一种基于RFID的轻量化城轨列控车载设备研究

孙晓光，周延昕

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

1 概述

随着城市轨道交通列车运行控制系统的发展，为提高运营能力，列车运行控制系统整体上越来越复杂，建设及维护成本越来越高。针对中低运量城市轨道交通，重量级列车运行控制系统存在投资高、维护复杂、实际使用功能较少等问题，本文提出一种基于RFID的轻量化城轨列控车载设备方案，实现GoA2等级自动化程度。

随着城市规模的扩大及城轨客流的增加，CBTC系统逐渐占领国内市场主导地位，尤其是互联互通CBTC系统及GoA3/4等级CBTC系统[1-4]。CBTC系统需要全线无线网络覆盖、全线安装应答器、全线安装计轴等设备，具有追踪能力强等特点。这些特点由于配属车辆及客流需求原因，在中低运量轨道交通中不具备显现的条件。为适用中低运量轨道交通，本文通过在全线设置轨道电路实现限速信息传输，在站台区域设置TAG标签实现列车精确定位，在站台区域设置WLAN覆盖实现屏蔽门联动及运行信息传输，通过霍尔速度传感器及加速度计实现测速测距，车载设备通过首尾冗余方式提高系统的可用性[5-8]。

2 总体设计思路

车载设备单端单系，通过首尾冗余方式实现双端冗余；优先使用本端车载设备。本端车载设备故障时，使用对端车载设备，使用本端DMI、TCR；若本端DMI、TCR故障，则由司机目视驾驶。车载设备不存储电子地图数据，通过站台区域TAG标签获取车站信息。通过站台区域WLAN获取运行计划信息。

2.1 测速测距及定位

通过霍尔速度传感器、加速度计获取列车速度及加速度情况，计算列车的速度位置信息，保证列车速度、运行距离的正确性和安全性。通过车载TAG读取器获取地面站台附近区域TAG标签，对列车位置进行建立及校正；非站台附近区域不布置TAG标签。

2.2 超速防护

通过车载TCR获取地面轨道电路中限速信息，根据测速测距单元计算的速度位置信息、地面发送的限速信息进行列车速度防护。车载信号系统根据司机操作，对列车运行进行监控及防护，并将列车运行相关信息发送至DMI，提示司机安全驾驶列车。

2.3 车门允许及车门防护

车载设备判断列车在站台区域停准停稳，输出车门允许。车载设备通过硬线采集车门状态；若没有车门允许且车门打开，则车载设备输出切除牵引。

2.4 自动驾驶功能

车载信号系统具备自动驾驶功能，通过站台区域WLAN获取地面发送的ATO运行计划信息，包括扣车命令、跳停命令、运行等级调整、开关门命令等运行计划命令，实现列车自动驾驶及站台精确停车。

3 产品结构设计

车载设备包括ATP主机、ATO主机、DMI、交换机、车载AP、车载天线、TAG、霍尔速度传感器、加速度传感器和TCR。

ATP主机通过MVB与本端DMI、对端ATP主机、对端DMI连接；ATP主机通过I/O线缆与车辆接口连接，传输紧急制动、车门状态信息；ATO通过MVB总线与TCMS连接传输控制信息及运行信息，如图1所示。

图1 车载设备结构设计Fig.1 Onboard equipment structure design

4 驾驶模式

车载设备主要采用5种模式，包括列车自动运行模式（AM模式）、列车自动防护模式（CM模式）、限制速度操作模式（RSM模式）、限制人工驾驶模式（RM模式）和非限制人工驾驶模式（EUM模式）。

1）AM模式

在该模式下，车载ATO在车载ATP的监控下，控制列车的启动、加速、巡航、惰行、制动和精确停车。在此模式下，系统设备正常，没有人为干预，此驾驶模式维持不变。车载ATO在站台区停准后自动开、关门。

2）CM模式

在该模式下，司机手动驾驶列车，车载ATP根据线路状况限制并监督速度、车门状态防护、制动率检测、运行速度显示、测速测距及定位。

3）RSM模式

在该模式下，车载设备在信号线路以受限速度行驶列车。当列车接收零编码，速度小于或等于20 km/h时，车载ATP允许通过继续限制速度开关，用继续限制速度的功能要求行驶，车载ATP对其进行监督，允许的最大速度为25 km/h。单次确认，该功能允许最多移动250 m、最多保持180 s。从司机单次确认开始，超过200 m或超过160 s后，司机需要进行再次确认。若司机在250 m内或200 s内没有确认，则车载设备输出紧急制动。该模式只能在车载ATP设备为投入时使用，司机靠视线操作。

4）RM模式

在该模式下，车载ATC不处理线路速度码。如果列车的运动速度超过35 km/h，车载设备输出切断牵引力，当列车速度低于切牵速度的10%时，恢复列车牵引。如果列车的运动速度超过40 km/h，车载设备输出紧急制动。该操作模式为车载设备故障情况下使用，安全由司机确保，遵守线路侧方信号。

5）完全隔离模式

在该模式下，安全由司机确保，靠视线操作组成部分，遵守线路侧方信号。该模式在车载设备故障情况下使用。

6）模式转换

车载设备上电后处于RM模式，接收到轨道电路信息后，自动升级CM模式；人工确认进入ATO驾驶模式后，车载设备进入AM模式；当接收轨道电路信息为无码时，可以通过点击确认进入RSM模式；AM、CM、RSM模式可以转换为RM模式；切除开关转到切除位后，AM、CM、RM、CSM模式均可进入EUM模式。AM、CM、RSM、RM、EUM模式的转换关系，如图2所示。

图2 模式转换关系Fig.2 Mode transformation relation

5 结论与展望

本文通过介绍一种基于RFID的轻量化城轨列控车载设备方案，可解决中低运量的城市轨道交通线路重量级列车运行控制系统存在的投资高、维护复杂、实际使用功能较少等问题。可在未来的城市轨道交通列车运行控制系统发展中提高运营能力，降低建设及维护成本。