軌道交通列車運行控制技術及應用研究

高麗

摘 要：現階段，我國軌道交通列車不斷發展，為人們提供了更加便捷的出行條件。軌道交通列車運行控制技術作為保證軌道交通列車安全的技術，也隨之得到了發展。基于此，文章分析了我國高速鐵路與城市軌道交通的現狀與規劃，闡述了高速鐵路列車運行控制系統及城市軌道交通列車運行控制技術，并對我國軌道交通列車運行控制技術的未來發展進行了展望。

關鍵詞：高速鐵路列車；城市軌道交通；列車運行控制技術

中圖分類號：U284 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0160-02

Abstract： At the present stage， the continuous development of rail transit trains in China has provided more convenient travel conditions for people. Rail transit train control technology as a guarantee of rail transit train safety technology has been developed. Based on this， this paper analyzes the present situation and planning of high-speed railway and urban rail transit in our country， and expounds the train operation control system of high-speed railway and the train operation control technology of urban rail transit. Finally， the future development of train operation control technology for rail transit in China is prospected.

Keywords： high-speed railway train； urban rail transit； train operation control technology

引言

在近十年的發展中，我國的軌道交通取得了較大的成果，輕軌、城市地鐵等軌道交通系統迅速建成與擴展，對于我國的城市交通壓力進行了緩解。同時，高鐵成網、高鐵零換乘、同城效應等理念的形成為我國人民的出行提供了更加方便的條件，推動了城鄉一體化的進程，提升了我國的現代化水平。在我國，包括高鐵在內的軌道交通的建設與發展是一項重要的戰略，其中，軌道交通運行的安全性是發展的重中之重。為了確保軌道交通的安全性，信號系統起到了重要的作用，而列車運行控制系統及技術作為信號系統的核心技術，在我國得到了快速的發展。

1 我國高速鐵路與城市軌道交通的現狀與規劃分析

我國鐵路技術標準和裝備水平大幅提升。2013年至2017年，全國鐵路完成固定資產投資3.9萬億元，新增鐵路營業里程2.94萬公里，其中高鐵1.57萬公里，是歷史上鐵路投資最集中、強度最大的時期。到2017年底，全國鐵路營業里程達到12.7萬公里，其中高鐵2.5萬公里，占世界高鐵總量的66.3%，鐵路電氣化率、復線率分別居世界第一和第二位。2017年2月，我國頒布了《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》中，預計到2020年，安全、綠色、便捷、高效的現代化綜合交通運輸體系基本建成，部分地區能夠實現交通運輸現代化，全國鐵路營業里程達到15萬公里，其中高速鐵路營業里程為3萬公里，復線率及電化率分別達到60%與70%以上，運輸能力要實現滿足我國國民經濟發揮以及社會發展的需要，涉及的主要技術配置達到或接近國際先進水平。

就我國城市軌道交通的發展來說，截止2017年末，我國內地城市軌道交通并投入運營開通線路共計165條，運營線路長度達到5033公里。其中，地鐵3884公里，占比77.2%；其他制式城軌交通運營線路長度約1149公里，占比22.8%。依照我國前瞻產業研究院發布的《2018-2023年中國城市軌道交通行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》中的數據能夠得出，截至2017年末，我國軌道交通線路平均運營里程長度為28km，單軌平均運營里程達到42.1km，輕軌平均運營里程達36.6km，地鐵平均運營里程在30.6km左右；而磁懸浮、有軌電車和APM（無人駕駛系統制式軌道交通）平均運營歷程較短。

2 高速鐵路列車運行控制系統分析

信號系統是鐵路的神經與大腦，支撐著鐵路系統的高效及安全運行。在通信、控制以及計算機技術不斷發展的今天，列車運行控制系統作為信號系統的核心得到了較好的發展。在這樣的條件下，我國高速鐵路與城市軌道交通不斷向著網絡化、數字化、智能化以及綜合化方向發展。

現階段，我國已經完成了CTCS（中國鐵路列車運行控制系統）列車控制系統技術標準體系的建立，經過了大量的試驗驗證，已經成功的將CTCS系統應用于高速鐵路中。依照功能要求以及設備配置的不同，CTCS系統被劃分成了五個等級，即CTCS-0級、CTCS-1級、CTCS-2級、CTCS-3級以及CTCS-4級，這些等級的具體特征如下：CTCS-0級的速度等級為120km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為軌道電路絕緣節、車地信息傳輸使用了“軌道電路”單向傳輸、線路固定數據在車載數據存儲芯片中保存；CTCS-1級的速度等級為160km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為應答器、車地信息傳輸使用了“軌道電路+應答器”單向傳輸、線路固定數據在應答器中保存；CTCS-2級的速度等級為200-250km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為應答器、車地信息傳輸使用了“軌道電路+應答器”單向傳輸、線路固定數據在應答器中保存；CTCS-3級的速度等級為300-350km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車位置校正為應答器、車地信息傳輸使用了無線雙向傳輸、線路固定數據在RBC中保存；CTCS-2級的閉塞方式為移動閉塞、列車位置校正為應答器、車地信息傳輸使用了無線雙向傳輸、線路固定數據在RBC中保存[1]。

在我國的普通鐵路列車運行系統CTCS-0級中，包括列車運行監控裝置LKJ以及通用式機車信號。其線路數據之所以全部在車載設備中進行保存，主要是為避免列車冒進信號的產生，相關司機在實際的駕駛運行中以地面信號為參考依據；在CTCS-1級的列車運行控制系統中，對CTCS-0級的設備進行了一定程度的改造，添加了點式設備，其主要的設備構件為安全型列車運行監控設備以及主體化機車信號；在CTCS-2級的列車運行控制系統中，通過對點式應答器的利用，實現了線路參數、定位信息以及臨時限速等信息的提供。該級別的列車運行控制系統是一種基于點式設備傳輸信息與軌道電路的點連式列車運行控制系統，所以并不需要在地面設置信號機。在其車載設備中，能夠對目標距離模式曲線進行自動生成，完成了對列車運行安全的實時監控；在CTCS-3級的列車運行控制系統中，包括無線閉塞中心RBC、無線通信系統GSM-R、車站聯鎖系統以及臨時限速系統TSRS，是一種基于無線通信的列車運行控制系統。在該級別的列車運行控制系統中，使用了CTCS-2級的控制系統作為列車的后備系統。

3 城市軌道交通列車運行控制技術分析

城市軌道交通列車由于其智能性、高效性及便捷性的優勢，成為了城市人們日常出行的重要交通方式。相比于高速鐵路列車，城市軌道交通列車的運行控制技術在整體需求上有著明顯的不同。目前，我國的各大城市的軌道交通已經從單線的發展不斷轉向交通網的運行，在運行方面，已經完成了從人工駕駛模式到ATO（自動駕駛模式）再到FAO（全自動運行系統模式）的發展。

自2002年起，我國開始來了對CBTC（基于無線通信的列車自動控制系統）的系統自主化研究，到2010年，由我國自主研發的CBTC信號系統在北京成功運營。發展至今，CBTC技術已經成為了我國城市軌道交通應用的主流信號技術，占有率已經達到了90%以上[2]。在CBTC系統中，主要包含的結構有車地通信設備、地面設備以及車載設備。在該模式下，列車的運行主要依照列車自動監控系統功ATS的發出的指令進行；搬動道岔、排列進路、點燈滅燈等指令由聯鎖設備發出。在基于CBTC技術的閉環控制中，列車的車載控制器會將速度、位置等相關信息利用無線電通信的方式發送至地面區域控制器；地面區域控制器依照區域內列車的位置信息，生成列車運行權限，并將其反饋至車載控制器。

CBTC系統在實際的運行中，面對著較多的影響因素，包括人為錯誤操作、較為惡劣的環境氣候條件等，同時，由于其自身的復雜性，所以必須要引進多種優化設計模型，才能確保其運行的安全性與可靠性。這些優化設計模型包括：單列車多質點的牽引與制動特性模型、列車間最小間隔的信息收集處理與監測預警系統模型、單列車在復雜線路及氣候條件下的傳感器協調精準定位模型、多輛列車間的自適應協調及節能控制模型等等。通過這些優化模型的使用，我國城市軌道交通列車實現了正線小于或等于90s的列車群“魚貫式”的安全追蹤。

4 軌道交通列車運行控制技術的展望

安全、綠色、高效是軌道交通發展與建設的方向，在這樣的要求下，軌道交通列車運行控制技術將不斷向著更加低碳、智能化、網絡化、開放化等的方向發展。具體來說，我國軌道交通列車運行控制技術將不斷向著以下幾個方面發展：

第一，故障檢測及智能診斷技術的提升。為了對列車中的設備狀態進行實時的檢測、提升維護質量，監測設備的使用是十分必要的。在未來的發展中，不僅要對現有的監測設備進行優化與完善，還要對大數據技術以及智能分析技術進行重點的應用，實現對于故障數據的深度挖掘，并建立起故障模型。利用對自動監測的綜合數據進行實時分析，能夠提升故障原因自動檢測水平以及智能化的分析水平，確保軌道交通列車更加安全的運行。

第二，全自動運行技術的研究。我國城市軌道交通列車運行控制技術將不斷向著智能化的方向發展，最終實現無人駕駛以及智能控制。全自動運行技術的發展可以實現地鐵列車的智能化運行以及自動化駕駛，有效控制了由于人工操作失誤造成的運行問題以及安全事故。全自動運行技術的使用與實現依賴于列車運行故障下的應急處理技術的發展與使用。

第三，全運行區間的列車預警技術。該技術的核心技術為預警技術與全方位感知技術，能夠實現對于城市軌道交通列車運行過程中對軌道交通系統自身故障的感知能力的提升，也增強了列車運行過程中對周圍環境的感知敏感性，可以及時的發出預警信息并自動采取相應的防護措施，提升了城市軌道交通列車的可靠性及安全性。

5 結束語

綜上所述，我國的軌道交通列車及其運行控制技術經過長時間的發展已經取得了較大的進步，相關成果也較為顯著。現階段，我國的高速鐵路列車運行控制系統已經基本建設完全，實現了多級運行控制系統及線路的互聯互通；我國的城市軌道交通列車運行控制技術也得到了較好的發展，實現了對已知或未知的硬件及軟件故障的容錯和安全管理。在未來，我國的軌道交通列車運行控制技術將向著更加安全、智能性更強等方向不斷發展。

參考文獻：

[1]寧濱，劉朝英.中國軌道交通列車運行控制技術及應用[J].鐵道學報，2017，39（02）：1-9.

[2]閆宏偉，燕飛，張仕杰，等.系統理論過程分析在城市軌道交通列車運行控制系統設計中的應用[J].城市軌道交通研究，2017，20（11）：55-59+63.