基于V2V通信的列車控制系統研究

萬長征　賴小龍

摘要：隨著現代城市軌道交通已經在全國各地爭相建設和使用，有效的緩解城市交通壓力，另一方面，5G、云計算、大數據、人工智能等技術的出現也促進著軌道交通技術的進一步發展。本文介紹了一種基于V2V通信的列車控制系統，給出了系統構架，并就相鄰列車通信和全網列車通信兩種實現方案進行了討論。分析了車載控制器的具體功能，并對實際應用中面臨的異常控制問題及其解決方案進行了探討。

關鍵詞：城市軌道交通;V2V通信;車載控制器

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0007-01

0 引言

隨著現代城市軌道交通已經在全國各地廣泛建設并使用，有效的緩解城市交通壓力，另一方面，5G、云計算、大數據、人工智能的技術的出現也促進著軌道交通技術的進一步發展。對于城市軌道交通現在和未來頭的建設和經營都提出了更高的要求：高的服務質量、低的運營成本。本文介紹了基于V2V通信的列車控制系統的系統結構、控制系統方案和功能管理等。

1 系統結構

基于V2V通信的列車控制系統，主要由車載控制器（VOBC）、列車自動監控（ATS）、數據庫存儲單元（DSU）、對象控制器（Object Controller）、數據通信系統（DCS）等子系統組成，如圖1所示。其中，DCS系統負責將各子系統相互之間完成通信。VOBC通過無線網與相鄰車輛或ATS進行通信。采用這種方式可以減少時延、提升系統運行速率和穩定性，并且通過在硬件中才用冗余配置的方式，保證系統的安全性。

對象控制器向VOBC發送控制信息，VOBC再將收到的控制消息發送給軌旁設備，軌旁設備接收到信息后，根據指令完成相應的操作任務，從而實現對象控制器對軌旁設備的管理和控制。另外，列車實時的接收對象控制器發來的軌旁設備的當前狀態信息，進而完成聯鎖計算，從而完成相關的操作。

ATS主要任務是監視設備運行的狀態信息，包括列車、對象控制器、其他軌旁設備等。當列車控制系統能力受限時，ATS將根據當前線路中全部列車具體數據情況，對其出現故障的線路統籌規劃，然后向對應的列車和對象控制器發送控制信息，調度所有的列車，最后監督運行情況，直到完全恢復運行。

2 控制系統方案

2.1 點對點列車通信

該方案下，所有列車通過無線接入點（AP）與相鄰前后的兩車通信，并將自身數據發送并儲存在ATS。ATS將收到列車信息發送給相鄰的三列列車，列車的VOBC設備然后將接收到ATS發送的數據和V2V交互的數據進一步處理，完成聯鎖計算任務。

其優點是在于當出現問題主要在小范圍部分時，處理信息過程無需上傳主控中心，通過自身VOBC就可以完成計算和調度，大幅度的降低系統的控制處理的負擔，但其缺點就是只適合于小范圍內使用。由于無法獲得全線路的信息，因此該方法不適于全線調度操作。另外也可能會發生，當列車進行突然較大的狀態改變后，易使得全線列車都受到影響，從而被迫改變行車計劃，影響全線運營造成大范圍晚點。

2.2 全線列車通信

該方案中，全線列車的相互之間保持實時通信。每列列車通過有線或無線傳輸網絡向其他列車和ATS 廣播自己的數據，同時又接收其他列車的廣播數據，綜合數據后進行聯鎖計算。但由于線路上列車數目多，廣播信息數據變的尤為龐大，所以對通信技術的要求，速率快、帶寬大、時延低。同時可以采用云平臺技術，作為資源存取的中心。所有列車將列車實時信息上傳到云平臺，并且從云平臺上下載所需要的信息，然后完成聯鎖計算，從而實現高效、快速、有保障的V2V通信的列車控制系統任務。

通過該方案，當線上某一列車出現問題時，其他相鄰幾列列車可根據當前實際運行情況做出運行計劃修改，避免大幅度列車全部都改變運行策略;同時也保證列車運行的安全。

3 主要功能

3.1 聯鎖計算功能

基于V2V通信的列車控制系統的列車在運行過程中，VOBC根據當前列車自身和線路上其他列車的運行數據，通過相應的聯鎖計算得出一系列結果。并將其計算結果發送給對象控制器，控制道岔完成預先制定的動作。當列車運行駛過這個道岔后，道岔等待下一列車的控制。

3.2 移動授權功能

基于V2V通信的列車控制系統列車，VOBC擁有移動授權功能。在列車行進中，VOBC周期性地與相鄰前后列車通信，雖然列車相對距離不停地變化，但是共享列車信息，VOBC時刻知道相鄰兩列車實時位置、速率、經過道岔權限，其自身移動授權也不斷地更新。

3.3 控制模式

關于列車控制系統的模式有兩種：一是VOBC為主，ATS為輔;二是ATS完全主控。

正常情況下，所有列車和軌旁設備都工作在第一種模式下。但當行進的列車收到告警信息時，VOBC會當前自己運行數據和告警數據，做風險等級評估，若風險等級高于門限時，將控制權轉給ATS控制。控制中心對涉及到的所有列車進行直接調度控制，保證列車安全行駛。當全線列車恢復正常后，權限交回VOBC主控。

4 結語

隨著新技術爆炸式的出現，不斷地改變著我們這個社會方方面面，針對于我們城市軌道交通領域，也應該積極的融入其中，建設智慧化城市軌道。通過實現列車之間的寬帶大、時延低、速率快;“云”平臺共享數據資源;自主運行和調整能力，促進現代軌道交通向智能化發展。綜上所述，基于V2V通信的列車控制系統將是軌道交通的主要發展方向。

參考文獻

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Research on Train Control System Based on V2V Communication

WAN Chang-zheng，LAI Xiao-long

（College of mobile Telecommunications Chongqing University of Posts and Telecom，? Chongqing? 401520）

Abstract：As modern urban rail transit has been rushing to build and use across the country， effectively alleviating urban traffic pressure. On the other hand， the emergence of technologies such as 5G， cloud computing， big data， artificial intelligence and other technologies has also promoted the further development of rail transit technology. This paper introduces a train control system based on V2V communication， gives the system architecture， and discusses two implementation schemes of adjacent train communication and train communication on the whole network. The specific functions of the vehicle controller are analyzed， and the abnormal control problems and their solutions in practical applications are discussed.

Key words：Urban rail transit; V2V communication; vehicle controller