基于通信的轨道交通列车运行控制系统

孙尚

摘要：在此次研究中，以通信为基础重点阐述了列车运行控制系统的相关内容，并结合国际技术的发展方向，确定国内安全标准，构建安全认证和评估体系，希望有所帮助。

关键词：通信;轨道交通;列车运行控制系统

0  引言

在轨道交通列车运行期间，为确保其安全并提升其运输效率，有必要选择使用具有较高可靠性且性能先进的列车运行控制系统。虽然国内铁路列车运行控制系统发展时间较长，且基础牢固，但始终难以与铁路客运专线以及城市轨道交通发展的需求相适应，尤其是列控系统始终依赖引进。为此，我国要尽快发展与国情相适应的列控系统。由此可见，深入研究并分析基于通信的轨道交通列车运行控制系统十分有必要。

1  轨道交通列控系统发展历程阐释

轨道交通运行控制系统在长期实践发展的过程中，已经经历过多次变革。特别是在列车速度以及密度加大的背景下，以车载信号控制为基础的轨道交通发展成绩斐然，进而成功研发出列车自动防护系统，提高了列车运行的安全性与效率[1]。但最初阶段，因轨道电路信息量不多，选择以台阶方式为基础的速度控制固定闭塞系统，要求列车之间要保留多个闭塞分区，以当做安全间隔使用。在列车乘客数量增多以后，即要求既有线路尽可能增加列车数量与乘客的容量。在不对车辆和轨道设施升级的情况下，实现了准移动闭塞系统的推广应用，能够更为灵活地控制列车的安全间隔。但在各分区内，仅容许一列车占用。长期以来，为使列车追踪间隔成功压缩，致力于移动闭塞的研发，而后续列车则以前行列车的车尾作为跟踪运行的主要目标。地-车大容量是移动闭塞系统的重点，并且借助双向信息传输形式，以增强列车定位的准确性[2]。

现阶段，ATP系统在地-车信息传递方面，一般可采用轨道电路所传输的编码信息，或者是使用独立通信系统。而前者则通过对数字编码轨道电路的使用，能够从轨道向列车传输单向的信息，但因带宽不达标且可用频率有限，所以实际传输的信息量也十分有限。后者可实现传输信息的双向性与大容量目标。上世纪八十年代，欧洲成功研发出可在城市轨道交通中使用的轨道交通列车运行控制系统，并且通过试验得到了验证。

2  基于通信的轨道交通列车运行控制系统

轨道交通列车运行控制系统的发展时间并不短，且在其发展期间经历了多次变革与升级，而以通信为基础的系统研发则是现代城市轨道交通的重点。

2.1 基本组成

列车运行控制系统的应用有效摆脱了利用地面轨道电路设备对列车占用、信息传输判别的形式，更好地实现了移动闭塞目标[3]。在此系统中，以通信传输方式为主，利于列车、地面间的定时与实时双向通信，而且后续列车还可以对前方列车的实际运行状况予以及时了解，在实时计算的基础上，后续列车即可绘制制动曲线，使得区间通行能力不断增强，同样使减速制动几率降低，旅客的乘车舒适感明显改善。与此同时，地面也能够向车载控制设备实时传递车辆运行的线路限速情况，保证列车能够根据线路的限制条件正常运行，增强运行的安全水平。

通常，列车运行控制系统的组成中涵括了列车车载设备、地面无线闭塞控制中心、列车定位系统以及地-车双向信息传输系统。在运行此系统的过程中，车载控制设备能够对列车实际速度和接收MA进行对比，一旦超出限制速度，即可自动转变成常用制动亦或是紧急制动，尽力在安全点之前能够安全停止[4]。对于地-车双向信息传输系统，即可借助无线通信等多种媒体形式传递给车载控制设备。

为保证列车安全行驶，列车运行控制系统内的列车一定要准确判断自身的位置与运行的方式。

2.2 关键性技术

一方面，列车定位技术。对于列车运行控制系统而言，需保证定位技术的安全性与可靠性。现阶段，列车车载自身定位和地面绝对位置校正设备的结合形式最为常见。而地面绝对位置的校正设备一般涵括了裂缝波导、应答器以及交叉轨道环线等等。但同样也可采用无线定位以及GPS等其他的定位方式。①轨旁裂缝波导定位[5]。所谓裂缝波导，即为中空铝质矩形方管，需要在顶部位置每间隔特定距离设置窄缝，借助连续波的频率，在裂缝的作用下耦合场强，采集并处理，利用计数器对列车所经裂缝数加以确定，准确计算列车行驶距离，进而明确其在线路中的实际位置。②车载列车设备定位。此类设备一般会融合速度传感器与加速度计，进而测量出列车移动体速度以及行驶的距离。③无线扩频通信定位。一般情况下，轨旁电台位置始终不改变，且均借助同步时钟实现精确性地同步。而车载计算机亦或是轨旁计算机则能够通过各电台信息传输时间的延时对列车位置进行确定。

另一方面，地-车信息传输技术。此种技术在列车运行控制系统中发挥着关键性作为，常见的传输形式体现在以下几个方面：①以环线传输为基础的列车运行控制系统。一般需要将交叉型感应环线敷设在两轨道之间，且环线需每间隔25或者是50米完成一次交叉。此系统能够对列车进行定位，同样在列车和地面双向数据传输方面也发挥着重要的媒体作用[6]。②以波导管传输为基础的列车运行控制系统。在地面控制中心发射电磁波后会沿着波导管进行传输，于关内传输电磁波会通过波导管的槽孔向周边辐射，并在外部环境形成漏泄电场。这样一来，列车即可获得相应的信息数据，成功和地面进行通信。而列车所发出的电磁波，则会在波导管的外部形成漏泄电场，向波导管内耦合，最终和控制中心实现正常通信。

3  结束语

综上所述，在计算机以及通信技术快速发展的背景下，以通信为基础的轨道交通列车运行控制系统逐渐发展成城市轨道交通信号技术未来的主要发展趋势。而我国，同样将铁路与城市轨道交通的列车运行控制系统作为攻坚重点，在系统研究与开发的过程中，科学合理地引入技术规范与关键部件，结合国际技术的发展方向，构建适应国情的轨道交通列车运行控制系统。

参考文献：

[1]赵天时，孙超，郎学伟.城市轨道交通装备产品认证实施规则特定要求—城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统（CBTC）规则解读[J].现代城市轨道交通，2019（8）：106-111.

[2]王亮.试析用于轨道交通列车自动控制系统的通信技术[J].数码设计（下），2019（10）：122.

[3]王俊锋.浅谈城轨交通列车运行控制系统大修改造[J].铁道通信信号，2019，55（12）：86-89，93.

[4]蔡宗加.城市轨道交通CBTC信号系统列车位置不确定性分析[J].城市轨道交通研究，2018，21（z1）：72-75.

[5]陳黎洁，孙超.基于通信的城市轨道交通列车运行控制系统国内外技术规范对比[J].铁道技术监督，2015，43（10）：6-10.

[6]宁滨，郜春海，李开成，等.中国城市轨道交通全自动运行系统技术及应用[J].北京交通大学学报，2019，43（1）：1-6.