朱宏舟

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710000）

1 概述

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱列控系統(tǒng)）是軌道交通信號(hào)系統(tǒng)最重要的組成部分。該系統(tǒng)結(jié)合了通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感及信息傳輸?shù)燃夹g(shù)，應(yīng)用于列車運(yùn)行的智能化控制，在確保安全的前提下，實(shí)現(xiàn)列車快速和高密度運(yùn)行，縮短列車運(yùn)行時(shí)間間隔，提高運(yùn)輸效率，最大能力的發(fā)揮軌道交通的運(yùn)輸能力。

2 列控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 列車定位技術(shù)

列控系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)了解列車在線路上的精確位置,其目的是對(duì)運(yùn)行中的所有列車進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理。確保各列車之間安全運(yùn)行的最小間隔，保證列車運(yùn)行的安全，同時(shí)最大限度地提高軌道交通的效率,為乘客提供最佳的服務(wù)。列車定位技術(shù)可以分為固定定位技術(shù)和移動(dòng)定位技術(shù)兩大類。

2.1.1 固定定位技術(shù)

固定定位技術(shù)是一種被動(dòng)的定位方式，其定位原理是將線路劃分為若干不同的閉塞分區(qū)，列車定位是以固定閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度作為為最小定位單元，一個(gè)閉塞分區(qū)同時(shí)只能被一輛列車占用，但列車在閉塞分區(qū)內(nèi)更加詳細(xì)的位置信息無(wú)法獲得，定位精度較差。列車的定位功能常利用軌道電路方式或計(jì)軸點(diǎn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 移動(dòng)定位技術(shù)

移動(dòng)定位技術(shù)是一種主動(dòng)的定位方式，其定位原理是列車根據(jù)線路上預(yù)先設(shè)置的軌旁信息點(diǎn)，來(lái)推算出自身的實(shí)際地理位置，最小定位單元可以根據(jù)設(shè)置的軌旁信息點(diǎn)的精度來(lái)實(shí)現(xiàn)。列車的定位功能常利用測(cè)速定位加校正方式或外部參照定位方式等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

測(cè)速定位加校正方式是利用查詢應(yīng)答器、信標(biāo)、電纜環(huán)線等技術(shù)手段對(duì)車載里程計(jì)由于車輪滑行或空轉(zhuǎn)、輪緣磨損等原因產(chǎn)生的測(cè)距誤差進(jìn)行修正，來(lái)實(shí)現(xiàn)列車的定位；而外部參照定位方式就是列車根據(jù)預(yù)設(shè)的外部參照物來(lái)確定自身位置的方式，主要包括利用電纜環(huán)線、裂縫波導(dǎo)、無(wú)線擴(kuò)頻通信以及GPS等技術(shù)手段，外部參照定位方式從定位原理來(lái)說(shuō)分為以下兩類：一是利用延線路敷設(shè)外部介質(zhì)特性在線路上形成標(biāo)尺的功能，列車通過(guò)數(shù)刻度的方式實(shí)現(xiàn)自身的定位。如：裂縫波導(dǎo)管定位和電纜環(huán)線定位就是采用這種原理。二是列車通過(guò)綜合多個(gè)距預(yù)設(shè)定位校正設(shè)備的距離的數(shù)據(jù)來(lái)獲取列車所處的具體位置。如：無(wú)線擴(kuò)頻通信定位和GPS定位就是采用這種原理。需要說(shuō)明的是具體系統(tǒng)中采用何種定位技術(shù)，取決于對(duì)線路運(yùn)輸能力的要求。通常，城市軌道交通系統(tǒng)中需要綜合運(yùn)用多種定位技術(shù)。由于每一種定位的方法總有其固有的缺點(diǎn)，單一的定位方法無(wú)法在定位的精度、可靠性和代價(jià)之間作到很好的平衡，而多種定位技術(shù)集成的優(yōu)勢(shì)在于能通過(guò)冗余、互補(bǔ)和多種的信息為系統(tǒng)提供更為精確的信息，使整個(gè)軌道交通和指揮系統(tǒng)中的安全性、測(cè)量精度、可靠性、造價(jià)等方面作到一定的平衡。

2.2 車地通信技術(shù)

2.2.1 車地通信內(nèi)容

車地通信的內(nèi)容主要是速度信息和距離信息兩類，根據(jù)這個(gè)分類可將列控系統(tǒng)分作速度碼系統(tǒng)和距離碼系統(tǒng)。

速度碼系統(tǒng)通常使用頻分制方法，即用不同的頻率代表不同的允許速度，從地面?zhèn)鬟f給列車的允許速度是階梯分級(jí)的，在軌道電路區(qū)段分界處的限速值是跳躍式的。

而在距離碼系統(tǒng)中，由于信息電碼的多樣性和復(fù)雜性，所以必須使用時(shí)分制數(shù)字電碼方式，按協(xié)議來(lái)組成各種信息。其特點(diǎn)是：根據(jù)地面?zhèn)髦淋嚿系母鞣N信息（包括區(qū)間的最大限速、目標(biāo)點(diǎn)的距離、目標(biāo)點(diǎn)的允許速度、區(qū)間線路的坡度等）以及列車自身的固有數(shù)據(jù)（如：列車長(zhǎng)度、常用制動(dòng)及緊急制動(dòng)的制動(dòng)率、測(cè)速機(jī)測(cè)距信息等），由車載計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算得出允許速度曲線，并按此曲線對(duì)列車的實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)控。由于數(shù)據(jù)傳輸以及實(shí)時(shí)計(jì)算，列車車速監(jiān)控都是連續(xù)的。

2.2.2 車地通信方式

車地通信技由于是固定物與移動(dòng)體之間的信息交換，所以必須采用無(wú)線的方式進(jìn)行。實(shí)際上經(jīng)常所說(shuō)的是根據(jù)信息傳輸介質(zhì)的不同，可分為有線和無(wú)線兩大類，而有線類又可分為利用軌間電纜、利用模擬軌道電路和利用數(shù)字編碼軌道電路技術(shù)三類。

模擬軌道電路用代表不同速度信息的低頻對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制，該調(diào)制信號(hào)是模擬量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)列車速度的控制；它只能傳輸速度信息，因此只能實(shí)現(xiàn)階梯式控制模式的固定閉塞；數(shù)字編碼軌道電路則用報(bào)文形式，通過(guò)數(shù)字編碼對(duì)載頻實(shí)行數(shù)字調(diào)頻，該調(diào)制信號(hào)是數(shù)字量，以實(shí)現(xiàn)列車控制用各種信息（包括目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路坡度、區(qū)間限制、軌道電路長(zhǎng)度等信息）的傳輸，通過(guò)這種軌道電路可是實(shí)現(xiàn)曲線式控制模式的準(zhǔn)移動(dòng)自動(dòng)閉塞。

無(wú)線通信的傳輸方式較多，主要采用基于感應(yīng)環(huán)線傳輸方式、基于波導(dǎo)管傳輸方式、基于WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式和基于GSM-R傳輸方式，目前國(guó)內(nèi)城市軌道主要采用前3種無(wú)線傳輸方式，國(guó)鐵CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)采用基于GSM-R的傳輸方式。

需要說(shuō)明的是利用軌道電路進(jìn)行車地間信息傳輸只是車對(duì)地單向的信息傳遞，而利用無(wú)線通信進(jìn)行車地間的信息傳輸是車和地之間雙向的信息交互。

3 軌道交通列控系統(tǒng)分析

根據(jù)閉塞方式的不同，列控系統(tǒng)可分為固定閉塞式列控系統(tǒng)、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式列控系統(tǒng)和移動(dòng)閉塞式列控系統(tǒng)。三種制式列控系統(tǒng)在關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用方面有著明顯的區(qū)別，主要內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1

3.1 固定閉塞制式的列控系統(tǒng)

固定閉塞制式列控系統(tǒng)屬于速度碼系統(tǒng)，前、后列車定位方式均采用固定定位技術(shù)，車地信息傳輸多采用利用軌道電路的傳輸方式，傳輸?shù)男畔槟M信息。固定閉塞的速度控制模式為階梯性的，信息傳輸為單向的，多為地對(duì)車進(jìn)行信息傳輸，難以實(shí)現(xiàn)車對(duì)地的信息傳輸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，由于采用固定定位技術(shù)，系統(tǒng)無(wú)法知道列車在分區(qū)內(nèi)的具體位置，因此列車制動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)總在某一分區(qū)的邊界，為充分保證安全，必須在兩列車間增加一個(gè)防護(hù)區(qū)段，這使得列車間的安全間隔較大，影響了線路的使用效率。

3.2 準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式的列控系統(tǒng)

準(zhǔn)移動(dòng)閉塞制式的列控系統(tǒng)屬于距離碼系統(tǒng)，前、后車的定位方式是不同的，前行列車的定位采用固定定位技術(shù)，而后續(xù)列車的定位則采用移動(dòng)定位技術(shù)，車地信息傳輸可采用利用軌道電路傳輸方式或利用無(wú)線傳輸方式，由于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞同時(shí)采用移動(dòng)和固定兩種定位技術(shù)，所以它的速度控制模式既具有無(wú)極連續(xù)的特點(diǎn)，又具有分級(jí)階梯的性質(zhì)。若前行列車不動(dòng)而后續(xù)列車前進(jìn)時(shí)，其最大允許速度是連續(xù)變化的；而當(dāng)前行列車前進(jìn)，其尾部越過(guò)固定區(qū)段的分界點(diǎn)時(shí)，后續(xù)列車的最大允許速度將按階梯跳躍上升。

準(zhǔn)移動(dòng)閉塞在控制列車的安全間隔上比固定閉塞前進(jìn)了一步，它采用數(shù)字信息的方式告知后續(xù)列車?yán)^續(xù)前行的距離，后續(xù)列車可根據(jù)這一距離合理地采取減速或制動(dòng)，列車制動(dòng)的起點(diǎn)可延伸至保證其安全制動(dòng)的地點(diǎn)，從而可改善列車速度控制，縮小列車安全間隔，提高線路利用效率，但準(zhǔn)移動(dòng)閉塞中后續(xù)列車的最大目標(biāo)制動(dòng)點(diǎn)仍必須是先行列車占用分區(qū)的外方，因此他并沒(méi)有完全突破軌道電路的限制。

3.3 移動(dòng)閉塞制式的列控系統(tǒng)

移動(dòng)閉塞制式的列控系統(tǒng)是一種區(qū)間不分割，根據(jù)連續(xù)檢測(cè)先行列車位置和速度進(jìn)行列車運(yùn)行控制的列控系統(tǒng)，其也屬于距離碼系統(tǒng)，前、后車的定位方式均采用移動(dòng)定位技術(shù)，車地信息傳輸利用無(wú)線傳輸方式。在移動(dòng)閉塞系統(tǒng)中，后續(xù)列車的速度曲線隨著目標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)而事實(shí)計(jì)算。移動(dòng)閉塞是一種新型的閉塞制式，由于基于無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)車地間雙向、大容量的信息傳輸，達(dá)到連續(xù)通信的目的，在真正意義上實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行的閉環(huán)控制。移動(dòng)閉塞可以根據(jù)列車的實(shí)際速度和相對(duì)速度來(lái)調(diào)整前后車的距離，最大可能縮小列車運(yùn)行間隔，提高行車密度進(jìn)而提高運(yùn)輸能力。如：城市軌道交通中使用的基于移動(dòng)定位技術(shù)的CBTC系統(tǒng)及國(guó)鐵青藏線ITCS系統(tǒng)均屬于移動(dòng)閉塞制式的列控系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)軌道交通列控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的介紹和對(duì)基于三種不同閉塞制式列控系統(tǒng)的對(duì)比分析可以看出，當(dāng)前軌道交通列控系統(tǒng)的研究重點(diǎn)依舊在列車定位和車地通信技術(shù)，整個(gè)軌道交通列控系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)程就是列車定位和車地通信技術(shù)進(jìn)步的過(guò)程，而基于無(wú)線通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是今后技術(shù)發(fā)展的方向。

[1]城市軌道交通信號(hào)設(shè)備/林瑜筠主編.-北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.5 ISBN:7-113-05419-6.

[2]國(guó)外鐵路信號(hào)新技術(shù)/吳汶麒編著.-北京:中國(guó)鐵道出版社,2000.8 ISBN:7-113-03792-5.

[3]列控車載設(shè)備[M]/徐嘯明.北京.中國(guó)鐵道出版社，2007,5.