摘 要：隨著我國鐵路和城市軌道交通的迅猛發(fā)展，鐵路信號(hào)控制技術(shù)作為保障鐵路運(yùn)輸安全和提高運(yùn)營效益的重要手段之一，近年來得到了飛速的發(fā)展。介紹了一種西門子的LZB連續(xù)式列車自動(dòng)控制系統(tǒng)制式，通過對(duì)該系統(tǒng)的基本構(gòu)成和利用軌間電纜實(shí)現(xiàn)車-地信息傳遞的基本原理的介紹，使大家對(duì)這種特殊的鐵路信號(hào)控制技術(shù)制式有更深的了解。

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關(guān)鍵詞：連續(xù)式;LZB;軌間環(huán)線;自動(dòng)控制;信號(hào)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0118103

Automatic Control of Continuous Train Operation by Track Room Loop

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LV Yonghong1，LIU Hongyan2

(1.Electric Enginearing Co.Ltd.，China Railway First Group Corporation，Xi′an，710054，China;2.Xi′an Communication Institute，Xi′an，710106，China)

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Abstract：Along with our country railroad and the city track transportation swift and violent development，the railway signal control technology and enhances one of operation benefit important methods as the safeguard railway transportation security，also obtains the rapid development in the recent years.This article mainly introduces to everybody one kind of Siemens′s LZB continuous type train automatic control system service pattern，through gages the electric cable realization vehicle - information transmission basic principle introduction to this system basic constitution and the use，enable everybody to have more understandings to this kind of special railway signal control technology service pattern.

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Keywords：continuous type;LZB;track room loop;auto control;signal system

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進(jìn)入20世紀(jì)90年代，世界上已有許多國家開發(fā)了各自的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，在技術(shù)上具有代表性且已投入使用的主要有：德國的LZB系統(tǒng)，法國的VM300和TVM430系統(tǒng)，日本新干線的ATC系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是：可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)督列車運(yùn)行速度，可靠地防止人為錯(cuò)誤操作所造成的惡性事故的發(fā)生，保證列車的高速安全運(yùn)行。他們之間的主要區(qū)別體現(xiàn)在控制方式、制動(dòng)模式及信息傳輸?shù)确矫?。?/p>

1 列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC）的組成

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC），主要由3部分組成：列車超速防護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）和列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）。

西門子的LZB系統(tǒng)是世界上首次實(shí)現(xiàn)連續(xù)速度控制模式的列車運(yùn)行控制自動(dòng)系統(tǒng)，于1965年以前開發(fā)，他利用軌道電纜作為車-地間雙向信息傳輸?shù)耐ǖ溃密壍离娐穪頇z查列車占用。1965年在慕尼黑-奧斯堡間首次運(yùn)用，德國已裝備了2 000 km鐵路線，1992年開通了西班牙馬德里至塞維利亞471 km高速線。

LZB列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)包括:操作控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、連續(xù)列車自動(dòng)控制、軌道空閑檢測(cè)系統(tǒng)、速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、列車安全間隔系統(tǒng)、緊急制動(dòng)系統(tǒng)、來往車輛方向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、靜止?fàn)顟B(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、車門的釋放系統(tǒng)、強(qiáng)制性限速系統(tǒng)、確保列車操作過程中的故障安全系統(tǒng)等。

不論采用何種方式進(jìn)行列車運(yùn)行控制，列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是車-地信息的傳遞。車-地信息的傳遞通道一般有2種：無線傳輸和有線傳輸，有線傳輸可以分為利用鋼軌傳輸、利用在鋼軌間敷設(shè)的交叉電纜傳輸和點(diǎn)式設(shè)備傳輸。

2 LZB自動(dòng)列車控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

LZB連續(xù)式自動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)命令、列車運(yùn)行信息、地面線路條件等因素制定機(jī)車運(yùn)行速度曲線，實(shí)時(shí)傳遞給機(jī)車，機(jī)車接收到相關(guān)信息后，根據(jù)速度運(yùn)行曲線自動(dòng)控制列車運(yùn)行。

軌間環(huán)線傳遞車-地信息的方式是一種既能保證行車安全，又能提高運(yùn)行效率的準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式，他采用在鋼軌中間敷設(shè)交叉環(huán)線（地鐵一般25 m交叉一次，大鐵路一般100 m交叉一次），來實(shí)現(xiàn)車-地信息的雙向傳遞，車-地之間傳遞的是數(shù)字編碼信息，是一種數(shù)字化的信息方式，信息的傳輸量大，降低了外界氣候條件對(duì)車-地信息傳遞的干擾和影響，提高了系統(tǒng)的可靠性。

LZB連續(xù)式自動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有列車運(yùn)行間隔時(shí)間比較段，前后車輛時(shí)間間隔可以小于120 s，列車自動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率比較高，地面信號(hào)機(jī)數(shù)量少，司機(jī)以地面信號(hào)作為主要的運(yùn)行控制命令，行車指令連續(xù)顯示，列車行駛速度連續(xù)監(jiān)控，適用于大容量運(yùn)輸系統(tǒng)。

3 LZB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

LZB自動(dòng)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成：車載設(shè)備和地面設(shè)備。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

3.1 地面設(shè)備

地面設(shè)備主要由控制中心、軌間感應(yīng)環(huán)線和軌旁單元等組成。

3.1.1 控制中心

控制中心主要是接收和發(fā)送相關(guān)的列車運(yùn)行控制信息。 

接收信息[HTSS] 控制中心通過軌間感應(yīng)環(huán)線等設(shè)備接收信號(hào)開放條件、線路條件、區(qū)間臨時(shí)限速、列車信息（制動(dòng)類別、列車長度、制動(dòng)能力等）、列車動(dòng)態(tài)信息、上一個(gè)控制中心傳遞來的控制權(quán)。

發(fā)送信息[HTSS] 控制中心向列車發(fā)送控制命令、向下一個(gè)控制中心轉(zhuǎn)移控制權(quán)、向調(diào)度監(jiān)督中心報(bào)告列車位置列車速度等輔助信息。

3.1.2 軌間感應(yīng)環(huán)線

車-地信息利用敷設(shè)在鋼軌中間的交叉感應(yīng)環(huán)線進(jìn)行，可以避免外界環(huán)境的影響和抗?fàn)恳娏鞯母蓴_，軌間電纜每隔一定距離（例如地鐵中一般每隔25 m，鐵路上可以采用每隔100 m）作一個(gè)交叉，一個(gè)中繼器最多可以控制128個(gè)電纜環(huán)路，所以一個(gè)中繼器的最大控制距離為：128×25=3 200 m（以地鐵為例）。具體原理如圖3所示。

室內(nèi)、室外設(shè)備聯(lián)系用控制中心和沿線設(shè)置的若干個(gè)中繼器兩級(jí)控制方式來實(shí)現(xiàn)的。中繼器是控制中心與軌間電纜的中間環(huán)節(jié)，他的功能是把控制中心的命令通過軌間電纜傳遞給機(jī)車，將機(jī)車信息傳輸給控制中心，控制中心與軌間電纜之間的信息交換，包括頻率變換、電平變換、功率放大等都是通過中繼器來完成的。

列車運(yùn)行具體未知的確定是通過地址碼來實(shí)現(xiàn)的，我們用14位電碼結(jié)構(gòu)來表示列車的位置信息。其中最高位為列車運(yùn)行方向碼，第11~13位為對(duì)應(yīng)中繼器的代碼，第4~10位為表示列車處于具體環(huán)路的粗地址碼，當(dāng)列車每駛過一個(gè)交叉點(diǎn)時(shí)，利用信號(hào)極性的變化，粗地址碼就會(huì)加1，第1~3位為細(xì)地址碼，當(dāng)列車每駛過25 m×1/8，細(xì)地址碼就會(huì)加1。當(dāng)控制中心接收到地址碼后，通過解碼就會(huì)確定列車的具體位置。

例如：當(dāng)控制中心接收到的地址碼為：

解碼：

(1) 列車為下行方向；

(2) 中繼器代碼為：010（4#中繼器）；

(3) 粗地址碼為：0001011（十進(jìn)制的11），即列車處于第11環(huán)路；

(4) 細(xì)地址碼為：010（十進(jìn)制的2），即列車處于11環(huán)路的25 m×1/8×2=625 m處。

最終定位為：

25×128×4＋25×11＋625＝13 08125 m

這個(gè)距離就是列車距離控制中心的距離，各個(gè)列車的具體位置確定下來以后，車載防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算出的或地面控制中心傳遞的列車最大允許速度來控制列車的運(yùn)行及防護(hù)列車超速。

3.2 車載設(shè)備

車載設(shè)備主要由車載計(jì)算機(jī)單元、感應(yīng)接收線圈等設(shè)備組成，按三取二原理配備。車載計(jì)算機(jī)控制單元式控制系統(tǒng)的核心，控制單元主要通過車載感應(yīng)線圈與地面軌道環(huán)線之間相互交換信息，從地面接收相關(guān)控制信息，同時(shí)可以通過感應(yīng)線圈向地面?zhèn)鬟f列車的運(yùn)行速度等信息，實(shí)現(xiàn)了地面-列車雙方向信息傳遞。

LZB系統(tǒng)車內(nèi)設(shè)有主體化機(jī)車信號(hào)，在機(jī)車上顯示列車實(shí)際速度、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、應(yīng)有速度等。

4 列車控制的基本原理

地面控制中心按地理位置存儲(chǔ)了各種地面信息（線路坡度、曲線半徑、緩行區(qū)段的位置與長度等），此外，沿線的信號(hào)顯示、道岔位置、列車的有關(guān)信息（車長、制動(dòng)率、所在位置、實(shí)時(shí)速度等）不斷地經(jīng)過軌間電纜傳輸?shù)降孛婵刂浦行?。地面控制中心根?jù)線路狀況、列車運(yùn)行的位置和前后列車之間的運(yùn)行間距計(jì)算出列車所允許的最大運(yùn)行速度，地面控制中心將此信息通過軌間電纜傳遞給機(jī)車，由車載計(jì)算機(jī)來控制列車的運(yùn)行，如果列車的運(yùn)行速度低于最大允許速度，車載防護(hù)系統(tǒng)不啟動(dòng)，如果列車的運(yùn)行速度超過最大允許速度，車載防護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)，對(duì)列車進(jìn)行制動(dòng)，以降低列車運(yùn)行速度，當(dāng)然地面控制中心計(jì)算出的最大允許速度是根據(jù)線路狀況、列車運(yùn)行的位置和前后列車之間的運(yùn)行間距隨時(shí)改變的。還有一種方法就是由地面控制中心不對(duì)列車的允許運(yùn)行速度進(jìn)行計(jì)算，而僅僅將線路狀況、列車運(yùn)行的位置和前后列車之間的運(yùn)行間距等信息通過軌間電纜傳遞給機(jī)車，由車載計(jì)算機(jī)計(jì)算出列車的最大允許速度，并由計(jì)算機(jī)來控制列車的運(yùn)行。

5 列車運(yùn)行安全防護(hù)距離

LZB列車運(yùn)行控制系統(tǒng)屬于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式，列車仍以閉塞分區(qū)為最小行車安全間隔，但根據(jù)目標(biāo)速度和目標(biāo)距離隨時(shí)調(diào)整列車的可行車距離，該種方式后續(xù)列車所知道的目標(biāo)距離是距前車或目標(biāo)地點(diǎn)所處軌道電路區(qū)段邊界的距離，不是距前車的實(shí)際距離。

LZB列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的安全防護(hù)距離設(shè)置一般有2種方式。

一種是，列車追蹤運(yùn)行的最小安全間隔的最大值為安全保護(hù)距離加一個(gè)閉塞分區(qū)長度；列車最小正常追蹤運(yùn)行間隔為安全保護(hù)距離加一個(gè)閉塞分區(qū)長度再加最高允許速度下使用常用制動(dòng)直至停車的制動(dòng)距離，如圖5所示。

另外一種是，列車追蹤運(yùn)行的最小安全間隔的最大值為安全保護(hù)距離；列車最小正常追蹤運(yùn)行間隔為安全保護(hù)

距離加最高允許速度下使用常用制動(dòng)直至停車的制動(dòng)距離，如圖6所示。

這種準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式還是以軌道電路分界點(diǎn)來分段確定目標(biāo)距離的。后續(xù)列車所知道的目標(biāo)距離是距前車或目標(biāo)地點(diǎn)所處軌道電路區(qū)段邊界的距離，不是距前車尾部的實(shí)際距離，因此，根據(jù)目標(biāo)速度和目標(biāo)距離隨時(shí)調(diào)整的列車可行車距離是“跳躍式”的，即在列車尾部依次出清各電氣絕緣節(jié)時(shí)“跳躍式”跟隨。因此，列車的追蹤間隔和列車控制精度除取決于線路特性、停站時(shí)分、車輛參數(shù)外還與ATP/ATO系統(tǒng)及軌道電路的特性密切相關(guān)，如軌道電路的最大和最小長度、傳輸信息量的內(nèi)容及大小、軌道電路分界點(diǎn)的位置等。

6 結(jié) 語

LZB系統(tǒng)由于車-地信息傳遞采用軌間電纜，數(shù)據(jù)傳輸受外界的影響比較小，避免了牽引電流的干擾，數(shù)據(jù)傳輸不受隧道、高山、森林和其他通信信號(hào)的干擾，但是信息傳輸要另外敷設(shè)軌間電纜，不利于機(jī)械化養(yǎng)護(hù)，造價(jià)成本較高，受防盜及工務(wù)線路養(yǎng)護(hù)等因素的限制，更加適合在地鐵、輕軌運(yùn)輸系統(tǒng)使用。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］姜成師.列車速度控制系統(tǒng)[J].太原科技，2001(4):37-38.

［2］李向紅.軌間環(huán)線車地通信系統(tǒng)在高速鐵路中的應(yīng)用[J].鐵路通信信號(hào)設(shè)計(jì)，2003(3):17-19.

［3］楊國秀，范振平.德國鐵路列車線性定位系統(tǒng)的運(yùn)用[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2004，26(2):71-73.

［4］毛俊杰.高速鐵路列車速度自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:中國鐵道出版社，1994.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”