基于V2V通信的列車控制系統(tǒng)研究

萬(wàn)長(zhǎng)征　賴小龍

摘要：隨著現(xiàn)代城市軌道交通已經(jīng)在全國(guó)各地爭(zhēng)相建設(shè)和使用，有效的緩解城市交通壓力，另一方面，5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的出現(xiàn)也促進(jìn)著軌道交通技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文介紹了一種基于V2V通信的列車控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)構(gòu)架，并就相鄰列車通信和全網(wǎng)列車通信兩種實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了討論。分析了車載控制器的具體功能，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中面臨的異?？刂茊?wèn)題及其解決方案進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;V2V通信;車載控制器

中圖分類號(hào)：TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）06-0007-01

0 引言

隨著現(xiàn)代城市軌道交通已經(jīng)在全國(guó)各地廣泛建設(shè)并使用，有效的緩解城市交通壓力，另一方面，5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能的技術(shù)的出現(xiàn)也促進(jìn)著軌道交通技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)于城市軌道交通現(xiàn)在和未來(lái)頭的建設(shè)和經(jīng)營(yíng)都提出了更高的要求：高的服務(wù)質(zhì)量、低的運(yùn)營(yíng)成本。本文介紹了基于V2V通信的列車控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)方案和功能管理等。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于V2V通信的列車控制系統(tǒng)，主要由車載控制器（VOBC）、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)單元（DSU）、對(duì)象控制器（Object Controller）、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）等子系統(tǒng)組成，如圖1所示。其中，DCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)將各子系統(tǒng)相互之間完成通信。VOBC通過(guò)無(wú)線網(wǎng)與相鄰車輛或ATS進(jìn)行通信。采用這種方式可以減少時(shí)延、提升系統(tǒng)運(yùn)行速率和穩(wěn)定性，并且通過(guò)在硬件中才用冗余配置的方式，保證系統(tǒng)的安全性。

對(duì)象控制器向VOBC發(fā)送控制信息，VOBC再將收到的控制消息發(fā)送給軌旁設(shè)備，軌旁設(shè)備接收到信息后，根據(jù)指令完成相應(yīng)的操作任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)象控制器對(duì)軌旁設(shè)備的管理和控制。另外，列車實(shí)時(shí)的接收對(duì)象控制器發(fā)來(lái)的軌旁設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)信息，進(jìn)而完成聯(lián)鎖計(jì)算，從而完成相關(guān)的操作。

ATS主要任務(wù)是監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息，包括列車、對(duì)象控制器、其他軌旁設(shè)備等。當(dāng)列車控制系統(tǒng)能力受限時(shí)，ATS將根據(jù)當(dāng)前線路中全部列車具體數(shù)據(jù)情況，對(duì)其出現(xiàn)故障的線路統(tǒng)籌規(guī)劃，然后向?qū)?yīng)的列車和對(duì)象控制器發(fā)送控制信息，調(diào)度所有的列車，最后監(jiān)督運(yùn)行情況，直到完全恢復(fù)運(yùn)行。

2 控制系統(tǒng)方案

2.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)列車通信

該方案下，所有列車通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)（AP）與相鄰前后的兩車通信，并將自身數(shù)據(jù)發(fā)送并儲(chǔ)存在ATS。ATS將收到列車信息發(fā)送給相鄰的三列列車，列車的VOBC設(shè)備然后將接收到ATS發(fā)送的數(shù)據(jù)和V2V交互的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，完成聯(lián)鎖計(jì)算任務(wù)。

其優(yōu)點(diǎn)是在于當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題主要在小范圍部分時(shí)，處理信息過(guò)程無(wú)需上傳主控中心，通過(guò)自身VOBC就可以完成計(jì)算和調(diào)度，大幅度的降低系統(tǒng)的控制處理的負(fù)擔(dān)，但其缺點(diǎn)就是只適合于小范圍內(nèi)使用。由于無(wú)法獲得全線路的信息，因此該方法不適于全線調(diào)度操作。另外也可能會(huì)發(fā)生，當(dāng)列車進(jìn)行突然較大的狀態(tài)改變后，易使得全線列車都受到影響，從而被迫改變行車計(jì)劃，影響全線運(yùn)營(yíng)造成大范圍晚點(diǎn)。

2.2 全線列車通信

該方案中，全線列車的相互之間保持實(shí)時(shí)通信。每列列車通過(guò)有線或無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)向其他列車和ATS 廣播自己的數(shù)據(jù)，同時(shí)又接收其他列車的廣播數(shù)據(jù)，綜合數(shù)據(jù)后進(jìn)行聯(lián)鎖計(jì)算。但由于線路上列車數(shù)目多，廣播信息數(shù)據(jù)變的尤為龐大，所以對(duì)通信技術(shù)的要求，速率快、帶寬大、時(shí)延低。同時(shí)可以采用云平臺(tái)技術(shù)，作為資源存取的中心。所有列車將列車實(shí)時(shí)信息上傳到云平臺(tái)，并且從云平臺(tái)上下載所需要的信息，然后完成聯(lián)鎖計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)高效、快速、有保障的V2V通信的列車控制系統(tǒng)任務(wù)。

通過(guò)該方案，當(dāng)線上某一列車出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其他相鄰幾列列車可根據(jù)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行情況做出運(yùn)行計(jì)劃修改，避免大幅度列車全部都改變運(yùn)行策略;同時(shí)也保證列車運(yùn)行的安全。

3 主要功能

3.1 聯(lián)鎖計(jì)算功能

基于V2V通信的列車控制系統(tǒng)的列車在運(yùn)行過(guò)程中，VOBC根據(jù)當(dāng)前列車自身和線路上其他列車的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)的聯(lián)鎖計(jì)算得出一系列結(jié)果。并將其計(jì)算結(jié)果發(fā)送給對(duì)象控制器，控制道岔完成預(yù)先制定的動(dòng)作。當(dāng)列車運(yùn)行駛過(guò)這個(gè)道岔后，道岔等待下一列車的控制。

3.2 移動(dòng)授權(quán)功能

基于V2V通信的列車控制系統(tǒng)列車，VOBC擁有移動(dòng)授權(quán)功能。在列車行進(jìn)中，VOBC周期性地與相鄰前后列車通信，雖然列車相對(duì)距離不停地變化，但是共享列車信息，VOBC時(shí)刻知道相鄰兩列車實(shí)時(shí)位置、速率、經(jīng)過(guò)道岔權(quán)限，其自身移動(dòng)授權(quán)也不斷地更新。

3.3 控制模式

關(guān)于列車控制系統(tǒng)的模式有兩種：一是VOBC為主，ATS為輔;二是ATS完全主控。

正常情況下，所有列車和軌旁設(shè)備都工作在第一種模式下。但當(dāng)行進(jìn)的列車收到告警信息時(shí)，VOBC會(huì)當(dāng)前自己運(yùn)行數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)，做風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，若風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高于門(mén)限時(shí)，將控制權(quán)轉(zhuǎn)給ATS控制。控制中心對(duì)涉及到的所有列車進(jìn)行直接調(diào)度控制，保證列車安全行駛。當(dāng)全線列車恢復(fù)正常后，權(quán)限交回VOBC主控。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著新技術(shù)爆炸式的出現(xiàn)，不斷地改變著我們這個(gè)社會(huì)方方面面，針對(duì)于我們城市軌道交通領(lǐng)域，也應(yīng)該積極的融入其中，建設(shè)智慧化城市軌道。通過(guò)實(shí)現(xiàn)列車之間的寬帶大、時(shí)延低、速率快;“云”平臺(tái)共享數(shù)據(jù)資源;自主運(yùn)行和調(diào)整能力，促進(jìn)現(xiàn)代軌道交通向智能化發(fā)展。綜上所述，基于V2V通信的列車控制系統(tǒng)將是軌道交通的主要發(fā)展方向。

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Research on Train Control System Based on V2V Communication

WAN Chang-zheng，LAI Xiao-long

（College of mobile Telecommunications Chongqing University of Posts and Telecom，? Chongqing? 401520）

Abstract：As modern urban rail transit has been rushing to build and use across the country， effectively alleviating urban traffic pressure. On the other hand， the emergence of technologies such as 5G， cloud computing， big data， artificial intelligence and other technologies has also promoted the further development of rail transit technology. This paper introduces a train control system based on V2V communication， gives the system architecture， and discusses two implementation schemes of adjacent train communication and train communication on the whole network. The specific functions of the vehicle controller are analyzed， and the abnormal control problems and their solutions in practical applications are discussed.

Key words：Urban rail transit; V2V communication; vehicle controller