城市軌道交通信號控制方式分析

張龍

摘 要：伴隨城市經(jīng)濟發(fā)展水平的穩(wěn)步提升，城市軌道交通領(lǐng)域所面臨的問題進一步加大。為了保證城市軌道交通能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，就需要推動信號控制朝著自動化、系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的方向發(fā)展。如何建立起完善的信號控制體系并將其應(yīng)用于實際，已然成為軌道交通領(lǐng)域迫切需要解決的問題之一，直接關(guān)系到系統(tǒng)的成本投入和維護運行。本文就針對信號控制系統(tǒng)的發(fā)展情況展開分析，結(jié)合信號控制系統(tǒng)的具體作用給出相應(yīng)的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：城市交通;軌道交通;控制方式

對于城市軌道交通體系來說，信號控制是必不可少的一部分。目前城市交通主要以ATC系統(tǒng)為基本架構(gòu)，其中包括指揮系統(tǒng)部分、控制系統(tǒng)部分以及綜合管理部分。

1 ATS子系統(tǒng)控制方式

1.1 集中控制型

集中控制系統(tǒng)主要用于列車在運行過程中的管理，其中涵蓋有車輛?？亢途€路運行方案等管理內(nèi)容，各部分控制功能均能通過集中控制實現(xiàn)。對于ATS模塊來說，不管是車輛的運行狀態(tài)還是車站監(jiān)控資料都直接關(guān)系到運行的穩(wěn)定性，通常借助光纜設(shè)備進行相關(guān)數(shù)據(jù)的交互。該類型系統(tǒng)整體功能上較為完善，集成度較高，無需額外的配套裝置，但在運行過程中會導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過高，同時通信質(zhì)量需求較高，常常會出現(xiàn)裝置運行異常。此外，由于集成度的原因，設(shè)備發(fā)生異常后，往往難以把控影響范圍，甚至?xí)斐上到y(tǒng)癱瘓。

1.2 集中監(jiān)控的分散控制型

主控中心將監(jiān)控重點集中在列車的運行工況方面，同時針對列車的規(guī)劃方案進行整體把控，對于車輛?？恳约斑\行動作均交由各個站點進行相應(yīng)控制。由此來說，將控制進行分散，能夠顯著降低主控系統(tǒng)負(fù)荷，并且數(shù)據(jù)交互也不會影響車輛的穩(wěn)定性。一旦車輛發(fā)生異常問題后，能夠快速啟動降級運行模式，將事故影響控制在合理范圍。

1.3 自治分散型

該類型系統(tǒng)的出現(xiàn)是以計算機技術(shù)為前提，逐步應(yīng)用在日常管理之中。對于列車正常的工作狀態(tài)來說，主控中心可以對其進行綜合管理和全面監(jiān)測，把控好車輛停靠和啟動狀態(tài)。但隨著計算機技術(shù)的不斷前行，功能進一步完善，能夠有效監(jiān)控車輛工況，就需要對計算機設(shè)備進行綜合管理，協(xié)調(diào)配合。一旦中央計算機設(shè)備發(fā)生異常，系統(tǒng)就可以快速跳轉(zhuǎn)到備用計算機來完成控制操作，繼續(xù)監(jiān)測列車的整體情況。采用該系統(tǒng)最大優(yōu)勢就在于靈活可靠，但需要配備的子模塊較多，提高操作的復(fù)雜程度。

1.4 ATS子系統(tǒng)的控制方式選擇

伴隨信息化水平的提升，實時監(jiān)控系統(tǒng)也從原有的集中模式朝著分散管理發(fā)展，建立起不同的控制體系。從城市交通控制系統(tǒng)來看，采用集中管控的弊端就在于數(shù)據(jù)信息體量龐大，計算機設(shè)備負(fù)荷長期處于高位，且需要高質(zhì)量的通信模塊。此外，數(shù)據(jù)交互的安全也難以保證。目前主流的交互模式是以電纜線路為基礎(chǔ)，搭建起專用的數(shù)據(jù)交互通路，整體上傳輸性能較差，難以滿足系統(tǒng)需求。最為關(guān)鍵的一點在于，如果內(nèi)部OCC模塊出現(xiàn)異常，就會導(dǎo)致列車整體故障。

當(dāng)前，不管是集中控制還是分散控制都有了質(zhì)的突破，OCC模塊和站點之間的數(shù)據(jù)交互轉(zhuǎn)變成數(shù)字通信，其傳輸效率可以達到每秒2 Mbps。由此來看，技術(shù)水平的提升，帶動了ATS系統(tǒng)功能的完善，也進一步增強了監(jiān)控能力。因為ATS系統(tǒng)搭建需要在子站點中配備大量的計算機裝置，提高了運行成本。因此實際選擇控制模式時，要綜合分析，把控好成本投入。

2 ATP子系統(tǒng)列控方式

2.1 分級速度信號控制系統(tǒng)

列車實際運行時，大多采用分級速度管理模式，速度參數(shù)會被劃分成不同等級的階梯曲線。其中地面裝置能夠為列車運行提供下一運行路段的參數(shù)信息，對其進行分析后通過相關(guān)設(shè)備調(diào)控運行速度，保證列車在下一路段進出口位置的速度滿足要求，同時控制好各個車輛之間的距離。將不同路段進行閉塞分區(qū)，能夠根據(jù)車輛的運行情況進行整體管控，提升系統(tǒng)的安全性。

2.2 目標(biāo)距離信號控制系統(tǒng)

如果列車速度控制系統(tǒng)采用目標(biāo)距離信號，在運行過程中會根據(jù)車輛速度進行調(diào)整。地面裝置能夠?qū)崟r獲取車輛的運行數(shù)據(jù)，采集當(dāng)前路段信息，通過車載裝置進行分析處理，將車輛速度控制在標(biāo)準(zhǔn)距離范圍內(nèi)，并給定一次模式下的速度參數(shù)。不僅如此，系統(tǒng)還能夠調(diào)用地面裝置改變列車權(quán)限，即使不進行提前制動操作，也能夠保證運行安全，確保各車輛間距離處在安全范圍。

3 信號系統(tǒng)閉塞方式

根據(jù)列車的通信模式來說，ATC系統(tǒng)可以劃分成基于軌道的通信模式和基于TBS的通信模式。其中前者是將固定軌道作為閉塞分區(qū)基礎(chǔ)，該閉塞信號中包括有分級信號和目標(biāo)信號兩大類。因為軌道車輛的目標(biāo)距離均是以數(shù)據(jù)交互為基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)充分考量閉塞分區(qū)情況，所以也將該類型控制模式稱為準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)。相應(yīng)的，如果車輛安全距離是以列車具體工況為標(biāo)準(zhǔn)，那么該類型控制模式即為移動閉塞系統(tǒng)。

3.1 固定閉塞的信號系統(tǒng)

建立起固定閉塞控制系統(tǒng)，車輛所獲取的數(shù)據(jù)信息只需要根據(jù)列車所處閉塞區(qū)間的速度參數(shù)即可完成，將其劃定成不同等級，嚴(yán)格執(zhí)行各個等級標(biāo)準(zhǔn)，通過階梯式控制來調(diào)整具體的運行速度。

該類型信號系統(tǒng)是將信息音頻作為數(shù)據(jù)核心，由此來獲取對應(yīng)狀態(tài)，通常軌道為無絕緣體結(jié)構(gòu)，所以速度可以維持在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間。此外，站點中還增設(shè)ATP和ATO裝置，更好的提升數(shù)據(jù)交互性能。比如說：閉塞控制系統(tǒng)實際應(yīng)用在北京地鐵線路中，通過分級調(diào)控和速度管理能顯著提高地鐵的運行效率。

3.2 準(zhǔn)移動閉塞的信號系統(tǒng)

部分列車中配備有準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)，通過和目標(biāo)點的運行距離來獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)以及狀態(tài)權(quán)限，該模式下的列車速度控制普遍以一次調(diào)整為主。

一般來說，準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)分為兩種模式：其一是通過信息數(shù)據(jù)完成交互的控制模式，其二是將數(shù)字信息為核心的交互模式。前者主要借助不同信息音頻以及無絕緣線路來獲取列車工況，同時可以有效調(diào)控車輛的速度等級，對于差異化裝置建立起對應(yīng)的交互體系，配備高效的ATO和ATP服務(wù)。后者則借助數(shù)字信息完成交互控制，將ATP和ATO采集信號傳送給車輛，并由車載裝置進行分析，根據(jù)實際距離來下達安全管控方式，確保列車始終處于安全狀態(tài)。

3.3 移動閉塞的信號系統(tǒng)

移動閉塞控制系統(tǒng)的應(yīng)用前提應(yīng)當(dāng)是確保車輛處于穩(wěn)定狀態(tài)之下，借助高效的控制技術(shù)完成實時調(diào)控，優(yōu)化定位的準(zhǔn)確度，進而建立車輛的雙向信息交互體系，提高實際運行階段中有效指令的傳輸效率，保證軌道交通性能滿足預(yù)期要求，且逐步縮短車輛之間的距離。

對于移動閉塞控制系統(tǒng)來說，其主要模式仍為一次速度調(diào)控。將其應(yīng)用于實際列車中，車輛之間的安全距離可以結(jié)合具體狀態(tài)進行測定，以行駛速度和制動性能規(guī)劃相應(yīng)的閉塞模式，通過高精度參數(shù)來確認(rèn)車輛位置。隨著列車定位結(jié)果精度的增加，就可以結(jié)合車輛行進過程中所處的安全區(qū)間來標(biāo)定行駛路線，同時確保制動距離處在安全范圍之中。當(dāng)車輛停止運行時，可以越過閉塞區(qū)域入口位置，以此來縮減車輛之間的距離。

3.4 閉塞制式信號系統(tǒng)選擇

對于固定閉塞系統(tǒng)中的通信部分來說，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建起分級管控體系，但此模式限制較大，難以適應(yīng)當(dāng)前的運輸環(huán)境，同時無法滿足用戶的舒適需求。閉塞制式信號利用一次模式來構(gòu)建行進曲線，通過高效的雙向信息交互系統(tǒng)，能夠進一步提升傳輸效率，為列車運行提供可靠的系統(tǒng)保障。

4 結(jié)束語

步入到現(xiàn)代化信息時代，軌道交通領(lǐng)域也發(fā)生著重大變革，交通信號會對列車運行產(chǎn)生直接影響，同時自動化控制趨勢也成為主流，以此來為列車構(gòu)建出可靠的運行環(huán)境，切實提高運行效率，推動軌道交通進一步發(fā)展。

參考文獻：

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