自動(dòng)控制在軌道交通自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)中的運(yùn)用

龔丕哲

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710600）

0 引言

當(dāng)前城市人口數(shù)量逐年增長，給交通系統(tǒng)帶來了巨大壓力，交通擁堵已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市發(fā)展中面臨的主要問題。這不僅會(huì)導(dǎo)致城市運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下，而且難以滿足人們的個(gè)性化需求，不利于城市經(jīng)濟(jì)的快速增長。為此，發(fā)展軌道交通，加強(qiáng)對軌道交通的全面優(yōu)化，在保障軌道交通安全性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，促進(jìn)運(yùn)輸效率的提升，改善人們的出行體驗(yàn)。自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)司機(jī)駕駛過程的全面模擬，有利于改善行車及乘坐舒適度，資源利用率得到明顯提升。自動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作及處理的核心，應(yīng)該不斷改進(jìn)自動(dòng)控制的模式，為行車調(diào)度和運(yùn)行監(jiān)督等提供可靠的信息。明確自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能的不斷強(qiáng)化。

1 軌道交通自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)中自動(dòng)控制的原理

在列車的運(yùn)行和?？窟^程中，可以通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制，實(shí)時(shí)化獲取列車的運(yùn)行參數(shù)并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)參數(shù)異常時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)也可以采取緊急措施進(jìn)行處理，通過自動(dòng)校準(zhǔn)的方式使各項(xiàng)參數(shù)恢復(fù)到正常水平，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。被控制對象及控制器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容，為了確保復(fù)雜情況下系統(tǒng)的運(yùn)行通暢性，需要對測量元件和執(zhí)行部件等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，增強(qiáng)對列車的控制效果。閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)是當(dāng)前控制系統(tǒng)的兩種基本類型[1]。在對軌道交通進(jìn)行控制時(shí)，系統(tǒng)輸入是影響控制效果的關(guān)鍵，運(yùn)用開環(huán)控制系統(tǒng)降低了系統(tǒng)的抗干擾性能，無法滿足精確化控制的要求。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以針對反饋信息進(jìn)行評(píng)估，從而調(diào)整列車的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，了解其基本運(yùn)行狀況，達(dá)到精準(zhǔn)化控制的目的。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的閉塞制式特點(diǎn)

2.1 固定閉塞式

無絕緣軌道線路是軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，在固定閉塞式模式下，能夠通過分析固定速度、線路情況等對閉塞區(qū)的長度加以確定，從而得到最小行車間距，采用階梯式的控制方式增強(qiáng)系統(tǒng)的整體控制靈活度。在處理軌道信息的過程中主要采用了模擬信號(hào)，因此使得系統(tǒng)的抗干擾能力受到影響，無法承載大量的信息，連續(xù)控制效果較差，需要通過保護(hù)區(qū)段的設(shè)置來保障設(shè)備的安全性[2]。此外，固定閉塞式也使得設(shè)備的運(yùn)行能耗增大，但是工程造價(jià)相對較低，在實(shí)踐中也得到逐步應(yīng)用。

2.2 準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式

數(shù)字式無絕緣軌道電路列車控制系統(tǒng)是準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式的核心，數(shù)字信號(hào)的應(yīng)用可以有效解決固定閉塞式中的信號(hào)干擾問題，能夠促進(jìn)信息傳輸量的提升，為連續(xù)控制打下了基礎(chǔ)。列車和地面軌道電路的運(yùn)行更加可靠，在控制目標(biāo)距離、車速和電路標(biāo)號(hào)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。相對于固定閉塞式而言，準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式的系統(tǒng)安裝難度較大，因此提高了后期維護(hù)和管理的成本。工作人員需要掌握相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)和技能，確保系統(tǒng)中各類設(shè)備的良好運(yùn)行狀況，包括計(jì)算機(jī)專業(yè)技能和通信工程領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)等，消除系統(tǒng)運(yùn)行中的隱患問題，防止對行車安全造成威脅[3]。

3 軌道交通自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)中自動(dòng)控制的運(yùn)用措施

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)

被控量會(huì)由于外界干擾的存在而發(fā)生信號(hào)波動(dòng)，通過比較系統(tǒng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)的性能情況進(jìn)行評(píng)估，包括了系統(tǒng)運(yùn)行的快速性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性等等。為了確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，各項(xiàng)功能得到有效實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該對穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行針對性控制；被控量的反應(yīng)速度體現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行快速性指標(biāo)當(dāng)中；被控量的控制精度則體現(xiàn)在準(zhǔn)確性上[4]。為了實(shí)現(xiàn)不同性能指標(biāo)之間的有效配合及高效協(xié)同，需要對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，選擇性能可靠的元件。在軌道交通的自動(dòng)駕駛當(dāng)中，需要明確各個(gè)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)并進(jìn)行控制性能的優(yōu)化，在保障安全性和舒適性的前提下提高運(yùn)行效率。

3.2 車速自動(dòng)駕駛控制

列車在運(yùn)行過程中需要采集和分析多種信息，包括運(yùn)行目標(biāo)速度、運(yùn)行計(jì)劃、運(yùn)行線路和實(shí)時(shí)運(yùn)行速度等等，根據(jù)列車的目標(biāo)車速來確定制動(dòng)力和牽引力等參數(shù)，此過程對于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車載設(shè)備的依賴程度較高。以列車的運(yùn)行需求為依據(jù)，利用總控制單元對控制系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)進(jìn)行控制，按照相關(guān)指令減速或者加速，這是車速自動(dòng)駕駛控制的基本原理。在自動(dòng)駕駛中應(yīng)該明確ATO模塊的核心作用，增強(qiáng)與ATP系統(tǒng)的密切銜接，實(shí)現(xiàn)多種信息地獲取，包括列車允許運(yùn)行速度、實(shí)際運(yùn)行速度和目標(biāo)速度、限速、列車位置等等。通過數(shù)據(jù)信息的整合與分析，在制動(dòng)力和牽引力計(jì)算中更加精確，通過請求指令的發(fā)出來實(shí)施控制[5]。車速自動(dòng)駕駛控制功能的實(shí)現(xiàn)，能夠確保列車始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，資源能源利用率更高，滿足不同列車的速度需求。列車運(yùn)行速度受到制動(dòng)力和牽引力的影響，通過繪制速度和距離運(yùn)行曲線，能夠?qū)⑵淇刂圃诤侠矸秶畠?nèi)，利用惰性狀態(tài)來解決運(yùn)行中的高能耗問題。傳統(tǒng)運(yùn)行模式下，牽引狀態(tài)和制動(dòng)狀態(tài)切換過于頻繁，不僅導(dǎo)致能耗增大，還影響了乘車舒適性，車速自動(dòng)駕駛控制的實(shí)現(xiàn)則解決了上述問題。

3.3 車站精準(zhǔn)停車控制

為了促進(jìn)列車運(yùn)營效率的提升，還應(yīng)該重視車站精準(zhǔn)停車控制功能的優(yōu)化，同時(shí)可以保障自動(dòng)駕駛的安全性。增強(qiáng)各個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)同配合，包括牽引系統(tǒng)、車載系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等等，能夠達(dá)到精準(zhǔn)停車的目的。列車的運(yùn)行速度可以通過監(jiān)控系統(tǒng)獲取，向自動(dòng)駕駛車載模塊傳輸速度信號(hào)并且明確列車的實(shí)際位置信息，通過控制指令來達(dá)到精準(zhǔn)停車的目的[6]。防護(hù)裝置在列車運(yùn)行和人員安全防護(hù)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，通過精準(zhǔn)停車能夠確保安全門等設(shè)備的功能得到體現(xiàn)，提高軌道交通的服務(wù)質(zhì)量。

3.4 列車自動(dòng)監(jiān)控

車站ATS系統(tǒng)、車載ATS系統(tǒng)和監(jiān)控中心ATS系統(tǒng)，是列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成。利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車站和監(jiān)控中心的密切銜接，從而為數(shù)據(jù)信息的快速傳遞及共享提供保障。車—地模式的構(gòu)建，可以為車站和列車的信息交換奠定基礎(chǔ)，使自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加完善。運(yùn)用該系統(tǒng)，不僅能夠有針對性地調(diào)整列車時(shí)刻表，準(zhǔn)確控制列車運(yùn)行圖，還可以在自動(dòng)折返控制和運(yùn)行等級(jí)控制、運(yùn)行目的控制中發(fā)揮關(guān)鍵作用，確保車載設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)，創(chuàng)造安全的運(yùn)行環(huán)境。列車運(yùn)行中依托監(jiān)控中心和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，能夠滿足遙控控制的需求，給乘客帶來更加舒適的乘坐體驗(yàn)，消除其中的安全隱患。

3.5 列車自動(dòng)保護(hù)

列車自動(dòng)保護(hù)功能也是軌道交通自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)的主要功能，通過目標(biāo)速度的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對列車運(yùn)行速度的控制，防止速度過快引發(fā)的事故問題，因此列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)也可以稱作列車超速防護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)置和軌道旁的ATP地面設(shè)備信息，可以通過自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)獲取相關(guān)信息，對列車運(yùn)行的間距進(jìn)行合理控制，防止造成嚴(yán)重的碰撞事故。借助交叉感應(yīng)線環(huán)和軌道線路等，能夠快速發(fā)送車輛檢測信息，調(diào)劑軌道段的占用和空閑狀況，使列車的運(yùn)行更加高效和順暢，提高資源利用率。ATP系統(tǒng)能夠在軌道占用的情況下發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，使車載ATP系統(tǒng)獲取上述信號(hào)，分析運(yùn)行速度和條件補(bǔ)償?shù)鹊?，能夠?qū)囁龠M(jìn)行有效控制，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

4 結(jié)語

自動(dòng)控制功能是自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)的基本功能，也是確保系統(tǒng)高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，有利于提高軌道交通的整體運(yùn)行效率及安全，促進(jìn)軌道交通的智能化和自動(dòng)化發(fā)展。在應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該明確固定閉塞式和準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式的基本特點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)功能需求進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式及策略。在制定自動(dòng)控制系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過車速自動(dòng)駕駛控制、車站精準(zhǔn)停車控制、列車自動(dòng)監(jiān)控和列車自動(dòng)保護(hù)等方式，充分發(fā)揮自動(dòng)控制的應(yīng)用實(shí)效性，防止出現(xiàn)意外安全事故。