摘要:列车运行控制系统的问世,它不仅解决了以往依靠人工嘹望、驾驶列车无法满足列车高速运行需求的难题,而且还让承担铁路列车运行指挥核心的信号系统迈进了更安全、更智能的现代化时代。
关键词:高铁列车;运行控制系统;发展
1 引言
中国作为一个正在崛起的高速铁路大国,客运专线、城际和高速铁路建设如火如荼地遍布全国,列车运行控制系统作为完善、安全和高效铁路网的重要支撑之一－.它的自主创新和持续发展能力至关重要,可以说,它与中国实现现代化铁路宏伟目标密切相关。
2 列车运行控制技术与系统
2.1 基本描述列车运行控制子系统是以技术手段对列车运行方向、运行间隔和运行速度进行控制,使列车能够安全运行且提高运行效率的系统,简称列控系统。其基本功能包括:系统能反映出列车前方区段是空闲或是占用,指示列车可以运行的速度。先进的列车运行控制系统具有自动实施各种报警、制动的功能,以保证行车安全;并具有运行记录的功能。列车控制有3方面的主要功能:
(1)列车防护。列车防护的目的是防止轨道上运行列车与其他列车相撞或者脱轨等情况发生,也包括超速安全防护以及车辆轮对几何参数自动测量功能。
(2)列车运行/驾驶。列车运行主要指在满足防护要求条件下的单一列车驾驶。
(3)列车监督/指挥。列车指挥引导和记录多个列车运行的过程。列车指挥的目的是为整个铁路系统提供经济学分析和最优解决方案。这3个基本功能被各种铁路系统采用手工或自动的方式实现。如果其中一个功能是以自动化的方式实现,就将整个列车控制系统称为自动列车控制系统。
2.2列车运行控制技术在上个世纪,世界铁路列车运行控制方法通常可划分为以下几种类型:
(1)基于表格的列车控制。在这种方式下,行车调度指令是以一个连续增加的预先确定的闭塞区间发布的。行车调度指令首先以纸质文件的形式发出(例如列车时刻表),之后通过电话或者无线语音进行调整更新。
(2)基于信号的列车控制。分为2种形式:种是手动控制铁路闭塞区间信号;另一种是通过轨道电路,检测区间占用情况按照－－定的逻辑实现自动闭塞信号。
(3)调度集中。这是一种更为先进的信号控制方法,在控制中心,列车调度员通过对相互连锁的控制点,进行远程控制,直接指挥运输。
以上几种列车控制方法在当今世界铁路运输中仍被采用。已经证明这些方法相当安全和可靠。然而由于现代铁路发展的需要,特别是高速铁路和城市轻轨铁路的发展,在列车运营效率、安全和操作通用性等方面都提出了更高的要求。
2.3列车运行操作控制系统
(1)中央控制行车制(CTC)CTC是区间闭塞与连锁合并所形成的统一控制。CTC是指列车在一定路段上行驶,其经过闭塞区间或交会车站等行动完全受信号的指示,路上所有进出口站信号及重要转辙器均由一固定地点来操纵。CTC的操作要点包括:(列车开行前、中后)控制中心控制转辙器及出发信号无需任何路牌、可开行跟随列车。对于CTC的使用,其包含如下优点:安全性高、路线容量大增、调度员可直接控制、可过站不停(无路牌)、减少工作人员、可开行跟随列车.减少人为疏失,信号自动显示危险、减少燃料消耗等。实际上,将信号控制、区间闭塞制、连锁制与中央行控制行车制联合起来,就看构成信号联锁系统,该系统也是ATP、ATO,ATS的基础。
(2)列车自动防护系统(ATP)作用在于监督轨道状况及列车速度,以保列车最安全的行驶:提供列车司机适当的信息和警告信号,保持适当刹车距离,防止相撞或进入未经许可的区间。
(3)列车自动操作系统(ATO)这一系统涵盖半自动操作与全自动操作两种。半自动操作是指与列车行车控制配合,但车门监视、列车启动和故障处理仍由驾驶员来控制。与现代化人工操作系统比较,半自动操作的优缺点为:可提高时刻表准确度:可增加路线容量,但班距小较不显著可减少能源消耗和车辆磨损而可增加系统安全性:较高的投资成本;增加复杂性。总体来说,比较适合在运量达到容量水平下的状况,总的声誉也比较好,并非仅仅考虑运行的经济性。
2.4 全自动操作
为列车内无驾驶员,列车控制和运行完全自动化,由控制中心统－调度。全自动操作系统的优点:不须司机,可降低劳工成本:可缩短班距.改进服务水平.而不致增加运行成本。当然,全自动操作系统的使用,也必须解决如下问题:紧急状况下,能与旅客保持联系:轨道上障碍物的监视:保守的管理当局与管制策略。我国正在编制中国列车运行控制系统(简称CTCS)的技术规范,着手全力发展和装备列车运行控制系统。CTCS技术规范是参照欧洲列车运行控制系统(简称ETCS)编制的。CTCS系统2个子系统,即车载子系统和地面子系统。地面子系统可由以下部分组成:应答器、轨道电路、无线通信网络(GSM-R)、列车控制中心(TCT)/无线闭塞.中心(RBC)。车载子系统可由以下部分组成:CTCS车载设备、无线系统车载模块。CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级,分为0~4级。各应用等级均采用目标距离控制模式,采取连续一次制动方式;各应用等级是根据设备配置来划分的,其主要差别在于地对车信息传输的方式和线路数据的来源。目前,CTCS2级已开始在我国铁路进行实验性试运行。
3 列车运行控制系统技术的发展
我国CTCS-3级列控系统已经实现列车与地面控制中心之间双向、大容量信息交互,实现闭环控制,满足时速350千米以.3分钟间隔的运营要求。2009年和2010年先后开通运营的武汉一广州、郑州一西安、南京一上海、上海－杭州等线路已经成功运用CTCS-3级列控系统,使用CTCS-3级列控系统的新一代高速列车京沪高速铁路也将在2011年内开通。目前我国在CTCS-3级列控系统规范标准体系、可信性设计技术、系统集成技术、测试技术、系统评估体系等方面的研究均取得了重大成果。
4列车控制技术发展展望
大容量信息数字轨道电路技术的研发是当前先进的列车运行控制系统主要课题之一,先进大容量的车－地信息传输技术以采用数字信息处理技术为基础的数字轨道电路可以有效增加由地面向车载传输的信息量。解决实时分布式系统的系统故障及相应的时间延迟问题是高安全性要求的网络计算机系统当前研究的难点之一。以复杂动态系统和非线性理论为基础,将模糊控制和模型预测控制相结合针对列车控制系统通信时间延迟进行再分配策略调整。随着列车运行控制系统研究开发的深入,基于通信的列车控制(CBTC)方式将会被越来越多的列车控制系统采用,将使列车控制系统中关键设备的移动特性增强。在列车控制系统约束条件下的通.信安全是下一步研究重点。列车运行过程的智能控制,涉及到诸多基础理论的研究。随着研究的深入开展将会为新一代列车运行控制技术的开发提供理论支持和实验对比,为进一步的列车运行控制系统的工业实现打下基础。
5 总结
高速铁路系统作为我国自动化领域最具规模、最先进、最具国际可比性的应用领域,应加强对轨道交通领域自动化理论、技术和应用的总结与凝练,加强国内外交流与合作,充分利用我国大规模轨道交通建设的历史机遇,研发国际领先的列车运行控制技术,占领世界高速列车运行控制技术的制高点,并将技术标准化、使标准国际化,为我国高铁“走出去”战略的实施提供坚实的理论、技术、标准和装备支撑。
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