列車控制在軌道交通中應(yīng)用范文

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基于通信的列車控制技術(shù)是指通過高精度列車定位系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合雙向大容量車-地?cái)?shù)據(jù)通信和車載等安全功能處理器，從而達(dá)到對(duì)列車進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。這種技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)大容量、雙向車-地?cái)?shù)據(jù)傳輸，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)列車的移動(dòng)閉塞，具有顯著優(yōu)勢(shì)。在基于通信的列車控制技術(shù)中主要運(yùn)用的無線移動(dòng)車-地通信技術(shù)具有高度的可靠性與安全性，并在我國(guó)各大城市軌道交通的運(yùn)輸中逐漸運(yùn)用。

1基于通信的列車控制技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于通信的列車控制技術(shù)系統(tǒng)主要是在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)列車的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制與監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞的一種方式。基于通信的列車控制技術(shù)在運(yùn)用過程中最為重要的是車載設(shè)備與軌旁設(shè)備間的實(shí)時(shí)雙向通信功能的實(shí)現(xiàn)，因此，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大減少了城市軌道旁的設(shè)備,并在安裝維修上比較簡(jiǎn)便[1]。接下來，介紹一種基于通信的列車控制技術(shù)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)如下圖所示。從圖中可以看出，在這個(gè)典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要包含了兩種類型的設(shè)備，分別是基于通信的列車控制技術(shù)的地面設(shè)備和基于通信的列車控制技術(shù)的車載設(shè)備。這兩種設(shè)備構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它們主要是運(yùn)用“數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行有機(jī)連接。圖中的“聯(lián)鎖”功能模塊是一個(gè)單獨(dú)的部分，它與基于通信的列車控制技術(shù)的地面設(shè)備進(jìn)行連接[2]。此外，在充分考慮到線路長(zhǎng)度問題之后，在系統(tǒng)中又設(shè)計(jì)了相鄰的CBTC地面設(shè)備模塊。與此同時(shí)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中還考慮到了ATS功能的實(shí)現(xiàn)，因此在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了ATS模塊。一方面，在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，基于通信的列車控制技術(shù)的地面設(shè)備向車載設(shè)備傳輸相應(yīng)的控制信息，并以此對(duì)列車的運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)地控制。另一方面，在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，基于通信的列車控制技術(shù)的車載設(shè)備也向地面設(shè)備及時(shí)地傳輸列車的運(yùn)行信息，這樣便形成了一個(gè)封閉式的信息傳輸與控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中，地面設(shè)備與車載設(shè)備進(jìn)行連接的中間媒介就是車-地通信網(wǎng)絡(luò)。

2移動(dòng)閉塞

所謂的移動(dòng)閉塞就是指在前面的列車與后面的列車之間的最小安全追蹤間隔距離單元不是預(yù)先設(shè)定的固定值，而是隨著列車的不斷行駛以及列車速度的不斷變化，進(jìn)而引起兩者之間發(fā)生變化的閉塞方式。因此，這種方式可以對(duì)行駛中列車的位置和速度進(jìn)行連續(xù)性檢測(cè)。相比固定閉塞方式而言，移動(dòng)閉塞是以列車運(yùn)行的實(shí)際速度、制動(dòng)曲線以及運(yùn)行中的位置為基礎(chǔ)，對(duì)相鄰列車之間的安全距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)性的計(jì)算。這種方式不僅可以將相鄰列車之間的距離大大降低，同時(shí)使列車具有了更大的調(diào)整能力。基于通信技術(shù)的列控系統(tǒng)的列車速度控制曲線，如下圖所示。在上圖中可以看出，相鄰列車之間的間隔是不斷變化的，圖中的曲線主要是針對(duì)后面列車的控車一次拋物線制動(dòng)曲線而言，兩輛列車之間的制動(dòng)終點(diǎn)是同一點(diǎn)，主要是在后面列車當(dāng)下行駛速度的基礎(chǔ)上，所需要的制動(dòng)距離，同時(shí)再加上相應(yīng)的安全余量計(jì)算出的。一般來說，為了保障列車不會(huì)發(fā)生追尾事故，那么列車位置的分辨率應(yīng)該保持在10米之內(nèi)[3]。可以看出，移動(dòng)閉塞可以使運(yùn)行中的列車的間隔大大減小，從而提升了軌道線路的通過能力。

基于通信的列車控制技術(shù)主要是運(yùn)用車-地之間高速的通信能力使列車的命令能夠在車輛與地面之間進(jìn)行雙向交換。同時(shí)，移動(dòng)閉塞將系統(tǒng)中的基于通信的列車控制技術(shù)的地面設(shè)備與受控制的列車進(jìn)行密切聯(lián)系，并動(dòng)態(tài)性地計(jì)算出相鄰車輛之間的安全距離。可以看出，基于通信的列車控制技術(shù)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞上的關(guān)鍵在于無線車-地通信。

3基于通信的列車控制技術(shù)中的車-地通信技術(shù)

從車-地通信技術(shù)信息的傳輸方式上來說，通?？梢苑譃閮煞N方式，其一，基于感應(yīng)電纜環(huán)線傳輸方式。其二，基于無線通信傳輸方式。這種傳輸方式依據(jù)具體條件的不同又可以分為不同類型，其中，依據(jù)無線通信調(diào)制方式，可以分為三種方式:分別是跳頻擴(kuò)頻、直接序列擴(kuò)頻以及正交頻分復(fù)用。為了符合車-地雙向通信的要求，基于無線通信的列車控制技術(shù)系統(tǒng)必須在列車運(yùn)行線路沿線覆蓋無線場(chǎng)強(qiáng)。目前，主要有三種方式可以采用，分別是無線電臺(tái)、漏泄同軸電纜、裂縫波導(dǎo)管。接下來，對(duì)這三種方式進(jìn)行詳細(xì)介紹。

第一，無線電臺(tái)方式。為了保障通信質(zhì)量的可靠性，通常無線電臺(tái)需要分別在兩個(gè)位置進(jìn)行設(shè)置。一種是設(shè)置于地下線路段，間隔200米左右，另一種是設(shè)置于地面和高架線路，間隔300米左右。無線電臺(tái)方式具有顯著優(yōu)點(diǎn)，即它的體積比較小，在安裝上比較簡(jiǎn)便，受到其他因素的干擾比較小，同時(shí)安裝與維護(hù)相對(duì)比較方便。但是，無線電臺(tái)方式也具有不足之處。這種方式在隧道中傳輸信息的時(shí)候，會(huì)受到隧道彎道和坡道的影響，再加上隧道中對(duì)傳輸信息的反射情況比較嚴(yán)重，因此在運(yùn)用過程中需要綜合考慮多徑干擾問題。此外，當(dāng)無線電臺(tái)安裝在地面或是高架線路的時(shí)候，必須要保障線路的周圍不能有比較密集的高大建筑物，如果有密集的高大建筑物，那么傳輸信息就很容易出現(xiàn)反射和衍射的現(xiàn)象，進(jìn)而影響傳輸信息的質(zhì)量。

第二，漏泄同軸電纜方式。這種方式在同軸電纜外導(dǎo)體上開有一定形狀和間距的槽，因此，在同軸電纜中內(nèi)外導(dǎo)線之間，可以使電磁場(chǎng)中的能量得到有效的積聚。其中，有一部分能量會(huì)從同軸電纜中的槽孔泄漏到空間中,這樣泄漏的部分能量就會(huì)與附近的移動(dòng)電臺(tái)天線組合成無線通道。

漏泄同軸電纜方式具有顯著優(yōu)點(diǎn)，即對(duì)地形的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)比較穩(wěn)定，傳輸信息的速率比較高，能夠節(jié)省頻率資源等，因此，在數(shù)字化的移動(dòng)車輛通信上，這種方式相對(duì)就比較有優(yōu)勢(shì)。但是，這種方式也有不足之處，即它對(duì)電纜上開槽的尺寸長(zhǎng)度與形狀上有一定的要求，同時(shí)它的收發(fā)與中繼設(shè)備的使用相對(duì)比較復(fù)雜，投入成本比較高等。

第三，裂縫波導(dǎo)管方式。這種方式在材料上主要運(yùn)用的是鋁合金材料，在鋁合金上每隔一段距離就會(huì)刻上大約寬為2mm，長(zhǎng)為3mm的裂縫，這樣就可以使無線電波漏泄出來[4]。裂縫波導(dǎo)管方式具有顯著優(yōu)點(diǎn)，首先，這種方式的物理特性相對(duì)其它兩種方式而言比較穩(wěn)定；其次，這種方式適合于遠(yuǎn)距離的信息傳輸；再者，這種方式抗干擾的能力比較強(qiáng)；其四，這種方式比較適合在地下隧道中使用；其五，這種方式大大降低了列車AP之間的漫游和切換，從而使無線通信的連續(xù)性得到保障。

4結(jié)語

綜上所述，基于通信的列車控制技術(shù)主要是運(yùn)用高精度的列車定位和高速的車-地?cái)?shù)據(jù)通信，運(yùn)用基于通信的列車控制技術(shù)的車載設(shè)備與地面設(shè)備達(dá)到對(duì)列車控制的目的，這樣列車之間能夠保持相對(duì)較小的間隔，從而在滿足營(yíng)運(yùn)的基本要求之上，大大縮短了列車的行駛時(shí)間，提高了列車的運(yùn)行效率，并降低了站臺(tái)的長(zhǎng)度與候車的空間，進(jìn)而降低了城市軌道交通建設(shè)中的投資成本。雖然，我國(guó)當(dāng)前的基于通信的列車控制技術(shù)運(yùn)用還在不斷改進(jìn)中，但是它將會(huì)成為城市軌道交通發(fā)展的一個(gè)重要方向。

作者：馮飛彥 單位：武漢市市政工程質(zhì)量監(jiān)督站