中國軌道交通列車運行控制技術及應用

謝謙

摘 要：在城市軌道交通行業迅猛發展的時代背景下，保證行車安全、提高行車效率的信號系統突顯得越來越重要，基于通信列車自動控制系統（Communication Based Train Control Sys-tem，以下簡稱“CBTC”）成為了目前建設城市軌道交通信號系統的主流系統。本文主要對中國軌道交通列車運行控制技術及應用進行了簡要的分析。

關鍵詞：中國 軌道交通 列車運行 控制技術

1、列控系統關鍵技術

1.1 列車定位技術

1.1.1固定定位技術

固定定位技術是一種被動的定位方式，其定位原理是將線路劃分為若干不同的閉塞分區，列車定位是以固定閉塞分區的長度作為最小定位單元，一個閉塞分區同時只能被一輛列車占用，但列車在閉塞分區內更加詳細的位置信息無法獲得，定位精度較差。列車的定位功能常利用軌道電路方式或計軸點的方式來實現。

1.1.2移動定位技術

移動定位技術是一種主動的定位方式，其定位原理是列車根據線路上預先設置的軌旁信息點，來推算出自身的實際地理位置，最小定位單元可以根據設置的軌旁信息點的精度來實現。列車的定位功能常利用測速定位加校正方式或外部參照定位方式等來實現。測速定位加校正方式是利用查詢＼應答器、信標、電纜環線等技術手段對車載里程計由于車輪滑行或空轉、輪緣磨損等原因產生的測距誤差進行修正，來實現列車的定位；而外部參照定位方式就是列車根據預設的外部參照物來確定自身位置的方式，主要包括利用電纜環線、裂縫波導、無線擴頻通信以及GPS等技術手段，外部參照定位方式從定位原理來說分為以下兩類：一是利用延線路敷設外部介質特性在線路上形成標尺的功能，列車通過數刻度的方式實現自身的定位。如：裂縫波導管定位和電纜環線定位就是采用這種原理。二是列車通過綜合多個距預設定位校正設備的距離的數據來獲取列車所處的具體位置。如：無線擴頻通信定位和GPS定位就是采用這種原理。需要說明的是具體系統中采用何種定位技術，取決于對線路運輸能力的要求。通常，城市軌道交通系統中需要綜合運用多種定位技術。由于每一種定位的方法總有其固有的缺點，單一的定位方法無法在定位的精度、可靠性和代價之間作到很好的平衡，而多種定位技術集成的優勢在于能通過冗余、互補和多種的信息為系統提供更為精確的信息，使整個軌道交通和指揮系統中的安全性、測量精度、可靠性、造價等方面作到一定的平衡。

1.2 車地通信技術

1.2.1車地通信內容

車地通信的內容主要是速度信息和距離信息兩類，根據這個分類可將列控系統分作速度碼系統和距離碼系統。速度碼系統通常使用頻分制方法，即用不同的頻率代表不同的允許速度，從地面傳遞給列車的允許速度是階梯分級的，在軌道電路區段分界處的限速值是跳躍式的。而在距離碼系統中，由于信息電碼的多樣性和復雜性，所以必須使用時分制數字電碼方式，按協議來組成各種信息。其特點是：根據地面傳至車上的各種信息（包括區間的最大限速、目標點的距離、目標點的允許速度、區間線路的坡度等）以及列車自身的固有數據（如：列車長度、常用制動及緊急制動的制動率、測速機測距信息等），由車載計算機實時計算得出允許速度曲線，并按此曲線對列車的實際運行速度進行監控。由于數據傳輸以及實時計算，列車車速監控都是連續的。

1.2.2車地通信方式

車地通信技由于是固定物與移動體之間的信息交換，所以必須采用無線的方式進行。實際上經常所說的是根據信息傳輸介質的不同，可分為有線和無線兩大類，而有線類又可分為利用軌間電纜、利用模擬軌道電路和利用數字編碼軌道電路技術三類。模擬軌道電路用代表不同速度信息的低頻對載頻進行調制，該調制信號是模擬量，以實現對列車速度的控制；它只能傳輸速度信息，因此只能實現階梯式控制模式的固定閉塞；數字編碼軌道電路則用報文形式，通過數字編碼對載頻實行數字調頻，該調制信號是數字量，以實現列車控制用各種信息（包括目標速度、目標距離、線路坡度、區間限制、軌道電路長度等信息）的傳輸，通過這種軌道電路可是實現曲線式控制模式的準移動自動閉塞。

2、列車自動駕駛系統（ATO）

（1）列車自動駕駛。①列車運行速度的自動調整ATO系統的車載控制器能將列車的即時運行速度與列車最大允許運行速度和目標速度進行實時比較，自動完成列車在線運行速度的實時調整，從而使列車在限制速度下安全運行，并盡量較少惰行、牽引與制動之間地相互轉換。②車站自動發車ATO系統檢查發車的安全條件符合時，向司機發出啟動列車的命令，司機確認該命令后，按下司控臺上的列車啟動按鈕，控制列車轉入牽引驅動狀態，隨即列車開始加速。列車出發后，可以根據ATO系統預設的允許速度等信息，使列車平穩安全地運行。③停車點目標制動當ATO系統接收到停車命令以后，會將站臺停車點作為其停車制動的目標點，結合系統預設的制動率、列車行車速度與距停車點的距離計算出列車的制動曲線，從而控制列車安全、誰確、平穩地在預定停車區域停車。

（2）列車無人自動折返，無人自動折返是ATO系統一種特殊的駕駛模式，當工作于此種模式時，列車上所有控制臺都將轉入鎖閉狀態，整個過程無需司機參與。

（3）車門自動開閉控制，當列車到達指定停車點時，由ATO系統向ATP系統發送停車信號，此時ATP系統需先檢查是否符合開啟車門的控制條件，如果符合將發出開啟車門的命令，ATO車載設備接收到該命令后控制車門自動開啟，也可以由司機人工開啟車門。但是ATO系統關閉車門不能自動完成，必須由司機人工操縱。

3、列車自動監控子系統（ATS）

（1）時刻表處理，時刻表系統是實現時刻表的存儲、安裝、修改，以及列車運行圖的顯示、繪制和打印的重要設備，同時還可向其他系統提供時刻表的相關數據信息。系統中儲存著多套列車運行圖，能夠滿足列車不同運行情況下的需要。

（2）列車監視與跟蹤，列車監視與跟蹤主要實現對列車的監視、車次號的初始化、車次號移動、運行識別和集中顯示等功能。

（3）列車進路的自動選排，ATS系統的控制中心能實現對室外道岔、進路和信號機的集中控制，可以根據當日當次的列車計劃運行圖自動建立進路，并且自動完成對列車運行的控制。

ATS系統能形成轉換道岔所處位置的命令，并將該命令經由傳輸通道發送向聯鎖信號系統，進而實現自動建立進路的功能。

（4）列車運行自動調整，當列車實際運行偏離計劃運行圖時，必須對列車運行情況進行調整。系統需實時對列車實際時刻表和計劃時刻表進行比較，一旦出現偏離，必須使列車恢復到按原計劃時刻表運行，并以此為基礎，自動形成列車的發車時間。列車運行調整要遵循所有列車調整時間最短、總延遲最短的原則，爭取盡快使列車運行恢復到計劃運行狀態。

（5）運行報告，ATS系統能對列車運行中產生的大量數據進行記錄、分析和存儲，同時提供數據備份和數據恢復功能；工作人員在需要時，可對系統中的數據進行查詢和回放；還可提供多種運行報告和統計功能，輔助行車調度員了解列車的實際運行情況與整個系統的工作情況。

（6）仿真與演示，ATS的培訓與演示系統是通過現代信息技術等手段，仿真模擬整個ATS系統的實際運行情況，借助于該系統，工作人員可以進行系統演示、調試與員工培訓等。

（7）監側與警報，為了使列車能安全、平穩地運行，ATS系統需要對各種設備的實際運行狀態進行實時監督和檢側，并對整個過程加以記錄，而且整個監側過程不會影響到被監側對象的正常工作。一旦被監側對象出現異常情況時，應能及時給出報警提示，同時確定故障的范圍和位置并加以診斷，直到設備恢復到正常情況為止。

4、結語

這些年城市軌道交通的完善的較快，城市軌道交通在當今城市交通中現已占有了重要的地位，隨著計算機和通訊技能的完善，列車運行控制系統將是城市軌道交通運行安全的重要保障。

參考文獻

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