列车运行控制系统的现状与发展

所属分类：电子论文阅读次时间：2019-10-09 10:31

本文摘要：摘要：随着新一批大城市和特大城市的出现，我国的城镇化进程又向前迈进了一大步。随之而来的是拥堵的公共交通和日益增加的出行成本。城市轨道交通是缓解大城市交通问题的有效方法，为提高运输效率，传统的人工驾驶方式已难以满足需求，基于无线通信的列车运

高端学术服务项目

　　摘要：随着新一批大城市和特大城市的出现，我国的城镇化进程又向前迈进了一大步。随之而来的是拥堵的公共交通和日益增加的出行成本。城市轨道交通是缓解大城市交通问题的有效方法，为提高运输效率，传统的人工驾驶方式已难以满足需求，基于无线通信的列车运行控制系统成为城市轨道交通信号系统的首选。近年来，现有城市轨道交通信号系统的基础上，正在发展出两个新的技术方向，即无人驾驶和互联互通。

　　关键词：城市轨道交通,信号系统,列车运行控制系统,无人驾驶,互联互通

西安交通大学学报

　　1列车运行控制系统的现状

　　自20世纪60年代起，国外开始了对CBTC(CommunicationBasedTrainControl)的理论研究。我国的城市轨道交通起步较晚，但经过了探索和试验阶段，一二线城市已经快速地迈入了轨道交通的网络建设阶段。1965年中国第一条地铁在北京开工建设，1969年建成通车，1981年正式对外运营。

　　目前，全国共有34个城市已经开通了轨道交通，运营里程达到近5000km。截至2017年12月31日，新增4个运营城市，33条运营线，新增运营线路长度达868.9km新增线路再创历史新高，比2016年新增线路534.8km增加334.1km，增幅达62.5%。其中，上海是目前中国城市轨道交通通车里程最长的城市，地铁里程总计长度为636.37km[2]。

　　因此，我国的信号供应商已经从引进国外技术，到吸收消化核心技术，走向了自主研发国产化信号系统的道路。国内各大城市的地铁业主也从一味地接受，到如今提出需求，紧跟甚至带领着技术发展的方向。在供应商与业主双方的共同作用下，CBTC从传统的IEEE1474标准架构，开拓出了新的城市轨道交通列车运行控制系统技术发展方向。下面将详述其中的两个主要发展方向：全自动无人驾驶系统和互联互通方向的车-车通信系统。

　　2基于无线通信的列车运行控制系统

　　在传统CBTC的IEEE1474标准架构中，有三大子系统：车载控制器VOBC(VehicleOnBoardController)、区域处理器ZC(ZoneController)和自动列车监控子系统ATS(AutomaticTrainSupervision)。

　　VOBC是位于列车司机室内的控制设备，主要对列车进行测速、定位和控制，接受来自ZC的信息，根据ZC提供的移动授权来计算安全防护曲线，并与列车目前的速度进行比较，监督列车运行状态，并及时发出制动命令。ZC接收数据存储单元、列车监控子系统、计算机联锁等的各种数据信息，集中获取系统中各个设备的运行状态。

　　对区域管辖区内的列车进行移动授权和临时限速，监控道岔、信号机、应答器等轨旁设备。ATS对列车运行状态进行监控，提供报警显示、进路排列、运行图调整和数据查询等功能，可为调度人员提供监控和旁路系统功能的操作。以上各个子系统的协同工作，共同完成了CBTC的功能。此外，CBTC系统中通常还包括：数据通信系统DCS(DataCommunicationSystem)、计算机联锁CI(ComputerInterlocking)、维护诊断子系统MMS(MaintenanceManagementSystem)。

　　3全自动无人驾驶的列车运行控制系统

　　全自动无人驾驶系统UTO(UnattendedTrainOperation)减少了正线运营以及车辆场段中列车司机的角色，实现了由控制中心调度人员集中化的远程操作、运营控制和调度管理的模式。因此，在继哥本哈根、新加坡、迪拜等城市开通无人驾驶信号系统后，北京、上海、广州等国内一线城市也开始投入全自动无人驾驶CBTC系统。

　　全自动无人驾驶架构与典型CBTC架构，在各子系统的核心功能上，没有较大区别。相比现有CBTC系统，UTO在运营工作流程上有了较大的变化。取消列车司机的角色，但新增了多职能队员的岗位，负责所有运营车站和列车的巡视，并负责列车故障处置、人工驾驶、设施设备一级维修等业务。

　　日常的运营工作流程为：列车停在车辆段或停车场，系统根据出入库派班计划，分批次自动唤醒列车;当列车唤醒成功后进入列车综合自检，自检通过的列车按计划班次等待发车指令;同时，车站工作人员对车站内所有设备进行运营前测试并开启;列车由出入场段线，根据时刻表进入正线运行;列车在无人驾驶模式下自动在区间运行，并且完成进站、停车、发车;根据时刻表，列车在折返站台自动进行控制端转换并匹配运行计划;列车完成时刻表计划，到达终点站后清客并下线;列车按回库派班计划规定的股道自动运行至停车库指定股道，上传数据后自动休眠。

　　此外，全自动无人驾驶架构与现有CBTC系统相比在功能、按钮、设备和接口上有较多的升级。主要的新增功能包括自动唤醒功能、自动休眠功能、自动存车功能、自动进入或退出运营功能、自动鸣笛功能、场段内自动运行功能、自动洗车功能、站台停车窗口校准对位功能、站台清客功能、列车状态监督功能、工况管理、蠕动功能、应急报警功能、远程控制功能等。主要的新增按钮包括洗车按钮、紧急关闭按钮、自动折返按钮、站台操作车门按钮、站台请客确认按钮、人员防护开关、全自动运行列车禁止出发按钮等。

　　信号系统内部主要的新增设备包括冗余的测速脉冲电机和雷达等。信号系统与外部系统之间，主要的新增接口包括ATS远程控制命令接口、脱轨检测接口、火灾联动接口、列车控制管理系统接口等。

　　4互联互通的车-车通信列车运行控制系统

　　阿尔斯通在法国里尔1号线进行了车-车通信CBTC系统的试验，与传统的IEEE1474典型架构相比，这种架构简化了联锁子系统和区域子系统，ATO/ATP的主要功能将从轨旁移至车载。ATS将进路计划发送至VOBC，VOBC将直接控制道岔的转动、进路的开放和移动授权的计算等功能。

　　因此前后列车之间的通信也更为直接，无需由轨旁子系统计算后再发送给车载，交互性能将大大提高。这与国内地铁运营公司越来越多提及的互联互通系统需求是相通的，可见简化轨旁设备有可能成为CBTC发展的新方向。车车通信的架构中包括监控子系统ATS、通信子系统DCS、目标控制器OC(ObjectController)和车载子系统VOBC。中心设备ATS和无线通信网络DCS与CBTC典型架构中的功能并无过多差异，只是ATS将直接通过DCS与车载子系统进行通信，并将进路信息发送给VOBC。

　　目标控制器或称对象控制子系统，布置在轨旁或设备集中站，可以将其看作为简化后的区域子系统。OC接收VOBC和ATS的命令，执行对轨旁设备的操作，并反馈对象的状态。车载子系统是车车通信架构中的核心子系统，集成了主要的ATP/ATO功能。除了原有的列车定位、速度控制、车地通信、列车完整性检查和人机交互等功能外，新增了进路控制、车车通信和行车许可功能。

　　进路控制功能实现了列车通过车地通信，直接接受ATS的进路命令，计算进路计划所需的道岔和信号机，通过OC查询区段占用情况，并判断是否办理该进路。车车通信功能实现了VOBC根据ATS中的列车信息，筛选出进路范围内的列车，并确定作为目标追踪的前车，并与之建立通信。行车许可功能根据进路命令、前车位置信息、临时限速和OC反馈的轨旁设备状态，生成行车许可。因此从CBTC典型架构向车车通信架构作延伸和兼容时，需要将原本计算机联锁和区域控制器的进路控制、车车通信和行车许可等功能模块迁移到VOBC中，而ZC则需简化为仅支持对轨旁资源的执行和分配，以防抢占导致的死锁发生。

　　5结语

　　无论是从技术的实现，还是运营的实际需求来说，全自动无人驾驶将会是目前更容易实现的一步，既可以为既有线CBTC做升级，也可以为新线规划全自动无人驾驶制式。而车车通信，则是互联互通或者简化轨旁设备的最好解决办法，一旦车车通信技术发展起来，将会是对传统CBTC较大的革新。

　　参考文献

　　[1]孙章，蒲琪.城市轨道交通概论[M].北京：人民交通出版社，2010.

　　[2]2017年中国内地城轨交通线路概况[J].城市轨道交通，2018(1)：16-21.

　　[3]陈荣武.CBTC系统列车运行仿真与优化策略[D].成都：西南交通大学，2011.

　　[4]王淑伟.城市轨道交通CBTC仿真系统研究[D].成都：西南交通大学，2014.

　　[5]刘畅.基于移动闭塞原理的列控车载仿真系统的研究与实现[D].成都：西南交通大学，2014.

　　交通论文投稿刊物推荐：《西安交通大学学报》主要刊登机械、电气、能源、动力、材料、电子、信息与控制、计算机、物理、力学、化学工程、生物工程、建筑工程以及有关新兴、交叉学科方面的新研究成果。