CBTC地鐵車載控制系統(tǒng)應(yīng)用

蘭超

（成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 四川成都 610000）

CBTC地鐵車載控制系統(tǒng)應(yīng)用

蘭超

（成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 四川成都 610000）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，地鐵的建設(shè)越來(lái)越多。地鐵的控制系統(tǒng)得到了優(yōu)化，CBTC系統(tǒng)是目前應(yīng)用比較普遍的信號(hào)控制系統(tǒng)，與以前的鐵路控制信號(hào)相比，它完全改變了軌道內(nèi)線路控制實(shí)現(xiàn)的方式。它主要以火車控制系統(tǒng)為基本，應(yīng)用無(wú)線方式完成車載系統(tǒng)與軌道旁邊系統(tǒng)的信息交換，軌道旁系統(tǒng)發(fā)生變化后列車控制系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制。本文主要對(duì)CBTC車載控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并分析了安薩爾多CBCT控制系統(tǒng)的應(yīng)用模式，希望本文能為從事相關(guān)職業(yè)的人員提供一定的指導(dǎo)和幫助。

CBTC；地鐵建設(shè)；火車控制系統(tǒng)；車載控制；實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制

引言

隨著無(wú)線電通信技術(shù)的高速發(fā)展，人類逐漸開(kāi)始研究一種依靠無(wú)線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)列車自控制。克服運(yùn)行中的種種問(wèn)題并盡可能的減少列車的運(yùn)行間斷時(shí)間，這樣就能夠在不投入額外成本的基礎(chǔ)之上，提高整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行能力。經(jīng)過(guò)研究表明這種系統(tǒng)不僅能減少鐵軌旁邊線路的線路建設(shè)，而且可以維持平時(shí)的維修，這些必定降低了地鐵投資和運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用。與以前的系統(tǒng)相比，CBCT有以下許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：①不需要鋪設(shè)過(guò)多的電纜線路，而用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行代替，減少了建設(shè)成本。②能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵與控制中心之間的相互通信，極大地提升了列車通過(guò)各段之間的能力。③因?yàn)闊o(wú)線傳輸效率十分快且可以承載大量信息，所以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉塞十分簡(jiǎn)單。④對(duì)列車的要求放寬即能夠適應(yīng)多種地鐵車型、可以應(yīng)對(duì)多種地鐵速度和運(yùn)載量。⑤通過(guò)信息的分類化傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的集中發(fā)送和處理，這將極大提高調(diào)度人員的工作效率。目前，應(yīng)用CBTC系統(tǒng)的有美國(guó)的紐約地鐵、臺(tái)灣的臺(tái)北捷運(yùn)文湖線等，中國(guó)大陸也有很多城市軌道交通使用了CBTC系統(tǒng)，如武漢地鐵1號(hào)線，上海軌道交通的8號(hào)線，北京2號(hào)線，北京4號(hào)線，機(jī)場(chǎng)線、北京地鐵亦莊線、北京地鐵大興線、北京地鐵房山線。

1 CBTC系統(tǒng)與傳統(tǒng)軌道電路控制的差異分析

保證列車在鋪設(shè)的軌道上安全穩(wěn)定運(yùn)行所采用的指揮系統(tǒng)就是運(yùn)行控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的軌道指揮系統(tǒng)是TBTC系統(tǒng)即軌道電路控制系統(tǒng)，這種方式能夠保障列車的行駛安全，而且有助于提高列車運(yùn)行效率，但是它由于需要軌道側(cè)電路輔助監(jiān)測(cè)各分區(qū)占用情況，因此工作的穩(wěn)定性容易受外界環(huán)境的影響，且傳輸信息量不足。隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用到列車的控制系統(tǒng)，這種方式可以實(shí)現(xiàn)的功能有：列車精確定位、雙向連接、車載和各安全處理器的互聯(lián)等。另外，該方式的通信必須是的，因?yàn)橹挥羞@樣才可以保證列車的動(dòng)態(tài)控制。

2 安薩爾多CBTC控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 安薩爾多CBTC列車控制系統(tǒng)

由安薩爾多公司開(kāi)發(fā)的基于無(wú)線通信技術(shù)的列車控制系統(tǒng)即CBTC系統(tǒng)。該系統(tǒng)在保證系統(tǒng)安全的前提下，提高分辨能力與移動(dòng)的更新頻率，可將列車間隔由6min縮短為3min，將屏幕門(mén)與車門(mén)之間對(duì)準(zhǔn)的誤差降低20cm左右。運(yùn)用該控制系統(tǒng)可以使列車的準(zhǔn)點(diǎn)率提高到99.6％。

2.2 安薩爾多CBTC車載控制系統(tǒng)

基于CBTC車載控制系統(tǒng)主要由自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、自動(dòng)防護(hù)與數(shù)據(jù)系統(tǒng)共同組成，下面簡(jiǎn)要介紹這些系統(tǒng)：①ATP系統(tǒng)即列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。列車自動(dòng)行駛與自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)都需要依靠自動(dòng)ATP系統(tǒng)。這里所說(shuō)的ATP系統(tǒng)也可以稱作防止列車超速的系統(tǒng)，當(dāng)列車的行駛速度超過(guò)規(guī)定的運(yùn)行速度時(shí)，ATP系統(tǒng)就會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制動(dòng)功能。ATP系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以自動(dòng)測(cè)量出車輛實(shí)際所處的位置，并連續(xù)的監(jiān)測(cè)行駛的速度、避免超速，以此確保列車的實(shí)際速度始終處于安全的水平。②列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)即ATO系統(tǒng)，它是一套十分完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。為了求出列車行駛的最佳速度且實(shí)現(xiàn)制動(dòng)或加速、減速控制，需要從兩個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)：a.需要測(cè)出車輛行駛的實(shí)際速度；b.需要通過(guò)計(jì)算機(jī)處理不同地面獲得的最大速度。在實(shí)際的列車行駛中，一旦開(kāi)啟列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，那么列車司機(jī)就僅僅起到監(jiān)管的作用，為此，這種就要求這種自駕駛系統(tǒng)有較高的可靠性與穩(wěn)定性。目前在城市的地鐵或兩市的直達(dá)列車上已經(jīng)成功安裝了這種自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)研發(fā)出應(yīng)對(duì)故障安全型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。③ATS系統(tǒng)為列車自監(jiān)督系統(tǒng)，它是一套完備的控制系統(tǒng)主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)行車的組織與控制，ATS能夠及時(shí)的將列車的運(yùn)行信息發(fā)送到車輛指揮處，指揮中心通過(guò)綜合各方面的信息來(lái)準(zhǔn)確無(wú)誤的想列車下達(dá)各項(xiàng)指令。ATS可以實(shí)現(xiàn)如下功能：自動(dòng)管理列車運(yùn)行圖、顯示列車的狀態(tài)、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪制處列車實(shí)際運(yùn)行路線圖、完成車輛的檢修管理、模擬仿真列車等。④軟件設(shè)備與硬件設(shè)備共同構(gòu)成了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。這里的硬件主要包含計(jì)算機(jī)連鎖（實(shí)現(xiàn)顯示與連鎖系統(tǒng)）、安全性檢驗(yàn)用途的計(jì)算機(jī)（主要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)連鎖后的計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀況，一旦發(fā)生故障可以自動(dòng)修復(fù)）、監(jiān)視器、操縱臺(tái)、接口柜、專門(mén)應(yīng)用在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的電源屏和軌道電路等設(shè)備。軟件設(shè)備的主要功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)與道岔互相約束功能，它主要由以下兩部分構(gòu)成：①車站數(shù)據(jù)庫(kù)；②聯(lián)鎖運(yùn)算的邏輯運(yùn)算，該部分是聯(lián)鎖功能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序。前者所包含的數(shù)據(jù)表格非常多如車站的賦值表、按鈕進(jìn)路表、車站處顯示的數(shù)據(jù)等。后者由系統(tǒng)程序管理模塊、定時(shí)器模塊、操作指令輸入模塊、信息監(jiān)測(cè)與處理模塊、道路選擇與信號(hào)接收模塊。

3 地鐵車輛CBTC系統(tǒng)車載信號(hào)常見(jiàn)的故障

3.1 ATP冗余故障

一般情況下，列車上裝設(shè)有兩道車載信號(hào)裝置，它們分別位于列車的前后兩端，當(dāng)車頭處的信號(hào)裝置發(fā)生故障后，那么就可以通過(guò)列車尾部的信號(hào)裝置獲得列車的控制權(quán)，這樣來(lái)說(shuō)列車頭部和尾部的信號(hào)裝置的作用就重合了。

3.2 控制系統(tǒng)無(wú)線數(shù)據(jù)丟失

通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)發(fā)生丟失問(wèn)題，從整個(gè)系統(tǒng)故障的頻率來(lái)看這種問(wèn)題出現(xiàn)的最多，對(duì)列車的安全運(yùn)行產(chǎn)生了很大的影響。

4 地鐵車輛CBTC系統(tǒng)車載信號(hào)常見(jiàn)故障的處理措施

4.1 ATP冗余故障的處理措施

列車的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，冗余故障種類的不同采取的處理方法也不同。當(dāng)正線發(fā)生冗余故障后，因?yàn)檫@種情況不會(huì)影響列車正常行駛的功能，所以這類故障的處理可在列車完成運(yùn)行后再進(jìn)行處理。當(dāng)ATP冗余是發(fā)生切換之后，那么系統(tǒng)的冗余就無(wú)法換至故障端，這時(shí)如果要處理CBTC系統(tǒng)車載信號(hào)就應(yīng)該重新啟動(dòng)駕駛室內(nèi)部的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)裝備，通過(guò)這種方式處理對(duì)ATP冗余故障，能夠極大地的確保列車安全的運(yùn)行。

4.2 控制系統(tǒng)無(wú)線通信丟失故障的處理措施

由于列車的車載信號(hào)丟失會(huì)給列車的運(yùn)行帶來(lái)安全方面的隱患，因此，必須采取有效的措施來(lái)避免無(wú)線通信數(shù)據(jù)的丟失。在無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)生丟失后，應(yīng)該首先檢查車輛各個(gè)指示燈的工作狀態(tài)，并觀察電源板和CPU板的工作狀況，若任意一個(gè)出現(xiàn)工作異常，那么就必須重啟各無(wú)線單元。表1為ATP常見(jiàn)硬件的故障的應(yīng)急處置方法。

4.3 加強(qiáng)各設(shè)備的檢修和維護(hù)

列車的CBTC系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)備運(yùn)行中，由于檢測(cè)裝置的芯片可能會(huì)發(fā)生故障，因此，只有重啟這些設(shè)備才可能使系統(tǒng)重新恢復(fù)到正常狀態(tài)。設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，可能會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問(wèn)題，這些問(wèn)題如果得到及時(shí)的處理就不會(huì)產(chǎn)生影響運(yùn)行的故障，檢修所花費(fèi)的費(fèi)用與因故障停運(yùn)的損失相比，前者更小，因此必要的檢修和維護(hù)是十分有必要的。

表1

5 結(jié)束語(yǔ)

CBCT系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到列車上，它易與實(shí)現(xiàn)車載信號(hào)與地面信號(hào)的傳輸，完成了列車速度的控制，確保列車在最小安全間距下運(yùn)行。當(dāng)然，CBCT系統(tǒng)仍存在很多問(wèn)題，如冗余故障、數(shù)據(jù)丟失等，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題都會(huì)得到很好的解決。

[1]肖彥博.談城軌交通CBTC系統(tǒng)故障歸類及其設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)策略[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013（03）：68～69.

[2]馮麗娟.CBTC系統(tǒng)車載信號(hào)常見(jiàn)故障分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2014（02）：58～59.

[3]劉會(huì)明.CBTC系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2014（03）：47～49.

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1004-7344（2016）02-0126-02

2015-12-25