本文摘要：摘要：隨著新一批大城市和特大城市的出現(xiàn)，我國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程又向前邁進(jìn)了一大步。隨之而來(lái)的是擁堵的公共交通和日益增加的出行成本。城市軌道交通是緩解大城市交通問(wèn)題的有效方法，為提高運(yùn)輸效率，傳統(tǒng)的人工駕駛方式已難以滿足需求，基于無(wú)線通信的列車(chē)運(yùn)
摘要：隨著新一批大城市和特大城市的出現(xiàn)，我國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程又向前邁進(jìn)了一大步。隨之而來(lái)的是擁堵的公共交通和日益增加的出行成本。城市軌道交通是緩解大城市交通問(wèn)題的有效方法，為提高運(yùn)輸效率，傳統(tǒng)的人工駕駛方式已難以滿足需求，基于無(wú)線通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)成為城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的首選。近年來(lái)，現(xiàn)有城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，正在發(fā)展出兩個(gè)新的技術(shù)方向，即無(wú)人駕駛和互聯(lián)互通。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通,信號(hào)系統(tǒng),列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng),無(wú)人駕駛,互聯(lián)互通
1列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀
自20世紀(jì)60年代起，國(guó)外開(kāi)始了對(duì)CBTC(CommunicationBasedTrainControl)的理論研究。我國(guó)的城市軌道交通起步較晚，但經(jīng)過(guò)了探索和試驗(yàn)階段，一二線城市已經(jīng)快速地邁入了軌道交通的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段。1965年中國(guó)第一條地鐵在北京開(kāi)工建設(shè)，1969年建成通車(chē)，1981年正式對(duì)外運(yùn)營(yíng)。
目前，全國(guó)共有34個(gè)城市已經(jīng)開(kāi)通了軌道交通，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到近5000km。截至2017年12月31日，新增4個(gè)運(yùn)營(yíng)城市，33條運(yùn)營(yíng)線，新增運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度達(dá)868.9km新增線路再創(chuàng)歷史新高，比2016年新增線路534.8km增加334.1km，增幅達(dá)62.5%。其中，上海是目前中國(guó)城市軌道交通通車(chē)?yán)锍套铋L(zhǎng)的城市，地鐵里程總計(jì)長(zhǎng)度為636.37km[2]。
因此，我國(guó)的信號(hào)供應(yīng)商已經(jīng)從引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，到吸收消化核心技術(shù)，走向了自主研發(fā)國(guó)產(chǎn)化信號(hào)系統(tǒng)的道路。國(guó)內(nèi)各大城市的地鐵業(yè)主也從一味地接受，到如今提出需求，緊跟甚至帶領(lǐng)著技術(shù)發(fā)展的方向。在供應(yīng)商與業(yè)主雙方的共同作用下，CBTC從傳統(tǒng)的IEEE1474標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，開(kāi)拓出了新的城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展方向。下面將詳述其中的兩個(gè)主要發(fā)展方向：全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)和互聯(lián)互通方向的車(chē)-車(chē)通信系統(tǒng)。
2基于無(wú)線通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)
在傳統(tǒng)CBTC的IEEE1474標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)中，有三大子系統(tǒng)：車(chē)載控制器VOBC(VehicleOnBoardController)、區(qū)域處理器ZC(ZoneController)和自動(dòng)列車(chē)監(jiān)控子系統(tǒng)ATS(AutomaticTrainSupervision)。
VOBC是位于列車(chē)司機(jī)室內(nèi)的控制設(shè)備，主要對(duì)列車(chē)進(jìn)行測(cè)速、定位和控制，接受來(lái)自ZC的信息，根據(jù)ZC提供的移動(dòng)授權(quán)來(lái)計(jì)算安全防護(hù)曲線，并與列車(chē)目前的速度進(jìn)行比較，監(jiān)督列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)出制動(dòng)命令。ZC接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、列車(chē)監(jiān)控子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖等的各種數(shù)據(jù)信息，集中獲取系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
對(duì)區(qū)域管轄區(qū)內(nèi)的列車(chē)進(jìn)行移動(dòng)授權(quán)和臨時(shí)限速，監(jiān)控道岔、信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器等軌旁設(shè)備。ATS對(duì)列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提供報(bào)警顯示、進(jìn)路排列、運(yùn)行圖調(diào)整和數(shù)據(jù)查詢等功能，可為調(diào)度人員提供監(jiān)控和旁路系統(tǒng)功能的操作。以上各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同工作，共同完成了CBTC的功能。此外，CBTC系統(tǒng)中通常還包括：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)DCS(DataCommunicationSystem)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CI(ComputerInterlocking)、維護(hù)診斷子系統(tǒng)MMS(MaintenanceManagementSystem)。
3全自動(dòng)無(wú)人駕駛的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)
全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)UTO(UnattendedTrainOperation)減少了正線運(yùn)營(yíng)以及車(chē)輛場(chǎng)段中列車(chē)司機(jī)的角色，實(shí)現(xiàn)了由控制中心調(diào)度人員集中化的遠(yuǎn)程操作、運(yùn)營(yíng)控制和調(diào)度管理的模式。因此，在繼哥本哈根、新加坡、迪拜等城市開(kāi)通無(wú)人駕駛信號(hào)系統(tǒng)后，北京、上海、廣州等國(guó)內(nèi)一線城市也開(kāi)始投入全自動(dòng)無(wú)人駕駛CBTC系統(tǒng)。
全自動(dòng)無(wú)人駕駛架構(gòu)與典型CBTC架構(gòu)，在各子系統(tǒng)的核心功能上，沒(méi)有較大區(qū)別。相比現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)，UTO在運(yùn)營(yíng)工作流程上有了較大的變化。取消列車(chē)司機(jī)的角色，但新增了多職能隊(duì)員的崗位，負(fù)責(zé)所有運(yùn)營(yíng)車(chē)站和列車(chē)的巡視，并負(fù)責(zé)列車(chē)故障處置、人工駕駛、設(shè)施設(shè)備一級(jí)維修等業(yè)務(wù)。
日常的運(yùn)營(yíng)工作流程為：列車(chē)停在車(chē)輛段或停車(chē)場(chǎng)，系統(tǒng)根據(jù)出入庫(kù)派班計(jì)劃，分批次自動(dòng)喚醒列車(chē);當(dāng)列車(chē)喚醒成功后進(jìn)入列車(chē)綜合自檢，自檢通過(guò)的列車(chē)按計(jì)劃班次等待發(fā)車(chē)指令;同時(shí)，車(chē)站工作人員對(duì)車(chē)站內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行運(yùn)營(yíng)前測(cè)試并開(kāi)啟;列車(chē)由出入場(chǎng)段線，根據(jù)時(shí)刻表進(jìn)入正線運(yùn)行;列車(chē)在無(wú)人駕駛模式下自動(dòng)在區(qū)間運(yùn)行，并且完成進(jìn)站、停車(chē)、發(fā)車(chē);根據(jù)時(shí)刻表，列車(chē)在折返站臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行控制端轉(zhuǎn)換并匹配運(yùn)行計(jì)劃;列車(chē)完成時(shí)刻表計(jì)劃，到達(dá)終點(diǎn)站后清客并下線;列車(chē)按回庫(kù)派班計(jì)劃規(guī)定的股道自動(dòng)運(yùn)行至停車(chē)庫(kù)指定股道，上傳數(shù)據(jù)后自動(dòng)休眠。
此外，全自動(dòng)無(wú)人駕駛架構(gòu)與現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)相比在功能、按鈕、設(shè)備和接口上有較多的升級(jí)。主要的新增功能包括自動(dòng)喚醒功能、自動(dòng)休眠功能、自動(dòng)存車(chē)功能、自動(dòng)進(jìn)入或退出運(yùn)營(yíng)功能、自動(dòng)鳴笛功能、場(chǎng)段內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行功能、自動(dòng)洗車(chē)功能、站臺(tái)停車(chē)窗口校準(zhǔn)對(duì)位功能、站臺(tái)清客功能、列車(chē)狀態(tài)監(jiān)督功能、工況管理、蠕動(dòng)功能、應(yīng)急報(bào)警功能、遠(yuǎn)程控制功能等。主要的新增按鈕包括洗車(chē)按鈕、緊急關(guān)閉按鈕、自動(dòng)折返按鈕、站臺(tái)操作車(chē)門(mén)按鈕、站臺(tái)請(qǐng)客確認(rèn)按鈕、人員防護(hù)開(kāi)關(guān)、全自動(dòng)運(yùn)行列車(chē)禁止出發(fā)按鈕等。
信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部主要的新增設(shè)備包括冗余的測(cè)速脈沖電機(jī)和雷達(dá)等。信號(hào)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間，主要的新增接口包括ATS遠(yuǎn)程控制命令接口、脫軌檢測(cè)接口、火災(zāi)聯(lián)動(dòng)接口、列車(chē)控制管理系統(tǒng)接口等。
4互聯(lián)互通的車(chē)-車(chē)通信列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)
阿爾斯通在法國(guó)里爾1號(hào)線進(jìn)行了車(chē)-車(chē)通信CBTC系統(tǒng)的試驗(yàn)，與傳統(tǒng)的IEEE1474典型架構(gòu)相比，這種架構(gòu)簡(jiǎn)化了聯(lián)鎖子系統(tǒng)和區(qū)域子系統(tǒng)，ATO/ATP的主要功能將從軌旁移至車(chē)載。ATS將進(jìn)路計(jì)劃發(fā)送至VOBC，VOBC將直接控制道岔的轉(zhuǎn)動(dòng)、進(jìn)路的開(kāi)放和移動(dòng)授權(quán)的計(jì)算等功能。
因此前后列車(chē)之間的通信也更為直接，無(wú)需由軌旁子系統(tǒng)計(jì)算后再發(fā)送給車(chē)載，交互性能將大大提高。這與國(guó)內(nèi)地鐵運(yùn)營(yíng)公司越來(lái)越多提及的互聯(lián)互通系統(tǒng)需求是相通的，可見(jiàn)簡(jiǎn)化軌旁設(shè)備有可能成為CBTC發(fā)展的新方向。車(chē)車(chē)通信的架構(gòu)中包括監(jiān)控子系統(tǒng)ATS、通信子系統(tǒng)DCS、目標(biāo)控制器OC(ObjectController)和車(chē)載子系統(tǒng)VOBC。中心設(shè)備ATS和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)DCS與CBTC典型架構(gòu)中的功能并無(wú)過(guò)多差異，只是ATS將直接通過(guò)DCS與車(chē)載子系統(tǒng)進(jìn)行通信，并將進(jìn)路信息發(fā)送給VOBC。
目標(biāo)控制器或稱對(duì)象控制子系統(tǒng)，布置在軌旁或設(shè)備集中站，可以將其看作為簡(jiǎn)化后的區(qū)域子系統(tǒng)。OC接收VOBC和ATS的命令，執(zhí)行對(duì)軌旁設(shè)備的操作，并反饋對(duì)象的狀態(tài)。車(chē)載子系統(tǒng)是車(chē)車(chē)通信架構(gòu)中的核心子系統(tǒng)，集成了主要的ATP/ATO功能。除了原有的列車(chē)定位、速度控制、車(chē)地通信、列車(chē)完整性檢查和人機(jī)交互等功能外，新增了進(jìn)路控制、車(chē)車(chē)通信和行車(chē)許可功能。
進(jìn)路控制功能實(shí)現(xiàn)了列車(chē)通過(guò)車(chē)地通信，直接接受ATS的進(jìn)路命令，計(jì)算進(jìn)路計(jì)劃所需的道岔和信號(hào)機(jī)，通過(guò)OC查詢區(qū)段占用情況，并判斷是否辦理該進(jìn)路。車(chē)車(chē)通信功能實(shí)現(xiàn)了VOBC根據(jù)ATS中的列車(chē)信息，篩選出進(jìn)路范圍內(nèi)的列車(chē)，并確定作為目標(biāo)追蹤的前車(chē)，并與之建立通信。行車(chē)許可功能根據(jù)進(jìn)路命令、前車(chē)位置信息、臨時(shí)限速和OC反饋的軌旁設(shè)備狀態(tài)，生成行車(chē)許可。因此從CBTC典型架構(gòu)向車(chē)車(chē)通信架構(gòu)作延伸和兼容時(shí)，需要將原本計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖和區(qū)域控制器的進(jìn)路控制、車(chē)車(chē)通信和行車(chē)許可等功能模塊遷移到VOBC中，而ZC則需簡(jiǎn)化為僅支持對(duì)軌旁資源的執(zhí)行和分配，以防搶占導(dǎo)致的死鎖發(fā)生。
5結(jié)語(yǔ)
無(wú)論是從技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，還是運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需求來(lái)說(shuō)，全自動(dòng)無(wú)人駕駛將會(huì)是目前更容易實(shí)現(xiàn)的一步，既可以為既有線CBTC做升級(jí)，也可以為新線規(guī)劃全自動(dòng)無(wú)人駕駛制式。而車(chē)車(chē)通信，則是互聯(lián)互通或者簡(jiǎn)化軌旁設(shè)備的最好解決辦法，一旦車(chē)車(chē)通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)，將會(huì)是對(duì)傳統(tǒng)CBTC較大的革新。
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