城市轨道交通列车自动控制系统的运用与发展--中国期刊网

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城市轨道交通列车自动控制系统的运用与发展

发表时间：2020/8/3 来源：《文化时代》2020年5期作者：孟强

[导读] 本文对城市轨道交通的发展进行了探讨，介绍了城市轨道交通自动控制系统的特点和组成。讨论了三种城市轨道交通列车自动控制系统的闭塞方式。

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        摘要：本文对城市轨道交通的发展进行了探讨，介绍了城市轨道交通自动控制系统的特点和组成。讨论了三种城市轨道交通列车自动控制系统的闭塞方式。
        关键词：城市轨道交通；自动控制系统；列车自动防护
        Abstract：This paper discusses the development of urban rail transit，introduces the characteristics and composition of urban rail transit automatic control system.Three block modes of automatic train control system in urban rail transit are also discussed.


引言
        随着现代化的发展，城市变得越来越拥挤繁忙，并且城市规模也逐渐扩大，这导致原本在城市工作和居住的人们开始把生活重心迁移到郊区。越来越多的人，往返于城郊和市中心。随之而来的问题是城市交通的压力增大。发展城市轨道交通，使之成为缓解交通拥堵的利器迫在眉睫。城市轨道交通的优点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全准时。在确保城市轨道交通的建设过程中，连续速度显示监督和防护的列车自动防护系统可以发挥重要作用。
        一、城市轨道交通简述
        1.城市轨道交通的含义
        城市轨道交通的作用是，保障城市轨道交通发展规模与实际需求相匹配、建设节奏与支撑能力相适应。
        城市轨道交通能够促进城市轨道交通规范良性发展，坚持“量力而行、有序推进，因地制宜、经济适用，衔接协调、集约高效，严控风险、持续发展”的原则。
        城市轨道交通的含义是，采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，依据城市交通总体规划的要求，设置全封闭或部分封闭的专用轨道线路，以列车或单车形式，运送相当规模客流量的公共交通方式。
        城市轨道交通包括：地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。
        城市轨道交通的优点包括：用地省，运能大。运行时间稳定，容易吸引人乘，由于轨道交通采用了更高的技术标准和更严格的管理措施，比公路交通的安全性高得多，世界各国发生城市轨道交通的事故均极为罕见。安全环保，节约能源，减少大气污染。每一单位运输量能源消费量，不像燃气机车那样有废油废渣产生。减少噪音。轨道交通所产生的噪音易于治理，通过采取技术措施，如采用超长无缝钢轨，可以减少列车运行中的冲击噪音，采用弹性轮，可以减少磨擦噪音，通过城市规划和必要的隔音遮挡也可降低噪音。
        城市轨道交通是指为采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，依据城市交通总体规划的要求，设置全封闭或部分封闭的专用轨道线路，以列车或单车形式，运送相当规模客流量的公共交通方式。
        城市轨道交通包括：地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。城市轨道交通是城市公共交通的骨干，具有节能、省地、运量大、全天候、无污染（或少污染）又安全等特点，属绿色环保交通体系，特别适应于大中城市。在众多系统中，轻轨和地铁是建设的重点。
        2.我国城规交通自动控制系统的现状
        如今，城规交通自动控制系统虽然在我国的应用普及已经日趋成熟，但是自主研发方面还有很大上升空间。具体来说，自动控制系统中的数字轨道电路、车地信息、传输和列车自动驾驶等核心技术还不够成熟，国内生产能力很低。在城市轨道交通发展的黄金时期，降低工程和设备造价是关键。
        二、城市轨道交通列车自动控制系统
        1.城市轨道交通自动控制系统的组成
        城规交通信号系统可以确保列车高速、有序的运行和乘客的安全。它包括车站信号控制系统、车站连锁系统和区间信号系统以及列车自动控制系统。
        列车自动控制，即ATC（Automatic Train Control）系统，是城规交通信号系统中最重要的核心部分，行车指挥、列车运行自动化、列车运行安全运输效率的提高均依靠ATC系统。ATC系统有较高的技术含量，其中富含了众多现代的科技成果。
        ATC系统包括三个子系统，它们分别是：列车自动防护（ATP---Automatic Train Protection）、列车自动运行（ATO---Automatic Train Operation）、列车自动监控（ATS---Automatic Train Supervision）。在这三部分中，最为重要的当属ATP系统。

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ATP系统能根据“规避故障，确保安全”的原则，严格执行和监控列车间的安全间距、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全，在最大程度上确保了行车运行的安全。
        2.城市轨道交通列车自动控制系统的闭塞方式
        城市轨道交通自动控制系统的闭塞方式主要存在三种：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞。
        2.1三种闭塞方式的含义
        固定闭塞式的列车自动控制系统借助多信息模拟无绝缘轨道电路，按照线路情况、列车的特点以及固定的速度级别确定闭塞分区的长度。这种模式借助了模拟信号处理技术对轨道电路信息进行了加工，但是轨道电路传输的信息还是模拟信号，所以，造成的问题是抗干扰能力差，轨道电路传输的信息量非常有限，无法达到对列车运行速度实时并且连续控制的目的，只能对速度进行简单的划分。出于对列车运行安全方面的考虑，需要设置保护区段。
        另外一种闭塞方式是准移动闭塞。这种闭塞方式依旧利用钢轨作为列车所需要的传递信息的载体。在信号传输和处理的过程中嫩能够实现数字化。这样可以传递大批量的信息，而且在信号传递过程中，抗干扰能力强。目前，我国已经研制出了采用准移动闭塞的列车自动控制系统，并且步入试验阶段，但是与之匹配的列车自动控制子系统还在研发阶段，无法实现本土化生产，还是要依靠国外产品的引进。这样的现状，造成了其工程造价、后期运营和维护费用比固定闭塞系统高。
        第三种闭塞方式，即移动闭塞方式能够实现车-地实时双向通信。它没有提前设定的闭塞分区，不依靠固定闭塞分区作为列车追踪的最小单元。移动闭塞方式能够依据实际运行速度、制动曲线以及进路上列车位置，动态计算出相邻位置上的列车间最佳的安全距离。依据以上特点，移动闭塞方式较之固定闭塞方式，列车运行间距较少；比之准移动闭塞方式，规避了闭塞系统“跳跃式”控制原理的目标精度的不足，灵活性更大，行车间距更小，因此拥有了更大的运行调整能力。
        2.2三种闭塞方式的对比
        基于列车定位方式比较，固定闭塞方式和准移动闭塞方式的列车自动控制系统是相同的，它们都是依靠轨道电路来实现目标。轨道区段的长度决定了列车基本定位的精度。列车只占用部分轨道电路就当做全部占用，因此准确精度不高。
        在基于追踪间隔比较时，固定闭塞方式的列车自动控制系统，列车追踪最小安全间隔为一个闭塞分区的长度。此时需要增加一个制动长度分区作为最小安全间隔，这就导致列车追踪间隔增大，只适用于追踪间隔100s-120s的低密度追踪运行。准移动闭塞制式的列车自动控制系统，适合追踪间距85s-90s的较高密度追踪运行。移动闭塞制式的列车自动控制系统，不存在预设的闭塞分区，也没有依靠固定闭塞分区作为列车追踪的最小单元，因此，追踪间距较之准移动制式还要小，追踪间距在80s到85s之间的高密度追踪运行是其最适合的。
        基于传输信息量方面的比较，三种方式情况如下。固定闭塞式的列车自动控制系统和准移动闭塞式的列车自动控制系统均是凭借轨道电路向列车运送信息。这种传递信息的方式弊端颇多，主要体现在传输信息量受钢轨传输介质频带限制和电化牵引回流的干扰，无法实现大信息量的实时数据传输。相较之，移动闭塞式的列车自动控制系统区别较大，其运用无线方式通信传输。除此之外，伴随着通信编解码、纠错技术的发展，系统可以控制的传送信息量也会逐步增加。
        综上所述，在三种方式的信号系统中，最先进的当属移动闭塞制式，它代表了当下列车控制技术的水平。准移动闭塞制式经济造价低于移动闭塞制式作为一种选择适用于运营要求不高的线路。固定闭塞制式比较传统，经济造价在三种制式中最为低廉。
        三、结语
        中国城市建设日新月异，对于城市轨道交通的需求也不断增长。随之而来的是，许多城市都在开展地铁和轻轨的建设项目。自北京、上海以及广州这三大城市之后，西安、重庆、成都和苏州也都建成了自己的轨道交通线路。随之开展建设的城市还有杭州、哈尔滨、兰州等城市。
        全面开展城规交通自动控制系统建设应保持着“节约资本、利国利民”的原则，优先考虑推进国产化设备的政策，促进技术研发，逐步脱离自动控制系统国外垄断，依靠国外进口的局面。与此同时，城市轨道交通的建设应该与其他交通空间、城市建筑空间、地下空间相互连接，协调有序发展，以此取得城市空间资源利用率最优化。
        参考文献：
        [1].城市轨道交通列车自动控制系统的运用与发展[J]，张小虎
        [2].德国萨尔城市轨道交通ZUB200非连续式列车自动控制系统[J]，郑雅文
        [3].城市轨道交通列车自动控制系统的标准化设想[J]，丰文胜；黄钟
        [4].城市轨道交通列车自动控制系统实验室建设方案[J]，邢红霞
        [5].城市轨道交通列车自动控制系统国内外规范对比[J]，阳露；张子凡