樊少鋒

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300000)

高速鐵路與城市軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的比較

樊少鋒

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300000)

基于高速鐵路發(fā)展對(duì)信號(hào)技術(shù)的需求，提出將城市軌道交通現(xiàn)有的成熟信號(hào)技術(shù)引入到高速鐵路的思想，而為了更好發(fā)揮信號(hào)技術(shù)的應(yīng)有作用，需對(duì)二者的運(yùn)行控制系統(tǒng)差異進(jìn)行比較。

高速鐵路；城市軌道交通；運(yùn)行控制系統(tǒng)

1 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)及特征

1.1 速度與距離的測(cè)量

無論是高速鐵路還是城市的軌道交通，其列車速度的控制系統(tǒng)都具備測(cè)距和測(cè)速的功能。系統(tǒng)借助裝設(shè)于輪軸等部位上的傳感器對(duì)列車時(shí)速進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)顯示在駕駛室內(nèi)。系統(tǒng)對(duì)列車位置進(jìn)行確定是將軌道電路作為前提的，而對(duì)于距離的測(cè)量而言，可使用車輪轉(zhuǎn)數(shù)與車輪的直徑進(jìn)行換算得出。

1.2 車輛間隔時(shí)間控制

間隔控制能確保行車安全，提升運(yùn)行效率，是一種全新的信號(hào)技術(shù)。當(dāng)前，因?yàn)殍F路線路的行車組織與列車的種類等都存在很大差別，常規(guī)列車的運(yùn)行控制系統(tǒng)一般可以分成兩個(gè)檔次，其中第一檔次為軌道電路作為前期，按照固定閉塞等方式對(duì)車速進(jìn)行分級(jí)控制，也就是將分區(qū)的出口當(dāng)作目標(biāo)點(diǎn)，按照速度的等級(jí)自動(dòng)生成相應(yīng)的防護(hù)曲線；第二檔次主要將數(shù)字編碼作為基礎(chǔ)，并按照一次制動(dòng)等方式對(duì)列車進(jìn)行控制。

1.3 停車危險(xiǎn)點(diǎn)防護(hù)

停車點(diǎn)是將危險(xiǎn)點(diǎn)作為基礎(chǔ)而確定的，而危險(xiǎn)點(diǎn)主要指列車超越以后有幾率產(chǎn)生危險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)的點(diǎn)。特殊情況下，停車點(diǎn)也有可能是危險(xiǎn)點(diǎn)，一般會(huì)在停車點(diǎn)的前方布置防護(hù)區(qū)，由ATP系統(tǒng)通過計(jì)算獲取的曲線就是將這一防護(hù)區(qū)作為基礎(chǔ)的，確保列車不會(huì)超越該防護(hù)區(qū)。有時(shí)也能在防護(hù)區(qū)上布設(shè)列車滑行的速度值。根據(jù)實(shí)際需要，列車可以在此速度值上進(jìn)行加速，也可直接停在危險(xiǎn)點(diǎn)的前段。

1.4 速度監(jiān)督和超速防護(hù)

ATP系統(tǒng)的速度限制共分成兩種：第一，固定速度的限制，如區(qū)間或列車的最大允許速度等；第二，臨時(shí)速度的限制，如在線路維修等過程中設(shè)置的限制。只要ATP系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，就可時(shí)刻對(duì)速度進(jìn)行監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)有超速跡象，先給予列車警告，然后再強(qiáng)行啟動(dòng)制動(dòng)，同時(shí)做好相應(yīng)的記錄。TR列車的控制與防護(hù)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 TR列車的控制與防護(hù)系統(tǒng)

2 系統(tǒng)差異

2.1 聯(lián)鎖方式

相比城市軌道，高速鐵路有一個(gè)十分明顯的差別，即為站內(nèi)道較多，城市軌道車站卻無分岔，只在行駛路上臨時(shí)停車。車站上不設(shè)置過多的道岔，甚至無需設(shè)置信號(hào)機(jī)。由此可見，城市軌道并沒有完整的聯(lián)鎖系統(tǒng)，只是采用區(qū)域性的聯(lián)鎖方法，也就是使用一個(gè)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)車站進(jìn)行聯(lián)鎖控制。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的傳輸

根據(jù)不同的信息傳輸方式，可將ATP分成連續(xù)式與點(diǎn)式兩種。其中，點(diǎn)式系統(tǒng)造價(jià)低廉、安全性好且使用方便，因此備受人們歡迎，但其信息傳輸卻是間斷式的，在列車獲取地面上的信息以后，需到達(dá)下一點(diǎn)才能對(duì)信息進(jìn)行更新，如果在這一過程中地面產(chǎn)生變化，則將影響信息傳輸。由此可見，點(diǎn)式系統(tǒng)存在很大的局限性。連續(xù)式系統(tǒng)則可很好的克服這一缺陷，采用信息傳輸通道這一關(guān)鍵設(shè)備，借助線路上的電纜對(duì)信息進(jìn)行傳輸，或直接采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距互聯(lián)。

就目前來看，國(guó)際城市軌道大多使用兩類信息傳輸通道，分別為鋼軌通道和電纜通道。軌道電路在行車控制系統(tǒng)中最早應(yīng)用，它能對(duì)區(qū)段占用情況及出清等進(jìn)行反映，但電路的實(shí)際傳輸性能較差，因此傳輸信息量與速率均有限。從城市軌道角度講，由于列車速度比鐵路干線列車慢很多，而且閉塞分區(qū)的距離也很短，所以軌道電路所存在的缺陷并不會(huì)造成太大的影響?；诖耍鞘熊壍榔毡槭褂眠@一電路方法，并且在關(guān)鍵的控制點(diǎn)上設(shè)置裝點(diǎn)式裝置，以此對(duì)無法進(jìn)行傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行有效彌補(bǔ)。

從高速鐵路角度講，依然使用軌道電路為系統(tǒng)主要信息傳輸方式并不妥當(dāng)，因?yàn)殇撥壥褂玫牟牧蠒?huì)對(duì)信號(hào)造成極大的損耗，限制電路實(shí)際長(zhǎng)度。另外，使用鋼軌對(duì)信息進(jìn)行傳遞的數(shù)碼率也極低。因此，使用軌道電路對(duì)龐大的數(shù)據(jù)量進(jìn)行傳輸是極為困難的。

德國(guó)研發(fā)的LZB系統(tǒng)主要使用敷設(shè)軌間電纜的形式，這是完成信息高效傳輸?shù)挠行Х绞?。在此系統(tǒng)中，軌間電纜是進(jìn)行信息傳輸?shù)奈ㄒ煌ǖ?。為有效抵抗電流干擾，電纜上每間隔一定的距離便設(shè)置一處交叉。系統(tǒng)使用電纜實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車位置的準(zhǔn)確確定，徹底打破了以往閉塞分區(qū)的控制觀念。

典型的點(diǎn)式系統(tǒng)有瑞典研發(fā)的EBICA900系統(tǒng)、法國(guó)研發(fā)的TVM430系統(tǒng)等。近年來，日本研發(fā)出全新的數(shù)字ATC系統(tǒng)，使用自然耗損形式的電路對(duì)信息進(jìn)行傳輸，以此完成了設(shè)備的自動(dòng)化與智能化升級(jí)。

2.3 車門開關(guān)控制

城市軌道與高速鐵路相比，前者車門控制較為復(fù)雜。對(duì)于車門控制而言，其關(guān)鍵在于嚴(yán)格監(jiān)督開門的安全條件。從ATP系統(tǒng)的角度講，它所具備的功能有：(1)列車到達(dá)站外后自動(dòng)打開車門；(2)當(dāng)列車還處在站內(nèi)時(shí)，可對(duì)非站臺(tái)一側(cè)的車門進(jìn)行自動(dòng)開啟；(3)車門打開以后列車隨即啟動(dòng)。

2.4 道岔控制

在高速鐵路的正線中，主要使用“大號(hào)碼可動(dòng)心軌道岔”，需同時(shí)使用多個(gè)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行牽引，同時(shí)引用復(fù)合閉鎖技術(shù)。在聯(lián)鎖系統(tǒng)當(dāng)中，通常都設(shè)置較為特殊的電路，要求列車的速度控制系統(tǒng)需要具備避免列車超速經(jīng)過控制道岔的基本功能。由此可以看出，與城市軌道相比，高速鐵路的道岔控制更為復(fù)雜。

2.5 其他差異

(1)不同軌道交通方式的功能有很大不同，以大鐵路區(qū)段站為例，其包含編解和接調(diào)車等組織功能。因而，城市有軌車輛段上安裝的信號(hào)設(shè)備數(shù)量較多，一般單獨(dú)使用電氣裝置。除了這一車輛段，其余車站的實(shí)際組織作業(yè)不僅簡(jiǎn)單而且單純，因此聯(lián)測(cè)站有三種顏色的信號(hào)燈，涵蓋了四層含義：紅燈表示停車；綠燈表示前進(jìn)，道岔處于定位狀態(tài)；月白燈同樣表示前進(jìn)，道岔處于反位狀態(tài)；紅燈與月白燈同時(shí)閃光表示引導(dǎo)信號(hào)。

(2)在高速鐵路中，因?yàn)槠滠囌局g的距離很長(zhǎng)，很難滿足對(duì)信息傳輸方面的要求，因此通常需要在區(qū)間內(nèi)增設(shè)無人值守的中繼站，但城市軌道則不需要設(shè)置。

(3)城市軌道和高速鐵路的又一個(gè)明顯區(qū)別是列車的間隔時(shí)間相對(duì)較短，在我國(guó)大城市的軌道交通中，列車間隔一般都在2 min左右。基于此，這對(duì)速度的監(jiān)控系統(tǒng)提出了很高的要求，必須具備更高的安全性與可靠性。

(4)城市軌道的長(zhǎng)度較大且車站間距短，列車的種類幾乎完全相同，行車時(shí)刻表具有很高的規(guī)律性，每日都嚴(yán)格按照同一計(jì)劃重復(fù)運(yùn)行。對(duì)于城市軌道信號(hào)系統(tǒng)而言，需要具備對(duì)進(jìn)路實(shí)施自動(dòng)排列的功能，也就是按照規(guī)定的明確要求及程序?qū)M(jìn)路進(jìn)行正確規(guī)范的自動(dòng)排列，排列程序一旦確定不得人員更改，只有在運(yùn)行圖出現(xiàn)變更以后才允許人工介入。

3 結(jié)束語

我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)量和運(yùn)能存在十分突出的矛盾，客運(yùn)與貨運(yùn)互相爭(zhēng)搶運(yùn)能，所以在實(shí)際客流量較大的高速鐵路中，創(chuàng)建新的客運(yùn)通道系統(tǒng)是未來發(fā)展趨勢(shì)。相比城市軌道，高速鐵路的運(yùn)行控制系統(tǒng)在本質(zhì)上并沒有太大的差別，因城市軌道行車密度極大，所以對(duì)比之下城市軌道對(duì)信號(hào)技術(shù)有更高要求。但我國(guó)的高速鐵路還處在發(fā)展初期，如果能將現(xiàn)有的技術(shù)引入高速鐵路，則會(huì)大幅推動(dòng)高速鐵路工程發(fā)展。通過上述對(duì)比可以看出，高速鐵路不僅分區(qū)較長(zhǎng)，行車速度極快，而且聯(lián)鎖控制與道岔控制都十分復(fù)雜，因此高速鐵路需要結(jié)合自身特征做好系統(tǒng)創(chuàng)新工作，為高速鐵路發(fā)展提供良好條件。

[1] 錢蔚.高速鐵路與城市軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)比較[J].鐵道通信信號(hào),2014,10(8):23-25.

[2] 楊光,唐禎敏.幾種典型軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)的比較研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2014,11(1):82-87.

[3] 劉宏杰,郜春海,劉波,陳黎潔.城市軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].都市快軌交通,2014,11(4):15-18.

2017-04-28

樊少鋒(1988-)，女，河北邯鄲人，碩士研究生，研究方向：鐵道信號(hào)自動(dòng)控制。

U492

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：1008-3383(2017)07-0172-02