基于通信的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)

孫尚

摘要：在此次研究中，以通信為基礎(chǔ)重點闡述了列車運行控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合國際技術(shù)的發(fā)展方向，確定國內(nèi)安全標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建安全認(rèn)證和評估體系，希望有所幫助。

關(guān)鍵詞：通信;軌道交通;列車運行控制系統(tǒng)

0 ?引言

在軌道交通列車運行期間，為確保其安全并提升其運輸效率，有必要選擇使用具有較高可靠性且性能先進的列車運行控制系統(tǒng)。雖然國內(nèi)鐵路列車運行控制系統(tǒng)發(fā)展時間較長，且基礎(chǔ)牢固，但始終難以與鐵路客運專線以及城市軌道交通發(fā)展的需求相適應(yīng)，尤其是列控系統(tǒng)始終依賴引進。為此，我國要盡快發(fā)展與國情相適應(yīng)的列控系統(tǒng)。由此可見，深入研究并分析基于通信的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)十分有必要。

1 ?軌道交通列控系統(tǒng)發(fā)展歷程闡釋

軌道交通運行控制系統(tǒng)在長期實踐發(fā)展的過程中，已經(jīng)經(jīng)歷過多次變革。特別是在列車速度以及密度加大的背景下，以車載信號控制為基礎(chǔ)的軌道交通發(fā)展成績斐然，進而成功研發(fā)出列車自動防護系統(tǒng)，提高了列車運行的安全性與效率[1]。但最初階段，因軌道電路信息量不多，選擇以臺階方式為基礎(chǔ)的速度控制固定閉塞系統(tǒng)，要求列車之間要保留多個閉塞分區(qū)，以當(dāng)做安全間隔使用。在列車乘客數(shù)量增多以后，即要求既有線路盡可能增加列車數(shù)量與乘客的容量。在不對車輛和軌道設(shè)施升級的情況下，實現(xiàn)了準(zhǔn)移動閉塞系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，能夠更為靈活地控制列車的安全間隔。但在各分區(qū)內(nèi)，僅容許一列車占用。長期以來，為使列車追蹤間隔成功壓縮，致力于移動閉塞的研發(fā)，而后續(xù)列車則以前行列車的車尾作為跟蹤運行的主要目標(biāo)。地-車大容量是移動閉塞系統(tǒng)的重點，并且借助雙向信息傳輸形式，以增強列車定位的準(zhǔn)確性[2]。

現(xiàn)階段，ATP系統(tǒng)在地-車信息傳遞方面，一般可采用軌道電路所傳輸?shù)木幋a信息，或者是使用獨立通信系統(tǒng)。而前者則通過對數(shù)字編碼軌道電路的使用，能夠從軌道向列車傳輸單向的信息，但因帶寬不達標(biāo)且可用頻率有限，所以實際傳輸?shù)男畔⒘恳彩钟邢?。后者可實現(xiàn)傳輸信息的雙向性與大容量目標(biāo)。上世紀(jì)八十年代，歐洲成功研發(fā)出可在城市軌道交通中使用的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)，并且通過試驗得到了驗證。

2 ?基于通信的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)

軌道交通列車運行控制系統(tǒng)的發(fā)展時間并不短，且在其發(fā)展期間經(jīng)歷了多次變革與升級，而以通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)研發(fā)則是現(xiàn)代城市軌道交通的重點。

2.1 基本組成

列車運行控制系統(tǒng)的應(yīng)用有效擺脫了利用地面軌道電路設(shè)備對列車占用、信息傳輸判別的形式，更好地實現(xiàn)了移動閉塞目標(biāo)[3]。在此系統(tǒng)中，以通信傳輸方式為主，利于列車、地面間的定時與實時雙向通信，而且后續(xù)列車還可以對前方列車的實際運行狀況予以及時了解，在實時計算的基礎(chǔ)上，后續(xù)列車即可繪制制動曲線，使得區(qū)間通行能力不斷增強，同樣使減速制動幾率降低，旅客的乘車舒適感明顯改善。與此同時，地面也能夠向車載控制設(shè)備實時傳遞車輛運行的線路限速情況，保證列車能夠根據(jù)線路的限制條件正常運行，增強運行的安全水平。

通常，列車運行控制系統(tǒng)的組成中涵括了列車車載設(shè)備、地面無線閉塞控制中心、列車定位系統(tǒng)以及地-車雙向信息傳輸系統(tǒng)。在運行此系統(tǒng)的過程中，車載控制設(shè)備能夠?qū)α熊噷嶋H速度和接收MA進行對比，一旦超出限制速度，即可自動轉(zhuǎn)變成常用制動亦或是緊急制動，盡力在安全點之前能夠安全停止[4]。對于地-車雙向信息傳輸系統(tǒng)，即可借助無線通信等多種媒體形式傳遞給車載控制設(shè)備。

為保證列車安全行駛，列車運行控制系統(tǒng)內(nèi)的列車一定要準(zhǔn)確判斷自身的位置與運行的方式。

2.2 關(guān)鍵性技術(shù)

一方面，列車定位技術(shù)。對于列車運行控制系統(tǒng)而言，需保證定位技術(shù)的安全性與可靠性。現(xiàn)階段，列車車載自身定位和地面絕對位置校正設(shè)備的結(jié)合形式最為常見。而地面絕對位置的校正設(shè)備一般涵括了裂縫波導(dǎo)、應(yīng)答器以及交叉軌道環(huán)線等等。但同樣也可采用無線定位以及GPS等其他的定位方式。①軌旁裂縫波導(dǎo)定位[5]。所謂裂縫波導(dǎo)，即為中空鋁質(zhì)矩形方管，需要在頂部位置每間隔特定距離設(shè)置窄縫，借助連續(xù)波的頻率，在裂縫的作用下耦合場強，采集并處理，利用計數(shù)器對列車所經(jīng)裂縫數(shù)加以確定，準(zhǔn)確計算列車行駛距離，進而明確其在線路中的實際位置。②車載列車設(shè)備定位。此類設(shè)備一般會融合速度傳感器與加速度計，進而測量出列車移動體速度以及行駛的距離。③無線擴頻通信定位。一般情況下，軌旁電臺位置始終不改變，且均借助同步時鐘實現(xiàn)精確性地同步。而車載計算機亦或是軌旁計算機則能夠通過各電臺信息傳輸時間的延時對列車位置進行確定。

另一方面，地-車信息傳輸技術(shù)。此種技術(shù)在列車運行控制系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作為，常見的傳輸形式體現(xiàn)在以下幾個方面：①以環(huán)線傳輸為基礎(chǔ)的列車運行控制系統(tǒng)。一般需要將交叉型感應(yīng)環(huán)線敷設(shè)在兩軌道之間，且環(huán)線需每間隔25或者是50米完成一次交叉。此系統(tǒng)能夠?qū)α熊囘M行定位，同樣在列車和地面雙向數(shù)據(jù)傳輸方面也發(fā)揮著重要的媒體作用[6]。②以波導(dǎo)管傳輸為基礎(chǔ)的列車運行控制系統(tǒng)。在地面控制中心發(fā)射電磁波后會沿著波導(dǎo)管進行傳輸，于關(guān)內(nèi)傳輸電磁波會通過波導(dǎo)管的槽孔向周邊輻射，并在外部環(huán)境形成漏泄電場。這樣一來，列車即可獲得相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，成功和地面進行通信。而列車所發(fā)出的電磁波，則會在波導(dǎo)管的外部形成漏泄電場，向波導(dǎo)管內(nèi)耦合，最終和控制中心實現(xiàn)正常通信。

3 ?結(jié)束語

綜上所述，在計算機以及通信技術(shù)快速發(fā)展的背景下，以通信為基礎(chǔ)的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)逐漸發(fā)展成城市軌道交通信號技術(shù)未來的主要發(fā)展趨勢。而我國，同樣將鐵路與城市軌道交通的列車運行控制系統(tǒng)作為攻堅重點，在系統(tǒng)研究與開發(fā)的過程中，科學(xué)合理地引入技術(shù)規(guī)范與關(guān)鍵部件，結(jié)合國際技術(shù)的發(fā)展方向，構(gòu)建適應(yīng)國情的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]趙天時，孫超，郎學(xué)偉.城市軌道交通裝備產(chǎn)品認(rèn)證實施規(guī)則特定要求—城市軌道交通基于通信的列車運行控制系統(tǒng)（CBTC）規(guī)則解讀[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2019（8）：106-111.

[2]王亮.試析用于軌道交通列車自動控制系統(tǒng)的通信技術(shù)[J].數(shù)碼設(shè)計（下），2019（10）：122.

[3]王俊鋒.淺談城軌交通列車運行控制系統(tǒng)大修改造[J].鐵道通信信號，2019，55（12）：86-89，93.

[4]蔡宗加.城市軌道交通CBTC信號系統(tǒng)列車位置不確定性分析[J].城市軌道交通研究，2018，21（z1）：72-75.

[5]陳黎潔，孫超.基于通信的城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)國內(nèi)外技術(shù)規(guī)范對比[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2015，43（10）：6-10.

[6]寧濱，郜春海，李開成，等.中國城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用[J].北京交通大學(xué)學(xué)報，2019，43（1）：1-6.