關(guān)于地鐵信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)控制功能分析論文
1概述
基于無線通信的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，主要包括以下三大功能子系統(tǒng)：列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)，列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)以及列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)。三個(gè)子系統(tǒng)以無線信息交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，將現(xiàn)地控制與中央控制、地面控制與車載控制相互結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運(yùn)行調(diào)整以及列車駕駛自動(dòng)化等功能為一體。
2地鐵信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)控制基本功能
2.1列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)(ATS)的功能
ATS子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)列車運(yùn)行的情況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，有以下基本功能：(1)列車識(shí)別功能。ATS人機(jī)界面的軌道顯示列車識(shí)別號(hào)信息，包括列車車次號(hào)及列車運(yùn)行方向，中央ATS可以自動(dòng)生成列車識(shí)別號(hào)，由專業(yè)人士進(jìn)行修改，或由列車向ATS發(fā)送此類信息。(2)列車追蹤功能。ATS子系統(tǒng)根據(jù)列車位置、操作員請(qǐng)求及列車調(diào)整請(qǐng)求來完成列車的創(chuàng)建、刪除及移動(dòng)操作。(3)自動(dòng)排路功能。ATS列車調(diào)整子系統(tǒng)提供自動(dòng)列車進(jìn)路，利用列車時(shí)刻表中的列車目的地號(hào)來自動(dòng)排列列車進(jìn)路，列車根據(jù)目的地號(hào)自動(dòng)沿著線路運(yùn)行，根據(jù)目的地號(hào)信息自動(dòng)開放進(jìn)路、停站以及在�？空鹃_/關(guān)車門。(4)列車自動(dòng)調(diào)整功能。正常運(yùn)營(yíng)模式下，時(shí)刻表調(diào)整能夠自動(dòng)控制列車運(yùn)行，將列車與時(shí)刻表(由運(yùn)營(yíng)管理者編制)之間的偏差降至最低。(5)列車運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表管理功能。行車管理人員通過時(shí)刻表編輯軟件離線編制多個(gè)列車運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表，同時(shí)ATS提供在時(shí)刻表中增加車次、延長(zhǎng)列車營(yíng)運(yùn)時(shí)間等在線調(diào)整功能。
2.2列車自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)(ATP)的功能
ATP子系統(tǒng)控制列車在安全條件下行駛，主要包括以下基本功能：(1)列車定位功能。通過列車提供的速度、距離以及線路等方面信息，確定列車安全位置及非安全位置，ATP系統(tǒng)利用安全位置對(duì)列車進(jìn)行安全防護(hù)。(2)列車追蹤功能。該功能提供數(shù)據(jù)以保持安全的列車間隔，ATP子系統(tǒng)根據(jù)列車位置報(bào)告、道岔位置構(gòu)建追蹤占用地圖，通過非安全位置和位置及其不確定性計(jì)算安全的列車兩端位置。(3)列車移動(dòng)授權(quán)功能。在車載控制器運(yùn)行良好的情況下，利用ATP限制固定數(shù)據(jù)和ATP可變限制數(shù)據(jù)計(jì)算ATP運(yùn)行曲線，此時(shí)系統(tǒng)將移動(dòng)授權(quán)限定在前方列車尾部后面的安全間隔外方停車點(diǎn)。(4)速度監(jiān)督校正功能。車載控制器對(duì)速度傳感器和加速計(jì)輸入的速度數(shù)據(jù)一致性進(jìn)行監(jiān)控，記錄檢測(cè)到的速度或速度傳感器非常規(guī)變化信息。(5)停車位置保證功能。停車保證通過比較移動(dòng)授權(quán)和當(dāng)前列車位置和速度進(jìn)行判斷，系統(tǒng)接收到進(jìn)路取消請(qǐng)求后，將延遲一段時(shí)間用以保證列車制動(dòng)停車需要。(6)溜車防護(hù)功能。車在站臺(tái)區(qū)域停車時(shí)，車載控制器須確保列車處于靜止?fàn)顟B(tài)。如果系統(tǒng)檢測(cè)到列車在沒有命令的情況下有了物理位置的移動(dòng)，車載控制器將實(shí)施緊急制動(dòng)。
2.3列車自動(dòng)駕駛子系統(tǒng)(ATO)的功能
ATO子系統(tǒng)控制列車自動(dòng)運(yùn)行。它在ATP系統(tǒng)的保護(hù)下，根據(jù)ATS發(fā)送的指令實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的自動(dòng)駕駛、自動(dòng)調(diào)整速度和控制車門，主要包括以下基本功能：(1)自動(dòng)運(yùn)行功能。ATO子系統(tǒng)控制列車按運(yùn)行圖規(guī)定的區(qū)間走行時(shí)分行車，自動(dòng)完成列車啟動(dòng)、加速、巡航、惰行、減速和停車的合理控制。(2)列車精確停車控制功能。在ATP防護(hù)下，通過車地通信設(shè)備和軌旁設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)列車精確停車控制。(3)在線列車監(jiān)控功能。ATO車載控制器將列車運(yùn)行的有關(guān)信息傳遞至ATS子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ATS子系統(tǒng)對(duì)在線列車實(shí)時(shí)監(jiān)控。(4)節(jié)能舒適調(diào)節(jié)功能。ATS子系統(tǒng)根據(jù)高峰和非高峰運(yùn)營(yíng)時(shí)段的列車運(yùn)營(yíng)情況，通過ATO系統(tǒng)實(shí)施不同的節(jié)能運(yùn)行方案，在不降低服務(wù)質(zhì)量的前提下，采用適宜的`速度曲線控制列車運(yùn)行和保證乘客的舒適度。
3CBTC系統(tǒng)自動(dòng)控制功能在地鐵運(yùn)營(yíng)模式上的體現(xiàn)
3.1列車自動(dòng)駕駛模式
在ATO和ATS控制下以及ATP防護(hù)下，列車進(jìn)行自動(dòng)駕駛。同時(shí)在線列車的啟動(dòng)、加速、巡航、惰行、制動(dòng)、精確停車均由ATO子系統(tǒng)自動(dòng)控制。而在進(jìn)入ATO駕駛模式后，系統(tǒng)設(shè)備正常且沒有人為干預(yù)，此駕駛模式將維持不變。ATO子系統(tǒng)開關(guān)車門和安全門(部分城市仍采用司機(jī)控制開關(guān)門模式)。當(dāng)列車準(zhǔn)備發(fā)車時(shí)，列車司機(jī)按發(fā)車按鈕啟動(dòng)列車的自動(dòng)駕駛。
3.2ATP列車人工駕駛模式
在列車司機(jī)顯示器顯示的ATP速度限制下，列車司機(jī)控制列車速度，ATP子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車自動(dòng)防護(hù)的全部功能，站臺(tái)停車以及車門及安全門的開關(guān)均由車載控制器允許的門操作模式實(shí)施控制。
3.3限制人工駕駛模式
限制人工駕駛模式是降級(jí)的駕駛模式，列車運(yùn)行具有最高限速。在這種模式下，列車司機(jī)按照軌旁信號(hào)顯示運(yùn)行且不能超過25km/h限速。該模式在車輛段和轉(zhuǎn)換軌內(nèi)是正常駕駛模式。
列車運(yùn)行的安全由聯(lián)鎖設(shè)備、ATP車載控制器、調(diào)度人員、司機(jī)共同保證。此外，站臺(tái)停車精度以及車門及安全門的開關(guān)均由人工控制。
3.4點(diǎn)式列車駕駛模式
列車在ATP監(jiān)督下安全的運(yùn)行，此時(shí)ATP信息來自信號(hào)機(jī)處動(dòng)態(tài)信標(biāo)，系統(tǒng)提供包括列車超速防護(hù)功能、間隔防護(hù)功能、闖紅燈防護(hù)功能和車站站臺(tái)區(qū)域停車窗保護(hù)功能等。司機(jī)根據(jù)地面信號(hào)顯示，利用TOD顯示的速度限制來駕駛列車。在車載控制器允許的情況下，站臺(tái)停車精度以及車門及安全門的開關(guān)由司機(jī)人工控制。
3.5非限制人工列車駕駛模式
非限制人工列車駕駛模式下將切斷車載控制器輸出，司機(jī)根據(jù)調(diào)度命令和地面信號(hào)的顯示駕駛列車。列車運(yùn)行的安全由聯(lián)鎖設(shè)備、調(diào)度人員、司機(jī)共同保證，站臺(tái)停車精度、車門及安全門的開關(guān)均由人工控制，從其他運(yùn)營(yíng)模式切換到NRM模式時(shí)要求列車停車進(jìn)行，否則列車電路會(huì)施加緊急制動(dòng)。
4地鐵信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)控制功能發(fā)展趨勢(shì)
地鐵信號(hào)系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。第一：隨著通信技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，單一線路的ATS控制系統(tǒng)將向集成化程度更高的城市綜合軌道交通控制系統(tǒng)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)軌道交通網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控;第二：目前國(guó)內(nèi)普遍采用的ATO自動(dòng)駕駛模式在列車出站時(shí)仍需要司機(jī)發(fā)出發(fā)車命令，在CBTC系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)日漸趨于穩(wěn)定后，通過系統(tǒng)升級(jí)等方式實(shí)現(xiàn)全程無人ATO駕駛功能，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)控制列車行駛，降低運(yùn)營(yíng)單位生產(chǎn)壓力的同時(shí)提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益;第三：當(dāng)前各城市地鐵線路間均有聯(lián)絡(luò)線預(yù)留，為線路間的互聯(lián)互通提供了基本的物理?xiàng)l件，在車型、軌道線路等條件允許下，各系統(tǒng)承包商開放系統(tǒng)接口的情況下，通過升級(jí)車載控制器，CBTC列車將實(shí)現(xiàn)各線路間的互聯(lián)互通，為更靈活的運(yùn)營(yíng)調(diào)度提供方便。
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