樊少鋒
(天津鐵道職業(yè)技術學院,天津 300000)
高速鐵路與城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)的比較
樊少鋒
(天津鐵道職業(yè)技術學院,天津 300000)
基于高速鐵路發(fā)展對信號技術的需求,提出將城市軌道交通現(xiàn)有的成熟信號技術引入到高速鐵路的思想,而為了更好發(fā)揮信號技術的應有作用,需對二者的運行控制系統(tǒng)差異進行比較。
高速鐵路;城市軌道交通;運行控制系統(tǒng)
1.1 速度與距離的測量
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)都具備測距和測速的功能。系統(tǒng)借助裝設于輪軸等部位上的傳感器對列車時速進行測量,同時顯示在駕駛室內(nèi)。系統(tǒng)對列車位置進行確定是將軌道電路作為前提的,而對于距離的測量而言,可使用車輪轉數(shù)與車輪的直徑進行換算得出。
1.2 車輛間隔時間控制
間隔控制能確保行車安全,提升運行效率,是一種全新的信號技術。當前,因為鐵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)列車的運行控制系統(tǒng)一般可以分成兩個檔次,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車速進行分級控制,也就是將分區(qū)的出口當作目標點,按照速度的等級自動生成相應的防護曲線;第二檔次主要將數(shù)字編碼作為基礎,并按照一次制動等方式對列車進行控制。
1.3 停車危險點防護
停車點是將危險點作為基礎而確定的,而危險點主要指列車超越以后有幾率產(chǎn)生危險或風險的點。特殊情況下,停車點也有可能是危險點,一般會在停車點的前方布置防護區(qū),由ATP系統(tǒng)通過計算獲取的曲線就是將這一防護區(qū)作為基礎的,確保列車不會超越該防護區(qū)。有時也能在防護區(qū)上布設列車滑行的速度值。根據(jù)實際需要,列車可以在此速度值上進行加速,也可直接停在危險點的前段。
1.4 速度監(jiān)督和超速防護
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,臨時速度的限制,如在線路維修等過程中設置的限制。只要ATP系統(tǒng)可以正常運行,就可時刻對速度進行監(jiān)視,如發(fā)現(xiàn)有超速跡象,先給予列車警告,然后再強行啟動制動,同時做好相應的記錄。TR列車的控制與防護系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 TR列車的控制與防護系統(tǒng)
2.1 聯(lián)鎖方式
相比城市軌道,高速鐵路有一個十分明顯的差別,即為站內(nèi)道較多,城市軌道車站卻無分岔,只在行駛路上臨時停車。車站上不設置過多的道岔,甚至無需設置信號機。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,也就是使用一個系統(tǒng)對多個車站進行聯(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)式與點式兩種。其中,點式系統(tǒng)造價低廉、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,需到達下一點才能對信息進行更新,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鍵設備,借助線路上的電纜對信息進行傳輸,或直接采用無線網(wǎng)絡傳輸信息,實現(xiàn)遠距互聯(lián)。
就目前來看,國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)中最早應用,它能對區(qū)段占用情況及出清等進行反映,但電路的實際傳輸性能較差,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造成太大的影響?;诖?,城市軌道普遍使用這一電路方法,并且在關鍵的控制點上設置裝點式裝置,以此對無法進行傳輸?shù)男畔⑦M行有效彌補。
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,因為鋼軌使用的材料會對信號造成極大的損耗,限制電路實際長度。另外,使用鋼軌對信息進行傳遞的數(shù)碼率也極低。因此,使用軌道電路對龐大的數(shù)據(jù)量進行傳輸是極為困難的。
德國研發(fā)的LZB系統(tǒng)主要使用敷設軌間電纜的形式,這是完成信息高效傳輸?shù)挠行Х绞健T诖讼到y(tǒng)中,軌間電纜是進行信息傳輸?shù)奈ㄒ煌ǖ馈橛行У挚闺娏鞲蓴_,電纜上每間隔一定的距離便設置一處交叉。系統(tǒng)使用電纜實現(xiàn)了對列車位置的準確確定,徹底打破了以往閉塞分區(qū)的控制觀念。
典型的點式系統(tǒng)有瑞典研發(fā)的EBICA900系統(tǒng)、法國研發(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信息進行傳輸,以此完成了設備的自動化與智能化升級。
2.3 車門開關控制
城市軌道與高速鐵路相比,前者車門控制較為復雜。對于車門控制而言,其關鍵在于嚴格監(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)列車到達站外后自動打開車門;(2)當列車還處在站內(nèi)時,可對非站臺一側的車門進行自動開啟;(3)車門打開以后列車隨即啟動。
2.4 道岔控制
在高速鐵路的正線中,主要使用“大號碼可動心軌道岔”,需同時使用多個轉轍機進行牽引,同時引用復合閉鎖技術。在聯(lián)鎖系統(tǒng)當中,通常都設置較為特殊的電路,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設備數(shù)量較多,一般單獨使用電氣裝置。除了這一車輛段,其余車站的實際組織作業(yè)不僅簡單而且單純,因此聯(lián)測站有三種顏色的信號燈,涵蓋了四層含義:紅燈表示停車;綠燈表示前進,道岔處于定位狀態(tài);月白燈同樣表示前進,道岔處于反位狀態(tài);紅燈與月白燈同時閃光表示引導信號。
(2)在高速鐵路中,因為其車站之間的距離很長,很難滿足對信息傳輸方面的要求,因此通常需要在區(qū)間內(nèi)增設無人值守的中繼站,但城市軌道則不需要設置。
(3)城市軌道和高速鐵路的又一個明顯區(qū)別是列車的間隔時間相對較短,在我國大城市的軌道交通中,列車間隔一般都在2 min左右?;诖?,這對速度的監(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)城市軌道的長度較大且車站間距短,列車的種類幾乎完全相同,行車時刻表具有很高的規(guī)律性,每日都嚴格按照同一計劃重復運行。對于城市軌道信號系統(tǒng)而言,需要具備對進路實施自動排列的功能,也就是按照規(guī)定的明確要求及程序對進路進行正確規(guī)范的自動排列,排列程序一旦確定不得人員更改,只有在運行圖出現(xiàn)變更以后才允許人工介入。
我國鐵路運輸?shù)倪\量和運能存在十分突出的矛盾,客運與貨運互相爭搶運能,所以在實際客流量較大的高速鐵路中,創(chuàng)建新的客運通道系統(tǒng)是未來發(fā)展趨勢。相比城市軌道,高速鐵路的運行控制系統(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,所以對比之下城市軌道對信號技術有更高要求。但我國的高速鐵路還處在發(fā)展初期,如果能將現(xiàn)有的技術引入高速鐵路,則會大幅推動高速鐵路工程發(fā)展。通過上述對比可以看出,高速鐵路不僅分區(qū)較長,行車速度極快,而且聯(lián)鎖控制與道岔控制都十分復雜,因此高速鐵路需要結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。
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2017-04-28
樊少鋒(1988-),女,河北邯鄲人,碩士研究生,研究方向:鐵道信號自動控制。
U492
:B
:1008-3383(2017)07-0172-02