浅谈列车运行控制系统的关键技术

浅谈列车运行控制系统的关键技术随着铁路运输的任务越来越重，列车运行的速度越来越高，需要解决的运输安全问题也越来越突出。

单靠人工瞭望、人工驾驶列车已经不能保证火车长龙的安全了。

即使后来相继装备如：机车信号、自动停车装置以及列车速度监督和控制等技术，或可单独使用，或也可以同时安装。

但这些功能单一、控制分散、通信信号相对独立的传统铁路信号系统，只能保证列车在一般运行速度前提下的安全，高速列车的安全却是无法保证。

为完成高速列车的安全目标，需要以现代列车运行控制技术为核心的信号系统来解决许多关键技术。

如：车-地之间大容量、实时、实地双通道信息传道输送，列车定位，列车测速、安全控制等。

以及需要车载设备、轨旁设备、车站控制、调度指挥、通信传道输送等融合成为共同的网落系统，才可以实现。

随着计算机、通信、控制技术的迅速发展，为实现现代铁路信号系统提供了前提。

现代铁路信号系统通俗地讲：由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息输送传播设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统，是计算机、通信、控制等信息技术与信号技术的一个高水平集成与融合。

列车运行控制技术关键技术之一是列车的测速与定位。

为确实保证列车距离与速度的安全控制，首要是及时获取列车运行中的速度与位置，测速和定位的正确程度从根本上制约着列车运行控制系统的控制正确程度，测速测距的正确程度过低，不仅会增加列车的不安全因素，并且会造成列控系统预留的安全防护距离过大，从而影响运输效率。

目前有多种列车测速方式。

按照速度信息获取的来历，可以把测速方式分成两大类，一类是利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法。

轮轴旋转测速方法又有机电测速方式和脉冲转速传感器方式之分。

有机电测速方式正处于被逐步淘汰过程中，不介绍了。

脉冲转速传感器方式，其脉冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转一周，传感器输出一定目标的脉冲，保证脉冲的频率与轮轴的每转速度完成正比。

输出脉冲经过断绝和整形后，直接输入到微处置惩罚器进行频率测量并换算成速度和走行距离。

轮轴脉冲转速传感器将成为作为主要部件。

由于列车在运行过程中存在空转、滑行现象，为此，以轮轴旋转推算速度必然会产生一定偏差。

二类是随着卫星测速、雷达测速等无线技术的发展和应用，开始提出的，并逐步受到重视。

由于无线测速与定位已不能分开并利用外加信号直接测量车体的速度和位置，因此又称为外部信号法。

目前提出的有雷达测速方式和卫星定位方式等。

由于这种方法不从车轮旋转中获取信息，因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的偏差，虽然其正确、精密程度还受到无线电波的传播特性等因素的一定影响，但比较利用轮轴旋转信息获取列车速度的测速方法改进多了，将成为未来列车测速的首选。

雷达测速就是利用多普勒效应原理，向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与入射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。

在列车头上安装雷达，它始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，因此在发射波和反射波之间产生频差，通过测量频勉强可以以计较出列车的运行速度，并累计求出走行距离。

再说说列车定位，有许多方法可以使列车定位。

如：当了解了初始点，利用列车测速信息可以获取列车位置信息，采用GPS技术不仅可以获得列车速度也能够获取列车位置信息，通过地面设备向列车输送传播信息时，地面设备的位置也能够使列车获取位置信息。

GPS测速定位方式。

GPS(全球定位系统)是美军70年代在子午仪(Transit)系统上发展起来的全球性卫星导航系统，它是目前技术上最成熟并应用于现场的一种卫星导航和定位系统，能在全球规模内，在任何时刻、天气前提下为用户提供持续不断的高精度程度的三维位置、速度和时间信息。

列车定位还可以综合采用几种方法获取，并互相误正融合以计算出相对精确的列车位置信息。

前边所述的轮轴传感方法也可以获取列车位置信息，可是由于列车的车轮空转、滑行等因素，必然性的会产生累计偏差，因此，一般列控系统采用地面固定的设备来对累计偏差举行纠正，这些个地面固定安置的设备称为地面绝对信标，可以作为地面绝对信标的定位方法包括：有轨道电路绝缘节定位方法，是利用闭塞分区的分界点，即在线路上固定位置的绝缘节，其两边输送传道的信息差别，通过列车接收信息的变化相识过绝缘节的机会，把绝缘节的物理位置作为绝对信标来获取列车位置信息。

有计轴器定位方法，与轨道绝缘节设置相同，计轴传感器安置也是固定的，通过计轴器检测的列车占用或者出清对应计轴区段也能够获取列车位置信息。

有查询应答器方法，其不仅物理安装位置固定，它还可以直接向通过的列车发送本应答器所处的公里坐标。

还有轨道环线定位方法，轨道感应环线的两根电缆每隔1个轨道长度(100m)要相互交织一次，交织回线将交变电信号送到沿线路铺设的交织回线上，在回线上产生交变电磁力场,车载设备在经过每个交织时可以检测到信号相位的变化,当列车驶过1个交织点时，利用信号相位的变化引发地址码加1，由车载计算机按照地址码计较出列车的具体位置，就能够用绝对地址信息对机车里程计产生的定位记载举行偏差修正，减少由于车轮滑行及空转造成的位置偏差。

列车运行控制系统的核心构成部分是地-车信息输送传播技术。

尤其，对高速行驶列车的控制，车载列控设备需要获取从地面控制中心发送的列车控制命令、前方列车的位置、速度、前方线路状况等信息，这些个信息都是从地面发送到列车上，因此，没有地-车信息输送传播通道，列车运行控制系统列车是无从谈起的。

地面信息传递到列车上目前有三种方式，一种是点式传递信息方式。

点式信息传递方式有感应器、环线或应答器方式，它是在列车行进的线路上设置若干感应点，当列车经过感应点时，将地面信息传到车上。

但当本地面信息发生变化时，列车只能感应点时才能获取信息，实时性稍差。

另一种为持续式传递信息方式，能持续不断地将地面信息即列车距离、线路环境允许的速度等，及时地向车上反映，使司机随时掌握列车速度，使列车可以获取更实时的控制，有助于列车的安全和提高列车的效率。

但其所能输送传播的信息量受到限制。

以轨道电路为基础的地-车信息传道输送的系统，我们称为基于轨道电路的列车控制系统(TBTC)，优点是：在进行信息输送传播的同时，可以检测列车位置，可以发现铁轨断轨。

缺点是，由于受到轨道电路输送传播特性的限制，所输送传播的信息数量少，很难大量增加，传道输送距离受到限制；只能进行地-车信息单传道输送，无法使成为事实双向传道输送。

为满足控制列车需要时，就需要把上述二种方法重新组合，产生第三种方式，即持续叠加点式信息传道输送方式，我国的CTCS2级系统采用的就是这种方式。

随着无线通信技术的发展为列控系统，地-车信息输送传播技术开辟了新的路子，无线通信技术克服了轨道电路由于受到轨道电路输送传播特性的影响，传道输送的信息数量少、传道输送距离不很长、无法实现双向传道输送的可能。

因此，以无线通信技术为基础的地-车信息传道输送的系统，将成为未来列控系统地-车信息传道输送的首要发展方向，我们称为基于通信的列车控制系统(CBTC)。

其中有GSM-R移动通信技术。

GSM-R其意为铁路专用全球移动通信系统。

GSM是一种数码移动通信体制。

GSM-R是国际铁路同盟(UIC)和欧洲电信规范协会ETSI，为欧洲新一代铁路无线移动通信研发的技术规范。

UIC通过EIRENE(欧洲综合铁路无线加强收集)对各类数码移动通信系统进行了对比，最后决定GSM-R为新一代欧洲铁路无线移动通信基本制式。

欧洲委员会在900MHzGSM的频率频段上分配4MHz给铁路实施GSM-R。

GSM-R通过保持列车和地面控制中心的持续联系，是提供给列车控制数值的输送传播通道。

我国铁路按照铁路运输现代化的需求，已确定GSM-R作为发展铁路专用综合数码移动通信收集的技术体制，正在建设具有列车调度、区间公(工)务通信、公安通信、应急迅速抢救通信和车次号传道输送、无线机车信号传道输送通道和列车运行控制系统传道输送通道等功效的无线通信系统。

铁路专用移动通信网GSM-R与经常使用的移动通信网GSM 之间的首要区分在于所施用的频带(GSM-R有其自身专用频带)及基本结构。

GSM-R是按照铁路专用及必要的优质服务要求建立起来的，它由无线收集、交换收集、及与其他通信收集的接口构成MS-移动通信站；BTS-基站；BSC-基站节制器；MSC-移动通信交换中心。

除了采用GSM-R技术之外，另有许多无线通信技术可以应用于列控系统。

如：在磁悬浮列车信号和通信系统中应用了微波传道输送技术，西门子公司研发的基于2.4GHz扩频专用无线系统的CBTC已在美国纽约地铁应用。

还有轨道电缆传输技术。

在轨道铺设的感应电缆，通过车载感应线圈和感应电缆的电磁巧合完成信号和数值的传道输送，地面控制中心系统通过轨道电缆与车载列控设备联系，可以使列车成为闭环控制。

采用这种方式分有轨道感应环线和漏泄同轴电缆方法。

列车运行控制系统重要部分还有列车速度控制技术。

其有阶梯控制方式和速度-距离模式曲线控制方式二种：阶梯控制方式，每个闭塞分区预设为1个目标速度在1个闭塞分区中无论列车在何处都只按照固定的速度鉴定列车是否超速。

阶梯控制方式可不需要距离信息，只要在停车信号与最高速度间增加若干中间速度信号，即可使成为阶梯控制方式。

因此轨道信息量较少，设备相对比较简单，这种传统的控制方式是目前高速铁路最普遍采用的控制方式。

阶梯制又分为出口速度查抄和入口速度查抄两种方式。

出口速度查抄控制方式：该方式要求列车在闭塞分区内将列车速度减低到目标速度，设备在闭塞分区出口进行查抄。

要是速度未达到目标速度以下，控制设备则进行制动。

出口速度查抄方式由于要在列车到达停车信号处(目标速度为零)才查抄列车速度是否为零，要是列车速度不是零，控制设备才进行制动。

由于制动后列车要走行一段距离才能停车，因此停车信号后方要有一段安全防护区。

入口速度查抄节制方式：列车在闭塞分区进口处接收到目标速度信号后立即以一定速度举行查抄，一朝列车超速，则举行制动使列车速度减低到目标速度以下。

为了缩短列车间的间隔距离，采用速度－距离模式曲线方式实现列车间的安全速度和间隔控制。

速度-距离模式曲线控制是根据目标速度、线路参数、列车参数、制动性能等确定的反映列车允许速度与目标距离间关系的曲线，速度－距离模式曲线反映了列车在各点允许运行的速度值。

列控系统根据速度距离模式曲线实时给出列车当前的允许速度，当列车超过当前允许速度时，设备自动实施常用制动或紧急制动，保证列车能在停车地点前停车。

因此，采用这种控制方式的列控系统不需要设置安全防护区段。

在这样的控制系统中又分成以下两种方式：分段速度-距离模式曲线控制和一次速度-距离模式曲线控制。