高麗

摘 要：現(xiàn)階段，我國(guó)軌道交通列車(chē)不斷發(fā)展，為人們提供了更加便捷的出行條件。軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)作為保證軌道交通列車(chē)安全的技術(shù)，也隨之得到了發(fā)展?；诖?，文章分析了我國(guó)高速鐵路與城市軌道交通的現(xiàn)狀與規(guī)劃，闡述了高速鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)及城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)，并對(duì)我國(guó)軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：高速鐵路列車(chē)；城市軌道交通；列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U284 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）33-0160-02

Abstract： At the present stage， the continuous development of rail transit trains in China has provided more convenient travel conditions for people. Rail transit train control technology as a guarantee of rail transit train safety technology has been developed. Based on this， this paper analyzes the present situation and planning of high-speed railway and urban rail transit in our country， and expounds the train operation control system of high-speed railway and the train operation control technology of urban rail transit. Finally， the future development of train operation control technology for rail transit in China is prospected.

Keywords： high-speed railway train； urban rail transit； train operation control technology

引言

在近十年的發(fā)展中，我國(guó)的軌道交通取得了較大的成果，輕軌、城市地鐵等軌道交通系統(tǒng)迅速建成與擴(kuò)展，對(duì)于我國(guó)的城市交通壓力進(jìn)行了緩解。同時(shí)，高鐵成網(wǎng)、高鐵零換乘、同城效應(yīng)等理念的形成為我國(guó)人民的出行提供了更加方便的條件，推動(dòng)了城鄉(xiāng)一體化的進(jìn)程，提升了我國(guó)的現(xiàn)代化水平。在我國(guó)，包括高鐵在內(nèi)的軌道交通的建設(shè)與發(fā)展是一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略，其中，軌道交通運(yùn)行的安全性是發(fā)展的重中之重。為了確保軌道交通的安全性，信號(hào)系統(tǒng)起到了重要的作用，而列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)及技術(shù)作為信號(hào)系統(tǒng)的核心技術(shù)，在我國(guó)得到了快速的發(fā)展。

1 我國(guó)高速鐵路與城市軌道交通的現(xiàn)狀與規(guī)劃分析

我國(guó)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和裝備水平大幅提升。2013年至2017年，全國(guó)鐵路完成固定資產(chǎn)投資3.9萬(wàn)億元，新增鐵路營(yíng)業(yè)里程2.94萬(wàn)公里，其中高鐵1.57萬(wàn)公里，是歷史上鐵路投資最集中、強(qiáng)度最大的時(shí)期。到2017年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12.7萬(wàn)公里，其中高鐵2.5萬(wàn)公里，占世界高鐵總量的66.3%，鐵路電氣化率、復(fù)線(xiàn)率分別居世界第一和第二位。2017年2月，我國(guó)頒布了《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》中，預(yù)計(jì)到2020年，安全、綠色、便捷、高效的現(xiàn)代化綜合交通運(yùn)輸體系基本建成，部分地區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)交通運(yùn)輸現(xiàn)代化，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到15萬(wàn)公里，其中高速鐵路營(yíng)業(yè)里程為3萬(wàn)公里，復(fù)線(xiàn)率及電化率分別達(dá)到60%與70%以上，運(yùn)輸能力要實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)揮以及社會(huì)發(fā)展的需要，涉及的主要技術(shù)配置達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。

就我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展來(lái)說(shuō)，截止2017年末，我國(guó)內(nèi)地城市軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)開(kāi)通線(xiàn)路共計(jì)165條，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)度達(dá)到5033公里。其中，地鐵3884公里，占比77.2%；其他制式城軌交通運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)度約1149公里，占比22.8%。依照我國(guó)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018-2023年中國(guó)城市軌道交通行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》中的數(shù)據(jù)能夠得出，截至2017年末，我國(guó)軌道交通線(xiàn)路平均運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)度為28km，單軌平均運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到42.1km，輕軌平均運(yùn)營(yíng)里程達(dá)36.6km，地鐵平均運(yùn)營(yíng)里程在30.6km左右；而磁懸浮、有軌電車(chē)和APM（無(wú)人駕駛系統(tǒng)制式軌道交通）平均運(yùn)營(yíng)歷程較短。

2 高速鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)分析

信號(hào)系統(tǒng)是鐵路的神經(jīng)與大腦，支撐著鐵路系統(tǒng)的高效及安全運(yùn)行。在通信、控制以及計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)作為信號(hào)系統(tǒng)的核心得到了較好的發(fā)展。在這樣的條件下，我國(guó)高速鐵路與城市軌道交通不斷向著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化以及綜合化方向發(fā)展。

現(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)完成了CTCS（中國(guó)鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)）列車(chē)控制系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，經(jīng)過(guò)了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，已經(jīng)成功的將CTCS系統(tǒng)應(yīng)用于高速鐵路中。依照功能要求以及設(shè)備配置的不同，CTCS系統(tǒng)被劃分成了五個(gè)等級(jí)，即CTCS-0級(jí)、CTCS-1級(jí)、CTCS-2級(jí)、CTCS-3級(jí)以及CTCS-4級(jí)，這些等級(jí)的具體特征如下：CTCS-0級(jí)的速度等級(jí)為120km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車(chē)位置校正為軌道電路絕緣節(jié)、車(chē)地信息傳輸使用了“軌道電路”單向傳輸、線(xiàn)路固定數(shù)據(jù)在車(chē)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片中保存；CTCS-1級(jí)的速度等級(jí)為160km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車(chē)位置校正為應(yīng)答器、車(chē)地信息傳輸使用了“軌道電路+應(yīng)答器”單向傳輸、線(xiàn)路固定數(shù)據(jù)在應(yīng)答器中保存；CTCS-2級(jí)的速度等級(jí)為200-250km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車(chē)位置校正為應(yīng)答器、車(chē)地信息傳輸使用了“軌道電路+應(yīng)答器”單向傳輸、線(xiàn)路固定數(shù)據(jù)在應(yīng)答器中保存；CTCS-3級(jí)的速度等級(jí)為300-350km/h、閉塞方式為固定閉塞、列車(chē)位置校正為應(yīng)答器、車(chē)地信息傳輸使用了無(wú)線(xiàn)雙向傳輸、線(xiàn)路固定數(shù)據(jù)在RBC中保存；CTCS-2級(jí)的閉塞方式為移動(dòng)閉塞、列車(chē)位置校正為應(yīng)答器、車(chē)地信息傳輸使用了無(wú)線(xiàn)雙向傳輸、線(xiàn)路固定數(shù)據(jù)在RBC中保存[1]。

在我國(guó)的普通鐵路列車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)CTCS-0級(jí)中，包括列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置LKJ以及通用式機(jī)車(chē)信號(hào)。其線(xiàn)路數(shù)據(jù)之所以全部在車(chē)載設(shè)備中進(jìn)行保存，主要是為避免列車(chē)冒進(jìn)信號(hào)的產(chǎn)生，相關(guān)司機(jī)在實(shí)際的駕駛運(yùn)行中以地面信號(hào)為參考依據(jù)；在CTCS-1級(jí)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中，對(duì)CTCS-0級(jí)的設(shè)備進(jìn)行了一定程度的改造，添加了點(diǎn)式設(shè)備，其主要的設(shè)備構(gòu)件為安全型列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備以及主體化機(jī)車(chē)信號(hào)；在CTCS-2級(jí)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)點(diǎn)式應(yīng)答器的利用，實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)路參數(shù)、定位信息以及臨時(shí)限速等信息的提供。該級(jí)別的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)是一種基于點(diǎn)式設(shè)備傳輸信息與軌道電路的點(diǎn)連式列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，所以并不需要在地面設(shè)置信號(hào)機(jī)。在其車(chē)載設(shè)備中，能夠?qū)δ繕?biāo)距離模式曲線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)生成，完成了對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控；在CTCS-3級(jí)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中，包括無(wú)線(xiàn)閉塞中心RBC、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)GSM-R、車(chē)站聯(lián)鎖系統(tǒng)以及臨時(shí)限速系統(tǒng)TSRS，是一種基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。在該級(jí)別的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中，使用了CTCS-2級(jí)的控制系統(tǒng)作為列車(chē)的后備系統(tǒng)。

3 城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)分析

城市軌道交通列車(chē)由于其智能性、高效性及便捷性的優(yōu)勢(shì)，成為了城市人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌ǚ绞?。相比于高速鐵路列車(chē)，城市軌道交通列車(chē)的運(yùn)行控制技術(shù)在整體需求上有著明顯的不同。目前，我國(guó)的各大城市的軌道交通已經(jīng)從單線(xiàn)的發(fā)展不斷轉(zhuǎn)向交通網(wǎng)的運(yùn)行，在運(yùn)行方面，已經(jīng)完成了從人工駕駛模式到ATO（自動(dòng)駕駛模式）再到FAO（全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)模式）的發(fā)展。

自2002年起，我國(guó)開(kāi)始來(lái)了對(duì)CBTC（基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)）的系統(tǒng)自主化研究，到2010年，由我國(guó)自主研發(fā)的CBTC信號(hào)系統(tǒng)在北京成功運(yùn)營(yíng)。發(fā)展至今，CBTC技術(shù)已經(jīng)成為了我國(guó)城市軌道交通應(yīng)用的主流信號(hào)技術(shù)，占有率已經(jīng)達(dá)到了90%以上[2]。在CBTC系統(tǒng)中，主要包含的結(jié)構(gòu)有車(chē)地通信設(shè)備、地面設(shè)備以及車(chē)載設(shè)備。在該模式下，列車(chē)的運(yùn)行主要依照列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)功ATS的發(fā)出的指令進(jìn)行；搬動(dòng)道岔、排列進(jìn)路、點(diǎn)燈滅燈等指令由聯(lián)鎖設(shè)備發(fā)出。在基于CBTC技術(shù)的閉環(huán)控制中，列車(chē)的車(chē)載控制器會(huì)將速度、位置等相關(guān)信息利用無(wú)線(xiàn)電通信的方式發(fā)送至地面區(qū)域控制器；地面區(qū)域控制器依照區(qū)域內(nèi)列車(chē)的位置信息，生成列車(chē)運(yùn)行權(quán)限，并將其反饋至車(chē)載控制器。

CBTC系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行中，面對(duì)著較多的影響因素，包括人為錯(cuò)誤操作、較為惡劣的環(huán)境氣候條件等，同時(shí)，由于其自身的復(fù)雜性，所以必須要引進(jìn)多種優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，才能確保其運(yùn)行的安全性與可靠性。這些優(yōu)化設(shè)計(jì)模型包括：?jiǎn)瘟熊?chē)多質(zhì)點(diǎn)的牽引與制動(dòng)特性模型、列車(chē)間最小間隔的信息收集處理與監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)模型、單列車(chē)在復(fù)雜線(xiàn)路及氣候條件下的傳感器協(xié)調(diào)精準(zhǔn)定位模型、多輛列車(chē)間的自適應(yīng)協(xié)調(diào)及節(jié)能控制模型等等。通過(guò)這些優(yōu)化模型的使用，我國(guó)城市軌道交通列車(chē)實(shí)現(xiàn)了正線(xiàn)小于或等于90s的列車(chē)群“魚(yú)貫式”的安全追蹤。

4 軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)的展望

安全、綠色、高效是軌道交通發(fā)展與建設(shè)的方向，在這樣的要求下，軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)將不斷向著更加低碳、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放化等的方向發(fā)展。具體來(lái)說(shuō)，我國(guó)軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)將不斷向著以下幾個(gè)方面發(fā)展：

第一，故障檢測(cè)及智能診斷技術(shù)的提升。為了對(duì)列車(chē)中的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)、提升維護(hù)質(zhì)量，監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用是十分必要的。在未來(lái)的發(fā)展中，不僅要對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化與完善，還要對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)以及智能分析技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障數(shù)據(jù)的深度挖掘，并建立起故障模型。利用對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，能夠提升故障原因自動(dòng)檢測(cè)水平以及智能化的分析水平，確保軌道交通列車(chē)更加安全的運(yùn)行。

第二，全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)的研究。我國(guó)城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)將不斷向著智能化的方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛以及智能控制。全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)地鐵列車(chē)的智能化運(yùn)行以及自動(dòng)化駕駛，有效控制了由于人工操作失誤造成的運(yùn)行問(wèn)題以及安全事故。全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)的使用與實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于列車(chē)運(yùn)行故障下的應(yīng)急處理技術(shù)的發(fā)展與使用。

第三，全運(yùn)行區(qū)間的列車(chē)預(yù)警技術(shù)。該技術(shù)的核心技術(shù)為預(yù)警技術(shù)與全方位感知技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)軌道交通系統(tǒng)自身故障的感知能力的提升，也增強(qiáng)了列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境的感知敏感性，可以及時(shí)的發(fā)出預(yù)警信息并自動(dòng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施，提升了城市軌道交通列車(chē)的可靠性及安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)的軌道交通列車(chē)及其運(yùn)行控制技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，相關(guān)成果也較為顯著?，F(xiàn)階段，我國(guó)的高速鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)已經(jīng)基本建設(shè)完全，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)運(yùn)行控制系統(tǒng)及線(xiàn)路的互聯(lián)互通；我國(guó)的城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)也得到了較好的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對(duì)已知或未知的硬件及軟件故障的容錯(cuò)和安全管理。在未來(lái)，我國(guó)的軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)將向著更加安全、智能性更強(qiáng)等方向不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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