■ 傅志清

目前，歐洲NGTC組織機(jī)構(gòu)與國內(nèi)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)已開展下一代列車控制系統(tǒng)技術(shù)研究。基于車-車通信的下一代新型信號(hào)控制系統(tǒng)，其本質(zhì)是以列車為核心、車輛與信號(hào)深度融合的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，將在“安全性、智能化、高效運(yùn)營(yíng)”方面有顯著提高，為線路間的互聯(lián)互通提供基礎(chǔ)。列車通信采用車-車架構(gòu)，發(fā)車間隔比傳統(tǒng)的CBTC控制明顯縮短，軌旁設(shè)備配置減少，各系統(tǒng)高度融合，可大大提高運(yùn)營(yíng)效率，節(jié)約建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。

1 基于車-車通信的信號(hào)控制系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）通信鏈路的高可靠性。高可靠性、高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率、低時(shí)延、抗干擾能力強(qiáng)和支持高速運(yùn)行下的雙向通信是保證車-車通信的前提。傳輸網(wǎng)絡(luò)的硬件通過無線設(shè)備和特定頻率劃分，軟件采用特定編碼保證通信安全[1]。

（2）信息交互延時(shí)大幅縮短?；谲?車通信的新型信號(hào)控制系統(tǒng)取消了軌旁控制計(jì)算，客觀上精簡(jiǎn)了車-地之間交互的信息量及交互時(shí)間，減少了軌旁控制器運(yùn)算的延時(shí)時(shí)間，車載控制器反應(yīng)速度快，可及時(shí)建立速度曲線；列車可調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，在其發(fā)出請(qǐng)求后，可迅速獲得周圍列車和設(shè)備位置；可提供更短的運(yùn)行時(shí)間間隔；在保證安全的前提下，可為運(yùn)營(yíng)提供更加靈活和多樣化的運(yùn)輸組織方案。

（3）多手段預(yù)警防護(hù)保證行車安全。由于車-車通信列車無法識(shí)別線路上故障列車或非通信列車，必須具備多重預(yù)警安全防護(hù)手段，采用視覺、物探等傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道線路、軌旁設(shè)備、車輛等智能識(shí)別，對(duì)列車安全運(yùn)行進(jìn)行防護(hù)。

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。車-車通信系統(tǒng)省略了聯(lián)鎖子系統(tǒng)和區(qū)域控制器子系統(tǒng)，類似于有軌電車系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)置方案，利用軌旁目標(biāo)控制器控制軌旁設(shè)備，節(jié)省大量土建房間面積；各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流交互和接口簡(jiǎn)單清晰，避免了繁瑣的流程，降低了各子系統(tǒng)之間的耦合度，防止各子系統(tǒng)干擾；不用過多的連接，解決了接口不兼容問題，使用簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低廉。

2 系統(tǒng)方案

根據(jù)車-車通信信號(hào)控制系統(tǒng)在城市軌道交通應(yīng)用的特點(diǎn)、功能與需求，采用目標(biāo)控制器作為控制軌旁設(shè)備的控制器。“以列車為核心”的本質(zhì)是將傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)的軌旁核心控制功能移植到列車上，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化軌旁設(shè)備和重新進(jìn)行設(shè)備功能分配方式，列車具備主動(dòng)進(jìn)路、列車自主防護(hù)等技術(shù)特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)從列控中心集中控制到列車分布式控制、從列車自動(dòng)運(yùn)行向列車自主運(yùn)行的技術(shù)轉(zhuǎn)變[2]。車-車通信列車控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)見圖1。

車-車通信列車控制系統(tǒng)由車載控制器、DCS軌旁設(shè)備、中央ATS設(shè)備、軌旁控制器等設(shè)備組成。其中ATS設(shè)備發(fā)布進(jìn)路、時(shí)刻表、限速命令等；DCS軌旁設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車與列車、列車與地面的信息傳輸；車載控制器根據(jù)車-地、車-車間的所有數(shù)據(jù)信息，自行計(jì)算移動(dòng)授權(quán)和相關(guān)制動(dòng)曲線，并控制列車運(yùn)行。

（1）列車數(shù)據(jù)流程。在車-車通信方式中，后續(xù)列車根據(jù)自身狀態(tài)，向前行列車請(qǐng)求前車位置信息。后續(xù)列車根據(jù)收到的前車位置信息自行計(jì)算移動(dòng)授權(quán)和相關(guān)制動(dòng)曲線。因此，前后列車之間僅通過交互列車位置信息的簡(jiǎn)單動(dòng)作，便可實(shí)現(xiàn)列車移動(dòng)授權(quán)計(jì)算等功能，無需由軌旁系統(tǒng)計(jì)算后再通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車載控制器，大量減少了數(shù)據(jù)通信量，降低了車載控制器的反應(yīng)時(shí)間，并且能快速更新后續(xù)列車的速度曲線。車-車通信數(shù)據(jù)流程見圖2。

（2）列車追蹤控制原理。列車1通過車-車通信傳輸通道實(shí)時(shí)獲取列車2的瞬時(shí)速度和尾部位置，考慮車輛牽引制動(dòng)特性和通信傳輸延遲，生成移動(dòng)授權(quán)安全防護(hù)點(diǎn)，包括安全位置和限制速度。列車1根據(jù)安全防護(hù)點(diǎn)及自身的速度位置信息，綜合考慮車輛特征對(duì)能量進(jìn)行防護(hù)。車-車通信列車追蹤原理見圖3。

（3）道岔控制原理。在車-車通信系統(tǒng)中，道岔可通過進(jìn)路帶動(dòng)或人工控制，人工控制的優(yōu)先級(jí)高于進(jìn)路帶動(dòng)控制。道岔的轉(zhuǎn)動(dòng)需要符合聯(lián)鎖條件，確保列車不出現(xiàn)側(cè)沖、擠岔風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 車-車通信列車控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

圖2 車-車通信數(shù)據(jù)流程

正常情況下，車載控制器根據(jù)ATS的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃征用前方的道岔資源，控制道岔的動(dòng)作，當(dāng)列車完全出清道岔區(qū)段后，釋放道岔資源，提供給后續(xù)列車使用；如果車載控制器與目標(biāo)控制器之間丟失通信，調(diào)度員可通過人工恢復(fù)進(jìn)路的方式帶動(dòng)道岔動(dòng)作。車-車通信道岔控制示意見圖4。

道岔資源具有獨(dú)占性，一旦被征用，任何通信列車或調(diào)度員無法使用，直到道岔資源被釋放[3]。道岔具有單鎖功能，單鎖的道岔不能動(dòng)作，但不影響資源的占用與釋放。

圖3 車-車通信列車追蹤原理

圖4 車-車通信道岔控制示意圖

3 研究現(xiàn)狀

2016年1月，北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)設(shè)立“基于車-車通信的城際鐵路信號(hào)系統(tǒng)研究”項(xiàng)目，由交控科技股份有限公司、北京交通大學(xué)、北京京投投資有限公司聯(lián)合承擔(dān)，開展車-車通信技術(shù)研究。2018年3月，北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)組織專家對(duì)該項(xiàng)研究成果進(jìn)行驗(yàn)收。通過車-車通信列控系統(tǒng)的樣機(jī)和最小系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)，完成基于車-車通信信號(hào)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室功能測(cè)試，使車-車通信下一代信號(hào)控制系統(tǒng)的商用化向前邁進(jìn)一大步。

4 結(jié)束語

在基于車-車通信技術(shù)及列車相對(duì)速度追蹤技術(shù)中，列車移動(dòng)授權(quán)計(jì)算以列車為核心，是在傳統(tǒng)CBTC基礎(chǔ)上逐漸演變而來的技術(shù)方案，其構(gòu)架及技術(shù)特點(diǎn)符合未來軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和方向[4]。

[1] 甘玉璽，肖華健，金志虎，等．軌道交通車地通信技術(shù)研討[J]． 城市軌道交通研究，2014，17(1)：103-106．

[2] 杜恒，孫國軍，張強(qiáng)．基于地面無聯(lián)鎖及區(qū)域控制器的新一代CBTC系統(tǒng)方案[J]．都市快軌交通，2017(4)：91-95．

[3] 徐紀(jì)康，賈森，許琰．基于車車通信的新型CBTC系統(tǒng)中的道岔控制功能研究[J]．鐵路通信信號(hào)，2017，14(3)：47-49．

[4] 徐繼康．基于車-車通信的新型CBTC系統(tǒng)分析[J]．鐵道通信信號(hào)，2014(6)：78-80．