轨道交通列车运行控制技术及应用研究

高丽

摘 要：现阶段，我国轨道交通列车不断发展，为人们提供了更加便捷的出行条件。轨道交通列车运行控制技术作为保证轨道交通列车安全的技术，也随之得到了发展。基于此，文章分析了我国高速铁路与城市轨道交通的现状与规划，阐述了高速铁路列车运行控制系统及城市轨道交通列车运行控制技术，并对我国轨道交通列车运行控制技术的未来发展进行了展望。

关键词：高速铁路列车；城市轨道交通；列车运行控制技术

中图分类号：U284 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）33-0160-02

Abstract： At the present stage， the continuous development of rail transit trains in China has provided more convenient travel conditions for people. Rail transit train control technology as a guarantee of rail transit train safety technology has been developed. Based on this， this paper analyzes the present situation and planning of high-speed railway and urban rail transit in our country， and expounds the train operation control system of high-speed railway and the train operation control technology of urban rail transit. Finally， the future development of train operation control technology for rail transit in China is prospected.

Keywords： high-speed railway train； urban rail transit； train operation control technology

引言

在近十年的发展中，我国的轨道交通取得了较大的成果，轻轨、城市地铁等轨道交通系统迅速建成与扩展，对于我国的城市交通压力进行了缓解。同时，高铁成网、高铁零换乘、同城效应等理念的形成为我国人民的出行提供了更加方便的条件，推动了城乡一体化的进程，提升了我国的现代化水平。在我国，包括高铁在内的轨道交通的建设与发展是一项重要的战略，其中，轨道交通运行的安全性是發展的重中之重。为了确保轨道交通的安全性，信号系统起到了重要的作用，而列车运行控制系统及技术作为信号系统的核心技术，在我国得到了快速的发展。

1 我国高速铁路与城市轨道交通的现状与规划分析

我国铁路技术标准和装备水平大幅提升。2013年至2017年，全国铁路完成固定资产投资3.9万亿元，新增铁路营业里程2.94万公里，其中高铁1.57万公里，是历史上铁路投资最集中、强度最大的时期。到2017年底，全国铁路营业里程达到12.7万公里，其中高铁2.5万公里，占世界高铁总量的66.3%，铁路电气化率、复线率分别居世界第一和第二位。2017年2月，我国颁布了《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》中，预计到2020年，安全、绿色、便捷、高效的现代化综合交通运输体系基本建成，部分地区能够实现交通运输现代化，全国铁路营业里程达到15万公里，其中高速铁路营业里程为3万公里，复线率及电化率分别达到60%与70%以上，运输能力要实现满足我国国民经济发挥以及社会发展的需要，涉及的主要技术配置达到或接近国际先进水平。

就我国城市轨道交通的发展来说，截止2017年末，我国内地城市轨道交通并投入运营开通线路共计165条，运营线路长度达到5033公里。其中，地铁3884公里，占比77.2%；其他制式城轨交通运营线路长度约1149公里，占比22.8%。依照我国前瞻产业研究院发布的《2018-2023年中国城市轨道交通行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》中的数据能够得出，截至2017年末，我国轨道交通线路平均运营里程长度为28km，单轨平均运营里程达到42.1km，轻轨平均运营里程达36.6km，地铁平均运营里程在30.6km左右；而磁悬浮、有轨电车和APM（无人驾驶系统制式轨道交通）平均运营历程较短。

2 高速铁路列车运行控制系统分析

信号系统是铁路的神经与大脑，支撑着铁路系统的高效及安全运行。在通信、控制以及计算机技术不断发展的今天，列车运行控制系统作为信号系统的核心得到了较好的发展。在这样的条件下，我国高速铁路与城市轨道交通不断向着网络化、数字化、智能化以及综合化方向发展。

现阶段，我国已经完成了CTCS（中国铁路列车运行控制系统）列车控制系统技术标准体系的建立，经过了大量的试验验证，已经成功的将CTCS系统应用于高速铁路中。依照功能要求以及设备配置的不同，CTCS系统被划分成了五个等级，即CTCS-0级、CTCS-1级、CTCS-2级、CTCS-3级以及CTCS-4级，这些等级的具体特征如下：CTCS-0级的速度等级为120km/h、闭塞方式为固定闭塞、列车位置校正为轨道电路绝缘节、车地信息传输使用了“轨道电路”单向传输、线路固定数据在车载数据存储芯片中保存；CTCS-1级的速度等级为160km/h、闭塞方式为固定闭塞、列车位置校正为应答器、车地信息传输使用了“轨道电路+应答器”单向传输、线路固定数据在应答器中保存；CTCS-2级的速度等级为200-250km/h、闭塞方式为固定闭塞、列车位置校正为应答器、车地信息传输使用了“轨道电路+应答器”单向传输、线路固定数据在应答器中保存；CTCS-3级的速度等级为300-350km/h、闭塞方式为固定闭塞、列车位置校正为应答器、车地信息传输使用了无线双向传输、线路固定数据在RBC中保存；CTCS-2级的闭塞方式为移动闭塞、列车位置校正为应答器、车地信息传输使用了无线双向传输、线路固定数据在RBC中保存[1]。

在我国的普通铁路列车运行系统CTCS-0级中，包括列车运行监控装置LKJ以及通用式机车信号。其线路数据之所以全部在车载设备中进行保存，主要是为避免列车冒进信号的产生，相关司机在实际的驾驶运行中以地面信号为参考依据；在CTCS-1级的列车运行控制系统中，对CTCS-0级的设备进行了一定程度的改造，添加了点式设备，其主要的设备构件为安全型列车运行监控设备以及主体化机车信号；在CTCS-2级的列车运行控制系统中，通过对点式应答器的利用，实现了线路参数、定位信息以及临时限速等信息的提供。该级别的列车运行控制系统是一种基于点式设备传输信息与轨道电路的点连式列车运行控制系统，所以并不需要在地面设置信号机。在其车载设备中，能够对目标距离模式曲线进行自动生成，完成了对列车运行安全的实时监控；在CTCS-3级的列车运行控制系统中，包括无线闭塞中心RBC、无线通信系统GSM-R、车站联锁系统以及临时限速系统TSRS，是一种基于无线通信的列车运行控制系统。在该级别的列车运行控制系统中，使用了CTCS-2级的控制系统作为列车的后备系统。

3 城市轨道交通列车运行控制技术分析

城市轨道交通列车由于其智能性、高效性及便捷性的优势，成为了城市人们日常出行的重要交通方式。相比于高速铁路列车，城市轨道交通列车的运行控制技术在整体需求上有着明显的不同。目前，我国的各大城市的轨道交通已经从单线的发展不断转向交通网的运行，在运行方面，已经完成了从人工驾驶模式到ATO（自动驾驶模式）再到FAO（全自动运行系统模式）的发展。

自2002年起，我国开始来了对CBTC（基于无线通信的列车自动控制系统）的系统自主化研究，到2010年，由我国自主研发的CBTC信号系统在北京成功运营。发展至今，CBTC技术已经成为了我国城市轨道交通应用的主流信号技术，占有率已经达到了90%以上[2]。在CBTC系统中，主要包含的结构有车地通信设备、地面设备以及车载设备。在该模式下，列车的运行主要依照列车自动监控系统功ATS的发出的指令进行；搬动道岔、排列进路、点灯灭灯等指令由联锁设备发出。在基于CBTC技术的闭环控制中，列车的车载控制器会将速度、位置等相关信息利用无线电通信的方式发送至地面区域控制器；地面区域控制器依照区域内列车的位置信息，生成列车运行权限，并将其反馈至车载控制器。

CBTC系统在实际的运行中，面对着较多的影响因素，包括人为错误操作、较为恶劣的环境气候条件等，同时，由于其自身的复杂性，所以必须要引进多种优化设计模型，才能确保其运行的安全性与可靠性。这些优化设计模型包括：单列车多质点的牵引与制动特性模型、列车间最小间隔的信息收集处理与监测预警系统模型、单列车在复杂线路及气候条件下的传感器协调精准定位模型、多辆列车间的自适应协调及节能控制模型等等。通过这些优化模型的使用，我国城市轨道交通列车实现了正线小于或等于90s的列车群“鱼贯式”的安全追踪。

4 轨道交通列车运行控制技术的展望

安全、绿色、高效是轨道交通发展与建设的方向，在这样的要求下，轨道交通列车运行控制技术将不断向着更加低碳、智能化、网络化、开放化等的方向发展。具体来说，我国轨道交通列车运行控制技术将不断向着以下几个方面发展：

第一，故障检测及智能诊断技术的提升。为了对列车中的设备状态进行实时的检测、提升维护质量，监测设备的使用是十分必要的。在未来的发展中，不仅要对现有的监测设备进行优化与完善，还要对大数据技术以及智能分析技术进行重点的应用，实现对于故障数据的深度挖掘，并建立起故障模型。利用对自动监测的综合数据进行实时分析，能够提升故障原因自动检测水平以及智能化的分析水平，确保轨道交通列车更加安全的运行。

第二，全自动运行技术的研究。我国城市轨道交通列车运行控制技术将不断向着智能化的方向发展，最终实现无人驾驶以及智能控制。全自动运行技术的发展可以实现地铁列车的智能化运行以及自动化驾驶，有效控制了由于人工操作失误造成的运行问题以及安全事故。全自动运行技术的使用与实现依赖于列车运行故障下的应急处理技术的发展与使用。

第三，全运行区间的列车预警技术。该技术的核心技术为预警技术与全方位感知技术，能够实现对于城市轨道交通列车运行过程中对轨道交通系统自身故障的感知能力的提升，也增強了列车运行过程中对周围环境的感知敏感性，可以及时的发出预警信息并自动采取相应的防护措施，提升了城市轨道交通列车的可靠性及安全性。

5 结束语

综上所述，我国的轨道交通列车及其运行控制技术经过长时间的发展已经取得了较大的进步，相关成果也较为显著。现阶段，我国的高速铁路列车运行控制系统已经基本建设完全，实现了多级运行控制系统及线路的互联互通；我国的城市轨道交通列车运行控制技术也得到了较好的发展，实现了对已知或未知的硬件及软件故障的容错和安全管理。在未来，我国的轨道交通列车运行控制技术将向着更加安全、智能性更强等方向不断发展。

参考文献：

[1]宁滨，刘朝英.中国轨道交通列车运行控制技术及应用[J].铁道学报，2017，39（02）：1-9.

[2]闫宏伟，燕飞，张仕杰，等.系统理论过程分析在城市轨道交通列车运行控制系统设计中的应用[J].城市轨道交通研究，2017，20（11）：55-59+63.