高麗

摘 要：現(xiàn)階段，我國軌道交通列車不斷發(fā)展，為人們提供了更加便捷的出行條件。軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)作為保證軌道交通列車安全的技術(shù)，也隨之得到了發(fā)展?；诖?，文章分析了我國高速鐵路與城市軌道交通的現(xiàn)狀與規(guī)劃，闡述了高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)及城市軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)，并對我國軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：高速鐵路列車；城市軌道交通；列車運(yùn)行控制技術(shù)

中圖分類號：U284 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0160-02

Abstract： At the present stage， the continuous development of rail transit trains in China has provided more convenient travel conditions for people. Rail transit train control technology as a guarantee of rail transit train safety technology has been developed. Based on this， this paper analyzes the present situation and planning of high-speed railway and urban rail transit in our country， and expounds the train operation control system of high-speed railway and the train operation control technology of urban rail transit. Finally， the future development of train operation control technology for rail transit in China is prospected.

Keywords： high-speed railway train； urban rail transit； train operation control technology

引言

在近十年的發(fā)展中，我國的軌道交通取得了較大的成果，輕軌、城市地鐵等軌道交通系統(tǒng)迅速建成與擴(kuò)展，對于我國的城市交通壓力進(jìn)行了緩解。同時，高鐵成網(wǎng)、高鐵零換乘、同城效應(yīng)等理念的形成為我國人民的出行提供了更加方便的條件，推動了城鄉(xiāng)一體化的進(jìn)程，提升了我國的現(xiàn)代化水平。在我國，包括高鐵在內(nèi)的軌道交通的建設(shè)與發(fā)展是一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略，其中，軌道交通運(yùn)行的安全性是發(fā)展的重中之重。為了確保軌道交通的安全性，信號系統(tǒng)起到了重要的作用，而列車運(yùn)行控制系統(tǒng)及技術(shù)作為信號系統(tǒng)的核心技術(shù)，在我國得到了快速的發(fā)展。

1 我國高速鐵路與城市軌道交通的現(xiàn)狀與規(guī)劃分析

我國鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和裝備水平大幅提升。2013年至2017年，全國鐵路完成固定資產(chǎn)投資3.9萬億元，新增鐵路營業(yè)里程2.94萬公里，其中高鐵1.57萬公里，是歷史上鐵路投資最集中、強(qiáng)度最大的時期。到2017年底，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到12.7萬公里，其中高鐵2.5萬公里，占世界高鐵總量的66.3%，鐵路電氣化率、復(fù)線率分別居世界第一和第二位。2017年2月，我國頒布了《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》中，預(yù)計(jì)到2020年，安全、綠色、便捷、高效的現(xiàn)代化綜合交通運(yùn)輸體系基本建成，部分地區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)交通運(yùn)輸現(xiàn)代化，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到15萬公里，其中高速鐵路營業(yè)里程為3萬公里，復(fù)線率及電化率分別達(dá)到60%與70%以上，運(yùn)輸能力要實(shí)現(xiàn)滿足我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)揮以及社會發(fā)展的需要，涉及的主要技術(shù)配置達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。

就我國城市軌道交通的發(fā)展來說，截止2017年末，我國內(nèi)地城市軌道交通并投入運(yùn)營開通線路共計(jì)165條，運(yùn)營線路長度達(dá)到5033公里。其中，地鐵3884公里，占比77.2%；其他制式城軌交通運(yùn)營線路長度約1149公里，占比22.8%。依照我國前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018-2023年中國城市軌道交通行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》中的數(shù)據(jù)能夠得出，截至2017年末，我國軌道交通線路平均運(yùn)營里程長度為28km，單軌平均運(yùn)營里程達(dá)到42.1km，輕軌平均運(yùn)營里程達(dá)36.6km，地鐵平均運(yùn)營里程在30.6km左右；而磁懸浮、有軌電車和APM（無人駕駛系統(tǒng)制式軌道交通）平均運(yùn)營歷程較短。

2 高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)分析

信號系統(tǒng)是鐵路的神經(jīng)與大腦，支撐著鐵路系統(tǒng)的高效及安全運(yùn)行。在通信、控制以及計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)作為信號系統(tǒng)的核心得到了較好的發(fā)展。在這樣的條件下，我國高速鐵路與城市軌道交通不斷向著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化以及綜合化方向發(fā)展。

現(xiàn)階段，我國已經(jīng)完成了CTCS（中國鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)）列車控制系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，經(jīng)過了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，已經(jīng)成功的將CTCS系統(tǒng)應(yīng)用于高速鐵路中。依照功能要求以及設(shè)備配置的不同，CTCS系統(tǒng)被劃分成了五個等級，即CTCS-0級、CTCS-1級、CTCS-2級、CTCS-3級以及CTCS-4級，這些等級的具體特征如下：CTCS-0級的速度等級為120km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為軌道電路絕緣節(jié)、車地信息傳輸使用了“軌道電路”單向傳輸、線路固定數(shù)據(jù)在車載數(shù)據(jù)存儲芯片中保存；CTCS-1級的速度等級為160km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為應(yīng)答器、車地信息傳輸使用了“軌道電路+應(yīng)答器”單向傳輸、線路固定數(shù)據(jù)在應(yīng)答器中保存；CTCS-2級的速度等級為200-250km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為應(yīng)答器、車地信息傳輸使用了“軌道電路+應(yīng)答器”單向傳輸、線路固定數(shù)據(jù)在應(yīng)答器中保存；CTCS-3級的速度等級為300-350km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為應(yīng)答器、車地信息傳輸使用了無線雙向傳輸、線路固定數(shù)據(jù)在RBC中保存；CTCS-2級的閉塞方式為移動閉塞、列車位置校正為應(yīng)答器、車地信息傳輸使用了無線雙向傳輸、線路固定數(shù)據(jù)在RBC中保存[1]。

在我國的普通鐵路列車運(yùn)行系統(tǒng)CTCS-0級中，包括列車運(yùn)行監(jiān)控裝置LKJ以及通用式機(jī)車信號。其線路數(shù)據(jù)之所以全部在車載設(shè)備中進(jìn)行保存，主要是為避免列車冒進(jìn)信號的產(chǎn)生，相關(guān)司機(jī)在實(shí)際的駕駛運(yùn)行中以地面信號為參考依據(jù)；在CTCS-1級的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，對CTCS-0級的設(shè)備進(jìn)行了一定程度的改造，添加了點(diǎn)式設(shè)備，其主要的設(shè)備構(gòu)件為安全型列車運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備以及主體化機(jī)車信號；在CTCS-2級的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，通過對點(diǎn)式應(yīng)答器的利用，實(shí)現(xiàn)了線路參數(shù)、定位信息以及臨時限速等信息的提供。該級別的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是一種基于點(diǎn)式設(shè)備傳輸信息與軌道電路的點(diǎn)連式列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，所以并不需要在地面設(shè)置信號機(jī)。在其車載設(shè)備中，能夠?qū)δ繕?biāo)距離模式曲線進(jìn)行自動生成，完成了對列車運(yùn)行安全的實(shí)時監(jiān)控；在CTCS-3級的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，包括無線閉塞中心RBC、無線通信系統(tǒng)GSM-R、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)以及臨時限速系統(tǒng)TSRS，是一種基于無線通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。在該級別的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中，使用了CTCS-2級的控制系統(tǒng)作為列車的后備系統(tǒng)。

3 城市軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)分析

城市軌道交通列車由于其智能性、高效性及便捷性的優(yōu)勢，成為了城市人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌ǚ绞健Ｏ啾扔诟咚勹F路列車，城市軌道交通列車的運(yùn)行控制技術(shù)在整體需求上有著明顯的不同。目前，我國的各大城市的軌道交通已經(jīng)從單線的發(fā)展不斷轉(zhuǎn)向交通網(wǎng)的運(yùn)行，在運(yùn)行方面，已經(jīng)完成了從人工駕駛模式到ATO（自動駕駛模式）再到FAO（全自動運(yùn)行系統(tǒng)模式）的發(fā)展。

自2002年起，我國開始來了對CBTC（基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)）的系統(tǒng)自主化研究，到2010年，由我國自主研發(fā)的CBTC信號系統(tǒng)在北京成功運(yùn)營。發(fā)展至今，CBTC技術(shù)已經(jīng)成為了我國城市軌道交通應(yīng)用的主流信號技術(shù)，占有率已經(jīng)達(dá)到了90%以上[2]。在CBTC系統(tǒng)中，主要包含的結(jié)構(gòu)有車地通信設(shè)備、地面設(shè)備以及車載設(shè)備。在該模式下，列車的運(yùn)行主要依照列車自動監(jiān)控系統(tǒng)功ATS的發(fā)出的指令進(jìn)行；搬動道岔、排列進(jìn)路、點(diǎn)燈滅燈等指令由聯(lián)鎖設(shè)備發(fā)出。在基于CBTC技術(shù)的閉環(huán)控制中，列車的車載控制器會將速度、位置等相關(guān)信息利用無線電通信的方式發(fā)送至地面區(qū)域控制器；地面區(qū)域控制器依照區(qū)域內(nèi)列車的位置信息，生成列車運(yùn)行權(quán)限，并將其反饋至車載控制器。

CBTC系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行中，面對著較多的影響因素，包括人為錯誤操作、較為惡劣的環(huán)境氣候條件等，同時，由于其自身的復(fù)雜性，所以必須要引進(jìn)多種優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，才能確保其運(yùn)行的安全性與可靠性。這些優(yōu)化設(shè)計(jì)模型包括：單列車多質(zhì)點(diǎn)的牽引與制動特性模型、列車間最小間隔的信息收集處理與監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)模型、單列車在復(fù)雜線路及氣候條件下的傳感器協(xié)調(diào)精準(zhǔn)定位模型、多輛列車間的自適應(yīng)協(xié)調(diào)及節(jié)能控制模型等等。通過這些優(yōu)化模型的使用，我國城市軌道交通列車實(shí)現(xiàn)了正線小于或等于90s的列車群“魚貫式”的安全追蹤。

4 軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)的展望

安全、綠色、高效是軌道交通發(fā)展與建設(shè)的方向，在這樣的要求下，軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)將不斷向著更加低碳、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化等的方向發(fā)展。具體來說，我國軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)將不斷向著以下幾個方面發(fā)展：

第一，故障檢測及智能診斷技術(shù)的提升。為了對列車中的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的檢測、提升維護(hù)質(zhì)量，監(jiān)測設(shè)備的使用是十分必要的。在未來的發(fā)展中，不僅要對現(xiàn)有的監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化與完善，還要對大數(shù)據(jù)技術(shù)以及智能分析技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對于故障數(shù)據(jù)的深度挖掘，并建立起故障模型。利用對自動監(jiān)測的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，能夠提升故障原因自動檢測水平以及智能化的分析水平，確保軌道交通列車更加安全的運(yùn)行。

第二，全自動運(yùn)行技術(shù)的研究。我國城市軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)將不斷向著智能化的方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)無人駕駛以及智能控制。全自動運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)地鐵列車的智能化運(yùn)行以及自動化駕駛，有效控制了由于人工操作失誤造成的運(yùn)行問題以及安全事故。全自動運(yùn)行技術(shù)的使用與實(shí)現(xiàn)依賴于列車運(yùn)行故障下的應(yīng)急處理技術(shù)的發(fā)展與使用。

第三，全運(yùn)行區(qū)間的列車預(yù)警技術(shù)。該技術(shù)的核心技術(shù)為預(yù)警技術(shù)與全方位感知技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對于城市軌道交通列車運(yùn)行過程中對軌道交通系統(tǒng)自身故障的感知能力的提升，也增強(qiáng)了列車運(yùn)行過程中對周圍環(huán)境的感知敏感性，可以及時的發(fā)出預(yù)警信息并自動采取相應(yīng)的防護(hù)措施，提升了城市軌道交通列車的可靠性及安全性。

5 結(jié)束語

綜上所述，我國的軌道交通列車及其運(yùn)行控制技術(shù)經(jīng)過長時間的發(fā)展已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，相關(guān)成果也較為顯著。現(xiàn)階段，我國的高速鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)已經(jīng)基本建設(shè)完全，實(shí)現(xiàn)了多級運(yùn)行控制系統(tǒng)及線路的互聯(lián)互通；我國的城市軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)也得到了較好的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對已知或未知的硬件及軟件故障的容錯和安全管理。在未來，我國的軌道交通列車運(yùn)行控制技術(shù)將向著更加安全、智能性更強(qiáng)等方向不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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