基于車載控制平臺(tái)的列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)

基于車載控制平臺(tái)的列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)

（TBAC）目錄2.解決問(wèn)題的思路3.基于車載控制平臺(tái)的列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)4.優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)1.問(wèn)題的提出5.進(jìn)一步思考1隨著我國(guó)城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，城市軌道交通車輛及信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)水平已獲得了持續(xù)進(jìn)步，軌道交通智能化已成為發(fā)展趨勢(shì)，智能化、網(wǎng)絡(luò)化將為城市軌道交通注入新的發(fā)展活力。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流的城市軌道交通車輛及信號(hào)系統(tǒng)，具有發(fā)車間隔小，運(yùn)營(yíng)效率高等優(yōu)勢(shì)，但其自身的系統(tǒng)架構(gòu)及功能分配等也一定程度的限制了智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。因此，我們需要分析目前城軌系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并對(duì)列車智能等技術(shù)進(jìn)行深入研究，尋求解決方案，從而促進(jìn)我國(guó)軌道交通創(chuàng)新發(fā)展。21.問(wèn)題的提出既有信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想既有的信號(hào)系統(tǒng)都基于聯(lián)鎖和區(qū)域控制器（ZC）雙核心架構(gòu)，并采用集中控制方式。其中聯(lián)鎖系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理和分配線路資源（如軌道區(qū)段和道岔），ZC通過(guò)采集區(qū)域內(nèi)所有在線列車位置及來(lái)自聯(lián)鎖的線路資源信息計(jì)算移動(dòng)授權(quán)，并將該信息發(fā)送給車載ATP設(shè)備，車載設(shè)備據(jù)此控制列車運(yùn)行。31.問(wèn)題的提出既有信號(hào)系統(tǒng)存在的問(wèn)題任何信號(hào)控制邏輯都必須經(jīng)過(guò)車載-ZC-聯(lián)鎖三個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)處理，子系統(tǒng)之間會(huì)出現(xiàn)傳輸延時(shí)等問(wèn)題，且所有安全相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)均須考慮CBTC和后備混跑的場(chǎng)景，并取最差情況，因此會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行效率大大降低；一旦ZC故障，必須降級(jí)到后備模式，而后備模式運(yùn)營(yíng)需要遵循較多的安全限制，從而增加了軌旁設(shè)備，使得整體系統(tǒng)的可靠性降低；41.問(wèn)題的提出5既有信號(hào)系統(tǒng)存在的問(wèn)題列車進(jìn)路和安全防護(hù)等關(guān)鍵功能是基于“地面—列車”的體系結(jié)構(gòu)，配置設(shè)備多、實(shí)時(shí)性低，不利于進(jìn)一步縮短列車追蹤間隔；同時(shí)，造成建設(shè)和運(yùn)用維護(hù)成本高；軌道交通信號(hào)廠商較多，設(shè)備制式不統(tǒng)一，不利于線網(wǎng)互聯(lián)互通。因此，提出了基于車載控制平臺(tái)的列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)

1.問(wèn)題的提出

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通相關(guān)技術(shù)獲得了持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：2015年2月，中國(guó)工信部明確將1.8G（1785-1805MHz）頻段作為城市軌道交通等行業(yè)專用頻段，在此基礎(chǔ)上結(jié)合第四代無(wú)線通信技術(shù)（TD-LTE），形成了城市軌道交通無(wú)線通信技術(shù)平臺(tái)LTE-M?；贚TE-M的無(wú)線通信技術(shù)在城軌系統(tǒng)中已成熟應(yīng)用，解決了“車—車/地”之間實(shí)時(shí)、高效、高可靠的通信問(wèn)題?；诙嗑W(wǎng)融合的智能城軌列車相關(guān)核心技術(shù)日益成熟，具備了推廣應(yīng)用的條件。以上技術(shù)為實(shí)現(xiàn)基于車載控制平臺(tái)的列車自動(dòng)運(yùn)行控制提供了技術(shù)保證。62.1新技術(shù)的發(fā)展為問(wèn)題的解決提供了可能2.解決問(wèn)題的思路以基于“車—車”通信的車載控制為核心：整合線路資源和移動(dòng)授權(quán)管理功能，將軌旁的聯(lián)鎖以及區(qū)域控制器與傳統(tǒng)車載控制系統(tǒng)在車載控制平臺(tái)進(jìn)行深度融合與集成，軌旁只設(shè)置目標(biāo)控制器（OCS）和必要的基礎(chǔ)設(shè)備；將線路資源管理和移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算調(diào)整至車載設(shè)備；基于以上，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)功能邏輯，實(shí)現(xiàn)列車主動(dòng)進(jìn)路和列車自主防護(hù)，從而提高線路資源利用效率和系統(tǒng)可靠性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)降級(jí)的處理流程。72.2設(shè)計(jì)思想2.解決問(wèn)題的思路82.2設(shè)計(jì)思想2.解決問(wèn)題的思路將傳統(tǒng)的車載信號(hào)系統(tǒng)功能與列車控制系統(tǒng)深度融合：采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)構(gòu)建的控制網(wǎng)絡(luò)，將傳統(tǒng)列車的多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，使全車所有智能設(shè)備統(tǒng)一納入該網(wǎng)絡(luò)管理；從列車全系統(tǒng)角度實(shí)現(xiàn)一體化的列車安全設(shè)計(jì)；該方案優(yōu)化了車載網(wǎng)絡(luò)布局，有利于提高列車性能和可靠性，也有利于基于統(tǒng)一平臺(tái)對(duì)列車進(jìn)行管理、控制和維護(hù)。93.1系統(tǒng)組成與功能3.基于車載控制平臺(tái)的列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)車載控制子系統(tǒng)ATC子系統(tǒng)車輛控制子系統(tǒng)軌旁子系統(tǒng)（OCS）目標(biāo)控制器軌旁基礎(chǔ)設(shè)備無(wú)線通信子系統(tǒng)（DCS）ATS子系統(tǒng)由ATC控制制單單元元和和車車輛輛控控制制單單元元組組成成。。采用用一一體體化化設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)思思想想，，通通過(guò)過(guò)構(gòu)構(gòu)建建基基于于實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)以以太太網(wǎng)網(wǎng)技技術(shù)術(shù)的的一一體體化化控控制制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，，將將傳傳統(tǒng)統(tǒng)車車載載信信號(hào)號(hào)系系統(tǒng)統(tǒng)及及列列車車控控制制與與管管理理網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、、牽牽引引系系統(tǒng)統(tǒng)、、制制動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)、、門(mén)門(mén)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)、、空空調(diào)調(diào)系系統(tǒng)統(tǒng)、、火火災(zāi)災(zāi)報(bào)報(bào)警警系系統(tǒng)統(tǒng)、、旅旅客客信信息息系系統(tǒng)統(tǒng)等等進(jìn)進(jìn)行行高高度度融融合合，基于于統(tǒng)統(tǒng)一一平平臺(tái)臺(tái)對(duì)對(duì)列列車車進(jìn)進(jìn)行行管管理理、、控控制制和和維維護(hù)護(hù)。。優(yōu)化化車車載載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)布布局局及及子子系系統(tǒng)統(tǒng)間間接接口口，，降降低低系系統(tǒng)統(tǒng)復(fù)復(fù)雜雜度度，，從而而提高高系系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)性性、列車車性性能能和和可可靠靠性性；103.1系統(tǒng)統(tǒng)組組成成與與功功能能3.基于于車車載載控控制制平平臺(tái)臺(tái)的的列列車車自自動(dòng)動(dòng)運(yùn)運(yùn)行行控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)3.1.1車載載控控制制子子系系統(tǒng)統(tǒng)OBCU負(fù)責(zé)責(zé)線路路資資源源管管理理、移動(dòng)動(dòng)授授權(quán)權(quán)計(jì)計(jì)算算、列列車車定定位位、、列列車車安安全全追追蹤蹤、、“速速度度-距離離””曲曲線線控控制制、、停停車車防防護(hù)護(hù)、、退退行行防防護(hù)護(hù)、、列列車車無(wú)無(wú)意意識(shí)識(shí)移移動(dòng)動(dòng)防防護(hù)護(hù)、、完完整整性性防防護(hù)護(hù)、、屏屏蔽蔽門(mén)門(mén)聯(lián)聯(lián)動(dòng)動(dòng)等等功功能能，，其其安安全全完完整整性性等等級(jí)級(jí)應(yīng)應(yīng)為為SIL4，并并應(yīng)應(yīng)采采用用3取2或2乘2取2結(jié)構(gòu)構(gòu)。。DTO負(fù)責(zé)責(zé)列列車車生生成成運(yùn)運(yùn)行行曲曲線線、、區(qū)區(qū)間間自自動(dòng)動(dòng)運(yùn)運(yùn)行行、、站站內(nèi)內(nèi)精精確確停停車車、、車車站站自自動(dòng)動(dòng)發(fā)發(fā)車車等等功功能能，，其其安安全全完完整整性性等等級(jí)級(jí)應(yīng)應(yīng)為為SIL2。113.1系統(tǒng)統(tǒng)組組成成與與功功能能3.基于于車車載載控控制制平平臺(tái)臺(tái)的的列列車車自自動(dòng)動(dòng)運(yùn)運(yùn)行行控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)3.1.1車載載控控制制子子系系統(tǒng)統(tǒng)123.1系統(tǒng)統(tǒng)組組成成與與功功能能3.基于于車車載載控控制制平平臺(tái)臺(tái)的的列列車車自自動(dòng)動(dòng)運(yùn)運(yùn)行行控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)3.1.2軌旁旁子子系系統(tǒng)統(tǒng)由目目標(biāo)標(biāo)控控制制器器（（僅僅有有岔岔站站設(shè)設(shè)置置））、、軌軌旁旁基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)備備等等組組成成；；目標(biāo)標(biāo)控控制制器器滿滿足足SIL4，用用于于監(jiān)監(jiān)控控軌軌旁旁基基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)設(shè)備備。。133.1系統(tǒng)組成成與功能能3.基于車載載控制平平臺(tái)的列列車自動(dòng)動(dòng)運(yùn)行控控制系統(tǒng)統(tǒng)3.1.3無(wú)線通信信子系統(tǒng)統(tǒng)DCS子系統(tǒng)負(fù)負(fù)責(zé)為各各系統(tǒng)提提供安全全或非安安全的信信號(hào)傳輸輸通道，，采用基基于LTE的DCS系統(tǒng)。由于系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)可用用性、可可靠性的的要求非非常高，，通常要要求雙網(wǎng)網(wǎng)設(shè)計(jì)。。143.2系統(tǒng)功能能分配3.基于車載載控制平平臺(tái)的列列車自動(dòng)動(dòng)運(yùn)行控控制系統(tǒng)統(tǒng)由于將軌軌旁的聯(lián)聯(lián)鎖設(shè)備備與區(qū)域域控制器器與車載載控制系系統(tǒng)在車車載控制制平臺(tái)進(jìn)進(jìn)行深度度融合與與集成，，以下主主要功能能將重新新分配，，移至車車載平臺(tái)臺(tái)：移動(dòng)授權(quán)權(quán)計(jì)算線路資源管理理進(jìn)路控制制優(yōu)化了系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)，只需需要在有有岔站布布置OCS，簡(jiǎn)化了了車站/軌旁設(shè)備備構(gòu)成和和控制邏邏輯，與與傳統(tǒng)系系統(tǒng)相比比，減少少了系統(tǒng)統(tǒng)延時(shí)，，提高了了系統(tǒng)效效率以及及可靠性性，同時(shí)時(shí)也大大大減少系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)、建建設(shè)、維維護(hù)成本本；系統(tǒng)功能能進(jìn)行了了再分配配，將線線路資源源管理及及移動(dòng)授授權(quán)功能能由軌旁旁移至車車載，車車載控制數(shù)據(jù)據(jù)流直達(dá)達(dá)控制對(duì)對(duì)象，提提高了系系統(tǒng)的實(shí)實(shí)時(shí)性，，從而可以以減小列車車追蹤間間隔；基于“車車—車”通信信的列車車控制，，通過(guò)系系統(tǒng)構(gòu)成成、設(shè)備備接口、、控制邏邏輯以及及通訊協(xié)協(xié)議等的的規(guī)范化化和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化，使使列車能能夠在同同制式不不同線路路間以自自組織模模式跨線線運(yùn)行，，從而實(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)營(yíng)；154.優(yōu)勢(shì)與特特點(diǎn)信號(hào)與車輛的一體化設(shè)設(shè)計(jì)，使信號(hào)與與列車TCMS等深度融融合，減少了控控制過(guò)程程中的報(bào)報(bào)文、運(yùn)運(yùn)算和發(fā)發(fā)送環(huán)節(jié)節(jié)，提高高控制效效率；再通過(guò)過(guò)采用智智能化的的駕駛控控制技術(shù)術(shù)和牽引引制動(dòng)技技術(shù)，來(lái)來(lái)提升列列車整體體的的智智能化、、自動(dòng)化化水平；；利用““車—車”無(wú)線線通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)跟蹤蹤關(guān)聯(lián)列列車運(yùn)行行狀態(tài)，，實(shí)現(xiàn)以以列車為為主體、、列車自自律為基基礎(chǔ)的無(wú)無(wú)人的智智能駕駛駛，進(jìn)一一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)軌道交交通的智智能化運(yùn)運(yùn)行。164.優(yōu)勢(shì)與特特點(diǎn)175.進(jìn)一步思思考需要地鐵鐵公司與與信號(hào)、、車輛和和牽引制制造企業(yè)業(yè)等合作作，結(jié)合地地鐵示范線路的實(shí)實(shí)施，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行行驗(yàn)證，，最終制制定基于于車載控控制平臺(tái)臺(tái)的列車車自動(dòng)運(yùn)運(yùn)行控制制系統(tǒng)規(guī)規(guī)范體系系，以確確保