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高速铁路设备系列介绍之二——先进的列车运行控制系统
时间:2015-04-11  点击量:

 

2008年在世界高速铁路大会上,与会代表就高速铁路定义进行讨论,最后提出高速铁路有三个标准:一.新建有专用铁路;二.开行250公里以上的动车组列车;三.必须用先进的列车运行控制系统。 
先进的列车运行控制系统与信号,是高速列车安全、高密度运行的基本保证。是集微机控制与数据传输于一体的综合控制与管理系统,是当代铁路适应高速运营、控制与管理而采用的最新综合性高技术。这种运行控制系统与普速的铁路是完全不同的,它是一个计算机(电脑)化的控制系统,这就是高速铁路的最核心技术。 
所有列车运行控制系统说通俗点就是机器控制与人控制如何结合。传统普速铁路是以人控为主,机器做辅助的;而高速铁路是反过来,优先以机器控制为主,人是辅助的。高速铁路必须采用先进的列车运行控制系统,我们才能认定说这条线路是高速铁路。 
传统普速铁路将列车在区间运行过程中实现自动化的设备统称为区间设备,包括各种闭塞设备及机车信号与自动停车装置,其一般以地面设备为主。 
在高速铁路上,由于行车速度较高,如仍用地面的区间设备来调整列车运行,将产生很大困难。首先是地面信号的显示距离和显示数量不能给司机作出一个准确的速度限制,甚至模糊、不确定性极强。另外,固定的闭塞分区将影响区间的行车效率。为此,在高速铁路的列车运行过程中,必须在实现自动化的前提下,采用新的信号区间设备。首先是取消了分散安装在地面上,线路两侧的区间中的传统信号设备,列车运行控制功能全集中于列车上。其次是列车位置由车上设备进行自身检测,而地面设备是根据由车上传送的位置信息实现间隔控制。再次是列车运行安全速度是根据地面设备传递的信息,由车上设备进行自动控制。还有是地面、列车之间的信息传递可采用查询应达器(Transponder),多信息无绝缘轨道电路与无线传输信道来实现。 
先进列车控制系统是铁路在技术上的一次突破,它将使铁路和整个国民经济取得巨大的经济效益。从80年代初开始,世界各国研究的先进列车控制系统,现仍处于研究、试验与完善之中。如美国的先进列车控制系统英文写法为AdvancedTrainControlSystems缩写成叫ATCS,美国的另外一种先进列车控制系统叫ARES。由此推理,欧洲列车控制系统叫ETCS,法国的实时追踪自动化系统叫ASTREE,日本的计算机和无线列车控制系统叫CARAT等等。全是英文名称的缩写而言。 
近年来,许多国家为先进列车控制系统研制了多种基础技术设备,如列车自动防护系统、卫星定位系统、车载智能控制系统、列车调度决策支持系统、分散式微机联锁安全系统、列车微机自动监测与诊断系统等。世界上许多国家如美国、加拿大、日本和西欧各国都将在20世纪末到21世纪初,已经开始分层次的实施、逐步推广应用这些新技术。 
美国的ARES系统采用全球定位卫星接收器和车载计算机,通过无线通信与地面控制中心连接起来,实现对列车的智能控制。中心计算机根据线路状态信息和机车计算机报告的本身位置和其他列车状态信息等,随时计算出该采取的相对应措施,使列车有秩序地行驶,并能控制列车实现最佳的制动效果。全球定位卫星系统定位精确,误差不超过1米,ARES并利用全球定位卫星来绘制实时地图,使司机能在驾驶室的监视器上清楚地了解列车前方的具体情况,从而解决了夜间和雨雾天气时的观察困难。而ATCS列车控制系统与ARES系统最大区别,在于采用设在地面上的查询应答器,不用全球定位卫星。 
当然,ARESATCS的功能不限于列车自动驾驶,它们的潜力还很大。计算机还可以在30秒以内,计算出一条铁路线的最佳运行实时计划,以便随时调整列车运行,达到安全效率和节能的最佳综合指标。 
除美国研制的ATCSARES系统外,其他各国发展高速铁路的国家也都十分重视行车安全与控制系统的开发研究。作为世界高速铁路发展较快的日本、法国和德国,在地面信号设备中,区间设备都采用了符合本国国情的可靠性高、信息量大、抗干扰能力强的微电子化或微机化的不同形式的自动闭塞制式。车站联锁正向微机集中控制方向发展。为了实现高速铁路道岔转换的安全,转辙装置也向大功率多牵引点方向发展,同时开发研究了道岔装置的安全监测系统。在车上,世界各国的高速铁路都积极安装了列车超速防护和列车自动控制系统。 
日本在东海道新干线采用了ATC系统,法国TGV高速线采用了TVW300TVM430系统,德国在ICE高速线上采用了LZB系统。这些系统的共同点是新系统完全改变了传统的信号控制方式,可以连续、实时监督高速列车的运行速度,自动控制列车的制动系统,实现列车超速防护。另外,通过集中运行控制,系统还可以实现列车群体的速度自动调整,使列车均保持在最优运行状态,在确保列车安全的条件下,最大限度的提高运输效率,系统进一步还可以发展为以设备控制全面代替人工操作,实现列车控制全盘自动化。这些系统的不同点主要体现在控制方式、制动模式及信息传输的结构方面。 
德国的LZB连续式列车运行控制系统,其运营速度可达270km/h。它是目前世界上唯一采用以轨道电缆为连续式信息传输媒体的列车控制系统,可实现地面与移动列车之间的双向信息传输,同时还可利用轨道电缆交叉环实现列车定位功能,控制方式是以人工控制为主。LZB系统首先将连续式速度模式曲线应用于高速列车的制动控制,打破了过去分段速度控制的传统模式,可以进一步缩短列车运行的时隔时分,因此能更好地发挥硬件设备在提高线路运输效率方面的潜在能力。 
法国的TVM430型是在TVM300系统的基础上进行数字化改造后的列车控制系统,在TGV北方线上采用,列车运行速度可达320km/hTVM430系统的地面信息传输设备采用UM71型无绝缘数字式轨道电路,由地面向移动列车之间实现地对车信息的单向传输。信号编码总长度为27个信息位,其中有效信息为21位。列车的定位功能也是由轨道电路完成的。 
我国采用的“中国列车运行控制系统”(CTCS)。CTCS-1级,人工控制为优先,超速防护,用于传统普速铁路。CTCS-2级,机器控制为优先,基于轨道电路+应答器的地对车单向信息传递,用于250km/h客运专线,5分钟追踪。CTCS-3级:机器控制更为优先,基于无限数据传输平台(GSM-R)车地双向列控信息传递。用于350km/h客运专线,3分钟追踪。CTCS4级采取目标距离控制模式,列车按移动闭塞或虚拟闭塞方式运行还未实施商业应用。 根据我国的具体情况,高速铁路要兼容既有铁路的信号制式,特别是要满足多种信息传输方式,实现传输系统故障时的降级需要,就必须采用车载设备智能化的方式。 
高速线上运行的均为动车组,并都安装高速列控系统的车载设备,车载设备采用先进的数字信号处理技术,兼容既有线信号系统,在分界点列车自动识别转换模式。这样使高速列车能下既有线运行,如有安装有高速列控系统车载设备的动车组原在既有线上运行的,也能上高速线运行。每个车站设一个区段控制中心,通过高速铁路数据通信广域网络实现各区段控制中心之间以及与综合调度中心之间的高速、大容量的信息交换。

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