中国轨道交通列车运行控制技术及应用

谢谦

摘 要：在城市轨道交通行业迅猛发展的时代背景下，保证行车安全、提高行车效率的信号系统突显得越来越重要，基于通信列车自动控制系统（Communication Based Train Control Sys-tem，以下简称“CBTC”）成为了目前建设城市轨道交通信号系统的主流系统。本文主要对中国轨道交通列车运行控制技术及应用进行了简要的分析。

关键词：中国 轨道交通 列车运行 控制技术

1、列控系统关键技术

1.1 列車定位技术

1.1.1固定定位技术

固定定位技术是一种被动的定位方式，其定位原理是将线路划分为若干不同的闭塞分区，列车定位是以固定闭塞分区的长度作为最小定位单元，一个闭塞分区同时只能被一辆列车占用，但列车在闭塞分区内更加详细的位置信息无法获得，定位精度较差。列车的定位功能常利用轨道电路方式或计轴点的方式来实现。

1.1.2移动定位技术

移动定位技术是一种主动的定位方式，其定位原理是列车根据线路上预先设置的轨旁信息点，来推算出自身的实际地理位置，最小定位单元可以根据设置的轨旁信息点的精度来实现。列车的定位功能常利用测速定位加校正方式或外部参照定位方式等来实现。测速定位加校正方式是利用查询＼应答器、信标、电缆环线等技术手段对车载里程计由于车轮滑行或空转、轮缘磨损等原因产生的测距误差进行修正，来实现列车的定位；而外部参照定位方式就是列车根据预设的外部参照物来确定自身位置的方式，主要包括利用电缆环线、裂缝波导、无线扩频通信以及GPS等技术手段，外部参照定位方式从定位原理来说分为以下两类：一是利用延线路敷设外部介质特性在线路上形成标尺的功能，列车通过数刻度的方式实现自身的定位。如：裂缝波导管定位和电缆环线定位就是采用这种原理。二是列车通过综合多个距预设定位校正设备的距离的数据来获取列车所处的具体位置。如：无线扩频通信定位和GPS定位就是采用这种原理。需要说明的是具体系统中采用何种定位技术，取决于对线路运输能力的要求。通常，城市轨道交通系统中需要综合运用多种定位技术。由于每一种定位的方法总有其固有的缺点，单一的定位方法无法在定位的精度、可靠性和代价之间作到很好的平衡，而多种定位技术集成的优势在于能通过冗余、互补和多种的信息为系统提供更为精确的信息，使整个轨道交通和指挥系统中的安全性、测量精度、可靠性、造价等方面作到一定的平衡。

1.2 车地通信技术

1.2.1车地通信内容

车地通信的内容主要是速度信息和距离信息两类，根据这个分类可将列控系统分作速度码系统和距离码系统。速度码系统通常使用频分制方法，即用不同的频率代表不同的允许速度，从地面传递给列车的允许速度是阶梯分级的，在轨道电路区段分界处的限速值是跳跃式的。而在距离码系统中，由于信息电码的多样性和复杂性，所以必须使用时分制数字电码方式，按协议来组成各种信息。其特点是：根据地面传至车上的各种信息（包括区间的最大限速、目标点的距离、目标点的允许速度、区间线路的坡度等）以及列车自身的固有数据（如：列车长度、常用制动及紧急制动的制动率、测速机测距信息等），由车载计算机实时计算得出允许速度曲线，并按此曲线对列车的实际运行速度进行监控。由于数据传输以及实时计算，列车车速监控都是连续的。

1.2.2车地通信方式

车地通信技由于是固定物与移动体之间的信息交换，所以必须采用无线的方式进行。实际上经常所说的是根据信息传输介质的不同，可分为有线和无线两大类，而有线类又可分为利用轨间电缆、利用模拟轨道电路和利用数字编码轨道电路技术三类。模拟轨道电路用代表不同速度信息的低频对载频进行调制，该调制信号是模拟量，以实现对列车速度的控制；它只能传输速度信息，因此只能实现阶梯式控制模式的固定闭塞；数字编码轨道电路则用报文形式，通过数字编码对载频实行数字调频，该调制信号是数字量，以实现列车控制用各种信息（包括目标速度、目标距离、线路坡度、区间限制、轨道电路长度等信息）的传输，通过这种轨道电路可是实现曲线式控制模式的准移动自动闭塞。

2、列车自动驾驶系统（ATO）

（1）列车自动驾驶。①列车运行速度的自动调整ATO系统的车载控制器能将列车的即时运行速度与列车最大允许运行速度和目标速度进行实时比较，自动完成列车在线运行速度的实时调整，从而使列车在限制速度下安全运行，并尽量较少惰行、牵引与制动之间地相互转换。②车站自动发车ATO系统检查发车的安全条件符合时，向司机发出启动列车的命令，司机确认该命令后，按下司控台上的列车启动按钮，控制列车转入牵引驱动状态，随即列车开始加速。列车出发后，可以根据ATO系统预设的允许速度等信息，使列车平稳安全地运行。③停车点目标制动当ATO系统接收到停车命令以后，会将站台停车点作为其停车制动的目标点，结合系统预设的制动率、列车行车速度与距停车点的距离计算出列车的制动曲线，从而控制列车安全、谁确、平稳地在预定停车区域停车。

（2）列车无人自动折返，无人自动折返是ATO系统一种特殊的驾驶模式，当工作于此种模式时，列车上所有控制台都将转入锁闭状态，整个过程无需司机参与。

（3）车门自动开闭控制，当列车到达指定停车点时，由ATO系统向ATP系统发送停车信号，此时ATP系统需先检查是否符合开启车门的控制条件，如果符合将发出开启车门的命令，ATO车载设备接收到该命令后控制车门自动开启，也可以由司机人工开启车门。但是ATO系统关闭车门不能自动完成，必须由司机人工操纵。

3、列车自动监控子系统（ATS）

（1）时刻表处理，时刻表系统是实现时刻表的存储、安装、修改，以及列车运行图的显示、绘制和打印的重要设备，同时还可向其他系统提供时刻表的相关数据信息。系统中储存着多套列车运行图，能够满足列车不同运行情况下的需要。

（2）列车监视与跟踪，列车监视与跟踪主要实现对列车的监视、车次号的初始化、车次号移动、运行识别和集中显示等功能。

（3）列车进路的自动选排，ATS系统的控制中心能实现对室外道岔、進路和信号机的集中控制，可以根据当日当次的列车计划运行图自动建立进路，并且自动完成对列车运行的控制。

ATS系统能形成转换道岔所处位置的命令，并将该命令经由传输通道发送向联锁信号系统，进而实现自动建立进路的功能。

（4）列车运行自动调整，当列车实际运行偏离计划运行图时，必须对列车运行情况进行调整。系统需实时对列车实际时刻表和计划时刻表进行比较，一旦出现偏离，必须使列车恢复到按原计划时刻表运行，并以此为基础，自动形成列车的发车时间。列车运行调整要遵循所有列车调整时间最短、总延迟最短的原则，争取尽快使列车运行恢复到计划运行状态。

（5）运行报告，ATS系统能对列车运行中产生的大量数据进行记录、分析和存储，同时提供数据备份和数据恢复功能；工作人员在需要时，可对系统中的数据进行查询和回放；还可提供多种运行报告和统计功能，辅助行车调度员了解列车的实际运行情况与整个系统的工作情况。

（6）仿真与演示，ATS的培训与演示系统是通过现代信息技术等手段，仿真模拟整个ATS系统的实际运行情况，借助于该系统，工作人员可以进行系统演示、调试与员工培训等。

（7）监侧与警报，为了使列车能安全、平稳地运行，ATS系统需要对各种设备的实际运行状态进行实时监督和检侧，并对整个过程加以记录，而且整个监侧过程不会影响到被监侧对象的正常工作。一旦被监侧对象出现异常情况时，应能及时给出报警提示，同时确定故障的范围和位置并加以诊断，直到设备恢复到正常情况为止。

4、结语

这些年城市轨道交通的完善的较快，城市轨道交通在当今城市交通中现已占有了重要的地位，随着计算机和通讯技能的完善，列车运行控制系统将是城市轨道交通运行安全的重要保障。

参考文献

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[2]刘宏杰，郜春海，刘波，陈黎洁.城市轨道交通列车运行控制系统分级标准研究[J].都市快轨交通，2011，04：5-8.

[3]朱宏舟.试论轨道交通列车运行控制系统[J].中国新技术新产品，2010，15：129-130.