基于無線通信的列車控制系統(tǒng)的研究

基于無線通信的列車控制系統(tǒng)的研究

1國內(nèi)外軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀自20世紀60年代以來，國外開始研究cbtl（coatisticalofficeoftran）的理論。我國的城市軌道交通起步較晚,但經(jīng)過了探索和試驗階段,一二線城市已經(jīng)快速地邁入了軌道交通的網(wǎng)絡建設階段。1965年中國第一條地鐵在北京開工建設,1969年建成通車,1981年正式對外運營。目前,全國共有34個城市已經(jīng)開通了軌道交通,運營里程達到近5000km。截至2017年12月31日,新增4個運營城市,33條運營線,新增運營線路長度達868.9km新增線路再創(chuàng)歷史新高,比2016年新增線路534.8km增加334.1km,增幅達62.5%。其中,上海是目前中國城市軌道交通通車里程最長的城市,地鐵里程總計長度為636.37km因此,我國的信號供應商已經(jīng)從引進國外技術,到吸收消化核心技術,走向了自主研發(fā)國產(chǎn)化信號系統(tǒng)的道路。國內(nèi)各大城市的地鐵業(yè)主也從一味地接受,到如今提出需求,緊跟甚至帶領著技術發(fā)展的方向。在供應商與業(yè)主雙方的共同作用下,CBTC從傳統(tǒng)的IEEE1474標準架構,開拓出了新的城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)技術發(fā)展方向。下面將詳述其中的兩個主要發(fā)展方向:全自動無人駕駛系統(tǒng)和互聯(lián)互通方向的車-車通信系統(tǒng)。2列車監(jiān)控子系統(tǒng)在傳統(tǒng)CBTC的IEEE1474標準架構中,有三大子系統(tǒng):車載控制器VoBC(VehicleonBoardController)、區(qū)域處理器ZC(ZoneController)和自動列車監(jiān)控子系統(tǒng)aTS(automaticTrainSupervision)。VoBC是位于列車司機室內(nèi)的控制設備,主要對列車進行測速、定位和控制,接受來自ZC的信息,根據(jù)ZC提供的移動授權來計算安全防護曲線,并與列車目前的速度進行比較,監(jiān)督列車運行狀態(tài),并及時發(fā)出制動命令。ZC接收數(shù)據(jù)存儲單元、列車監(jiān)控子系統(tǒng)、計算機聯(lián)鎖等的各種數(shù)據(jù)信息,集中獲取系統(tǒng)中各個設備的運行狀態(tài)。對區(qū)域管轄區(qū)內(nèi)的列車進行移動授權和臨時限速,監(jiān)控道岔、信號機、應答器等軌旁設備。aTS對列車運行狀態(tài)進行監(jiān)控,提供報警顯示、進路排列、運行圖調(diào)整和數(shù)據(jù)查詢等功能,可為調(diào)度人員提供監(jiān)控和旁路系統(tǒng)功能的操作。以上各個子系統(tǒng)的協(xié)同工作,共同完成了CBTC的功能。此外,CBTC系統(tǒng)中通常還包括:數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)DCS(DataCommunicationSystem)、計算機聯(lián)鎖CI(ComputerInterlocking)、維護診斷子系統(tǒng)MMS(MaintenanceManagementSystem)。3運營運營系統(tǒng)調(diào)度全自動無人駕駛系統(tǒng)uTo(unattendedTrainoperation)減少了正線運營以及車輛場段中列車司機的角色,實現(xiàn)了由控制中心調(diào)度人員集中化的遠程操作、運營控制和調(diào)度管理的模式。因此,在繼哥本哈根、新加坡、迪拜等城市開通無人駕駛信號系統(tǒng)后,北京、上海、廣州等國內(nèi)一線城市也開始投入全自動無人駕駛CBTC系統(tǒng)。全自動無人駕駛架構與典型CBTC架構,在各子系統(tǒng)的核心功能上,沒有較大區(qū)別。相比現(xiàn)有CBTC系統(tǒng),uTo在運營工作流程上有了較大的變化。取消列車司機的角色,但新增了多職能隊員的崗位,負責所有運營車站和列車的巡視,并負責列車故障處置、人工駕駛、設施設備一級維修等業(yè)務。日常的運營工作流程為:列車停在車輛段或停車場,系統(tǒng)根據(jù)出入庫派班計劃,分批次自動喚醒列車;當列車喚醒成功后進入列車綜合自檢,自檢通過的列車按計劃班次等待發(fā)車指令;同時,車站工作人員對車站內(nèi)所有設備進行運營前測試并開啟;列車由出入場段線,根據(jù)時刻表進入正線運行;列車在無人駕駛模式下自動在區(qū)間運行,并且完成進站、停車、發(fā)車;根據(jù)時刻表,列車在折返站臺自動進行控制端轉(zhuǎn)換并匹配運行計劃;列車完成時刻表計劃,到達終點站后清客并下線;列車按回庫派班計劃規(guī)定的股道自動運行至停車庫指定股道,上傳數(shù)據(jù)后自動休眠。此外,全自動無人駕駛架構與現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)相比在功能、按鈕、設備和接口上有較多的升級。主要的新增功能包括自動喚醒功能、自動休眠功能、自動存車功能、自動進入或退出運營功能、自動鳴笛功能、場段內(nèi)自動運行功能、自動洗車功能、站臺停車窗口校準對位功能、站臺清客功能、列車狀態(tài)監(jiān)督功能、工況管理、蠕動功能、應急報警功能、遠程控制功能等。主要的新增按鈕包括洗車按鈕、緊急關閉按鈕、自動折返按鈕、站臺操作車門按鈕、站臺請客確認按鈕、人員防護開關、全自動運行列車禁止出發(fā)按鈕等。信號系統(tǒng)內(nèi)部主要的新增設備包括冗余的測速脈沖電機和雷達等。信號系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間,主要的新增接口包括aTS遠程控制命令接口、脫軌檢測接口、火災聯(lián)動接口、列車控制管理系統(tǒng)接口等。4簡化軌旁設備阿爾斯通在法國里爾1號線進行了車-車通信CBTC系統(tǒng)的試驗,與傳統(tǒng)的IEEE1474典型架構相比,這種架構簡化了聯(lián)鎖子系統(tǒng)和區(qū)域子系統(tǒng),aTo/aTP的主要功能將從軌旁移至車載。aTS將進路計劃發(fā)送至VoBC,VoBC將直接控制道岔的轉(zhuǎn)動、進路的開放和移動授權的計算等功能。因此前后列車之間的通信也更為直接,無需由軌旁子系統(tǒng)計算后再發(fā)送給車載,交互性能將大大提高。這與國內(nèi)地鐵運營公司越來越多提及的互聯(lián)互通系統(tǒng)需求是相通的,可見簡化軌旁設備有可能成為CBTC發(fā)展的新方向。車車通信的架構中包括監(jiān)控子系統(tǒng)aTS、通信子系統(tǒng)DCS、目標控制器oC(objectController)和車載子系統(tǒng)VoBC。中心設備aTS和無線通信網(wǎng)絡DCS與CBTC典型架構中的功能并無過多差異,只是aTS將直接通過DCS與車載子系統(tǒng)進行通信,并將進路信息發(fā)送給VoBC。目標控制器或稱對象控制子系統(tǒng),布置在軌旁或設備集中站,可以將其看作為簡化后的區(qū)域子系統(tǒng)。oC接收VoBC和aTS的命令,執(zhí)行對軌旁設備的操作,并反饋對象的狀態(tài)。車載子系統(tǒng)是車車通信架構中的核心子系統(tǒng),集成了主要的aTP/aTo功能。除了原有的列車定位、速度控制、車地通信、列車完整性檢查和人機交互等功能外,新增了進路控制、車車通信和行車許可功能。進路控制功能實現(xiàn)了列車通過車地通信,直接接受aTS的進路命令,計算進路計劃所需的道岔和信號機,通過oC查詢區(qū)段占用情況,并判斷是否辦理該進路。車車通信功能實現(xiàn)了VoBC根據(jù)aTS中的列車信息,篩選出進路范圍內(nèi)的列車,并確定作為目標追蹤的前車,并與之建立通信。行車許可功能根據(jù)進路命令、前車位置信息、臨時限速和oC反饋的軌旁設備狀態(tài),生成行車許可。因此從CBTC典型架構向車車通信架構作延伸和兼容時,需要將原本計算機聯(lián)鎖和區(qū)域控制器的進路控制、車車通信和行車許可等功能模塊遷移到VoBC中,而ZC則需簡化為僅支持對軌旁資源的執(zhí)行和分配,以防搶占導致的死鎖發(fā)生