淺談基于GSM-R的城際鐵路列控系統研究論文

　　城際鐵路作為我國區域經濟發展紐帶的作用日益突顯，基于GSM-R的C2+ATO列控系統的研究及工程化工作已經得到了國內信號企業的積極響應，預計2015年將投入商業運營。C3作為世界最先進的干線鐵路列控系統，無論從行業需求還是技術演進方向看，在未來的運營中增加列車自動駕駛(ATO)功能是必然趨勢。結合C3列控系統現狀，對C3列控系統基礎上增加ATO功能的系統方案進行研究。

　　1 GSM-R的電路交換數據模式

　　C3列控系統所應用的GSM-R數據傳輸形式主要為電路交換數據模式。作為傳統的數據交互形式，該模式在所有傳輸形式中傳輸最穩定，傳輸質量最高，安全數據(如車-地雙向數據)傳輸需要全程占用該信道。該模式的連接建立時間為5~10 s(平均6 s左右)。建立完成后永久在線，每條鏈路數據獨占一個時隙。數據傳輸速率一般為2 400~9 600 b/s，信息傳輸實時性很高。該 信道一般傳輸列車正常運行所需安全信息，如列控信息、調車監控、列車同步操控等。利用該模式進行數據傳輸的無線通信系統結構。

　　電路數據傳輸的整個過程大致分為建立線路連接、保持連接并傳輸數據、釋放連接3個階段。(1)建立線路連接：列車信號系統自動建立線路連接并發送列車注冊命令。(2)保持連接并傳輸數據：根據數據內容選擇對應端口進行數據傳輸，端口號所對應的無線系統就能夠接受到上述數據。(3)釋放連接：車載設備通過無線通信系統發出釋放連接請求，當請求被允許后，釋放連接。這種數據連接、傳輸機制的優點是能夠準確、無隙的進行數據傳輸，實時性強，可用于安全信息傳輸。

　　2 基于GSM-R的C3+ATO系統

　　根據GSM-R網絡電路數據交換模式的特性，可考慮在城際鐵路列控系統中利用該數據交換模式實現在C3列控系統基礎上的擴展ATO功能，即C3+ATO系統。該系統沿用C3列控系統的基本架構，用無線閉塞中心(RBC)作為地面列 車超速防護系統(ATP)設備，實現與車載實時信息交互。在RBC中增加ATO行車計劃的生成、發送及實時更新功能，在聯鎖系統中擴展站臺屏蔽門/安全門(PSD)控制功能，系統結構見圖2。

　　2.1 系統實現方式

　　C 3+ATO系統相對于C3系統而言增加了ATO功能，包括列車自動調整、定點停車以及列車車門與屏蔽門的聯動。這些功能主要利用地面RBC設備與聯鎖，以及車載設備來實現，其主要實現方式見圖3，具體流程為：

　　(1)CTC調度中心將擬定的ATO控制命令發送到相應的RBC，RBC根據進路信息、列車位置信息生成以車次號為標識的行車計劃，并將該計劃發送到RBC管轄范圍內相應的列車。當運行計劃調整時，RBC實時將最新的計劃發送給車載設備。

　　(2)車載ATO設備根據運行計劃請求司機進行ATO自動駕駛模式，在得到司機確認后駕駛列車運行。

　　(3)當列車接近車站運營停車點時，根據安置在站內股道的精確定位應答器位置信息調整減速策略，控制列車在運營停車點停車。

　　(4)當車載ATP設備確認列車停穩、停準后，將ATO設備(或者司機)發出的屏蔽門/安全門的開/關門指令、當前股道ID、列車型號等信息發送給RBC，RBC根據該信息判斷應控制的地面屏蔽門/安全門編號，并將控制命令發送給聯鎖設備，聯鎖驅動相應的繼電器，打開、關閉屏蔽門/安全門。并將屏蔽門/安全門狀態信息反饋給RBC和車載設備。

　　(5)當停站時間到，車載設備向RBC發出關閉屏蔽門命令，RBC將該命令發送到相應的聯鎖，聯鎖驅動相應的繼電器關閉屏蔽門。

　　(6)聯鎖采集屏蔽門的狀態，當屏蔽門為非關閉狀態時，聯鎖禁止相應的發車進路。

　　2.2 C3+ATO系統中各設備新增功能

　　2.2.1 CTC調度集中

　　CTC調度集中負責的功能主要包括：

　　(1)擬制ATO行車計劃發送到相應的RBC設備;

　　(2)自動排列發車進路(見圖4)。甲站為發車站，乙站為停車站，CTC擬制的運行計劃應包含：列車發車站(甲站)ID、列車接車站(乙站)ID、列車從甲站出發時刻、列車到達乙站時刻、列車在乙站停靠股道編號、列車到達乙站后開左/右門等信息。

　　2.2.2 RBC無線閉塞中心

　　RBC負責將來自CTC的運行計劃轉發給對應的列車 ，RBC向列車發送時機應包含 ：

　　(1)發車進路開放或收到列車站內停準、停穩。(2)收到車載設備發送的位置報告，需參考的最近相關應答器(LRBG)發生變化時，RBC應依LRBG應答器為參考點，發送列車當前位置距離運營停車點的距離及到站時間(見圖6)。(3)當列車進行RBC切換時，向接收RBC發送了位置報告后，接收RBC應在獲得對應車次的運行計劃后，發送給列車。

　　3 技術優勢

　　本方案在既有C3列控系統的基礎上擴展自動駕駛功能，充分考慮現有系統特點，具有以下優勢：

　　(1)利用GSM-R網絡進行信息實時交互，實現ATO運營計劃實時更新，從而保證了自動駕駛的靈活性及準確性。

　　(2)最大限度地繼承既有C3列控系統的體系和架構，不增加新的設備，對RBC設備、聯鎖設備的'功能修改較少，只需在既有系統基礎上進行軟件升級即可實現。具有技術實現難度低、系統改動小、工程造價變化小等優點，適用于我國發展城際ATO鐵路。

　　(3)系統方案與城市軌道交通CBTC信號系統的方案相近，具有一定的成熟性。能夠適應大客流、低發車間隔的運營需求。

　　C3列控系統是一個復雜的技術體系，它實現了全國范圍內不同線路、不同動車組之間的互聯互通，同時兼容C2等級。在該體系中擴展自動駕駛功能要涉及成百上千的技術細節及技術標準的研究和制定。除上述內容外，在技術方案研究與推進過程中，還應重視以下問題：

　　(1)實現具備ATO功能的C3系統與當前C3系統的兼容性。

　　(2)實現系統降級(C3降級到C2)情況下的自動駕駛功能。

　　(3)實現列控系統對車輛PIS系統、地面CTC系統的信息共享功能，便于乘客、運營管理人員及時了解列車位置、狀態等運營相關信息。

　　4 展望

　　ATO系統是列車自動控制系統中一個重要子系統。相對于人工駕駛，在提高乘客舒適度、運營準點率、節約能源方面具有較大優勢，是軌道交通進入自動化時代的可靠技術保障。城際/市域高速鐵路建設將成為我國高鐵建設的下一個主要任務，政府投資力度將會持續加大。城際高速鐵路存在客流量大、發車間隔小等公交化特點，既有列控系統在保證乘/候車旅客安全的前提下提高運營效率的空間相對有限。發展具備ATO功能的城際鐵路列控系統，實現在保證運營安全的前提下提高運營能力，是城際鐵路列控系統的發展方向。因此，盡早開展該領域相關的研究工作，并制定一套具備良好兼容性的，從工程和技術角度易實現的，符合我國高速鐵路發展水平的自動駕駛系統標準規范，對于我國當前在建城際鐵路工程以及整個高速鐵路行業長期有序發展具有重要意義。

【淺談基于GSM-R的城際鐵路列控系統研究論文】相關文章：

基于灰色理論的成渝城際鐵路客流預測07-21

CTCS-2級列控系統在城際客專的應用10-03

基于ebXML的電子商務系統研究論文12-20

京津城際鐵路科技創新07-06

城際鐵路監理工作心得10-20

農林系統研究狀況的淺談農科論文12-10

GSM-R系統的頻率規劃淺談07-20

歐洲列控系統與中國列控系統的比較07-08

城際鐵路部分委托運營管理模式研究論文12-19