崔軼昕，劉 琴，趙 程，景 亮

（寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315010）

傳統(tǒng)基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）采用車地通信實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備與軌旁設(shè)備之間的信息交互，其自主決策和智能化水平較低，加之軌行區(qū)信號(hào)設(shè)備較多，建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較高。為降低信號(hào)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，提高信號(hào)系統(tǒng)的智能化水平，對(duì)傳統(tǒng)CBTC進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)形成基于車車通信的列車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)。本文對(duì)傳統(tǒng)基于車地和車車通信列車運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行分析研究，以探索列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 基于車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

1.1 車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

車地通信CBTC系統(tǒng)劃分為5層結(jié)構(gòu)，即中央級(jí)控制存儲(chǔ)系統(tǒng)層、地面車站設(shè)備層、軌旁設(shè)備層、車載設(shè)備層、列車系統(tǒng)層，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)組成圖

中央級(jí)控制存儲(chǔ)系統(tǒng)層由列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（DSU）和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）組成。ATS中心是一套集現(xiàn)代化數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)技術(shù)為一體的、分布式的實(shí)時(shí)監(jiān)督、控制系統(tǒng)。ATS子系統(tǒng)通過與列車自動(dòng)控制（ATC）系統(tǒng)中其他子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，共同完成對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)列車和信號(hào)設(shè)備的管理和控制，其核心設(shè)備位于信號(hào)系統(tǒng)的中央層，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)高密度、大流量的地鐵運(yùn)輸活動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)化管理和調(diào)度，是一個(gè)綜合的行車指揮調(diào)度控制系統(tǒng)。DSU是整個(gè)CBTC系統(tǒng)的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)與列車運(yùn)行相關(guān)的所有設(shè)備信息和運(yùn)行狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)ATC所有數(shù)據(jù)庫(kù)管理。DCS是一個(gè)寬帶通信系統(tǒng)，為CBTC各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信提供快速、可靠、安全的數(shù)據(jù)交換通道，其通道類型包括有線和無線2部分。

地面設(shè)備層主要由信號(hào)系統(tǒng)中的地面設(shè)備組成，主要設(shè)備為區(qū)域控制器（ZC）、聯(lián)鎖系統(tǒng)、計(jì)軸。ZC 即區(qū)域本地計(jì)算機(jī)，與聯(lián)鎖區(qū)一一對(duì)應(yīng)，通過DCS保持與控制區(qū)域內(nèi)所有列車進(jìn)行通信并完成安全信息交互。ZC根據(jù)列車的位置信息跟蹤列車并對(duì)區(qū)域內(nèi)列車發(fā)布移動(dòng)授權(quán)、實(shí)施聯(lián)鎖。聯(lián)鎖系統(tǒng)通過繼電器架連接軌旁部分設(shè)備，實(shí)現(xiàn)上下信息聯(lián)鎖控制。計(jì)軸是用以檢測(cè)和記錄列車通過計(jì)軸點(diǎn)的車軸數(shù)，通過2個(gè)計(jì)軸點(diǎn)之間或軌道區(qū)段內(nèi)的空閑情況，可判斷列車通過計(jì)軸點(diǎn)的位置，自動(dòng)校正列車行駛里程等。

軌旁設(shè)備層包括接入點(diǎn)（AP）天線、無源應(yīng)答器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)、站臺(tái)門（PSD）、有緣應(yīng)答器、信號(hào)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和維護(hù)系統(tǒng)（MSS）、收發(fā)車計(jì)時(shí)器（DTI）等，共同記錄并上傳和下達(dá)列車行駛信息、設(shè)備狀態(tài)、控制命令，控制車站設(shè)備、列車行駛位置信息等。

車載設(shè)備層包括無線通信裝置、列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ATO）、車載列車信息顯示系統(tǒng)（DMI）、無線應(yīng)答器、速度傳感器等。該層可實(shí)現(xiàn)駕駛員通過車站DMI系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察列車行駛狀態(tài)、車門狀態(tài)，并詳細(xì)定位列車位置以保障列車的自動(dòng)駕駛和安全防護(hù)。

列車系統(tǒng)層包括緊急制動(dòng)裝置、車門控制、牽引/常用制動(dòng)控制等。該層可實(shí)現(xiàn)列車的行駛和剎車控制、車門的開關(guān)控制、牽引制動(dòng)控制等功能。

1.2 車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)

ATP功能在列車超過規(guī)定的運(yùn)行速度時(shí)可實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)制動(dòng)，即車載設(shè)備接收到地面限速信息與實(shí)際行駛速度進(jìn)行比較并判定列車實(shí)際速度超過限定速度后，由制動(dòng)裝置控制列車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)。ATP通過軌道電路或者無線全球定位系統(tǒng)（GPS）檢測(cè)列車實(shí)際運(yùn)行位置，自動(dòng)確定列車最大安全運(yùn)行速度，并連續(xù)不間斷地進(jìn)行實(shí)時(shí)速度監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)，同時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行間隔，以保證遵守規(guī)定的行車間隔，防止列車超速和越過禁止信號(hào)機(jī)等功能。

ATO的基本功能包括自動(dòng)控制列車車站發(fā)車、區(qū)間運(yùn)行、跳停、站內(nèi)精確停車、自動(dòng)折返、扣車等。列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)根據(jù)ATP系統(tǒng)提供的控制信息（前方信號(hào)機(jī)狀態(tài)、前方道岔狀態(tài)、當(dāng)前線路允許運(yùn)行的最高速度等信息）實(shí)時(shí)計(jì)算列車達(dá)到目標(biāo)速度值所需要的牽引力和制動(dòng)力的大小，并通過列車接口電路，完成對(duì)列車的加速與減速作業(yè)。

在ATO中，列車司機(jī)僅起監(jiān)督作用，而為 ATO提供輔助工作的則是ATP。ATP功能的完備是ATO工作的基礎(chǔ)保障，ATO接受來自ATP的（ATP速度指令、列車實(shí)際速度和列車走行距離以及從ATS子系統(tǒng)接受到列車運(yùn)行等級(jí)等）信息。依據(jù)ATP所提供信息，ATO通過牽引/制動(dòng)線控制列車，使其維持在一個(gè)參考速度上運(yùn)行，并在車站站臺(tái)準(zhǔn)確停車。ATO由車載設(shè)備和車地通信系統(tǒng)構(gòu)成，車載設(shè)備包括ATO的CPU板，車地通信板，信息采集電路板，牽引/制動(dòng)驅(qū)動(dòng)板；車地通信系統(tǒng)包括軌旁車地通信換線、車地通信控制機(jī)柜等，其中車載ATO設(shè)備是列車駕駛系統(tǒng)中核心設(shè)備，它由硬件和軟件2部分組成。

ATS 是通過計(jì)算機(jī)來組織和控制行車的一套完整的行車指揮系統(tǒng)。ATS將現(xiàn)場(chǎng)的行車信息及時(shí)傳輸?shù)叫熊囍笓]中心，指揮中心將行車信息綜合后，實(shí)時(shí)無誤的向現(xiàn)場(chǎng)下達(dá)行車指令，以保證行車的準(zhǔn)確、快速、安全、可靠。ATS在ATP和ATO的支持下，根據(jù)運(yùn)行時(shí)刻表對(duì)全線列車進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，可自動(dòng)或由人工監(jiān)督和控制正線（車輛段、停車場(chǎng)、試車線除外）列車進(jìn)路，并向行車調(diào)度員和外部系統(tǒng)提供信息。ATS功能由位于控制中心內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，所實(shí)現(xiàn)功能包括：自動(dòng)進(jìn)行列車運(yùn)行圖管理、及時(shí)調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃、監(jiān)控列車進(jìn)路、自動(dòng)顯示列車運(yùn)行和設(shè)備狀態(tài)、完成電氣集中聯(lián)鎖和自動(dòng)閉塞的要求。

2 基于車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

2.1 車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

基于車車通信的列車自主運(yùn)行系統(tǒng)（TACS）將CBTC中軌旁的聯(lián)鎖功能、ATP功能、ATS功能集成至車載控制平臺(tái)，通過“車-車”通信方式實(shí)現(xiàn)列車主動(dòng)進(jìn)路和自主防護(hù)功能。其原理為ATS將運(yùn)營(yíng)計(jì)劃下發(fā)至列車，由車載控制自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路，列車控制的主要功能由列車實(shí)現(xiàn)，只依賴地面對(duì)象控制器（OC）的設(shè)備驅(qū)采及資源登記，TACS運(yùn)行原理圖如圖2所示。

圖2 基于TACS列車自動(dòng)運(yùn)行原理圖

2.2 車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)

TACS采用扁平化架構(gòu)，由原有的CBTC 3級(jí)結(jié)構(gòu)變?yōu)?級(jí)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的總控制節(jié)點(diǎn)減少。各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流交互和接口簡(jiǎn)單清晰，便于系統(tǒng)部署和擴(kuò)展，有利于降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。基于車車通信客觀上精簡(jiǎn)車地之間交互的信息量以及交互時(shí)間，同時(shí)采用行車資源統(tǒng)籌方式管理進(jìn)路，可提升道岔使用效率，提供更小的運(yùn)行時(shí)間間隔。列車自主運(yùn)行時(shí)，僅需無線網(wǎng)絡(luò)以及OC設(shè)備無故障即可，依賴節(jié)點(diǎn)少，可用性更高。進(jìn)路以列車為起點(diǎn)，建立任意方向安全進(jìn)路，為運(yùn)營(yíng)提供更加靈活和多樣化的運(yùn)輸組織方案。

TACS的系統(tǒng)特點(diǎn)包含以下幾個(gè)方面。

（1）簡(jiǎn)化軌旁設(shè)備。簡(jiǎn)化軌旁的ATP、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖 （CI）、ATS設(shè)備，功能集成至車載信號(hào)設(shè)備；取消點(diǎn)式降級(jí)模式。聯(lián)鎖降級(jí)模式方案應(yīng)結(jié)合運(yùn)量等運(yùn)營(yíng)需求確定，信號(hào)機(jī)、計(jì)軸等軌旁基礎(chǔ)設(shè)備結(jié)合運(yùn)營(yíng)需求優(yōu)化配置，軌旁設(shè)備圖如圖3所示。

（2）列車自主化及分布式控制?；谲嚺c車之間直接的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)以列車為主體和控制核心的列車自主運(yùn)行。通過車載分布式自主控制，減少系統(tǒng)對(duì)于中心ATS以及區(qū)域集中控制設(shè)備的依賴。

（3）車車通信。通過LTE-M技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與車之間的無線數(shù)據(jù)通信，以車載時(shí)刻表為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前行車意圖，由近及遠(yuǎn)進(jìn)行行車資源交互，實(shí)現(xiàn)行車間隔防護(hù)，車車信號(hào)聯(lián)鎖圖如圖4所示。

圖4 車車信號(hào)聯(lián)鎖圖

（4）系統(tǒng)融合。將人機(jī)界面、車輛通信網(wǎng)絡(luò)、牽引制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行融合。車輛各子系統(tǒng)采用融合設(shè)計(jì)，可削減冗余功能、整合冗余硬件，優(yōu)化車載網(wǎng)絡(luò)布局，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和列車控制性能、提高自動(dòng)化程度，使整個(gè)系統(tǒng)更加高效節(jié)能。

（5）智能化駕駛控制。牽引制動(dòng)系統(tǒng)融合，可縮短控制周期，提高系統(tǒng)性能，傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)中ATO難以實(shí)時(shí)獲取牽引/制動(dòng)能力，列車區(qū)間運(yùn)行及進(jìn)站停車過程容易出現(xiàn)過牽引/欠牽引、過制動(dòng)/欠制動(dòng)以及定點(diǎn)停車精度低的問題?；谲囓囃ㄐ诺腡ACS，使得牽引和制動(dòng)系統(tǒng)有機(jī)會(huì)參與ATO控制，因而能夠通過利用牽引/制動(dòng)能力以及指令反饋信息，縮短ATO閉環(huán)控制的周期，提高ATO控制精度。后車實(shí)時(shí)掌握前車速度和位置，可更合理的跟蹤自己的模式曲線，減少工況切換和追蹤延誤、降低運(yùn)行能耗。

3 基于車地和車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)比分析

3.1 系統(tǒng)通信技術(shù)對(duì)比分析

3.1.1 車地通信技術(shù)

DCS由軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、車載雙向通信網(wǎng)絡(luò)和車載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)由軌旁骨干網(wǎng)、接入交換機(jī)和軌旁設(shè)備3部分組成。依據(jù)IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，軌旁設(shè)備通過以太網(wǎng)電纜接入到接入交換機(jī)中，接入交換機(jī)通過多模光纖接入到骨干網(wǎng)，其中軌旁設(shè)備與接入交換機(jī)組成接入網(wǎng)。軌旁數(shù)據(jù)通信網(wǎng)通過軌旁無線AP與列車進(jìn)行雙向通信。骨干網(wǎng)為具有冗余的高速單模光纖以太網(wǎng)，由100 Mbps或1 Gbps的 2層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用雙向自愈環(huán)形結(jié)構(gòu)。

骨干網(wǎng)絡(luò)必須具備傳輸延遲小、傳輸帶寬大、便于管理、具有抗毀／自恢復(fù)能力、能適應(yīng)工業(yè)控制環(huán)境的特性。為使地面骨干網(wǎng)絡(luò)具有抗毀／自恢復(fù)能力，應(yīng)在連接交換機(jī)的鏈路上進(jìn)行冗余連接，形成冗余的自恢復(fù)環(huán)形結(jié)構(gòu)。當(dāng)某條鏈路發(fā)生故障時(shí)，其備份鏈路自動(dòng)由備用狀態(tài)轉(zhuǎn)換到主用狀態(tài)，從而保證通信的繼續(xù)進(jìn)行。除交換機(jī)之間的線路連接外，其他設(shè)備與交換機(jī)之間的線路連接都應(yīng)采用冗余連接方式，以提高整個(gè)DCS 子系統(tǒng)的可靠性。交換機(jī)之間的連接需使用光纖連接，其他設(shè)備與交換機(jī)的連接可根據(jù)需要使用雙絞線或者光纖。

車地?zé)o線通信系統(tǒng)主要由2部分組成，分別為軌旁AP與空間無線通道。軌旁AP通過接入交換機(jī)接入到軌旁接入網(wǎng)中，軌旁接入網(wǎng)連接在骨干網(wǎng)上，而AP的另一端通過天線組的輻射，以空間自由波為介質(zhì)，與列車車載通信單元進(jìn)行通信。由于車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖橇熊囄恢?、速度、方向及運(yùn)行命令等重要信息，因此對(duì)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、丟包率等都有嚴(yán)格要求。

軌旁AP應(yīng)包括1個(gè)或2個(gè)完全冗余的無線單元協(xié)同工作，即軌旁無線覆蓋是完全的雙層覆蓋。軌旁AP應(yīng)跟據(jù)本地拓?fù)錀l件與1組或2組含2～4個(gè)天線的天線組連接，每個(gè)AP通過光纖以太網(wǎng)傳輸層分別連接到相應(yīng)的接入交換機(jī)中。每個(gè)接入交換機(jī)直接與其所屬的骨干交換機(jī)連接，從而接入到骨干網(wǎng)。

AP的覆蓋區(qū)應(yīng)沒有縫隙甚至冗余，且數(shù)量不能太多，因此，根據(jù)IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)的物理層參數(shù)，結(jié)合ISM 2.4 GHz頻段的信號(hào)傳播模型，進(jìn)行AP間距的設(shè)計(jì)。當(dāng)車地間距是300 m，傳輸速率是18 Mbps時(shí)，不同傳輸速率的列車接收信號(hào)電平低于靈敏度的概率都大于99%。因此AP布置間距應(yīng)設(shè)計(jì)為300 m，此距離也同樣符合對(duì)包丟失率的控制標(biāo)準(zhǔn) ，信息交互數(shù)據(jù)流示意如圖5所示。

圖5 車地通信信息交互數(shù)據(jù)流圖

3.1.2 車車通信技術(shù)

TACS以“列車”為控制目標(biāo)、以列車“自主”運(yùn)行為終極目的，采用簡(jiǎn)化系統(tǒng)控制架構(gòu)、縮短控制環(huán)節(jié)、車載多系統(tǒng)融合等手段，實(shí)現(xiàn)基于車車通信及資源管理的移動(dòng)閉塞列車控制系統(tǒng)，車車通信是TACS的核心內(nèi)容之一。列車智能化運(yùn)用基于全方位態(tài)勢(shì)感知、故障診斷、運(yùn)行控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通移動(dòng)裝備的自感知、自診斷、自決策、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自修復(fù)、自動(dòng)駕駛的功能，TACS列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)圖如圖6所示。

圖6 基于TACS列車自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)圖

TACS以車載控制器為核心的扁平化架構(gòu)（車車通信）主要體現(xiàn)在以 車載控制器為安全防護(hù)、自動(dòng)運(yùn)行的核心，弱化中心限制，更利于系統(tǒng)部署和擴(kuò)展。TACS基于資源管理的進(jìn)路防護(hù)算法主要表現(xiàn)為以高精度行車資源管理為基礎(chǔ)的進(jìn)路防護(hù)算法，提供靈活的安全防護(hù)能力，可在任意位置為列車建立任意方向安全進(jìn)路。TACS車載自主進(jìn)路體現(xiàn)為車載控制器實(shí)時(shí)從ATS中同步本車的時(shí)刻表信息，在中心ATS故障時(shí)，列車可繼續(xù)按照時(shí)刻表運(yùn)行。TACS完善的降級(jí)設(shè)計(jì)為軌旁控制器提供完整的降級(jí)進(jìn)路防護(hù)功能，系統(tǒng)支持CBTC列車和降級(jí)列車混和運(yùn)行。具體的控制流程如下。

（1）列車從中央ATS獲取預(yù)先編排好的時(shí)刻表運(yùn)行圖或?qū)崟r(shí)人工進(jìn)路（時(shí)刻表可在每日列車上線運(yùn)行時(shí)預(yù)先下載保存），并根據(jù)線路信息自動(dòng)計(jì)算行進(jìn)和停站計(jì)劃。

（2）OC實(shí)時(shí)登記列車信息和道岔進(jìn)路等資源占用情況，并向列車反饋執(zhí)行列車動(dòng)作命令。

（3）列車在正線行駛時(shí)，車載控制器（OBC）直接向鄰車報(bào)告和獲取位置、獲得鄰車區(qū)段資源占用和釋放信息、向鄰車申請(qǐng)資源占用，同時(shí)向OC匯報(bào)登記位置并查詢道岔區(qū)段等實(shí)體資源的占用情況。根據(jù)自主計(jì)算的進(jìn)路通過車載控制單元（CCU）、制動(dòng)控制單元（BCU）、牽引控制單元（TCU）計(jì)算牽引制動(dòng)曲線進(jìn)行控制。

（4）OC對(duì)實(shí)體資源狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和控制，同時(shí)接受來自控制中心（OCC）的臨時(shí)操作命令，如限速、扣車跳停、臨時(shí)交路、人工進(jìn)路排布等。

3.2 系統(tǒng)工作原理對(duì)比分析

3.2.1 車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

傳統(tǒng)車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)基于軌旁信號(hào)設(shè)備控制列車進(jìn)路、實(shí)時(shí)計(jì)算移動(dòng)授權(quán)；通過車載信號(hào)設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車定位、實(shí)施控制列車運(yùn)行。系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整軌旁間隔，所有車輛的信號(hào)控制采用控制中心集中式控制，統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行，工作原理如圖7所示。

圖7 車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

3.2.2 車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)是所有運(yùn)行列車采取列車主動(dòng)進(jìn)路，列車自主防護(hù)，列車自主調(diào)整，分布式控制，實(shí)現(xiàn)列車全自動(dòng)運(yùn)行智慧化，減少控制中心人為調(diào)度強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)列車之間信號(hào)互相感知，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)全方位精準(zhǔn)感知、運(yùn)行趨勢(shì)智能化分析預(yù)判、信息指令一體化主動(dòng)推送、運(yùn)行規(guī)則擬人化，線路上所有運(yùn)行列車互相間保持信息暢通，每列列車不斷修正自己的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)化等相關(guān)功能，工作原理如圖8所示。

圖8 車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

3.3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及接口對(duì)比分析

3.3.1 車地和車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)基于車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)功能主要包括列車識(shí)別與追蹤、列車進(jìn)路、列車運(yùn)行圖/時(shí)刻表編輯和管理、列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整、能量?jī)?yōu)化、中心人機(jī)界面、車站人機(jī)界面、報(bào)告、報(bào)警與存檔、列車安全分隔/移動(dòng)授權(quán)、臨時(shí)限速、列車定位、超速防護(hù)、列車自動(dòng)駕駛、進(jìn)路控制、道岔和信號(hào)機(jī)控制、輔助列車檢查、地面設(shè)備間通信、車地?zé)o線通信等。基于車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)功能主要有列車注冊(cè)、時(shí)鐘同步、篩選、移動(dòng)授權(quán)、路徑信息、屏蔽門系統(tǒng)（PSD）/緊急停車按鈕（ESB）/道岔狀態(tài)、臨時(shí)限速、區(qū)域防護(hù)、庫(kù)門防護(hù)、軌旁人員作業(yè)防護(hù)開關(guān)（SPKS）、CBTC模式進(jìn)路辦理、降級(jí)模式進(jìn)路辦理、CBTC模式停穩(wěn)信息、停車保證、計(jì)軸故障檢測(cè)、列車完整性檢測(cè)、障礙物檢測(cè)、喚醒、休眠、列車間隔調(diào)整等。功能實(shí)現(xiàn)及其所涉及系統(tǒng)對(duì)比分析如表1。

3.3.2 車地和車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)接口

傳統(tǒng)車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部接口包括ATS與車站聯(lián)鎖系統(tǒng)（CBI）、CBI與ZC、ZC與VOBC、VOBC與CBI、CBI與相鄰CBI，以及ZC與相鄰ZC之間接口等，接口關(guān)系復(fù)雜。車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)部接口包括ATS與OC、ATS與OBC、OC與OBC，以及OBC與相鄰OBC之間接口等，接口系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，系統(tǒng)的智能化水平高，具體如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)接口對(duì)比分析

3.4 系統(tǒng)性能指標(biāo)和能力對(duì)比分析及總結(jié)

TACS列控系統(tǒng)將傳統(tǒng)CBTC信號(hào)系統(tǒng)的OBC-ZC/CBI的集中式控制架構(gòu)改為OBC-OBC、OBC-OC的分散式控制架構(gòu)，基于車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)和基于車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性、可用性、安全性指標(biāo)，以及系統(tǒng)能力對(duì)比分析如表2所示。

表 1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及其所涉及系統(tǒng)對(duì)比分析

表2 系統(tǒng)性能指標(biāo)和能力對(duì)比分析

車地通信技術(shù)相對(duì)比車車通信技術(shù)具有技術(shù)復(fù)雜、傳輸節(jié)點(diǎn)多、故障率相對(duì)較高、工作原理復(fù)雜、軌旁和車站機(jī)房設(shè)備多、接口較多、車體自動(dòng)化、智能化水平較低，在建設(shè)期間具有軌旁設(shè)備安裝多、夜間施工多、工期長(zhǎng)、設(shè)備安裝空間緊張、風(fēng)險(xiǎn)大、設(shè)備用房面積大、調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)量大、復(fù)雜的地面設(shè)備、信號(hào)與車輛的單獨(dú)維護(hù)；基于車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，在建設(shè)期間具有安裝設(shè)備少、夜間施工少、工期短、設(shè)備安裝空間小、風(fēng)險(xiǎn)小、設(shè)備室面積減少15%～20%、調(diào)試時(shí)間縮短30%等特點(diǎn)，后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)量小、復(fù)雜的地面設(shè)備、維護(hù)工作量減少。

基于車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)從技術(shù)對(duì)比、工作原理、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)特點(diǎn)、系統(tǒng)維護(hù)、性能對(duì)比都明顯優(yōu)于基于車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，雖然兩者均為列車自動(dòng)運(yùn)行安全系統(tǒng)，但TACS系統(tǒng)可靠性、可用性、安全性均提高，TACS系統(tǒng)能力提升15%～30%。

4 結(jié)束語

隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)地鐵系統(tǒng)的全面建設(shè)和覆蓋，基于車車通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、系統(tǒng)特點(diǎn)、系統(tǒng)維護(hù)、性能對(duì)比都明顯優(yōu)于基于車地通信列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以更好的提高行車智慧化水平，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行更安全、更智能，賦予列車海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)協(xié)同、智能分析、精準(zhǔn)定位等功能，降低系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，助力信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，使地鐵運(yùn)營(yíng)朝著智慧化方向發(fā)展。