大连科技学院 116052
摘要：城市人口愈发密集，公共交通通行压力愈发提高。国内大型城市开始兴建新型城市轨道交通——地铁。地铁仅需要小面积的地面土地，便可以承担大量通勤压力。追踪技术是保证CBTC系统安全稳定运行的基础，追踪技术的改进也能提高列车通行效率在本篇论文中，先对地铁系统大规模安装的各类追踪定位设备进行举例，分析追踪设备运行原理与控制中心追踪定位过程。得知AP设备是CBTC系统中直接与列车进行信息交互，控制中心是CBTC系统中排列列车运行图、监督与控制列车运行。在之后对基于AP的三种设备对成本、安装要求、设备维护需要、信号有效传播距离等方面相对比。设备混用技术能优化设备自身缺点，发挥设备优势，举例地面线路与地下线路设备混用优劣。ATS系统设备分布与功能，分析CBTC系统内部故障时，ATS结构故障预警与解决方案。提出一种新的各部分间连线标准，分析改进计划的改变方向与提高成本性价比。现今基于AP设备的混用技术愈发完善，未来将会有各种基于AP设备混用的类CBTC系统面世，这代表设备混用技术对但单一设备有着全方面的优势压制。新一代CBTC系统将车辆作为地面的核心，车与车间直接进行信息交互，控制中心作为第三方监督列车运行。但技术还需要长时间实验验证安全性与可靠性。
关键词：CBTC系统，追踪定位技术，AP设备，ATS系统
1研究背景及意义
1.1研究背景
我国超一千万常驻人口城市数量已经达到16个，人口的愈发密集带来了更难解决的交通问题，各大城市为解决地面交通拥堵问题，提交与兴建城市轨道交通线路，国家发改委开始逐步批复大型城市建设城市轨道交通请求。因为地铁相比于其他城市轨道交通具有更强的通勤能力、市区内的地铁口可以是仅有的地面用地等优势，所以其成为各大城市主要建设的城市轨道交通。截至去年（2019）年底，我国地铁建设总里程已达到5187.02公里，全国46座城市拥有城市轨道交通系统。大连市从2002年底3号线首次试运行到现在已经运营的线路共有4条，其中两条为地铁，另外两条为轻轨。运营里程共计157.88公里，设车站68座。在大连地铁中，列车使用的列车运行控制系统是CBTC。CBTC系统是一种基于无线通信的列车运行控制系统，列车自动控制系统包括：列车自动防护（ATP）、列车自动运行（ATO）、列车自动监控（ATS）与计算机联锁系统。它的主要特点是实现了列车与地面设备的双向无线通信，闭塞模式为移动闭塞，能够实时汇报列车位置信息。CBTC系统使用追踪与定位设备，如测速雷达、感应环线、里程计、轮轴脉冲速度传感器等获得列车速度与相对位置信息，再结合查询应答器获得列车精准位置信息。除此之外，该系统还可以通过多普勒雷达等方式对列车进行测速，最后通过车载计算机传输至地面控制中心。
1.2 研究意义
自动控制系统的优势有减少人工误操作，地面设备集中控制，列车延误后自动排列列车时刻表，系统故障自动报警等，但这些功能的实现需要CBTC系统追踪技术的完备。追踪定位技术为列车运行提供超速防护信息，为控制中心提供列车位置状态信息地面设备信息。保证车地间信息传输安全。
2. 主要研究内容
CBTC系统实行移动闭塞，而实现移动闭塞需要列车信息实时传输。其中无线接入点AP是直接接收列车信息的地面设备，之后再传输到区域控制器，最后到中央控制系统。
使用无线电台的无线接入点AP理论最大覆盖范围大约在300米至400米，实际范围在200米左右，列车高速运行一分钟将快速通过6到8个AP信道覆盖区域，列车频繁切换信道也容易信号刹那间终端，因此引入了泄露同轴电缆与裂缝波导管。三种设备各在成本、安装、维护、更换、对维护人员要求等方面各有优劣，分析混用组合组合，更加高效利用信号设备。
在CBTC系统中，基于主控中心ATS子系统，分析轨旁设备或车载设备故障解决办法，当CATS系统发生瘫痪或数据通信信道堵塞，其无法正常传达控制命令，难以保证在正线上的列车正常运行时。控制中心需要将控制权限下放至对应区段的LATS，以及故障解决后及时回收控制权限。或改变ATS子系统内各车站间通信线缆连接方式解决实时通信切断问题。
列车追踪定位技术的完备保证了整个CBTC系统的安全运行，地铁中安装的各种追踪定位设备如感应环线、计轴设备、查询/应答器等收集信息，交付至车载计算机处理，车载计算机处理后数据通过AP设备最终传到控制中心记录并对列车运行监督。整个列车追踪定位过程需要CBTC系统内所有子系统共同作用才能完成，因此优化追踪设备是改进CBTC系统的一个重要前进方向。
对于追踪定位设备、基于AP的轨旁设备、ATS子系统故障三方面做出了举例分析工作。改进基于AP的轨旁设备混用技术，假设单线只使用单一AP设备与混用两种设备情况做对比，在成本、维护周期、设备破损更换、信号维护人员要求等几方面反应设备混用的优势与不足。大幅提高设备使用安装性价比，但也提高了信号维护人员设备维护知识要求与考验CBTC系统设备兼容性问题。基于AP设备兼容性问题是阻碍设备混用技术广泛使用。举例分析地面、车载、控制中心三类设备故障解决，得出控制中心设备故障对完整系统破坏性更强。之后提出一种CATS、集中站LATS、非集中站LATS间连线方式，此连线方式可通过指派某一集中站LATS为临时CATS，保证CATS因故障瘫痪时，CBTC系统也能降级运行。新型连接方式主要解决单一或多个LATS因玩网线断开仍可通过环线间接传输至CATS，极小可能的CATS故障需要某一集中站LATS设备承担CATS主机的功能，这必将带来设备成本的上升，在故障下的信息安全更加难以维持。
新一代CBTC发展核心从控制中心变为列车，通信方式变为车-车，控制中心作为第三方监督。这种通信方式降低信息传输延时，是未来CBTC系统发展改进的主要方向。
结论
列车追踪定位技术的完备保证了整个CBTC系统的安全运行，地铁中安装的各种追踪定位设备如感应环线、计轴设备、查询/应答器等收集信息，交付至车载计算机处理，车载计算机处理后数据通过AP设备最终传到控制中心记录并对列车运行监督。整个列车追踪定位过程需要CBTC系统内所有子系统共同作用才能完成，因此优化追踪设备是改进CBTC系统的一个重要前进方向。
参考文献:
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