謝謙

摘 要：在城市軌道交通行業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)代背景下，保證行車(chē)安全、提高行車(chē)效率的信號(hào)系統(tǒng)突顯得越來(lái)越重要，基于通信列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control Sys-tem，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“CBTC”）成為了目前建設(shè)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的主流系統(tǒng)。本文主要對(duì)中國(guó)軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：中國(guó) 軌道交通 列車(chē)運(yùn)行 控制技術(shù)

1、列控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 列車(chē)定位技術(shù)

1.1.1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(xiàn)路劃分為若干不同的閉塞分區(qū)，列車(chē)定位是以固定閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度作為最小定位單元，一個(gè)閉塞分區(qū)同時(shí)只能被一輛列車(chē)占用，但列車(chē)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(chē)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)。

1.1.2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(chē)根據(jù)線(xiàn)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(chē)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(xún)＼應(yīng)答器、信標(biāo)、電纜環(huán)線(xiàn)等技術(shù)手段對(duì)車(chē)載里程計(jì)由于車(chē)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(chē)的定位；而外部參照定位方式就是列車(chē)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(xiàn)、裂縫波導(dǎo)、無(wú)線(xiàn)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(lèi)：一是利用延線(xiàn)路敷設(shè)外部介質(zhì)特性在線(xiàn)路上形成標(biāo)尺的功能，列車(chē)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(xiàn)定位就是采用這種原理。二是列車(chē)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(chē)所處的具體位置。如：無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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。

1.2 車(chē)地通信技術(shù)

1.2.1車(chē)地通信內(nèi)容

車(chē)地通信的內(nèi)容主要是速度信息和距離信息兩類(lèi)，根據(jù)這個(gè)分類(lèi)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(chē)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?chē)上的各種信息（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(xiàn)路的坡度等）以及列車(chē)自身的固有數(shù)據(jù)（如：列車(chē)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(chē)載計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算得出允許速度曲線(xiàn)，并按此曲線(xiàn)對(duì)列車(chē)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(chē)車(chē)速監(jiān)控都是連續(xù)的。

1.2.2車(chē)地通信方式

車(chē)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(xiàn)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(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩大類(lèi)，而有線(xiàn)類(lèi)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(lèi)。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(chē)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(chē)控制用各種信息（包括目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線(xiàn)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(xiàn)式控制模式的準(zhǔn)移動(dòng)自動(dòng)閉塞。

2、列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ATO）

（1）列車(chē)自動(dòng)駕駛。①列車(chē)運(yùn)行速度的自動(dòng)調(diào)整ATO系統(tǒng)的車(chē)載控制器能將列車(chē)的即時(shí)運(yùn)行速度與列車(chē)最大允許運(yùn)行速度和目標(biāo)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，自動(dòng)完成列車(chē)在線(xiàn)運(yùn)行速度的實(shí)時(shí)調(diào)整，從而使列車(chē)在限制速度下安全運(yùn)行，并盡量較少惰行、牽引與制動(dòng)之間地相互轉(zhuǎn)換。②車(chē)站自動(dòng)發(fā)車(chē)ATO系統(tǒng)檢查發(fā)車(chē)的安全條件符合時(shí)，向司機(jī)發(fā)出啟動(dòng)列車(chē)的命令，司機(jī)確認(rèn)該命令后，按下司控臺(tái)上的列車(chē)啟動(dòng)按鈕，控制列車(chē)轉(zhuǎn)入牽引驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，隨即列車(chē)開(kāi)始加速。列車(chē)出發(fā)后，可以根據(jù)ATO系統(tǒng)預(yù)設(shè)的允許速度等信息，使列車(chē)平穩(wěn)安全地運(yùn)行。③停車(chē)點(diǎn)目標(biāo)制動(dòng)當(dāng)ATO系統(tǒng)接收到停車(chē)命令以后，會(huì)將站臺(tái)停車(chē)點(diǎn)作為其停車(chē)制動(dòng)的目標(biāo)點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)的制動(dòng)率、列車(chē)行車(chē)速度與距停車(chē)點(diǎn)的距離計(jì)算出列車(chē)的制動(dòng)曲線(xiàn)，從而控制列車(chē)安全、誰(shuí)確、平穩(wěn)地在預(yù)定停車(chē)區(qū)域停車(chē)。

（2）列車(chē)無(wú)人自動(dòng)折返，無(wú)人自動(dòng)折返是ATO系統(tǒng)一種特殊的駕駛模式，當(dāng)工作于此種模式時(shí)，列車(chē)上所有控制臺(tái)都將轉(zhuǎn)入鎖閉狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程無(wú)需司機(jī)參與。

（3）車(chē)門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制，當(dāng)列車(chē)到達(dá)指定停車(chē)點(diǎn)時(shí)，由ATO系統(tǒng)向ATP系統(tǒng)發(fā)送停車(chē)信號(hào)，此時(shí)ATP系統(tǒng)需先檢查是否符合開(kāi)啟車(chē)門(mén)的控制條件，如果符合將發(fā)出開(kāi)啟車(chē)門(mén)的命令，ATO車(chē)載設(shè)備接收到該命令后控制車(chē)門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，也可以由司機(jī)人工開(kāi)啟車(chē)門(mén)。但是ATO系統(tǒng)關(guān)閉車(chē)門(mén)不能自動(dòng)完成，必須由司機(jī)人工操縱。

3、列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）

（1）時(shí)刻表處理，時(shí)刻表系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)時(shí)刻表的存儲(chǔ)、安裝、修改，以及列車(chē)運(yùn)行圖的顯示、繪制和打印的重要設(shè)備，同時(shí)還可向其他系統(tǒng)提供時(shí)刻表的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)中儲(chǔ)存著多套列車(chē)運(yùn)行圖，能夠滿(mǎn)足列車(chē)不同運(yùn)行情況下的需要。

（2）列車(chē)監(jiān)視與跟蹤，列車(chē)監(jiān)視與跟蹤主要實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的監(jiān)視、車(chē)次號(hào)的初始化、車(chē)次號(hào)移動(dòng)、運(yùn)行識(shí)別和集中顯示等功能。

（3）列車(chē)進(jìn)路的自動(dòng)選排，ATS系統(tǒng)的控制中心能實(shí)現(xiàn)對(duì)室外道岔、進(jìn)路和信號(hào)機(jī)的集中控制，可以根據(jù)當(dāng)日當(dāng)次的列車(chē)計(jì)劃運(yùn)行圖自動(dòng)建立進(jìn)路，并且自動(dòng)完成對(duì)列車(chē)運(yùn)行的控制。

ATS系統(tǒng)能形成轉(zhuǎn)換道岔所處位置的命令，并將該命令經(jīng)由傳輸通道發(fā)送向聯(lián)鎖信號(hào)系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建立進(jìn)路的功能。

（4）列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整，當(dāng)列車(chē)實(shí)際運(yùn)行偏離計(jì)劃運(yùn)行圖時(shí)，必須對(duì)列車(chē)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)需實(shí)時(shí)對(duì)列車(chē)實(shí)際時(shí)刻表和計(jì)劃時(shí)刻表進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)偏離，必須使列車(chē)恢復(fù)到按原計(jì)劃時(shí)刻表運(yùn)行，并以此為基礎(chǔ)，自動(dòng)形成列車(chē)的發(fā)車(chē)時(shí)間。列車(chē)運(yùn)行調(diào)整要遵循所有列車(chē)調(diào)整時(shí)間最短、總延遲最短的原則，爭(zhēng)取盡快使列車(chē)運(yùn)行恢復(fù)到計(jì)劃運(yùn)行狀態(tài)。

（5）運(yùn)行報(bào)告，ATS系統(tǒng)能對(duì)列車(chē)運(yùn)行中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和存儲(chǔ)，同時(shí)提供數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功能；工作人員在需要時(shí)，可對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)和回放；還可提供多種運(yùn)行報(bào)告和統(tǒng)計(jì)功能，輔助行車(chē)調(diào)度員了解列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行情況與整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。

（6）仿真與演示，ATS的培訓(xùn)與演示系統(tǒng)是通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)等手段，仿真模擬整個(gè)ATS系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，借助于該系統(tǒng)，工作人員可以進(jìn)行系統(tǒng)演示、調(diào)試與員工培訓(xùn)等。

（7）監(jiān)側(cè)與警報(bào)，為了使列車(chē)能安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，ATS系統(tǒng)需要對(duì)各種設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和檢側(cè)，并對(duì)整個(gè)過(guò)程加以記錄，而且整個(gè)監(jiān)側(cè)過(guò)程不會(huì)影響到被監(jiān)側(cè)對(duì)象的正常工作。一旦被監(jiān)側(cè)對(duì)象出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)能及時(shí)給出報(bào)警提示，同時(shí)確定故障的范圍和位置并加以診斷，直到設(shè)備恢復(fù)到正常情況為止。

4、結(jié)語(yǔ)

這些年城市軌道交通的完善的較快，城市軌道交通在當(dāng)今城市交通中現(xiàn)已占有了重要的地位，隨著計(jì)算機(jī)和通訊技能的完善，列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)將是城市軌道交通運(yùn)行安全的重要保障。

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