列車自動控制系統(tǒng)(ATC)(6)——發(fā)展趨勢

1、列車自動控制系統(tǒng)(ATC)(6)發(fā)展趨勢發(fā)布時間：2008-05-16 點擊次數(shù)：4190         為確保軌道交通列車運行安全和提高運輸效率，迫切需要裝備性能先進、安全可靠的列車運行控制系統(tǒng)(以下簡稱列控系統(tǒng))。我國鐵路列車運行控制系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)具備一定基礎。但還不能滿足我國鐵路客運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。國外系統(tǒng)雖具有先進、相對成熟的特點，但造價高和運營維護成本高，技術受制于人。為此，我國應加快發(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、中國列車運行控制系統(tǒng)(CTCS)，并采用專門為鐵路劃分頻段的全球移動通信系統(tǒng)(GSM-R)歐洲標準作為發(fā)展我國鐵路綜合數(shù)字移動通信網(wǎng)絡的技術標準，用以建設無線列調(diào)、無線通信業(yè)務和列車控制系統(tǒng)信息傳輸通道；在城市軌道交通領域參照相關國際標準，采用商用設備(Commercial Off-The-Shelf，簡稱COTS)技術發(fā)展列控系統(tǒng)。在消化吸收國外先進技術的同時，研究新一代基于移動通信的列控系統(tǒng)(CBTC)。一、CBTC組成和原理        CBTC系統(tǒng)擺脫了用地面軌道電路設備判別列車占用和信息傳輸?shù)氖`，實現(xiàn)了移動閉塞

3、。在CBTC系統(tǒng)中充分利用通信傳輸手段，實時或定時地進行列車與地面間的雙向通信，后續(xù)列車可以及時了解前方列車運行情況，通過實時計算，后續(xù)列車可給出最佳制動曲線，從而提高了區(qū)間通行能力，又減少了頻繁減速制動，改善了旅客乘車舒適度，地面可以及時地向車載控制設備傳遞車輛運行前方線路限速情況，指導列車按線路限制條件運行，大大提高了列車運行安全性。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計算移動授權(quán)(Movement Authority，簡稱MA)，即限制速度值。MA是列車2安全行駛至下一個停車位置所需的一個正式授權(quán)實現(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、當前停車點位置、線路等信息計算得出，信息被動態(tài)循環(huán)刷新。        CBTC系統(tǒng)的車載控制設備實時比較列車的實際速度與接收到的MA，當列車實際速度超過MA的限制速度，將自動實施常用制動或緊

5、急制動，保證列車安全停在安全點前。        CBTC系統(tǒng)的地一車信息傳輸系統(tǒng)通?？刹捎脽o線通信、地面交叉感應環(huán)線、波導管等媒體向車載控制設備傳遞信息。        為確保安全，CBTC系統(tǒng)中列車必須對自身位置和運行方向進行精確判定。為判定位置，列車的車載計算機與轉(zhuǎn)速計/速度傳感器/加速度計(用于測量距離、速度和加速度)及軌旁定位應答器共同合作，實現(xiàn)列車的準確定位。二、關鍵技術1、地-車信息傳輸技術    &#

6、160;   地-車信息傳輸技術則是CBTC系統(tǒng)的關鍵技術，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)。在兩軌間敷設交叉型感應環(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)基于波導管傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)(圖3)。漏泄波導管可靠性很高。當?shù)孛婵刂浦行陌l(fā)射出的電磁波沿波導管傳輸時

7、，在波導管內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪◤牟▽Ч懿劭纵椛涞街車臻g，在其外部產(chǎn)生漏泄電場，列車從中獲取信息能量，從而實現(xiàn)與地面的通信。同樣，列車發(fā)出的電磁波，在波導管外部產(chǎn)生漏泄電場，也會耦合到波導管中，實現(xiàn)與控制中心通信。圖3  基于波導管傳輸?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系列標準的WLAN無線網(wǎng)絡作為地一車信息傳輸?shù)拿浇?。圖4  基

8、于無線自由波傳輸?shù)腃BTC系統(tǒng)        基于GSM Phase2+標準的GSM-R，是國際鐵路聯(lián)盟(UIC和歐洲電信標準協(xié)會ETSI為歐洲新一代鐵路無線移動通信開發(fā)的技術標準。在歐洲，基于ERTMS標準的列控系統(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)絡領域的一種重要的分支。無線局域網(wǎng)解決方案已經(jīng)開始成為商務客戶寬帶網(wǎng)絡連接

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

10、位置測量的誤差。        (2)軌旁裂縫波導定位：裂縫波導是一種中空的鋁質(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，對連續(xù)波的場強進行采集和處理，并通過計數(shù)器確定列車經(jīng)過的裂縫數(shù)，從而計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：在整個線路沿線軌道中間鋪設電纜環(huán)線，列車經(jīng)過每個環(huán)線電纜交叉點時，車載設備檢測環(huán)線內(nèi)信號的相位變化，并對相位變化的次數(shù)進行計數(shù)，從而確定列車

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

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

13、60; (3)高精度列車定位。        (4)列車運行控制靈活、高精度，可實現(xiàn)移動閉塞。        (5)設備集成度高，可減少地面設備，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、信號機等設備的簡單組合，向集調(diào)度指揮、運行控制及自動駕駛為一體的綜合自動化方向發(fā)展。        (2)網(wǎng)絡化。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有機整體，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、高效運行。        (3)信息化。能迅速、準確獲得軌道交通運營管理的實時信息，在保證系統(tǒng)安全、高效運營的同時，可大大提高旅客服務水平。        (4)智能化。使調(diào)度指揮系統(tǒng)根據(jù)實際情況，借助先進的計算機控制技術，及時自動調(diào)整列車運行，使整個軌道交通系統(tǒng)運轉(zhuǎn)達到最優(yōu)化，并大大減低勞動強度。        (5)通信信號一體化。通信技術在軌道交通信號系統(tǒng)中大量運用使通信信號趨于