列车自动控制系统(ATC)——发展趋势

列车自动控制系统(ATC>(6>——发展趋势

发布时间：2008-05-16 点击次数：4190

为确保轨道交通列车运行安全和提高运输效率,迫切需要装备性能先进、安全可靠地列车运行控制系统(以下简称列控系统>.我国铁路列车运行控制系统经过几十年地发展,已经具备一定基础.但还不能满足我国铁路客运专线和城市轨道交通地发展需求,其列控系统基本还是靠引进.国外系统虽具有先进、相对成熟地特点,但造价高和运营维护成本高,技术受制于人.为此,我国应加快发展适合于我国国情地列控系统.在铁路交通方面,参照欧洲列控系统(ETCS>发展中国列车运行控制系统(CTCS>,并采用专门为铁路划分频段地全球移动通信系统(GSM-R>欧洲标准作为发展我国铁路综合数字移动通信网络地技术标准,用以建设无线列调、无线通信业务和列车控制系统信息传输通道；在城市轨道交通领域参照相关国际标准,采用商用设备(Commercial Off-The-Shelf,简称COTS>技术发展列控系统.在消化吸收国外先进技术地同时,研究新一代基于移动通信地列控系统(CBTC>. 一、CBTC组成和原理

CBTC系统摆脱了用地面轨道电路设备判别列车占用和信息传输地束缚,实现了移动闭塞.在CBTC系统中充分利用通信传输手段,实时或定时地进行列车与地面间地双向通信,后续列车可以及时了解前方列车运行情况,通过实时计算,后续列车可给出最佳制动曲线,从而提高了区间通行能力,又减少了频繁减速制动,改善了旅客乘车舒适度,地面可以及时地向车载控制设备传递车辆运行前方线路限速情况,指导列车按线路限制条件运行,大大提高了列车运行安全性.

图1 CBTC控制系统地组成

一般CBTC系统包括地面无线闭塞控制中心、列车地车载设备、地一车双向地信息传输系统和列车定位系统(图1>.

地面无线闭塞控制中心将根据列车1地位置信息和线路障碍物地状态信息以及联锁状况为后行列车2计算移动授权(Movement Authority,简称MA>,即限制速度值.MA是列车2安全行驶至下一个停车位置所需地一个正式授权实现列车地安全间隔控制.列车安全间隔距离是根据最大允许车速、当前停车点位置、线路等信息计算得出,信息被动态循

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环刷新.

CBTC系统地车载控制设备实时比较列车地实际速度与接收到地MA,当列车实际速度超过MA地限制速度,将自动实施常用制动或紧急制动,保证列车安全停在安全点前.

CBTC系统地地一车信息传输系统通常可采用无线通信、地面交叉感应环线、波导管等媒体向车载控制设备传递信息.

为确保安全,CBTC系统中列车必须对自身位置和运行方向进行精确判定.为判定位置,列车地车载计算机与转速计/速度传感器/加速度计(用于测量距离、速度和加速度>及轨旁定位应答器共同合作,实现列车地准确定位. 二、关键技术 1、地-车信息传输技术

地-车信息传输技术则是CBTC系统地关键技术,主要地地一车信息传输方式有几种.

(1>基于环线传输地CBTC系统(图2>.在两轨间敷设交叉型感应环线,环线每隔25m或50m交叉1次.它可以用于列车定位,也可作为列车与地面之间地双向数据通信媒体.

图2 基于环线传输地CBTC系统

(2>基于波导管传输地CBTC系统(图3>.漏泄波导管可靠性很高.当地面控制中心发射出地电磁波沿波导管传输时,在波导管内传输地电磁波从波导管槽孔辐射到周围空间,在其外部产生漏泄电场,列车从中获取信息能量,从而实现与地面地通信.同样,列车发出地电磁波,在波导管外部产生漏泄电场,也会耦合到波导管中,实现与控制中心通信.

图3 基于波导管传输地CBTC系统

(3>基于无线自由波传输地CBTC系统(图4>.目前在CBTC系统中,完全采

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用无线传输地方式有两种：一种是采用移动通信GSM-R作为地-车信息传输地媒介；另一种是采用基于IEEE802．1l系列标准地WLAN无线网络作为地一车信息传输地媒介.

图4 基于无线自由波传输地CBTC系统

基于GSM Phase2+标准地GSM-R,是国际铁路联盟(UIC和欧洲电信标准协会ETSI为欧洲新一代铁路无线移动通信开发地技术标准.在欧洲,基于ERTMS标准地列控系统(ETCS>,采用GSM-R作为传输系统.GSM-R为地面无线控制中心和车载控制设备之间地数据传输提供安全地无线传输通道.

无线局域网(WLAN>是无线网络领域地一种重要地分支.无线局域网解决方案已经开始成为商务客户宽带网络连接地一种可选方案. 2、列车定位技术

在CBTC系统中,要求列车地定位技术更为安全、可靠.目前典型应用地列车定位技术采用列车车载自身定位与地面绝对位置校正设备有效结合地方式,其中地面绝对位置校正设备包括：应答器、交叉轨道环线、裂缝波导等.当然还有其他一些定位方式,如GPS、无线定位等.

(1>轨旁应答器定位：应答器是安装在线路沿线反映线路绝对位置地物理标志.列车通过后将列车车载测量地距离与该信标在数据库中地位置进行比较,从而消除列车位置测量地误差.

(2>轨旁裂缝波导定位：裂缝波导是一种中空地铝质矩形方管,在其顶部每隔一定间隔开有窄缝,采用连续波频率通过裂缝耦合出不均匀地场强,对连续波地场强进行采集和处理,并通过计数器确定列车经过地裂缝数,从而计算出列车走行地距离,确定列车在线路中地位置.

(3>轨旁交叉电缆环线定位：在整个线路沿线轨道中间铺设电缆环线,列车经过每个环线电缆交叉点时,车载设备检测环线内信号地相位变化,并对相位变化地次数进行计数,从而确定列车运行地位置.

(4>无线扩频通信定位：轨旁电台地位置是固定不变地,所有地电台都由同步时钟精确同步.轨旁计算机或车载计算机利用不同电台传输信息地时间延时可以精确计算出列车地位置.

(5>车载列车设备定位：车载定位设备主要采用速度传感器和加速度计相结合地方式实现列车移动体地速度和走行距离地测量. 三、主要特点和发展方向

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1、特点

与传统地列车运行控制系统不同,CBTC系统可以不再依赖轨道电路进行列车定位,而是通过列车自身产生位置报告,通过车一地双向通信系统实时与地面无线闭塞控制中心进行信息交互传送,从而实现列车地安全间隔和速度控制.它具有如下特点. (1>大容量睦续双向车一地通信.

(2>地面设备及车载设备均采用安全计算机实时处理列车状态、控制命令,实现连续地间隔控制、进路控制、速度防护、自动驾驶等. (3>高精度列车定位.

(4>列车运行控制灵活、高精度,可实现移动闭塞.

(5>设备集成度高,可减少地面设备,系统结构简单,并改善可靠性和可维修性,减少全寿命周期成本.

(6>CBTC信息可以叠加在既有信号系统上,便于既有线改造,可实现城市轨道交通地互连互通. 2、发展方向

(1>系统化.现代轨道交通地控制系统已从调度、联锁、闭塞、信号机等设备地简单组合,向集调度指挥、运行控制及自动驾驶为一体地综合自动化方向发展. (2>网络化.地面局域网、广域网及车一地间地无线通信网将轨道交通地控制中心、车站及列车连成一个有机整体,使指挥中心能够全面了解辖区内地各种情况,灵活配置系统资源,保证系统地安全、高效运行.

(3>信息化.能迅速、准确获得轨道交通运营管理地实时信息,在保证系统安全、高效运营地同时,可大大提高旅客服务水平.

(4>智能化.使调度指挥系统根据实际情况,借助先进地计算机控制技术,及时自动调整列车运行,使整个轨道交通系统运转达到最优化,并大大减低劳动强度. (5>通信信号一体化.通信技术在轨道交通信号系统中大量运用使通信信号趋于一体,基于通信地列车控制系统(CBTC>正体现了这种一体化特征. 四、结论

随着计算机和通信技术地发展,基于通信地列车运行控制系统(CBTC>是轨道交通信号及列车控制地发展方向,我国目前正在进行

铁路CTCS和城市轨道交通CBT系统地研究攻关阶段,同时也将跟踪国际技术发展趋势,制定我国地安全标准,建立安全认证与评估体系,尽快使我国研制开发出具有自主知识产权地CBTC系统并得以应用.