城市軌道交通列車自動控制系統(tǒng)的運用與研究

黃慶

【摘 要】在確保行車安全的前提下，為了實現(xiàn)列車快速和高密度運行，必須縮短列車運行的空間間隔，并將列車自動運行和運營管理有機結(jié)合起來，進一步提高運輸能力和服務(wù)質(zhì)量，其關(guān)鍵就是發(fā)展列車自動控制技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】列車自動控制；列車自動監(jiān)控；列車自動防護；列車自動駕駛

一 列車自動控制系統(tǒng)（ATC）

ATC系統(tǒng)包括列車自動防護（ATP）、列車自動監(jiān)控（ATS）、與列車自動運行（ATO）三個子系統(tǒng)，三個子系統(tǒng)既相互獨立又相互聯(lián)系，構(gòu)成了一個以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運行調(diào)整及列車自動化等功能于一體的自動控制系統(tǒng)。

二 列車自動防護系統(tǒng)（ATP）

（1）速度監(jiān)督，ATP系統(tǒng)需實時將列車實際運行速度與限制速度進行比較，一旦當列車實際運行速度超過系統(tǒng)限制速度時，系統(tǒng)首先提出警告，然后發(fā)出制動命令，啟動制動器控制列車進行制動，保證列車安全地在允許速度下行駛。

（2）超速防護，超速防護能保證列車安全、高效地在系統(tǒng)限制速度下運行。一般城市軌道交通的限制速度有臨時限速、固定限速等多種類型。固定限速信息如列車最大允許運行速度、區(qū)間最大允許速度等，一般在設(shè)置于系統(tǒng)的設(shè)計階段；而臨時限速是指在一些特殊情況下，如施工現(xiàn)場、臨時性危險點等，此時列車的運行速度可以被適當?shù)亟档汀?/p>

（3）測速、測距，該功能主要用于實現(xiàn)對列車實際運行速度以及距前方目標點距離的測定，是ATP系統(tǒng)車載設(shè)備的重要功能。ATP系統(tǒng)一般采用車載設(shè)備自測和系統(tǒng)測量兩種測速方法來完成列車即時速度的測定。其中車載設(shè)備自測有路程脈沖發(fā)生器、測速發(fā)電機等方法，系統(tǒng)測量有雷達測速、衛(wèi)星測速等方法。

（4）車門、站臺安全門控制，ATP系統(tǒng)的車門和站臺安全門控制是保證安全的重要措施之一，必須對車門開閉的安全條件進行嚴格的監(jiān)督和控制。只有當列車停在站臺的預(yù)定停車區(qū)域內(nèi)并且距離停車點的誤差在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)時，ATP的地面設(shè)備向車載設(shè)備發(fā)出開啟車門的命令，車載設(shè)備才會允許開啟車門的操作。當發(fā)出車門開啟命令后，ATP的軌旁設(shè)備向站臺的定位接收器發(fā)送開啟屏蔽門的命令，收到此信號后同時控制與列車車門對應(yīng)的站臺屏蔽門開啟。

當列車到達停站時間后，停止發(fā)送車門開啟信號，此時司機人工控制車門關(guān)閉，站臺的安全門也同時關(guān)閉。

三 列車自動駕駛系統(tǒng)（ATO）

（1）列車自動駕駛，①列車運行速度的自動調(diào)整 ATO系統(tǒng)的車載控制器能將列車的即時運行速度與列車最大允許運行速度和目標速度進行實時比較，自動完成列車在線運行速度的實時調(diào)整，從而使列車在限制速度下安全運行，并盡量較少惰行、牽引與制動之間地相互轉(zhuǎn)換。②車站自動發(fā)車ATO系統(tǒng)檢查發(fā)車的安全條件符合時，向司機發(fā)出啟動列車的命令，司機確認該命令后，按下司控臺上的列車啟動按鈕，控制列車轉(zhuǎn)入牽引驅(qū)動狀態(tài)，隨即列車開始加速。列車出發(fā)后，可以根據(jù)ATO系統(tǒng)預(yù)設(shè)的允許速度等信息，使列車平穩(wěn)安全地運行。③停車點目標制動當ATO系統(tǒng)接收到停車命令以后，會將站臺停車點作為其停車制動的目標點，結(jié)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)的制動率、列車行車速度與距停車點的距離計算出列車的制動曲線，從而控制列車安全、準確、平穩(wěn)地在預(yù)定停車區(qū)域停車。

④區(qū)間內(nèi)臨時停車，在某些特殊情況下需要列車在區(qū)間內(nèi)實施臨時停車時，ATP系統(tǒng)能根據(jù)目標點位置信息、列車實際運行速度等信息，計算出列車實施臨時制動的速度曲線，ATO車載設(shè)備收到該制動命令后，啟動列車按照給定的制動率控制列車制動，使列車平穩(wěn)、準確停在給定目標點。⑤限速區(qū)間，限速區(qū)間可分為臨時性限速區(qū)間和長期性限速區(qū)間兩種。臨時性限速區(qū)間的限速命令可先經(jīng)由軌旁設(shè)備傳送給ATP的車載設(shè)備，再經(jīng)由ATP車載設(shè)備將該減速命令經(jīng)ATO系統(tǒng)傳送至列車驅(qū)動與制動的控制設(shè)備，從而控制列車按照限速命令的要求開始減速；長期性限速區(qū)間的限速信息可以預(yù)先輸入到ATO系統(tǒng)中，列車經(jīng)過該限速區(qū)間時系統(tǒng)會自動加以考慮。

（2）列車無人自動折返，無人自動折返是ATO系統(tǒng)一種特殊的駕駛模式，當工作于此種模式時，列車上所有控制臺都將轉(zhuǎn)入鎖閉狀態(tài)，整個過程無需司機參與。

（3）車門自動開閉控制，當列車到達指定停車點時，由ATO系統(tǒng)向ATP系統(tǒng)發(fā)送停車信號，此時ATP系統(tǒng)需先檢查是否符合開啟車門的控制條件，如果符合將發(fā)出開啟車門的命令，ATO車載設(shè)備接收到該命令后控制車門自動開啟，也可以由司機人工開啟車門。但是ATO系統(tǒng)關(guān)閉車門不能自動完成，必須由司機人工操縱。

四 列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）

（1）時刻表處理，時刻表系統(tǒng)是實現(xiàn)時刻表的存儲、安裝、修改，以及列車運行圖的顯示、繪制和打印的重要設(shè)備，同時還可向其它系統(tǒng)提供時刻表的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)中儲存著多套列車運行圖，能夠滿足列車不同運行情況下的需要。

（2）列車監(jiān)視與跟蹤，列車監(jiān)視與跟蹤主要實現(xiàn)對列車的監(jiān)視、車次號的初始化、車次號移動、運行識別和集中顯示等功能。

（3）列車進路的自動選排，ATS系統(tǒng)的控制中心能實現(xiàn)對室外道岔、進路和信號機的集中控制，可以根據(jù)當日當次的列車計劃運行圖自動建立進路，并且自動完成對列車運行的控制。

（4）列車運行自動調(diào)整，當列車實際運行偏離計劃運行圖時，必須對列車運行情況進行調(diào)整。系統(tǒng)需實時對列車實際時刻表和計劃時刻表進行比較，一旦出現(xiàn)偏離時，必須使列車恢復(fù)到按原計劃時刻表運行，并以此為基礎(chǔ)，自動形成列車的發(fā)車時間。列車運行調(diào)整要遵循所有列車調(diào)整時間最短、總延遲最短的原則，爭取盡快使列車運行恢復(fù)到計劃運行狀態(tài)。

（5）運行報告，ATS系統(tǒng)能對列車運行中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行記錄、分析和存儲，同時提供數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功能；工作人員在需要時，可對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行查詢和回放；還可提供多種運行報告和統(tǒng)計功能，輔助行車調(diào)度員了解列車的實際運行情況與整個系統(tǒng)的工作情況。

（6）仿真與演示，ATS的培訓(xùn)與演示系統(tǒng)是通過現(xiàn)代信息技術(shù)等手段，仿真模擬整個ATS系統(tǒng)的實際運行情況，借助于該系統(tǒng)，工作人員可以用于系統(tǒng)演示、調(diào)試與員工培訓(xùn)等。

五 我國城市軌道交通列車運行自動控制技術(shù)的發(fā)展與展望

列車運行自動控制系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)的中樞系統(tǒng)，其性能可靠與否直接影響到列車的運行安全和行車效率，對于列車自動控制技術(shù)的研究是非常具有現(xiàn)實意義的。列車整個運行過程中的智能自動控制，涉及到諸多基礎(chǔ)理論的實踐研究。隨著研究的深入開展，將會為新一代列車運行自動控制技術(shù)的開發(fā)提供理論支持和實驗對比，為列車運行控制系統(tǒng)的工業(yè)實現(xiàn)打下堅實基礎(chǔ)。隨著我國社會經(jīng)濟水平的不斷提高與城市軌道交通建設(shè)籌資的多樣性，必須優(yōu)先采用我國自主研發(fā)的技術(shù)，在必要時引進國外先進技術(shù)設(shè)備，盡量避免全套以及重復(fù)引進[4]。

當前，我國列車運行自動控制系統(tǒng)正處于快速發(fā)展的階段，隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在國家統(tǒng)一規(guī)劃和部署下，我國列車運行控制系統(tǒng)的技術(shù)水平會在不斷應(yīng)用和發(fā)展中逐步提高，在將來的發(fā)展中一定會形成符合我國國情、自主研發(fā)及制造、具有世界先進技術(shù)水平以及自主知識產(chǎn)權(quán)的通用化、國有化的列車運行自動控制系統(tǒng)。

參考文獻：

[1] 吳金洪，張瑾.城市軌道交通列車運行控制[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014

[2] 瞿莉麗.淺談列車自動控制系統(tǒng)ATC[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2007

[3] 魏長軍.基于UML的列車自動監(jiān)控系統(tǒng)分析研究[J].鐵路計算機應(yīng)用，2009

[4] 楊 燕.列車自動控制系統(tǒng)的分析與研究[J].科技信息，2009

（作者單位：武漢地鐵運營有限公司）