基于通信的城市軌道交通軌旁信號(hào)的分析

劉志水

（株洲中車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412000）

隨著國(guó)內(nèi)城市建設(shè)進(jìn)程的加速和城市人口居住數(shù)量的不斷增多，城市軌道交通以其穩(wěn)定可靠、節(jié)能且不受外界干擾等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用?；谕ㄐ诺某鞘熊壍澜煌ㄜ壟韵到y(tǒng)是國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的軌道交通控制系統(tǒng)，并且被很多發(fā)達(dá)國(guó)家所借鑒用做其城市的軌道交通項(xiàng)目中。而基于通信的列控系統(tǒng)軌旁是城市軌道交通控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其系統(tǒng)的模擬仿真不但可以模擬進(jìn)路排布、列車(chē)行駛等運(yùn)行場(chǎng)景，給出系統(tǒng)測(cè)試所需要的科學(xué)依據(jù)，還可以對(duì)列車(chē)群控制和行車(chē)壓力進(jìn)行測(cè)試。所以，城市軌道交通軌旁設(shè)計(jì)具實(shí)際意義。

1 軌道交通信號(hào)模擬技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

軌道交通信號(hào)模擬技術(shù)在國(guó)外發(fā)生較早，獲取的經(jīng)驗(yàn)較多，當(dāng)下，國(guó)外已經(jīng)完善的系統(tǒng)有，日本研發(fā)的UTRAS (Universal TrainSimulator)系統(tǒng)、美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)軌道研究中心開(kāi)發(fā)的TOM(TheTrainOperations Model)系統(tǒng)，歐洲ORTHSTAR公司研發(fā)的Trainstar系統(tǒng)，西門(mén)子公司研制的VICOS T&S仿真系統(tǒng)等。UTRAS系統(tǒng)是根據(jù)日本新干線而設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)可以組建列車(chē)運(yùn)行模型、研究列車(chē)運(yùn)行駛延誤和計(jì)算列車(chē)運(yùn)行效率，TOM系統(tǒng)是一個(gè)全面的軌道交通分析系統(tǒng)，其基本作用多為對(duì)列車(chē)能耗及其供電性能和列車(chē)穩(wěn)定運(yùn)行安全和效率的評(píng)估，Trainstar屬于機(jī)車(chē)駕駛的輔助仿真系統(tǒng)，其主要的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是將導(dǎo)航原理和列車(chē)模擬技術(shù)相互融合，其重點(diǎn)在于大幅度降低列車(chē)能耗、加大列車(chē)的操作和穩(wěn)定性，順便可以對(duì)列車(chē)的制動(dòng)和牽引行為進(jìn)行預(yù)測(cè)；VICOS T&S系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于駕駛室界面的真實(shí)感較強(qiáng)，其作用是對(duì)列車(chē)司機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)。

國(guó)內(nèi)在基于通信的軌道交通信號(hào)模擬技術(shù)的究最近一個(gè)時(shí)期發(fā)展較為迅速，很多研究機(jī)構(gòu)和專(zhuān)家都在進(jìn)行緊密的研究。其基本的研究有北京交大提出的CTCS-3仿真測(cè)試平臺(tái)；西南交大提出的基于多質(zhì)點(diǎn)列車(chē)模型的牽引模擬軟件；國(guó)內(nèi)鐵路通信集團(tuán)和北京理工大學(xué)聯(lián)合發(fā)起的對(duì)上海地鐵線開(kāi)發(fā)的列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行仿真系統(tǒng)；中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)所對(duì)于廣州地鐵七號(hào)線路開(kāi)發(fā)的城市軌道交通列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行仿真。

2 基于通信的城市軌道交通軌旁信號(hào)的分析

2.1 城市軌道交通軌旁信號(hào)模擬平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

基于通信的城市軌道交通軌旁信號(hào)模擬平臺(tái)主要的作用是將通信技術(shù)和城市軌道交通軌旁有機(jī)的相結(jié)合，并對(duì)軌道線路的外部環(huán)境、軌旁設(shè)備的基礎(chǔ)配置、組織行車(chē)安全、車(chē)輛參數(shù)的設(shè)置狀態(tài)進(jìn)行還原，由此為設(shè)計(jì)出高效的城市軌道交通軌旁系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

城市軌道交通軌旁系統(tǒng)要具有較高的穩(wěn)定性和安全性，可以在地面和車(chē)載間進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，并可以計(jì)算列車(chē)最優(yōu)運(yùn)行線路，保障了列車(chē)運(yùn)行效率和安全性。大部分的城市軌道交通軌旁系統(tǒng)主要由(車(chē)載、聯(lián)鎖、ATS、ATO、綜合維護(hù)和檢測(cè)、區(qū)域控制器)等多個(gè)子系統(tǒng)組成，并且該系統(tǒng)可以利用通信來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信，將基于通信的城市軌道交通軌旁定義為五層。

（1）中央控制層：控制中心設(shè)施。

（2）通信層：配備控制中心和車(chē)站層設(shè)施間的核心通信網(wǎng)絡(luò)，并將其提供給無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

（3）車(chē)站層：具體的是說(shuō)車(chē)站硬件設(shè)施房中的設(shè)施，其中包含車(chē)站ATS，CBI，ZC等。

（4）道旁層：該層面主要是說(shuō)安置在軌旁的硬件設(shè)施，其中包含應(yīng)答機(jī)、信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)。

（5）車(chē)載層：該層面是說(shuō)車(chē)載可靠性的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，其中包含車(chē)載（ATP、ATO）等。

基于通信的城市軌道交通軌旁系統(tǒng)對(duì)安全需求性極高，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足EN-50128，EN-50129，EN-50126的要求。而聯(lián)鎖系統(tǒng)、區(qū)域控制器、車(chē)載的需求條件是SIL4級(jí)陣70，并且需要采用半形式化方式來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在其開(kāi)發(fā)中需要遵循的制度為：要詳細(xì)描述軟件的原則和功能，不能出現(xiàn)分叉，加大抽象表述程度，利用面向?qū)ο螅⑶乙捎媚０?，降低人為的錯(cuò)誤，減少開(kāi)發(fā)周期。圖1為城市軌道交通軌旁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.2 通信技術(shù)下的軌旁信號(hào)顯示模式轉(zhuǎn)換特點(diǎn)

在基于通信的城市軌道交通軌旁中，列車(chē)控制子系統(tǒng)、聯(lián)鎖子系統(tǒng)都具有通信控制與后備兩種主要模式能夠?qū)崿F(xiàn)任意轉(zhuǎn)換。而由通信控制子系統(tǒng)和其聯(lián)鎖相互協(xié)調(diào)可以完成模式的轉(zhuǎn)換條件，控制子系統(tǒng)可以配備實(shí)時(shí)的模式信息，并傳輸給聯(lián)鎖子系統(tǒng)，由聯(lián)鎖子系統(tǒng)進(jìn)行決定軌旁信號(hào)的點(diǎn)燈模式。在通信控制和聯(lián)鎖子系統(tǒng)選取相同的模式時(shí)，城市軌道交通軌旁系統(tǒng)會(huì)依據(jù)選用模式運(yùn)行。在通信控制和聯(lián)鎖子系統(tǒng)選取不同的模式時(shí)，會(huì)處理低級(jí)的模式，如此可以充分的保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。可以從如下的兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。

（1）選取通信控制模式，聯(lián)鎖會(huì)依據(jù)通信控制下的技術(shù)條件，所組建的進(jìn)路不對(duì)區(qū)段空閑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通信控制系統(tǒng)會(huì)將運(yùn)行方向、移動(dòng)授權(quán)等信息發(fā)送給車(chē)載的系統(tǒng)，列車(chē)會(huì)通過(guò)通信控制子系統(tǒng)的移動(dòng)授權(quán)運(yùn)行，軌旁信號(hào)會(huì)處于滅燈和點(diǎn)燈兩種不同的模式。

（2）后備模式的選取，聯(lián)鎖會(huì)依據(jù)后備模式下聯(lián)鎖技術(shù)條件，監(jiān)控進(jìn)路下的軌道區(qū)域的空檔，并能充分的迎合其他進(jìn)路的聯(lián)鎖條件，可以開(kāi)放軌旁信號(hào)，由聯(lián)鎖保障運(yùn)行的時(shí)段間隔，列車(chē)會(huì)依據(jù)軌旁信號(hào)顯示運(yùn)行，軌旁信號(hào)此時(shí)會(huì)處于點(diǎn)燈狀態(tài)。

圖1 城市軌道交通軌旁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語(yǔ)

基于通信的城市軌道交通軌旁系統(tǒng)，會(huì)依據(jù)先進(jìn)的通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)列車(chē)進(jìn)行連續(xù)的控制，降低運(yùn)行時(shí)段的間隔，提升列車(chē)的運(yùn)行效率。在當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)其客運(yùn)交通領(lǐng)域進(jìn)行改革，針對(duì)列車(chē)的客運(yùn)專(zhuān)線，信號(hào)機(jī)靈敏度不高的問(wèn)題，比如車(chē)載設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，或者沒(méi)有安裝列車(chē)自動(dòng)防護(hù)設(shè)備，會(huì)依據(jù)站間的閉塞模式進(jìn)行行駛。在這種情況下，需要進(jìn)行對(duì)城市軌道交通軌旁信號(hào)進(jìn)行分析，先分析城市軌道信號(hào)模擬技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究狀態(tài)，對(duì)軌旁信號(hào)系統(tǒng)需求進(jìn)行分析，給出基于通信的城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和其特點(diǎn)，對(duì)城市軌道交通軌旁信號(hào)顯示模式轉(zhuǎn)換特點(diǎn)進(jìn)行分析，有效地滿足城市軌道交通系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)要求。

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