)算機(jī)和車站計(jì)算機(jī)要相互協(xié)作，在中心計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)車站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就可以代替中心計(jì)算機(jī)來(lái)控制交通線路，對(duì)全線交通進(jìn)行監(jiān)控。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是靈活性和可靠性都比較強(qiáng)，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)車站的整體設(shè)備較多，操作較為復(fù)雜。

1.4　ATS子系統(tǒng)的控制方式選擇

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，時(shí)實(shí)監(jiān)控的集中方式也在向分散控制轉(zhuǎn)化，控制方式多樣化。對(duì)于城市交通控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，集中控制的最大缺點(diǎn)就是車站間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸量較大，中央計(jì)算機(jī)的負(fù)荷量大，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量要求較高，同時(shí)還涉及到數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘葐?wèn)題，現(xiàn)今已經(jīng)定型的傳輸系統(tǒng)的媒介主要是電纜傳播，需要有獨(dú)立的傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的傳播質(zhì)量有限，會(huì)影響到整體運(yùn)行效率。最大的影響因素是，如果OCC系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)影響列車的整體運(yùn)行。

中央集中監(jiān)控和分散控制系統(tǒng)在科技日新月異的今天，OCC系統(tǒng)與車站間數(shù)據(jù)傳輸主要利用光數(shù)字傳輸系統(tǒng)，傳輸?shù)乃俣瓤梢赃_(dá)到2Mbps，因此隨著科技的發(fā)展，可以使得ATS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的監(jiān)控能力。由于ATS系統(tǒng)需要在各個(gè)車站設(shè)置較多的計(jì)算機(jī)設(shè)備，需要加大成本投入，所以在控制方式選擇的過(guò)程中，要考慮資金成本的因素，合理采用中央控制系統(tǒng)和分散系統(tǒng)結(jié)合的方式。ATS系統(tǒng)還可以通過(guò)授權(quán)的方式，獲得與集中控制同等效果的控制方式。

2.ATP子系統(tǒng)列控方式

2.1　分級(jí)速度信號(hào)控制系統(tǒng)

在列車運(yùn)行的過(guò)程中，可以采用列車速度分級(jí)控制系統(tǒng)，列車的速度被控制為階梯狀的速度曲線形式。ATP的地面設(shè)備可以為列車傳遞出下一閉塞區(qū)的速度信息，列車的運(yùn)行設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整列車的運(yùn)行速度，即列車在下一閉塞區(qū)的進(jìn)口和出口的速度，追蹤列車需要控制列車的速度，和前車間隔幾個(gè)閉塞區(qū)運(yùn)行。閉塞分區(qū)可以根據(jù)行車的速度、線路數(shù)據(jù)、信號(hào)設(shè)備等方面的信息來(lái)設(shè)定，對(duì)于一些使用出口速度來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)，需要在行車規(guī)定的閉塞區(qū)再增加一個(gè)閉塞區(qū)來(lái)保證安全性。

2.2　目標(biāo)距離信號(hào)控制系統(tǒng)

當(dāng)列車采用目標(biāo)距離的信號(hào)系統(tǒng)控制列車速度時(shí)，列車通常情況下會(huì)使用一次模式的行車速度，ATP地面設(shè)備可以給列車傳輸前進(jìn)的數(shù)據(jù)信息，相應(yīng)的區(qū)間數(shù)據(jù)和線路數(shù)據(jù)，列車的車載設(shè)備可以通過(guò)對(duì)路段信息的處理，按照距離合理規(guī)劃行車速度，制定出列車一次模式下的行車速度，或者可以使用ATP的地面設(shè)備向列車發(fā)送“允許列車運(yùn)行權(quán)限LMA”的命令，在這種情況下列車可以不使用提前制動(dòng)的措施，可以保證列車運(yùn)行的安全性，縮短了列車運(yùn)行過(guò)程中的間隔。對(duì)于軌道線路的目標(biāo)距離信號(hào)系統(tǒng)來(lái)講，閉塞分區(qū)的劃分等級(jí)和數(shù)量，仍然還需要根據(jù)列車運(yùn)行的線路數(shù)據(jù)信息、列車追蹤間隔設(shè)定和信號(hào)設(shè)備的現(xiàn)實(shí)狀況來(lái)確定，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)劃分列車運(yùn)行閉塞區(qū)。

3.信號(hào)系統(tǒng)閉塞方式

按照車地的通信方式，ATC通信系統(tǒng)可以分為以軌道為基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)和以TBS為基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)。以軌道為基礎(chǔ)的電路通信系統(tǒng)，有固定的軌道作為通信的閉塞分區(qū)，在國(guó)外將其稱為固定的閉塞信號(hào)系統(tǒng)，固定閉塞信號(hào)系統(tǒng)可以包括分級(jí)信號(hào)系統(tǒng)以及目標(biāo)信號(hào)系統(tǒng)，在我國(guó)將分級(jí)信號(hào)系統(tǒng)稱為固定的閉塞信號(hào)系統(tǒng)。由于軌道電路的目標(biāo)距離的控制方式都需要從系統(tǒng)方式和信息傳遞方式上考慮，需要介于固定閉塞以及移動(dòng)閉塞的范圍內(nèi)，因此又可以將目標(biāo)距離控制系統(tǒng)稱為準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。由于通信系統(tǒng)沒(méi)有明確的分區(qū)，追蹤列車的安全距離也由列車行駛的實(shí)際情況來(lái)決定，所以將這種信號(hào)系統(tǒng)稱為移動(dòng)閉塞的信號(hào)系統(tǒng)。

3.1　固定閉塞的信號(hào)系統(tǒng)

采用固定閉塞的信號(hào)系統(tǒng)，列車所獲得的信息僅僅需要列車需要進(jìn)入閉塞區(qū)域的速度控制，分為幾個(gè)速度等級(jí)，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)速度等級(jí)，列車的列控方式需要采用階梯式的方式來(lái)控制列車的運(yùn)行速度曲線。

固定閉塞信號(hào)系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)傳輸一般采用信息音頻的電路檢知列車，這種通常都是無(wú)絕緣體的列車軌道，列車傳輸速度也會(huì)規(guī)定在一定的范圍內(nèi)。另外在車站設(shè)有ATP和ATO的信息傳輸設(shè)備，方便信息數(shù)據(jù)的傳輸。例如：北京地鐵和上海地鐵都使用的這種能夠分級(jí)管理和控制速度的閉塞系統(tǒng)，能夠提供這種系統(tǒng)的公司有美國(guó)西屋公司和法國(guó)阿爾斯通公司等，這種信息系統(tǒng)已經(jīng)被投入使用。

3.2　準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的信號(hào)系統(tǒng)

一些列車采用準(zhǔn)移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，列車可以獲得距離運(yùn)行目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息，或者是列車運(yùn)行權(quán)限，這種情況下列車的列控方式一般采用一次控制運(yùn)行速度的列車運(yùn)行模式。

準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的信號(hào)系統(tǒng)可以分為兩種，一種主要是以信息數(shù)據(jù)的傳遞為交流方式，另一種是以數(shù)字信息的傳遞為主。一種以采用多種信息音頻并且使用無(wú)絕緣的軌道電路來(lái)檢知列車，也可以采用列車傳輸速度的等級(jí)命令，針對(duì)不同的設(shè)備可以采用不同的信息傳遞方式，也可以向列車發(fā)送ATO或者是ATP的信息?，F(xiàn)今車地信息的傳輸大多仍采用TWC設(shè)備，可以提供這種類型的設(shè)備有法國(guó)的CSEE公司或者是法國(guó)的Alstom公司。另一種方式是采用數(shù)據(jù)信息傳遞，向列車發(fā)送ATP或者是ATO的信號(hào)，車載的設(shè)備可以根據(jù)行車的距離來(lái)對(duì)實(shí)施安全措施，保證列車運(yùn)行的安全性。車地信息系統(tǒng)仍然可以采用TWC設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，廣州地鐵和上海地鐵均使用這種類型的信息系統(tǒng)，提供這種信息系統(tǒng)的公司有美國(guó)的USSI和德國(guó)的西門子公司等，這些公司均可以提供該類的信息傳遞服務(wù)。

3.3　移動(dòng)閉塞的信號(hào)系統(tǒng)

移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)的使用首先是在保證列車正常運(yùn)行的前提下，通過(guò)先進(jìn)的科技對(duì)行車速度進(jìn)行控制，提高列車定位的精度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)列車的雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，提高列車在運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)送指令的次數(shù)，以此來(lái)提高列車運(yùn)行效率，提高軌道交通的運(yùn)行能力，并且可以縮短列車運(yùn)行過(guò)程中的間隔距離。

移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)仍然采用一次控制速度的運(yùn)行模式。在使用移動(dòng)閉塞的系統(tǒng)中，前車與后車的安全距離是根據(jù)列車的運(yùn)行狀況來(lái)決定，可以根據(jù)列車的運(yùn)行速度和制動(dòng)曲線來(lái)決定列車的閉塞系統(tǒng)，根據(jù)精切的數(shù)據(jù)計(jì)算可以對(duì)列車進(jìn)行定位。然而列車的定位精度較高，因此在列車運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)列車在該區(qū)域行駛的最大安全區(qū)域來(lái)確定列車的行進(jìn)位置，并且保持車輛間安全的制動(dòng)距離。列車在選擇停車位置時(shí)，可以不選擇在閉塞區(qū)的入口的前方停車，縮短每輛列車的運(yùn)行距離間隔?，F(xiàn)今，隨著科技的發(fā)展，軌道交通逐漸實(shí)現(xiàn)了交叉式電纜線和無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通信息的傳遞，現(xiàn)在已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)的雙向交換的方式。其中無(wú)線擴(kuò)頻通信技術(shù)是現(xiàn)今通信領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量大，抗干擾能力強(qiáng)，并且能夠準(zhǔn)確定時(shí)和檢測(cè)距離，因此這種通信系統(tǒng)可以更加廣泛的運(yùn)用在軌道交通的通信系統(tǒng)中。

3.4　閉塞制式信號(hào)系統(tǒng)選擇

固定閉塞的通信系統(tǒng)的使用，可以采用分級(jí)的控制方式，這種控制方式較為傳統(tǒng)，很多方面已經(jīng)不適合現(xiàn)在的運(yùn)輸需求，對(duì)乘客的舒適度有待提高。閉塞制式信號(hào)系統(tǒng)是對(duì)列車運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸方式，也是采用一次模式的曲線式行進(jìn)方式，這樣可以大大縮短列車的運(yùn)行間隔。移動(dòng)閉塞系統(tǒng)，是使用先進(jìn)的科技進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳遞功能，傳輸速度快，定位精度高，解決了準(zhǔn)移動(dòng)系統(tǒng)中列車運(yùn)行和信息傳遞的問(wèn)題。

4.結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代交通信息系統(tǒng)的建設(shè)中，交通信號(hào)的控制系統(tǒng)對(duì)列車運(yùn)行效率產(chǎn)生很大的影響，自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)今列車運(yùn)行的安全控制系統(tǒng)，可以保障列車的運(yùn)行安全性，提高列車運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)快速高效的列車運(yùn)行方式。

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