一種基于RFID的輕量化城軌列控車(chē)載設(shè)備研究

孫曉光，周延昕

（通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070）

1 概述

隨著城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的發(fā)展，為提高運(yùn)營(yíng)能力，列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)整體上越來(lái)越復(fù)雜，建設(shè)及維護(hù)成本越來(lái)越高。針對(duì)中低運(yùn)量城市軌道交通，重量級(jí)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)存在投資高、維護(hù)復(fù)雜、實(shí)際使用功能較少等問(wèn)題，本文提出一種基于RFID的輕量化城軌列控車(chē)載設(shè)備方案，實(shí)現(xiàn)GoA2等級(jí)自動(dòng)化程度。

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大及城軌客流的增加，CBTC系統(tǒng)逐漸占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，尤其是互聯(lián)互通CBTC系統(tǒng)及GoA3/4等級(jí)CBTC系統(tǒng)[1-4]。CBTC系統(tǒng)需要全線(xiàn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、全線(xiàn)安裝應(yīng)答器、全線(xiàn)安裝計(jì)軸等設(shè)備，具有追蹤能力強(qiáng)等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)由于配屬車(chē)輛及客流需求原因，在中低運(yùn)量軌道交通中不具備顯現(xiàn)的條件。為適用中低運(yùn)量軌道交通，本文通過(guò)在全線(xiàn)設(shè)置軌道電路實(shí)現(xiàn)限速信息傳輸，在站臺(tái)區(qū)域設(shè)置TAG標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)列車(chē)精確定位，在站臺(tái)區(qū)域設(shè)置WLAN覆蓋實(shí)現(xiàn)屏蔽門(mén)聯(lián)動(dòng)及運(yùn)行信息傳輸，通過(guò)霍爾速度傳感器及加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)速測(cè)距，車(chē)載設(shè)備通過(guò)首尾冗余方式提高系統(tǒng)的可用性[5-8]。

2 總體設(shè)計(jì)思路

車(chē)載設(shè)備單端單系，通過(guò)首尾冗余方式實(shí)現(xiàn)雙端冗余；優(yōu)先使用本端車(chē)載設(shè)備。本端車(chē)載設(shè)備故障時(shí)，使用對(duì)端車(chē)載設(shè)備，使用本端DMI、TCR；若本端DMI、TCR故障，則由司機(jī)目視駕駛。車(chē)載設(shè)備不存儲(chǔ)電子地圖數(shù)據(jù)，通過(guò)站臺(tái)區(qū)域TAG標(biāo)簽獲取車(chē)站信息。通過(guò)站臺(tái)區(qū)域WLAN獲取運(yùn)行計(jì)劃信息。

2.1 測(cè)速測(cè)距及定位

通過(guò)霍爾速度傳感器、加速度計(jì)獲取列車(chē)速度及加速度情況，計(jì)算列車(chē)的速度位置信息，保證列車(chē)速度、運(yùn)行距離的正確性和安全性。通過(guò)車(chē)載TAG讀取器獲取地面站臺(tái)附近區(qū)域TAG標(biāo)簽，對(duì)列車(chē)位置進(jìn)行建立及校正；非站臺(tái)附近區(qū)域不布置TAG標(biāo)簽。

2.2 超速防護(hù)

通過(guò)車(chē)載TCR獲取地面軌道電路中限速信息，根據(jù)測(cè)速測(cè)距單元計(jì)算的速度位置信息、地面發(fā)送的限速信息進(jìn)行列車(chē)速度防護(hù)。車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)司機(jī)操作，對(duì)列車(chē)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控及防護(hù)，并將列車(chē)運(yùn)行相關(guān)信息發(fā)送至DMI，提示司機(jī)安全駕駛列車(chē)。

2.3 車(chē)門(mén)允許及車(chē)門(mén)防護(hù)

車(chē)載設(shè)備判斷列車(chē)在站臺(tái)區(qū)域停準(zhǔn)停穩(wěn)，輸出車(chē)門(mén)允許。車(chē)載設(shè)備通過(guò)硬線(xiàn)采集車(chē)門(mén)狀態(tài)；若沒(méi)有車(chē)門(mén)允許且車(chē)門(mén)打開(kāi)，則車(chē)載設(shè)備輸出切除牽引。

2.4 自動(dòng)駕駛功能

車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)具備自動(dòng)駕駛功能，通過(guò)站臺(tái)區(qū)域WLAN獲取地面發(fā)送的ATO運(yùn)行計(jì)劃信息，包括扣車(chē)命令、跳停命令、運(yùn)行等級(jí)調(diào)整、開(kāi)關(guān)門(mén)命令等運(yùn)行計(jì)劃命令，實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)駕駛及站臺(tái)精確停車(chē)。

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車(chē)載設(shè)備包括ATP主機(jī)、ATO主機(jī)、DMI、交換機(jī)、車(chē)載AP、車(chē)載天線(xiàn)、TAG、霍爾速度傳感器、加速度傳感器和TCR。

ATP主機(jī)通過(guò)MVB與本端DMI、對(duì)端ATP主機(jī)、對(duì)端DMI連接；ATP主機(jī)通過(guò)I/O線(xiàn)纜與車(chē)輛接口連接，傳輸緊急制動(dòng)、車(chē)門(mén)狀態(tài)信息；ATO通過(guò)MVB總線(xiàn)與TCMS連接傳輸控制信息及運(yùn)行信息，如圖1所示。

圖1 車(chē)載設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Onboard equipment structure design

4 駕駛模式

車(chē)載設(shè)備主要采用5種模式，包括列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行模式（AM模式）、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)模式（CM模式）、限制速度操作模式（RSM模式）、限制人工駕駛模式（RM模式）和非限制人工駕駛模式（EUM模式）。

1）AM模式

在該模式下，車(chē)載ATO在車(chē)載ATP的監(jiān)控下，控制列車(chē)的啟動(dòng)、加速、巡航、惰行、制動(dòng)和精確停車(chē)。在此模式下，系統(tǒng)設(shè)備正常，沒(méi)有人為干預(yù)，此駕駛模式維持不變。車(chē)載ATO在站臺(tái)區(qū)停準(zhǔn)后自動(dòng)開(kāi)、關(guān)門(mén)。

2）CM模式

在該模式下，司機(jī)手動(dòng)駕駛列車(chē)，車(chē)載ATP根據(jù)線(xiàn)路狀況限制并監(jiān)督速度、車(chē)門(mén)狀態(tài)防護(hù)、制動(dòng)率檢測(cè)、運(yùn)行速度顯示、測(cè)速測(cè)距及定位。

3）RSM模式

在該模式下，車(chē)載設(shè)備在信號(hào)線(xiàn)路以受限速度行駛列車(chē)。當(dāng)列車(chē)接收零編碼，速度小于或等于20 km/h時(shí)，車(chē)載ATP允許通過(guò)繼續(xù)限制速度開(kāi)關(guān)，用繼續(xù)限制速度的功能要求行駛，車(chē)載ATP對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督，允許的最大速度為25 km/h。單次確認(rèn)，該功能允許最多移動(dòng)250 m、最多保持180 s。從司機(jī)單次確認(rèn)開(kāi)始，超過(guò)200 m或超過(guò)160 s后，司機(jī)需要進(jìn)行再次確認(rèn)。若司機(jī)在250 m內(nèi)或200 s內(nèi)沒(méi)有確認(rèn)，則車(chē)載設(shè)備輸出緊急制動(dòng)。該模式只能在車(chē)載ATP設(shè)備為投入時(shí)使用，司機(jī)靠視線(xiàn)操作。

4）RM模式

在該模式下，車(chē)載ATC不處理線(xiàn)路速度碼。如果列車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)35 km/h，車(chē)載設(shè)備輸出切斷牽引力，當(dāng)列車(chē)速度低于切牽速度的10%時(shí)，恢復(fù)列車(chē)牽引。如果列車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)40 km/h，車(chē)載設(shè)備輸出緊急制動(dòng)。該操作模式為車(chē)載設(shè)備故障情況下使用，安全由司機(jī)確保，遵守線(xiàn)路側(cè)方信號(hào)。

5）完全隔離模式

在該模式下，安全由司機(jī)確保，靠視線(xiàn)操作組成部分，遵守線(xiàn)路側(cè)方信號(hào)。該模式在車(chē)載設(shè)備故障情況下使用。

6）模式轉(zhuǎn)換

車(chē)載設(shè)備上電后處于RM模式，接收到軌道電路信息后，自動(dòng)升級(jí)CM模式；人工確認(rèn)進(jìn)入ATO駕駛模式后，車(chē)載設(shè)備進(jìn)入AM模式；當(dāng)接收軌道電路信息為無(wú)碼時(shí)，可以通過(guò)點(diǎn)擊確認(rèn)進(jìn)入RSM模式；AM、CM、RSM模式可以轉(zhuǎn)換為RM模式；切除開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到切除位后，AM、CM、RM、CSM模式均可進(jìn)入EUM模式。AM、CM、RSM、RM、EUM模式的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如圖2所示。

圖2 模式轉(zhuǎn)換關(guān)系Fig.2 Mode transformation relation

5 結(jié)論與展望

本文通過(guò)介紹一種基于RFID的輕量化城軌列控車(chē)載設(shè)備方案，可解決中低運(yùn)量的城市軌道交通線(xiàn)路重量級(jí)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)存在的投資高、維護(hù)復(fù)雜、實(shí)際使用功能較少等問(wèn)題。可在未來(lái)的城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)發(fā)展中提高運(yùn)營(yíng)能力，降低建設(shè)及維護(hù)成本。