基于无线通信的列车控制系统的研究

基于无线通信的列车控制系统的研究

1国内外轨道交通发展现状自20世纪60年代以来，国外开始研究cbtl（coatisticalofficeoftran）的理论。我国的城市轨道交通起步较晚,但经过了探索和试验阶段,一二线城市已经快速地迈入了轨道交通的网络建设阶段。1965年中国第一条地铁在北京开工建设,1969年建成通车,1981年正式对外运营。目前,全国共有34个城市已经开通了轨道交通,运营里程达到近5000km。截至2017年12月31日,新增4个运营城市,33条运营线,新增运营线路长度达868.9km新增线路再创历史新高,比2016年新增线路534.8km增加334.1km,增幅达62.5%。其中,上海是目前中国城市轨道交通通车里程最长的城市,地铁里程总计长度为636.37km因此,我国的信号供应商已经从引进国外技术,到吸收消化核心技术,走向了自主研发国产化信号系统的道路。国内各大城市的地铁业主也从一味地接受,到如今提出需求,紧跟甚至带领着技术发展的方向。在供应商与业主双方的共同作用下,CBTC从传统的IEEE1474标准架构,开拓出了新的城市轨道交通列车运行控制系统技术发展方向。下面将详述其中的两个主要发展方向:全自动无人驾驶系统和互联互通方向的车-车通信系统。2列车监控子系统在传统CBTC的IEEE1474标准架构中,有三大子系统:车载控制器VoBC(VehicleonBoardController)、区域处理器ZC(ZoneController)和自动列车监控子系统aTS(automaticTrainSupervision)。VoBC是位于列车司机室内的控制设备,主要对列车进行测速、定位和控制,接受来自ZC的信息,根据ZC提供的移动授权来计算安全防护曲线,并与列车目前的速度进行比较,监督列车运行状态,并及时发出制动命令。ZC接收数据存储单元、列车监控子系统、计算机联锁等的各种数据信息,集中获取系统中各个设备的运行状态。对区域管辖区内的列车进行移动授权和临时限速,监控道岔、信号机、应答器等轨旁设备。aTS对列车运行状态进行监控,提供报警显示、进路排列、运行图调整和数据查询等功能,可为调度人员提供监控和旁路系统功能的操作。以上各个子系统的协同工作,共同完成了CBTC的功能。此外,CBTC系统中通常还包括:数据通信系统DCS(DataCommunicationSystem)、计算机联锁CI(ComputerInterlocking)、维护诊断子系统MMS(MaintenanceManagementSystem)。3运营运营系统调度全自动无人驾驶系统uTo(unattendedTrainoperation)减少了正线运营以及车辆场段中列车司机的角色,实现了由控制中心调度人员集中化的远程操作、运营控制和调度管理的模式。因此,在继哥本哈根、新加坡、迪拜等城市开通无人驾驶信号系统后,北京、上海、广州等国内一线城市也开始投入全自动无人驾驶CBTC系统。全自动无人驾驶架构与典型CBTC架构,在各子系统的核心功能上,没有较大区别。相比现有CBTC系统,uTo在运营工作流程上有了较大的变化。取消列车司机的角色,但新增了多职能队员的岗位,负责所有运营车站和列车的巡视,并负责列车故障处置、人工驾驶、设施设备一级维修等业务。日常的运营工作流程为:列车停在车辆段或停车场,系统根据出入库派班计划,分批次自动唤醒列车;当列车唤醒成功后进入列车综合自检,自检通过的列车按计划班次等待发车指令;同时,车站工作人员对车站内所有设备进行运营前测试并开启;列车由出入场段线,根据时刻表进入正线运行;列车在无人驾驶模式下自动在区间运行,并且完成进站、停车、发车;根据时刻表,列车在折返站台自动进行控制端转换并匹配运行计划;列车完成时刻表计划,到达终点站后清客并下线;列车按回库派班计划规定的股道自动运行至停车库指定股道,上传数据后自动休眠。此外,全自动无人驾驶架构与现有CBTC系统相比在功能、按钮、设备和接口上有较多的升级。主要的新增功能包括自动唤醒功能、自动休眠功能、自动存车功能、自动进入或退出运营功能、自动鸣笛功能、场段内自动运行功能、自动洗车功能、站台停车窗口校准对位功能、站台清客功能、列车状态监督功能、工况管理、蠕动功能、应急报警功能、远程控制功能等。主要的新增按钮包括洗车按钮、紧急关闭按钮、自动折返按钮、站台操作车门按钮、站台请客确认按钮、人员防护开关、全自动运行列车禁止出发按钮等。信号系统内部主要的新增设备包括冗余的测速脉冲电机和雷达等。信号系统与外部系统之间,主要的新增接口包括aTS远程控制命令接口、脱轨检测接口、火灾联动接口、列车控制管理系统接口等。4简化轨旁设备阿尔斯通在法国里尔1号线进行了车-车通信CBTC系统的试验,与传统的IEEE1474典型架构相比,这种架构简化了联锁子系统和区域子系统,aTo/aTP的主要功能将从轨旁移至车载。aTS将进路计划发送至VoBC,VoBC将直接控制道岔的转动、进路的开放和移动授权的计算等功能。因此前后列车之间的通信也更为直接,无需由轨旁子系统计算后再发送给车载,交互性能将大大提高。这与国内地铁运营公司越来越多提及的互联互通系统需求是相通的,可见简化轨旁设备有可能成为CBTC发展的新方向。车车通信的架构中包括监控子系统aTS、通信子系统DCS、目标控制器oC(objectController)和车载子系统VoBC。中心设备aTS和无线通信网络DCS与CBTC典型架构中的功能并无过多差异,只是aTS将直接通过DCS与车载子系统进行通信,并将进路信息发送给VoBC。目标控制器或称对象控制子系统,布置在轨旁或设备集中站,可以将其看作为简化后的区域子系统。oC接收VoBC和aTS的命令,执行对轨旁设备的操作,并反馈对象的状态。车载子系统是车车通信架构中的核心子系统,集成了主要的aTP/aTo功能。除了原有的列车定位、速度控制、车地通信、列车完整性检查和人机交互等功能外,新增了进路控制、车车通信和行车许可功能。进路控制功能实现了列车通过车地通信,直接接受aTS的进路命令,计算进路计划所需的道岔和信号机,通过oC查询区段占用情况,并判断是否办理该进路。车车通信功能实现了VoBC根据aTS中的列车信息,筛选出进路范围内的列车,并确定作为目标追踪的前车,并与之建立通信。行车许可功能根据进路命令、前车位置信息、临时限速和oC反馈的轨旁设备状态,生成行车许可。因此从CBTC典型架构向车车通信架构作延伸和兼容时,需要将原本计算机联锁和区域控制器的进路控制、车车通信和行车许可等功能模块迁移到VoBC中,而ZC则需简化为仅支持对轨旁资源的执行和分配,以防抢占导致的死锁发生