自動控制系統在城市軌道交通中的應用

王欣瑞 章繼

摘? 要：近些年，隨著我國經濟的不斷發展及城市化水平的不斷提高，城市軌道交通越來越受到人們的關注，城市軌道交通的發展水平直接影響了人們日常出行，對于整個城市的交通建設也具有重要的影響。因此，不斷開發新技術以促進城市交通健康發展是至關重要的。文章就自動控制系統在城市軌道交通中的應用進行詳細探討，以供同行參考。

關鍵詞：自動控制系統;城市軌道交通;應用

中圖分類號：U284.48? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0175-02

Abstract： In recent years， with the continuous development of China's economy and the continuous improvement of the level of urbanization， urban rail transit has attracted more and more attention. The development level of urban rail transit has a direct impact on people's daily travel. It also has an important impact on the traffic construction of the whole city. Therefore， it is very important to continuously develop new technologies to promote the healthy development of urban traffic. In this paper， the application of automatic control system in urban rail transit is discussed in detail for reference.

Keywords： automatic control system; urban rail transit; application

引言

隨著我國城市化水平的不斷推進，我國城市人口不斷攀升，同時城市的規模也在不斷地擴大，從而導致城市交通出現了較大的變化，在一定程度給我國的城市交通帶來了較大的挑戰。自動控制系統作為一種先進的技術，廣泛應用于城市軌道交通并且能夠顯著緩解城市軌道交通問題，能夠促進城市軌道交通的健康發展。

1 自動控制系統的定義

自動控制系統是指用一些能夠自動控制的裝置，使其在機械設備運行過程中能夠對某些關鍵參數進行自動控制，當受到外界的干擾時而偏離正常范圍時，不需要人為控制的條件下能夠自動回到正常的參數范圍內。自動控制系統主要是由控制器和被控制對象組成的，但在實際的應用過程中，要完成對一個較為復雜的自動控制系統還需要各種執行部件、測量元件以及定值元件等等。

對于自動控制系統而言，按照控制原理不同可分為開環控制系統與閉環控制系統。開環控制系統是指自動控制系統的輸出只受到系統輸入的影響，其控制精度比較差同時抗干擾能力也不強，開環控制系統是基于時間順序進行邏輯控制的，因此也被稱為順序控制系統;閉環控制系統又稱為反饋控制系統，它是建立在根據系統反饋信息進行綜合控制的，簡言之就是根據輸出結果與理想結果進行對比，進行偏差控制，從而具有良好的控制精度。

2 自動控制系統閉塞制式分析

自動控制系統按照閉塞制式分類，可分為固定閉塞式、準移動閉塞式，下面對兩種閉塞的工作原理及技術經濟特點進行簡單分析。

2.1 固定閉塞式

固定閉塞式的控制原理是，列車采用傳統的多種信息來模擬無絕緣軌道線路，根據列車行駛線路情況、固定的速度等級以及列車的特點來確定閉塞分區的長度。最小的行車間距就是列車閉塞分區，同時這種制式的控制方式需要采用階梯式控制。這種固定閉塞式利用的是模擬信號來進行軌道信息處理，或者部分路段采用數字信號，但在電路傳輸的過程中仍然使用的是模擬信號，因此這種傳輸方式具有較大缺點，就是抗干擾能力差、承載的信息量有限。不能夠實現對列車的連續控制，而是需要將速度分為若干等級，并且需要設備保護區段，來完成對列車的自動控制。

這種制式的自動控制系統硬件組成較多，應用軟件較少。部分設備的功率較大，能耗高，但由于這種自動控制系統技術比較成熟，并且技術實現比較簡單，工程造價也容易控制。固定閉塞式早在80年代就引入了我國，并且已經在我國大部分的城市軌道交通中得到了應用，現階段，整個系統的國產率非常高，從而降低了整個系統的生產成本。

2.2 準移動閉塞式

準移動閉塞式的控制原理是通過數字式無絕緣軌道電路列車控制系統來完成的，整個過程的數據傳輸都是以數字信號為基礎的。因此，在整個信號傳輸、信號處理都是采用數字化的方式進行，數字化傳輸不僅具有較強的抗干擾能力，而且傳輸信息量較大，從而實現了車載設備對列車車速的連續控制。這種模式的自動控制系統能夠實現地面軌道電路與列車之間大信息量的傳遞，包括目標車速、目標距離以及各種電路標號等等，列車仍然以閉塞分區為最小的行車安全距離，但在實際運行時可根據目標車速或目標距離進行動態調節。

準移動閉塞式的自動控制系統硬件組成比較復雜，而且軟件也占據有非常重要的地位，因此整個系統的安裝過程比較復雜，對系統的維護與保養成本增加。并且對維護人員的要求較高，其應當具備通信工程和計算機等相關知識。

3 自動控制系統在城市軌道交通中的應用

自動控制系統在列車運行中的應用。自動控制系統主要由兩個子系統組成，分為是列車自動監控系統（Automatic Train Supervision，簡稱ATS）、列車自動保護系統（Automatic Train Protection，簡稱ATP），這兩個子系統通過信息網絡構成一種閉環式系統，從而實現地面控制、列車控制以及中央控制的結合。下面分別對上述的兩種子系統進行詳細分析。

（1）列車自動監控系統（ATS）主要是負責對列車的運行進行和控制的系統，列車自動監控系統主要是由車載ATS系統、車站ATS系統以及監控中心ATS設備構成。監控中心和車站之間通過網絡將數據進行雙向傳輸，列車與車站之間通過車-地進行信息交換，從而構成完整的自動監控系統。列車的自動監控系統主要包括的功能有列車時刻表的編輯和調整;列車運行圖的控制;列車折返模式控制及自動折返控制;列車運行目的、運行等級以及跳停的控制;列車在停車、開關車門以及各種車載設備的監控等等。

在列車實際運行過程中，管理級別的ATS系統與列車自動保護系統共同作用，在監控中心或調度中心授權的下屬車站對列車運行的整個過程進行遙控控制。通過對這些功能的監控和調節使列車行駛過程中更加安全，并且還能提高乘客的乘車體驗。

（2）列車自動保護系統（ATP）簡言之就是確保列車在運行時速度不超過設定目標速度的一種安全控制系統，它是確保列車行駛安全，防止出現超速的關鍵系統，該系統又被稱為列車超速防護系統。其主要的工作原理是，自動保護系統通過不斷讀取設置與軌道旁的ATP地面設備，將速度信息或距離信息不斷的傳輸到車輛的ATP系統中，進而不斷調節與現行列車和后續列車之間的安全距離。自動保護系統同ATS系統一樣，也是通過軌道線路或交叉感應線環不斷發送車輛檢測信息，以確保前方軌道段的空閑或者占用情況，當檢測到前方軌道被占用時，ATP系統則會立即反饋速度信息或距離信號，這時車載ATP系統則通過對信息的解讀，再結合列車的實際運行速度、制度效率以及各種條件補償，實現對列車超速的控制，此時會結合列車的自動運行系統（ATO），從而完成對列車車速的自動控制。

4 自動控制系統在軌道交通信號中的應用

隨著我國城市的不斷發展，城市軌道交通線路越來越復雜，軌道交通信號則顯得尤為重要。城市軌道交通信號作為控制系統和交通信號的集合體，負責對城市軌道交通的調度指揮、列車間距、列車車輛進站以及維護管理等多項任務。對于現代的城市軌道交通系統而言，一般是由自動控制系統與信號控制系統組成的，只有這樣才能保證城市軌道交通的安全、有序運行。

4.1 城市軌道交通信號系統應具備的功能

城市軌道交通信號系統必須具有一定的自動控制功能，特別是在出現一些特殊的情況下能夠對交通信號有一個全局的把控，從而做出科學合理的判斷，這需要多個板塊共同協作才能完成。其次，信號系統還應當具有自動監控的功能，正在運行的列車能夠按照預定的運行路線進行運行，并且列車的運行狀態能夠實時進行監控，調度員只需選擇當日的日程表，然后對列車下達發車指令既可。最后，城市軌道交通信號系統應當具有較為完善的人工智能控制，不需要過多的人員進行干預，可以在預設值的默認程序進行列車的交通指揮，從而保證列車具有高度的自動化和有序化。

4.2 城市軌道交通信號系統存在的問題

由于我國在城市軌道交通起步較晚，導致交通信號系統主要存在以下四方面的問題。一是，缺乏高端專業人才。由于我國在交通信號系統起步、缺乏高端專業人才的問題，導致我國在此方面自主研發的能力較為薄弱，并且所用的設備多為進口，這就無形中使后期的維護保養成本增加;二是，由于我國沒有專業的管理團隊或者后期維護保養做得不到位，從而導致交通信號容易受到天氣、電磁波等干擾，使得交通信號輕度減弱甚至中斷的現象發生，最終使得城市軌道交通信號無法正常工作;三是，信號傳輸速率不高。由于信號傳輸速率受限，導致交通信號出現延遲的現象，也就使對列車的指揮和控制存在延遲，從而無法保證列車能夠井然有序的運行;四是，城市軌道交通信號存在錯報誤報的現象，這種現象對軌道交通的正常運行影響十分嚴重，因此還需要進一步提高交通信號的準確性。

5 結束語

綜上所述，自動控制系統能夠為城市軌道交通帶來諸多的好處。隨著科技的不斷發展，自動控制系統會逐漸向移動閉塞式方向發展。隨著我國城市進程的不斷推進，城市軌道交通作為一種非常便捷的出行方式會越來越受到人們的重視，而自動控制系統能夠使軌道交通更加有序、顯著緩解交通壓力、提高軌道交通運行安全系數、預防發生安全事故。因此，加大自動控制系統在城市軌道交通中的應用具有重要的意義。

參考文獻：

[1]潘秀麗.自動控制系統在城市軌道交通中的應用[J].通訊世界，2015（05）：75-76.

[2]沙午陽.自動控制系統在城市軌道交通中的運用探究[J].市場周刊·理論版，2018（44）：0133-0133.

[3]高文.城市軌道交通信號自動控制系統發展現狀[J].數字通信世界，2019（09）：151.

[4]陽露，張子凡.城市軌道交通列車自動控制系統國內外規范對比[J].四川建材，2017，43（04）：128+130.