列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)(6)——發(fā)展趨勢

1、列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)(6)發(fā)展趨勢發(fā)布時(shí)間：2008-05-16 點(diǎn)擊次數(shù)：4190         為確保軌道交通列車運(yùn)行安全和提高運(yùn)輸效率，迫切需要裝備性能先進(jìn)、安全可靠的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(以下簡稱列控系統(tǒng))。我國鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)具備一定基礎(chǔ)。但還不能滿足我國鐵路客運(yùn)專線和城市軌道交通的發(fā)展需求，其列控系統(tǒng)基本還是靠引進(jìn)。國外系統(tǒng)雖具有先進(jìn)、相對成熟的特點(diǎn)，但造價(jià)高和運(yùn)營維護(hù)成本高，技術(shù)受制于人。為此，我國應(yīng)加快發(fā)展適合于我國國情的列控系統(tǒng)。在鐵路交通方面，參照歐洲列控系統(tǒng)(ETCS)發(fā)展

2、中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)，并采用專門為鐵路劃分頻段的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM-R)歐洲標(biāo)準(zhǔn)作為發(fā)展我國鐵路綜合數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用以建設(shè)無線列調(diào)、無線通信業(yè)務(wù)和列車控制系統(tǒng)信息傳輸通道；在城市軌道交通領(lǐng)域參照相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，采用商用設(shè)備(Commercial Off-The-Shelf，簡稱COTS)技術(shù)發(fā)展列控系統(tǒng)。在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，研究新一代基于移動(dòng)通信的列控系統(tǒng)(CBTC)。一、CBTC組成和原理        CBTC系統(tǒng)擺脫了用地面軌道電路設(shè)備判別列車占用和信息傳輸?shù)氖`，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞

3、。在CBTC系統(tǒng)中充分利用通信傳輸手段，實(shí)時(shí)或定時(shí)地進(jìn)行列車與地面間的雙向通信，后續(xù)列車可以及時(shí)了解前方列車運(yùn)行情況，通過實(shí)時(shí)計(jì)算，后續(xù)列車可給出最佳制動(dòng)曲線，從而提高了區(qū)間通行能力，又減少了頻繁減速制動(dòng)，改善了旅客乘車舒適度，地面可以及時(shí)地向車載控制設(shè)備傳遞車輛運(yùn)行前方線路限速情況，指導(dǎo)列車按線路限制條件運(yùn)行，大大提高了列車運(yùn)行安全性。圖1  CBTC控制系統(tǒng)的組成        一般CBTC系統(tǒng)包括地面無線閉塞控制中心、列車的車載設(shè)備、地一車雙向的信息傳輸系統(tǒng)和列車定位系統(tǒng)(圖1)。  &#

4、160;     地面無線閉塞控制中心將根據(jù)列車1的位置信息和線路障礙物的狀態(tài)信息以及聯(lián)鎖狀況為后行列車2計(jì)算移動(dòng)授權(quán)(Movement Authority，簡稱MA)，即限制速度值。MA是列車2安全行駛至下一個(gè)停車位置所需的一個(gè)正式授權(quán)實(shí)現(xiàn)列車的安全間隔控制。列車安全間隔距離是根據(jù)最大允許車速、當(dāng)前停車點(diǎn)位置、線路等信息計(jì)算得出，信息被動(dòng)態(tài)循環(huán)刷新。        CBTC系統(tǒng)的車載控制設(shè)備實(shí)時(shí)比較列車的實(shí)際速度與接收到的MA，當(dāng)列車實(shí)際速度超過MA的限制速度，將自動(dòng)實(shí)施常用制動(dòng)或緊

5、急制動(dòng)，保證列車安全停在安全點(diǎn)前。        CBTC系統(tǒng)的地一車信息傳輸系統(tǒng)通?？刹捎脽o線通信、地面交叉感應(yīng)環(huán)線、波導(dǎo)管等媒體向車載控制設(shè)備傳遞信息。        為確保安全，CBTC系統(tǒng)中列車必須對自身位置和運(yùn)行方向進(jìn)行精確判定。為判定位置，列車的車載計(jì)算機(jī)與轉(zhuǎn)速計(jì)/速度傳感器/加速度計(jì)(用于測量距離、速度和加速度)及軌旁定位應(yīng)答器共同合作，實(shí)現(xiàn)列車的準(zhǔn)確定位。二、關(guān)鍵技術(shù)1、地-車信息傳輸技術(shù)    &#

6、160;   地-車信息傳輸技術(shù)則是CBTC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，主要的地一車信息傳輸方式有幾種。        (1)基于環(huán)線傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)(圖2)。在兩軌間敷設(shè)交叉型感應(yīng)環(huán)線，環(huán)線每隔25m或50m交叉1次。它可以用于列車定位，也可作為列車與地面之間的雙向數(shù)據(jù)通信媒體。圖2  基于環(huán)線傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)        (2)基于波導(dǎo)管傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)(圖3)。漏泄波導(dǎo)管可靠性很高。當(dāng)?shù)孛婵刂浦行陌l(fā)射出的電磁波沿波導(dǎo)管傳輸時(shí)

7、，在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪◤牟▽?dǎo)管槽孔輻射到周圍空間，在其外部產(chǎn)生漏泄電場，列車從中獲取信息能量，從而實(shí)現(xiàn)與地面的通信。同樣，列車發(fā)出的電磁波，在波導(dǎo)管外部產(chǎn)生漏泄電場，也會(huì)耦合到波導(dǎo)管中，實(shí)現(xiàn)與控制中心通信。圖3  基于波導(dǎo)管傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)        (3)基于無線自由波傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)(圖4)。目前在CBTC系統(tǒng)中，完全采用無線傳輸?shù)姆绞接袃煞N：一種是采用移動(dòng)通信GSM-R作為地-車信息傳輸?shù)拿浇?；另一種是采用基于IEEE8021l系列標(biāo)準(zhǔn)的WLAN無線網(wǎng)絡(luò)作為地一車信息傳輸?shù)拿浇椤D4  基

8、于無線自由波傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)        基于GSM Phase2+標(biāo)準(zhǔn)的GSM-R，是國際鐵路聯(lián)盟(UIC和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI為歐洲新一代鐵路無線移動(dòng)通信開發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲，基于ERTMS標(biāo)準(zhǔn)的列控系統(tǒng)(ETCS)，采用GSM-R作為傳輸系統(tǒng)。GSM-R為地面無線控制中心和車載控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸提供安全的無線傳輸通道。        無線局域網(wǎng)(WLAN)是無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一種重要的分支。無線局域網(wǎng)解決方案已經(jīng)開始成為商務(wù)客戶寬帶網(wǎng)絡(luò)連接

9、的一種可選方案。2、列車定位技術(shù)        在CBTC系統(tǒng)中，要求列車的定位技術(shù)更為安全、可靠。目前典型應(yīng)用的列車定位技術(shù)采用列車車載自身定位與地面絕對位置校正設(shè)備有效結(jié)合的方式，其中地面絕對位置校正設(shè)備包括：應(yīng)答器、交叉軌道環(huán)線、裂縫波導(dǎo)等。當(dāng)然還有其他一些定位方式，如GPS、無線定位等。        (1)軌旁應(yīng)答器定位：應(yīng)答器是安裝在線路沿線反映線路絕對位置的物理標(biāo)志。列車通過后將列車車載測量的距離與該信標(biāo)在數(shù)據(jù)庫中的位置進(jìn)行比較，從而消除列車

10、位置測量的誤差。        (2)軌旁裂縫波導(dǎo)定位：裂縫波導(dǎo)是一種中空的鋁質(zhì)矩形方管，在其頂部每隔一定間隔開有窄縫，采用連續(xù)波頻率通過裂縫耦合出不均勻的場強(qiáng)，對連續(xù)波的場強(qiáng)進(jìn)行采集和處理，并通過計(jì)數(shù)器確定列車經(jīng)過的裂縫數(shù)，從而計(jì)算出列車走行的距離，確定列車在線路中的位置。        (3)軌旁交叉電纜環(huán)線定位：在整個(gè)線路沿線軌道中間鋪設(shè)電纜環(huán)線，列車經(jīng)過每個(gè)環(huán)線電纜交叉點(diǎn)時(shí)，車載設(shè)備檢測環(huán)線內(nèi)信號的相位變化，并對相位變化的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而確定列車

11、運(yùn)行的位置。        (4)無線擴(kuò)頻通信定位：軌旁電臺的位置是固定不變的，所有的電臺都由同步時(shí)鐘精確同步。軌旁計(jì)算機(jī)或車載計(jì)算機(jī)利用不同電臺傳輸信息的時(shí)間延時(shí)可以精確計(jì)算出列車的位置。        (5)車載列車設(shè)備定位：車載定位設(shè)備主要采用速度傳感器和加速度計(jì)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)列車移動(dòng)體的速度和走行距離的測量。三、主要特點(diǎn)和發(fā)展方向1、特點(diǎn)        與傳統(tǒng)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)

12、不同，CBTC系統(tǒng)可以不再依賴軌道電路進(jìn)行列車定位，而是通過列車自身產(chǎn)生位置報(bào)告，通過車一地雙向通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)與地面無線閉塞控制中心進(jìn)行信息交互傳送，從而實(shí)現(xiàn)列車的安全間隔和速度控制。它具有如下特點(diǎn)。        (1)大容量睦續(xù)雙向車一地通信。        (2)地面設(shè)備及車載設(shè)備均采用安全計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理列車狀態(tài)、控制命令，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的間隔控制、進(jìn)路控制、速度防護(hù)、自動(dòng)駕駛等。      

13、60; (3)高精度列車定位。        (4)列車運(yùn)行控制靈活、高精度，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞。        (5)設(shè)備集成度高，可減少地面設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并改善可靠性和可維修性，減少全壽命周期成本。        (6)CBTC信息可以疊加在既有信號系統(tǒng)上，便于既有線改造，可實(shí)現(xiàn)城市軌道交通的互連互通。2、發(fā)展方向     

14、0;  (1)系統(tǒng)化?，F(xiàn)代軌道交通的控制系統(tǒng)已從調(diào)度、聯(lián)鎖、閉塞、信號機(jī)等設(shè)備的簡單組合，向集調(diào)度指揮、運(yùn)行控制及自動(dòng)駕駛為一體的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。        (2)網(wǎng)絡(luò)化。地面局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)及車一地間的無線通信網(wǎng)將軌道交通的控制中心、車站及列車連成一個(gè)有機(jī)整體，使指揮中心能夠全面了解轄區(qū)內(nèi)的各種情況，靈活配置系統(tǒng)資源，保證系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。        (3)信息化。能迅速、準(zhǔn)確獲得軌道交通運(yùn)營管理的實(shí)時(shí)信息，在保證系統(tǒng)安全、高效運(yùn)營的同時(shí)，可大大提高旅客服務(wù)水平。        (4)智能化。使調(diào)度指揮系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，及時(shí)自動(dòng)調(diào)整列車運(yùn)行，使整個(gè)軌道交通系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到最優(yōu)化，并大大減低勞動(dòng)強(qiáng)度。        (5)通信信號一體化。通信技術(shù)在軌道交通信號系統(tǒng)中大量運(yùn)用使通信信號趨于