一种基于RFID的轻量化城轨列控车载设备研究

2022-05-27孙晓光周延昕

铁路通信信号工程技术 2022年5期

孙晓光，周延昕

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

1 概述

随着城市轨道交通列车运行控制系统的发展，为提高运营能力，列车运行控制系统整体上越来越复杂，建设及维护成本越来越高。针对中低运量城市轨道交通，重量级列车运行控制系统存在投资高、维护复杂、实际使用功能较少等问题，本文提出一种基于RFID的轻量化城轨列控车载设备方案，实现GoA2等级自动化程度。

随着城市规模的扩大及城轨客流的增加，CBTC系统逐渐占领国内市场主导地位，尤其是互联互通CBTC系统及GoA3/4等级CBTC系统[1-4]。CBTC系统需要全线无线网络覆盖、全线安装应答器、全线安装计轴等设备，具有追踪能力强等特点。这些特点由于配属车辆及客流需求原因，在中低运量轨道交通中不具备显现的条件。为适用中低运量轨道交通，本文通过在全线设置轨道电路实现限速信息传输，在站台区域设置TAG标签实现列车精确定位，在站台区域设置WLAN覆盖实现屏蔽门联动及运行信息传输，通过霍尔速度传感器及加速度计实现测速测距，车载设备通过首尾冗余方式提高系统的可用性[5-8]。

2 总体设计思路

车载设备单端单系，通过首尾冗余方式实现双端冗余；优先使用本端车载设备。本端车载设备故障时，使用对端车载设备，使用本端DMI、TCR；若本端DMI、TCR故障，则由司机目视驾驶。车载设备不存储电子地图数据，通过站台区域TAG标签获取车站信息。通过站台区域WLAN获取运行计划信息。

2.1 测速测距及定位

通过霍尔速度传感器、加速度计获取列车速度及加速度情况，计算列车的速度位置信息，保证列车速度、运行距离的正确性和安全性。通过车载TAG读取器获取地面站台附近区域TAG标签，对列车位置进行建立及校正；非站台附近区域不布置TAG标签。

2.2 超速防护

通过车载TCR获取地面轨道电路中限速信息，根据测速测距单元计算的速度位置信息、地面发送的限速信息进行列车速度防护。车载信号系统根据司机操作，对列车运行进行监控及防护，并将列车运行相关信息发送至DMI，提示司机安全驾驶列车。

2.3 车门允许及车门防护

车载设备判断列车在站台区域停准停稳，输出车门允许。车载设备通过硬线采集车门状态；若没有车门允许且车门打开，则车载设备输出切除牵引。

2.4 自动驾驶功能

车载信号系统具备自动驾驶功能，通过站台区域WLAN获取地面发送的ATO运行计划信息，包括扣车命令、跳停命令、运行等级调整、开关门命令等运行计划命令，实现列车自动驾驶及站台精确停车。

3 产品结构设计

车载设备包括ATP主机、ATO主机、DMI、交换机、车载AP、车载天线、TAG、霍尔速度传感器、加速度传感器和TCR。

ATP主机通过MVB与本端DMI、对端ATP主机、对端DMI连接；ATP主机通过I/O线缆与车辆接口连接，传输紧急制动、车门状态信息；ATO通过MVB总线与TCMS连接传输控制信息及运行信息，如图1所示。

图1 车载设备结构设计Fig.1 Onboard equipment structure design

4 驾驶模式

车载设备主要采用5种模式，包括列车自动运行模式（AM模式）、列车自动防护模式（CM模式）、限制速度操作模式（RSM模式）、限制人工驾驶模式（RM模式）和非限制人工驾驶模式（EUM模式）。

1）AM模式

在该模式下，车载ATO在车载ATP的监控下，控制列车的启动、加速、巡航、惰行、制动和精确停车。在此模式下，系统设备正常，没有人为干预，此驾驶模式维持不变。车载ATO在站台区停准后自动开、关门。

2）CM模式

在该模式下，司机手动驾驶列车，车载ATP根据线路状况限制并监督速度、车门状态防护、制动率检测、运行速度显示、测速测距及定位。

3）RSM模式

在该模式下，车载设备在信号线路以受限速度行驶列车。当列车接收零编码，速度小于或等于20 km/h时，车载ATP允许通过继续限制速度开关，用继续限制速度的功能要求行驶，车载ATP对其进行监督，允许的最大速度为25 km/h。单次确认，该功能允许最多移动250 m、最多保持180 s。从司机单次确认开始，超过200 m或超过160 s后，司机需要进行再次确认。若司机在250 m内或200 s内没有确认，则车载设备输出紧急制动。该模式只能在车载ATP设备为投入时使用，司机靠视线操作。

4）RM模式

在该模式下，车载ATC不处理线路速度码。如果列车的运动速度超过35 km/h，车载设备输出切断牵引力，当列车速度低于切牵速度的10%时，恢复列车牵引。如果列车的运动速度超过40 km/h，车载设备输出紧急制动。该操作模式为车载设备故障情况下使用，安全由司机确保，遵守线路侧方信号。

5）完全隔离模式

在该模式下，安全由司机确保，靠视线操作组成部分，遵守线路侧方信号。该模式在车载设备故障情况下使用。

6）模式转换

车载设备上电后处于RM模式，接收到轨道电路信息后，自动升级CM模式；人工确认进入ATO驾驶模式后，车载设备进入AM模式；当接收轨道电路信息为无码时，可以通过点击确认进入RSM模式；AM、CM、RSM模式可以转换为RM模式；切除开关转到切除位后，AM、CM、RM、CSM模式均可进入EUM模式。AM、CM、RSM、RM、EUM模式的转换关系，如图2所示。