基于通信的列車控制技術(shù)在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)中的應(yīng)用

1、基于通信的列車控制技術(shù)在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)中的應(yīng)用     摘要對(duì)軌交通系統(tǒng)中信號(hào)系統(tǒng)的升級(jí)需求進(jìn)行了分析,歸納了系統(tǒng)升級(jí)中應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題。以英國(guó)倫敦維多利亞線信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目為實(shí)例,分別從過(guò)渡設(shè)備的安裝、車輛測(cè)試、信號(hào)系統(tǒng)更新、控制中心升級(jí)等方面介紹了基通信的列車控制技術(shù)的應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞基于通信的列車控制,移動(dòng)閉塞,信號(hào)系統(tǒng)       基于通信的列車控制(簡(jiǎn)為)技術(shù),利用先進(jìn)的通信計(jì)算機(jī)技術(shù),突破了固定閉塞的局限,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)閉塞,技術(shù)和成本上較傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)

2、無(wú)需在軌道上進(jìn)行固定長(zhǎng)度、固定位置的閉塞分區(qū),而是把每一列車加上前后的一定安全距離作為一個(gè)移動(dòng)的分區(qū),列車制動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)都是動(dòng)態(tài)的。列車的安全間距是按后續(xù)列車在當(dāng)前速度下所需的制動(dòng)距離加上安全余量計(jì)算得出的。列車的最小運(yùn)行間隔在90以內(nèi),個(gè)別條件下可實(shí)現(xiàn)小于60的間隔時(shí)間。和傳統(tǒng)的固定閉塞、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞技術(shù)相比,移動(dòng)閉塞技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車載設(shè)備與軌旁設(shè)備不間斷的信息雙向傳輸,使列車定位更精確、控制更靈活,可以安全有效地縮短列車間隔,提高列車運(yùn)行的安全性與可靠性,降低列車的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本1,2。我國(guó)于2004年投入運(yùn)營(yíng)的武漢輕軌是國(guó)內(nèi)第一條采用方案的城市軌道交通線路。然而對(duì)于仍在運(yùn)營(yíng)的軌道交通系統(tǒng),如

3、何在不影響服務(wù)的條件下應(yīng)用先進(jìn)的信號(hào)系統(tǒng),是運(yùn)營(yíng)商在考慮對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)時(shí)必須面對(duì)的問(wèn)題。本文結(jié)合一工程實(shí)例說(shuō)明技術(shù)在信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)中的應(yīng)用。1 信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)需求      歐洲的許多軌道系統(tǒng)設(shè)備超過(guò)了30年的歷史,潛在的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)業(yè)務(wù)巨大。在亞洲也存在著類似的情況。信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)的需求來(lái)自以下幾個(gè)方面。      ·技術(shù)過(guò)時(shí):20世紀(jì)70年代建造的軌道系統(tǒng)都使用了當(dāng)時(shí)的先進(jìn)技術(shù),如香港使用當(dāng)時(shí)先進(jìn)的基于軌道的模擬列車自動(dòng)防護(hù)()和數(shù)字化的列車自動(dòng)運(yùn)行()系統(tǒng)。而現(xiàn)在這樣的信號(hào)

4、系統(tǒng)已過(guò)時(shí),組成系統(tǒng)的構(gòu)件或子系統(tǒng)部件已很難獲得,甚至無(wú)法找到合適的替代品用以更換。同樣,維護(hù)這些過(guò)時(shí)系統(tǒng)所需的人力成本也相當(dāng)高。缺少可替換元件及相應(yīng)的維修人員,使維護(hù)時(shí)間延長(zhǎng),導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降。      ·性能:在亞洲,許多城市軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)滯后于交通需求的增長(zhǎng),使得投入運(yùn)營(yíng)的線路馬上達(dá)到了其設(shè)計(jì)通行能力甚至超負(fù)荷運(yùn)行。上海軌道交通1號(hào)線北延伸段就是一例,為了緩解運(yùn)能緊張,不得不采用地面公交分散客流。提高運(yùn)能最直接的手段就是縮短發(fā)車間隔,而這又受到信號(hào)系統(tǒng)本身能力的限制。    

5、60; ·標(biāo)準(zhǔn):一個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中存在多條線路運(yùn)營(yíng),如采用了不同供應(yīng)商的系統(tǒng),則不同信號(hào)系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)可能不同,這不利于軌道網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通3。而采用,其控制系統(tǒng)間的接口均通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),采用開(kāi)放式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),有利于實(shí)現(xiàn)不同線路的互聯(lián)互通。2 升級(jí)中應(yīng)考慮的問(wèn)題      在確定了信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)需求后,對(duì)升級(jí)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃是非常必要的。有三種可以考慮的方案:      ·使用兼容新舊兩個(gè)系統(tǒng)的軌旁設(shè)備,使車輛始終在信號(hào)控制系統(tǒng)中運(yùn)行;   &

6、#160;  ·使用兼容新舊兩個(gè)系統(tǒng)的車載設(shè)備,使升級(jí)工程在局部展開(kāi);      ·停止服務(wù)或使系統(tǒng)運(yùn)行于沒(méi)有的特殊環(huán)境下,更換所有設(shè)備。      選擇以上任一方案時(shí),應(yīng)考慮以下問(wèn)題。(1)列車應(yīng)照常運(yùn)行      世界上只有少數(shù)的城市軌道系統(tǒng)能保證在列車運(yùn)行時(shí)進(jìn)行維護(hù)工作。紐約的軌道交通系統(tǒng)是一例,它在部分區(qū)段有4條并行的線路,保證了列車運(yùn)行和維護(hù)工作完全隔離。其它許多軌道系統(tǒng)沒(méi)有這樣的條件,也不可能在進(jìn)行信號(hào)系

7、統(tǒng)升級(jí)時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉,通常每晚只有34可以進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)工作,且同時(shí)必須兼顧正常維護(hù)工作的進(jìn)行。這使得系統(tǒng)升級(jí)必須分階段實(shí)施,并制定周密的計(jì)劃保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。(2)可用空間      信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中必然有一個(gè)階段是新舊兩個(gè)系統(tǒng)共同存在的,這就要求軌旁、列車及控制系統(tǒng)中有足夠的空間。這個(gè)問(wèn)題往往在制定計(jì)劃時(shí)被忽略。如果需要在列車上同時(shí)安裝兩套設(shè)備,這個(gè)問(wèn)題就更加突出了。(3)設(shè)備的兼容性      如果新的設(shè)備或系統(tǒng)能從已有系統(tǒng)中獲得信息并發(fā)送給新的信號(hào)系統(tǒng),這將使升級(jí)中的風(fēng)險(xiǎn)大

8、大降低?，F(xiàn)有的聯(lián)鎖系統(tǒng)和系統(tǒng)可工作到所有都更換完成時(shí),而這要求新系統(tǒng)對(duì)已有系統(tǒng)的兼容能力。為此,新系統(tǒng)的模塊化(包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)等方面)是有效手段。     3 應(yīng)用實(shí)例      于1968年開(kāi)始運(yùn)行的倫敦維多利亞線使用的系統(tǒng),雖然經(jīng)過(guò)一些小的改造,但基本保留了建設(shè)初期使用的信號(hào)系統(tǒng):電壓聯(lián)鎖和單機(jī),基于軌道代碼的和基于軌道電路的系統(tǒng)、控制機(jī)和控制中心。其升級(jí)目標(biāo)為:計(jì)算機(jī)控制聯(lián)鎖,高性能車輛控制系統(tǒng)(包括先進(jìn)的基于無(wú)線通信的及),先進(jìn)的控制中心。    &#

9、160; 由于列車內(nèi)可用空間和站臺(tái)空間的限制,決定在新列車上使用新的和,并改造軌旁系統(tǒng)使其能兼容兩套信號(hào)系統(tǒng)直到所有舊的列車被替換。升級(jí)工程包括:過(guò)渡性設(shè)備的安裝,車輛測(cè)試,信號(hào)系統(tǒng)更新,控制中心升級(jí)等。1) 過(guò)渡性設(shè)備的安裝      新列車的安裝、調(diào)試和運(yùn)行需要在非運(yùn)營(yíng)時(shí)間進(jìn)行,包括如下工作:在設(shè)備方面安裝聯(lián)鎖機(jī)和系統(tǒng)的接口設(shè)備,安裝處理器以及無(wú)線電通信設(shè)備;在軌旁安裝漏泄電纜無(wú)線電通信設(shè)備,安裝絕對(duì)定位參照信標(biāo)。上述工作可采用不同的次序進(jìn)行。在實(shí)際工程中,首先從維多利亞線的北端一段線路開(kāi)始;一旦這一段線路的安裝、調(diào)試和試運(yùn)行完成,就可以進(jìn)

10、行下一段線路的升級(jí)工程。2) 車輛測(cè)試      車輛測(cè)試同樣要分階段進(jìn)行,這包括在不斷擴(kuò)大的范圍內(nèi)進(jìn)行的測(cè)試:在試車場(chǎng)進(jìn)行;非運(yùn)營(yíng)時(shí)間單車測(cè)試;非運(yùn)營(yíng)時(shí)間多車測(cè)試;運(yùn)營(yíng)時(shí)間單車測(cè)試;運(yùn)營(yíng)時(shí)間多車測(cè)試。經(jīng)過(guò)這些系統(tǒng)的測(cè)試,才能確保新舊車輛、新舊信號(hào)系統(tǒng)安全可靠地聯(lián)合運(yùn)行。3) 信號(hào)系統(tǒng)更新      由于在聯(lián)鎖機(jī)和系統(tǒng)安裝了接口設(shè)備,故可將現(xiàn)有的聯(lián)鎖機(jī)更新。新的聯(lián)鎖機(jī)設(shè)備是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的,這使得更新過(guò)程中涉及到的只是輸入輸出數(shù)據(jù)的改變和相應(yīng)的測(cè)試。當(dāng)舊的列車都被更換掉后,將舊的聯(lián)鎖機(jī)、代碼選擇電路和

11、、系統(tǒng)停止工作。其他設(shè)備的更新如軌道電路、報(bào)文頭等也同時(shí)展開(kāi)。4) 控制中心升級(jí)      控制中心的安裝可與信號(hào)系統(tǒng)的安裝相互獨(dú)立。本地計(jì)算機(jī)()和接口設(shè)備以及無(wú)線電通信設(shè)備一起安裝,并通過(guò)接口設(shè)備與已有信號(hào)系統(tǒng)交互。在經(jīng)過(guò)必要的出廠測(cè)試后,控制中心可以在受控模式下運(yùn)行,此時(shí)控制輸出被屏蔽。一旦系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后,控制中心開(kāi)始對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制,這時(shí)新舊系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)可相互切換的狀態(tài)。一旦相關(guān)的控制設(shè)備更換完成,新的信號(hào)系統(tǒng)完全控制聯(lián)鎖系統(tǒng),這時(shí)舊控制中心可以被拆除了。      從以上的應(yīng)用實(shí)例中可

12、以歸納出如下信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。      ·覆蓋方式:在進(jìn)行新舊系統(tǒng)的更新時(shí),必然會(huì)以一定的方式用新設(shè)備將舊設(shè)備覆蓋,但又要保證過(guò)渡時(shí)期設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。實(shí)現(xiàn)靈活高精度的列車控制,提高了系統(tǒng)的集成度,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),本身能為互聯(lián)互通提供技術(shù)基礎(chǔ),可以疊加在已有信號(hào)系統(tǒng)上,便于已有系統(tǒng)的改造。使用無(wú)線通信技術(shù)很大程度上提高了這種方法的可行性。只要符合頻率和通信協(xié)議的要求,任何一個(gè)廠商的無(wú)線電系統(tǒng)都可以被采用,這增加了系統(tǒng)的靈活性。      ·模塊化:在升級(jí)項(xiàng)目中不可避免地將工作分階段進(jìn)行,因此信號(hào)及車輛控制設(shè)備的模塊化相當(dāng)關(guān)鍵。通過(guò)使用接口設(shè)備使新設(shè)備運(yùn)行時(shí)對(duì)已有設(shè)備的干擾最小,這樣也減少了測(cè)試所需的時(shí)間。      ·系統(tǒng)安全保障:從技術(shù)特點(diǎn)來(lái)講,提供的是基于軟件和信息安全的控制,使得系統(tǒng)調(diào)度安全控制向自動(dòng)化、智能化、信息化的方向發(fā)展。系統(tǒng)安全在設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、測(cè)試和運(yùn)行的每個(gè)階段都必須予以統(tǒng)一考慮。在工程的每個(gè)階段,都需要用戶及監(jiān)管部門的授權(quán)以降低風(fēng)險(xiǎn),這也是工程順利進(jìn)行的必要保障。      希