溫杜仲

【摘要】 本文分析研究了CBTC系統(tǒng)在實(shí)際工作中的運(yùn)行狀況，剖析了系統(tǒng)存在的問(wèn)題，通過(guò)建立并分析基于車(chē)——車(chē)通信技術(shù)的軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)理論模型，提出解決傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)缺陷的方法，說(shuō)明了基于車(chē)——車(chē)通信技術(shù)的軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性及應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】 車(chē)——車(chē)通信 CBTC 通信 自動(dòng)控制 信號(hào)控制系統(tǒng)

引言：

目前，大多數(shù)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)都采用了CBTC系統(tǒng)，CBTC系統(tǒng)是基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)與應(yīng)用已非常成熟。

隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，基于車(chē)——車(chē)通信技術(shù)的新型軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)將很有可能取代現(xiàn)有的CBTC系統(tǒng)，成為主流的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)。

一、基于通信的CBTC信號(hào)控制系統(tǒng)原理及缺點(diǎn)

基于通信的CBTC系統(tǒng)的核心是列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATC），它由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（CI）、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（ATP）、列車(chē)自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)（ATO）及列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）構(gòu)成。

各子系統(tǒng)之間通過(guò)數(shù)據(jù)通信傳輸子系統(tǒng)（DCS）作為信息交換網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)地面與車(chē)上控制相結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車(chē)指揮、運(yùn)行調(diào)整以及列車(chē)自動(dòng)駕駛自動(dòng)化等功能等為一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

其業(yè)務(wù)主要為：對(duì)列車(chē)實(shí)施調(diào)度、防護(hù)、操縱、多子系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化信息化。具體功能表現(xiàn)為：列車(chē)按照運(yùn)營(yíng)圖自動(dòng)運(yùn)行；為列車(chē)門(mén)、站臺(tái)屏蔽門(mén)的開(kāi)閉提供安全監(jiān)控信息；全線(xiàn)列車(chē)及信號(hào)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控；列車(chē)運(yùn)行及信號(hào)運(yùn)行的日志及數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)；與外部接口系統(tǒng)（如：綜合監(jiān)控系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、TCC系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)交互等。

雖然CBTC系統(tǒng)已日趨成熟且在軌道交通領(lǐng)域大量應(yīng)用，但仍有不少問(wèn)題亟待解決：如前后車(chē)運(yùn)行聯(lián)動(dòng)的問(wèn)題。CBTC系統(tǒng)雖支持不同控制級(jí)別列車(chē)的混跑，但當(dāng)CBTC級(jí)別的列車(chē)與點(diǎn)式列車(chē)互相追蹤時(shí)，前車(chē)車(chē)載設(shè)備在不同控制級(jí)、不同故障類(lèi)型、不同駕駛模式下對(duì)后車(chē)運(yùn)行的影響，以及前后車(chē)追蹤間隔的設(shè)置等，都是需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。又如闖紅燈防護(hù)問(wèn)題。

在點(diǎn)式級(jí)別下，因?yàn)闆](méi)有連續(xù)的車(chē)-地通信，且應(yīng)答器作用范圍有限，司機(jī)很難做到對(duì)列車(chē)的誤啟動(dòng)保護(hù)。再如車(chē)-地?zé)o線(xiàn)傳輸及同站臺(tái)換乘車(chē)站無(wú)線(xiàn)干擾的問(wèn)題。車(chē)-地之間的無(wú)線(xiàn)傳輸對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量穩(wěn)定性的影響，以及現(xiàn)場(chǎng)不同系統(tǒng)的復(fù)雜信號(hào)干擾對(duì)線(xiàn)路開(kāi)通調(diào)試帶來(lái)的困難，甚至在運(yùn)營(yíng)階段由于通信不穩(wěn)定而導(dǎo)致的列車(chē)緊急制動(dòng)等問(wèn)題，也需進(jìn)一步優(yōu)化。

為了進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，解決以上問(wèn)題，更新一代的基于車(chē)——車(chē)通信技術(shù)的新型城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)方案已悄然登場(chǎng)。

二、基于車(chē)——車(chē)通信的信號(hào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

基于車(chē)一車(chē)通信的新型信號(hào)控制系統(tǒng)，其本質(zhì)是以列車(chē)為中心的新型CBTC系統(tǒng)。

根據(jù)ALSTOM在法國(guó)里爾l號(hào)線(xiàn)提出的基于車(chē)——車(chē)通信的新型CBTC系統(tǒng)概念，與傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)相比，其結(jié)構(gòu)中去掉了聯(lián)鎖子系統(tǒng)和區(qū)域控制器子系統(tǒng)，ATS直接與車(chē)載控制器VOBC進(jìn)行通信，將進(jìn)路信息發(fā)送給車(chē)載，車(chē)載根據(jù)進(jìn)路信息，直接控制道岔的轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)路的開(kāi)放，以及移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算等與軌旁相關(guān)的安全功能。這一設(shè)計(jì)不但減少了聯(lián)鎖子系統(tǒng)，而且減少了系統(tǒng)的接口數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

由于精簡(jiǎn)了軌旁的設(shè)備，基于車(chē)一車(chē)通信的新型CBTC系統(tǒng)與傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)在功能分配上差別很大：CBTC系統(tǒng)中大多數(shù)軌旁核心功能，都移至車(chē)載控制器上實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的復(fù)雜度，減少了信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，縮短了通信時(shí)延，提高了系統(tǒng)整體性能。

在車(chē)——車(chē)通信方式中，后續(xù)列車(chē)根據(jù)自己的狀態(tài)，向前行列車(chē)請(qǐng)求前車(chē)的位置信息。后續(xù)列車(chē)可根據(jù)收到的前車(chē)位置信息自行計(jì)算移動(dòng)授權(quán)和相關(guān)的制動(dòng)曲線(xiàn)。因此，前后列車(chē)之間，僅僅通過(guò)交互列車(chē)位置信息的簡(jiǎn)單動(dòng)作便可實(shí)現(xiàn)列車(chē)移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算等功能，而無(wú)需由軌旁系統(tǒng)計(jì)算后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車(chē)載控制器，這樣就大量減少了數(shù)據(jù)通信量，降低了車(chē)載控制器的反應(yīng)時(shí)間，并且能快速更新后續(xù)列車(chē)的速度曲線(xiàn)。

三、基于車(chē)——車(chē)通信的信號(hào)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉

車(chē)——車(chē)通信系統(tǒng)省略了聯(lián)鎖子系統(tǒng)和區(qū)域控制器子系統(tǒng)，其余各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流交互和接口簡(jiǎn)單清晰，避免了繁瑣的流程，降低了各個(gè)子系統(tǒng)之間的耦合度，防止了各子系統(tǒng)的干擾，而且系統(tǒng)不用過(guò)多的連接，也解決了系統(tǒng)接口不兼容的問(wèn)題，使系統(tǒng)在使用的過(guò)程中比較簡(jiǎn)單，維護(hù)過(guò)程中成本低廉。

3.2聯(lián)鎖功能更加靈活

車(chē)——車(chē)通信系統(tǒng)車(chē)載控制器的聯(lián)鎖功能可以在列車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中使之更加的靈活，可以對(duì)道岔道的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制，讓列車(chē)能夠及時(shí)地運(yùn)行決策，提升列車(chē)的運(yùn)行效率。

在確保運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，防止對(duì)各類(lèi)設(shè)備的干擾，節(jié)省了大量管理設(shè)備的時(shí)間，而且在具體的運(yùn)行設(shè)計(jì)中也節(jié)省了時(shí)間。

3.3信息交互能力大幅提升

基于車(chē)一車(chē)通信的新型信號(hào)控制系統(tǒng)取消了軌道旁的控制器設(shè)備，所以也不用存儲(chǔ)聯(lián)鎖的數(shù)據(jù)，客觀(guān)上精簡(jiǎn)了車(chē)——地之間交互的信息量以及交互時(shí)間，減少了車(chē)載控制器的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，使得車(chē)載控制器反應(yīng)的速度非?？?，而且會(huì)及時(shí)地建立速度曲線(xiàn)，列車(chē)會(huì)將自己的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，在列車(chē)發(fā)出請(qǐng)求后，迅速獲得周?chē)熊?chē)和設(shè)備的位置，在接收到相關(guān)的信息后，通過(guò)對(duì)移動(dòng)授權(quán)的分析，繪制制動(dòng)曲線(xiàn)。所以，在列車(chē)之間，其交互性大大的提高，而且，通過(guò)移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算，完成了各項(xiàng)功能。

3.4運(yùn)行時(shí)間間隔進(jìn)一步縮短

由于車(chē)——車(chē)通信系統(tǒng)減少了車(chē)載控制器的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，于是它能提供更小的運(yùn)行時(shí)間間隔?？梢栽诒ＷC安全的前提下，可以為運(yùn)營(yíng)提供更加靈活和多樣化的運(yùn)輸組織方案。

3.4節(jié)省大量空間

車(chē)——車(chē)通信系統(tǒng)去掉了聯(lián)鎖子系統(tǒng)和區(qū)域控制器子系統(tǒng)，節(jié)省了大量的空間，不但提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，而且使列車(chē)在運(yùn)行的過(guò)程中更加的安全。

總體而言，車(chē)——車(chē)通信系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，使信息的交互性更好，有效控制了車(chē)載控制器反應(yīng)時(shí)間，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能更有保障。

四、結(jié)語(yǔ)

基于車(chē)一車(chē)通信的新型信號(hào)控制系統(tǒng)，能夠大幅度提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)性能、機(jī)動(dòng)靈活性能及安全穩(wěn)定性能，具有很大的發(fā)展空間和潛力，將是未來(lái)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。

參 考 文 獻(xiàn)

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