城市轨道交通移动闭塞ATC系统浅析

1、前言

移动闭塞是一种区间不分割，根据连续检测先行列车位置和速度，进行列车间隔控制，确保后续列车不会与先行列车发生冲突，能够安全停车的列车安全系统。移动闭塞的想法产生于60年代，由于当时技术条件的限制，难以变成现实。

到了80年代，计算机技术和通信技术的飞速发展，为移动闭塞系统的实现创造了条件。近年来，各国相继投入力量研制基于通信的列车控制系统CBTC，具有代表性的主要有法国国铁的ASTREE,日本铁道综合技术研究所的CARA T系统、欧洲铁道联盟研究所的ETCS 系统和美国加拿大铁路协会的ATCS系统等。这些系统的共同点是列车和地面间有各种类型的双向通信手段，可以在确保列车运行安全的前提下，最大限度地缩短列车运行间隔，提高线路通过能力。

2、移动闭塞原理及系统结构

2.1、移动闭塞原理

移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。固定闭塞是在区间设置固定的闭塞分区和相应的防护信号，而移动闭塞虽然也有防护列车运行安全的闭塞分区，但其闭塞区间是移动的，是随着后续列车和前方列车的实际行车速度、位置、载重量、制动能力、区间的坡度、弯道等列车参数和线路参数的变化而改变，随着列车运行而移动。根据是否考虑先行列车的速度，移动闭塞的构成分为两种：一是考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-V方式)；二是不考虑先行列车速度的移动闭塞系统(MB-V0方式)。

图1 移动闭塞条件下列车追踪控制原理

2.2、移动闭塞的系统结构

移动闭塞系统的具体结构有多种，但从基本组成上来说，移动闭塞ATC系统通常分为三个层次：管理层、操作层和执行层，其典型结构如下图2所示。系统管理中心SMC位于管理层，其任务是统一指挥整个全段内列车运行。SMC通过先进的计算机和网络技术监督着整条线路的自动操作，实现ATS的功能及其它中央调度功能。车辆控制中心VCC位于操作层，它

根据SMC的命令，按移动闭塞原理对列车运行间隔进行控制，并和车站联锁设备相联系，为列车进出站安排接发车进路。VCC和SMC之间通过现代通信传输系统(如SDH, OTN等)进行大数据量的双向传输。车载控制器VOBC位于执行层，它通过和VCC之间不间断的通讯来实现ATP/ATO功能，控制列车安全高速运行。通讯方法可采用有线通信(如交叉感应电缆)或无线的方式(如扩频通信) 具备冗余校验的车载计算机使列车控制在VCC限定的速度和距离之内，并以数据报文形式向VCC传回有关车辆位置、速度、运行方向以及子系统情况。每列车都配置了冗余的车载控制系统，一旦某一个出了问题，另一个会自动启动。

图2 移动闭塞系统的三层结构

3、移动闭塞的实现方式

按照列车定位和信息传输方式的不同，实现移动闭塞的CBTC系统主要有以下几种:

（1）利用交叉感应电缆的实现方式；

（2）基于泄漏同轴电缆的实现方式；

（3）利用全球定位系统(GPS )；

（4）惯性定位系统(IPS )；

（5）车载多普勒雷达定位系统；

（6）无线扩频通信定位。

4、我国轨道交通信号系统的方案探讨

4.1、轨道交通直线电机运载系统简介

城市轨道交通直线电机运载系统的机理是固定在车辆转向架上的初级线圈(定子)通过交流电流，产生移动磁场(行波磁场)，通过相互作用，使固定在整体道床上的次级感应板(展开的转子)产生磁场，通过磁力，实现车辆的运行和控制。我国早在上世纪80年代已开始研究直线电机驱动的运载系统，但一直处于可行性研究和系统选择阶段，直至上世纪90年代，

随着磁悬浮铁路系统试验线及试验车的研制，直线电机及其控制系统设备的研制才进入实质性发展阶段。

4.2、信号系统的设计原则及轨道交通的具体要求

信号系统的选择必须遵循以下几个基本原则:

1、信号系统必须满足安全、成熟、技术先进的基本原则；

2、信号系统必须满足实际的运营要求，符合相应的功能和技术标准，并充分考虑到未来发展的需要；

3、信号系统应具有较高的安全性和可靠性，凡涉及行车安全的设备必须满足故障-安全原则；

4、信号系统及设备选型，应根据具体的运营要求，进行综合性能价格比分析。方案应能满足功能要求，经济合理。

为了实现行车自动化，减少运营成本，与直线感应电机车辆相结合的行车控制系统需要实现列车运行自动化与列车指挥自动化，这就需要采用列车自动控制系统ATC。目前，我国己建和在建轨道交通的ATC系统主要采用的是基于数字轨道电路的准移动闭塞和有人值守的自动驾驶系统，高峰期列车运行间隔为120s。为了实现系统小型化，降低工程造价及运营费用，实现高效、节能、低成本运营，筹建中的轨道交通准备采用小编组、高密度的运营模式，提出了90s的列车运行间隔要求。这就为当今前沿的城轨交通信号技术在我国的应用提出了现实要求。

4.3、采用移动闭塞是实现系统通过能力的必然要求

城市轨道交通的通过能力是指在采用一定的车辆类型、信号设备和行车组织方法条件下，轨道交通线路的各项固定设备在单位时间内(高峰小时)所能通过的列车数。轨道交通的通过能力主要按照线路、列车折返设备、车辆段设备、牵引供电设备等固定设备进行计算。根据各项固定设备计算出来的通过能力，一般是各不相同的，其中通过能力最小的设备限制了整个线路的通过能力，因此，该项设备的通过能力即为线路的最终通过能力。

实践表明，对轨道交通系统来说，线路运能的主要损失发生在列车停站和终点车站的折返作业上。由于采用线性电机的车辆能为高密度运营需要的优良的加减速性能提供保证，结合移动闭塞技术，可以很容易的实现“小编组、高密度”的运营模式。一方面，通过减小列车编组、提高行车密度，使车站上下车人数得到分散，从而可以减小列车停站时间；另一方面，移动闭塞技术的精确控制和灵活运行的特性也有利于提高折返效率，从而可以从总体上减少线路运能的损失，达到每小时40对列车的系统通过能力。总之，从满足系统运营要求及系统的先进性考虑，轨道交通信号系统应采用移动闭塞技术。

4.4、采用移动闭塞信号系统的可行性及相关问题