城市轨道交通列车运行控制系统

城市轨道交通列车运行控制系统
【摘要】本论文以城市轨道交通列车运行控制系统的特点为分析对象，并对分析了城市轨道交通列车运行控制系统的功能，结合实际情况，对城市轨道交通列车运行控制系统进行了介绍。

【关键词】轨道交通，列车运行，控制系统
一、前言
城市轨道交通的诞生和发展已经有一百多年的历史了，城市轨道交通在当今城市交通中已经占据了重要的作用，城市轨道交通是现代化都市的重要基础设施，它安全、快速、舒适、便利地在城市范围内运送乘客，最大限度的满足城市市民的出行需要。

在城市各种公共交通工具中，具有运量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式的干扰小，对改变城市拥挤、乘车困难、行车速度慢行之有效的。

随着城市轨道交通行车间隔的缩短，依靠人工控制车速的传统运行方式已经不能满足城市客运的要求了，于是，以列车速度自动控制为中心的列车运行控制系统（Automatic Train Control,简称ATC）应运而生，随着计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）和控制技术（Control）的飞跃发展，综合利用3C 技术给列车的控制带来了很好的发展机遇，形成了基于无线双向大容量的车地通信模式，使对车辆的控制更加安全可靠。

这样使列车更加安全可靠、高速有效的运行。

二、城市轨道交通列车运行控制系统的特点
1、停车点防护
安全停车点是基于危险点定义的，危险点是列车超越后可能发生危险的点。

停车点有时即是危险点，通常在停车点前方设置一段防护段，ATP系统计算得出的紧急制动曲线即以该防护段为基础，保证列车不超越防护段。

有时也可在防护段设置一列车滑行速度值，如5km/h。

根据需要，列车可在此基础上加速，或者停在危险点前方。

2、列车间隔控制
列车间隔控制是一种保证行车安全(防止两列车发生尾追事故)、提高运行效率(使两列车的时间间隔最短)的信号技术。

目前，由于铁路线路条件、列车种类、行车组织方式和对通过能力要求的差别，列控系统也各不一样。

一般列车运行控制系统可分为2个档次:第1档次是以一般轨道电路为基础，按固定闭塞方式实现列车速度分级控制，即以当前闭塞分区出口为目标点，按速度等级生成速度防护曲线；第2档次则是以数字编码轨道电路为基础，按一次制动模式控制列车。

城市轨道交通列控系统一般采用的都是一次模式曲线。

3、速度监督与超速防护
ATP的速度限制分为2种:一种是固定速度限制，如区间最大允许速度(取决于线路参数)，列车最大允许速度(取决于列车的物理特性)；另一种是临时性的速度限制，例如线路维修、施工时临时设置的速度限制。

ATP系统始终严密监视这类速度限制不被超越，一旦超过，先做告警，后启动紧急制动，并做记录。

4、测速与测距
高速铁路和城市轨道交通的列车速度自动控制系统，都具有测速与测距功能。

ATP系统利用装在轮轴上的测速传感器测量列车的即时速度，并在驾驶室内显示。

ATP系统的列车定位是以轨道电路为基础的，而对轨道电路内的运行距离测量，则可依赖于所记录的车轮转数及预知的车轮直径加以转换。

三、城市轨道交通列车运行控制系统的功能
1、构成闭塞功能
在TBTC系统中各种水平的应用均依靠轨道电路来构成闭塞，因为闭塞是保证行车的基本方法。

在CBTC系统中，则必须同样具有构成闭塞区段的功能。

在CBTC半自动闭塞系统中，采用进/出站口的标志器、查询应答器或其他类似设置来表明站间闭塞的分界口，并且要达到在出站标志之后一定使用某个专用频率来区分，用这个频率来构成机车信号以供给司机(指最低应用水平)，或用此信号显示供给车载设备上ATP系统(指较高一级应用水平)。

2、计算功能
CBTC系统要有能力计算出在给定最大允许列车速度条件下本列车目前最大可能达到的车速。

因为在任意一个移动闭塞区间，列车只能依据各种动态和静态参数，以及其定位值和实际速度来计算出应有速度，从而保证行车安全。

3、提供线路参数和运行状态功能
CBTC系统必须向地面设备和车载设备及时地、动态地给出相应的参数和列车运行状态，以备司机人为或车载设备自动地作出应有的操作。

4、车地双向通信功能
CBTC系统为管辖范围内列车及地面设备提供良好的双向通信功能，它不仅提供运行列车的参数，而且也应提供非信号范围内的各种有关参数，满足信息服务所需的数据要求。

5、记录功能
CBTC系统应具有良好的记录功能。

不仅在车载设备上，而且还应在地面设备上有记录。

这种记录应起到双重作用，一方面为改善列车运行性能和提高运行质量分析用的记录；另一方面为发生任何车祸后，从记录设备中寻找出发生事故的原因，进行有效的分析，它类似于航空系统的“黑盒子，，功能。

7、远程诊断和监测功能
用于改善CBTC系统的可靠性、可用性及安全性。

因此，CBTC的车载设备、地面设备均应设计有远程诊断的接口，允许系统在运行过程中发生故障立即发出相应信号给地面综合诊断台，以便及时地采取相应措施。

这个功能当然是比较复杂的，CBTC系统至少从一开始设计时就留有余地。

四、城市轨道交通列车运行控制系统
1、地-车信息传输技术
（一）、基于环线传输的CBTC系统
在两轨间敷设交叉型感应环线，环线每隔25m或50m交叉１次。

它可以用于列车定位，也可作为列车与地面之间的双向数据通信媒体。

（2）基于波导管传输的CBTC系统
漏泄波导管可靠性很高。

当地面控制中心发射出的电磁波沿波导管传输时，在波导管内传输的电磁波从波导管槽孔辐射到周围空间，在其外部产生漏泄电场，列车从中获取信息能量，从而实现与地面的通信。

同样，列车发出的电磁波，在波导管外部产生漏泄电场，也会耦合到波导管中，实现与控制中心通信。

（3）基于无线自由波传输的CBTC系统
目前在CBTC系统中，完全采用无线传输的方式有两种：一种是采用移动通信
GSM-R作为地-车信息传输的媒介；另一种是采用基于IEEE802.11系列标准的WLAN无线网络作为地-车信息传输的媒介。

基于GSMphase2+标准的GSM-R，是国际铁路联盟（UIC）和欧洲电信标准协会ETSI为欧洲新一代铁路无线移动通信开发的技术标准。

在欧洲，基于ERTMS标准的列控系统（ETCS），采用GSM-R作为传输系统。

GSM-R为地面无线控制中心和车载控制设备之间的数据传输提供安全的无线传输通道。

无线局域网（WLAN）是无线网络领域的一种重要的分支。

无线局域网解决方案已经开始成为商务客户宽带网络连接的一种可选方案。

2、列车定位技术
在CBTC系统中，要求列车的定位技术更为安全、可靠。

目前典型应用的列车定位技术采用列车车载自身定位与地面绝对位置校正设备有效结合的方式，其中地面绝对位置校正设备包括：应答器、交叉轨道环线、裂缝波导等。

当然还有其他一些定位方式，如GPS、无线定位等。

（一）、轨旁应答器定位
应答器是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。

列车通过后将列车车载测量的距离与该信标在数据库中的位置进行比较，从而消除列车位置测量的误差。

（二）、轨旁裂缝波导定位裂缝波导是
一种中空的铝质矩形方管，在其顶部每隔一定间隔开有窄缝，采用连续波频率通过裂缝耦合出不均匀的场强，对连续波的场强进行采集和处理，并通过计数器确定列车经过的裂缝数，从而计算出列车走行的距离，确定列车在线路中的位置。

（三）、轨旁交叉电缆环线定位：
在整个线路沿线轨道中间铺设电缆环线，列车经过每个环线电缆交叉点时，车载设备检测环线内信号的相位变化，并对相位变化的次数进行计数，从而确定列车运行的位置。

（四）、无线扩频通信定位
轨旁电台的位置是固定不变的，所有的电台都由同步时钟精确同步。

轨旁计算机或车载计算机利用不同电台传输信息的时间延时可以精确计算出列车的位置。

（五）、车载列车设备定位
车载定位设备主要采用速度传感器和加速度计相结合的方式实现列车移动体的速度和走行距离的测量。

五、结束语
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，列车行驶控制系统将是城市轨道交通讯号技能的完善方向。

参考文献
[1]刘晓娟，张雁鹏，汤自安.城市轨道交通智能控制系统.北京:中国铁道出版社，2008.
[2]吴汉麒.城市轨道交通信号与通信系统.北京:中国铁道出版社，2001.
[3]林瑜绮.城市轨道交通信号设备(第一版).北京:中国铁道出版社，2006.
[4]叶华平.城市轨道交通概论「M].北京:中国铁道出版社，2009。