轨道交通控制系统可靠性评价研究

轨道交通控制系统可靠性评价研究

安家丙

北京华铁信息技术有限公司 北京市 100081

摘要：

轨道交通可以有效处理交通拥挤和大自然环境遭受破坏的问题，其已经常应用于全球大多数国家的城市交通中。由于发生轨道交通意外事故的频率较高，因此需要对城市轨道交通控制系统中进行可靠性评价研究工作，确保了解设备发生问题的迹象和控制系统能够平稳运行，进而使轨道交通降低事故发生率。笔者在文中首先浅析轨道交通的现状，其次对轨道交通控制系统的几大方面开展可靠性评价研究。

关键词：轨道；交通控制系统；可靠性评价

引言

轨道交通的运行技术经过多年不断研究已得到完善，其是长途运送首选的运输工具，运行的速度是300-500km/h。由于世界工业不断快速发展，城市化速度不断加快，从而致使城市轨道交通应运而生，并且可以快速发展。轨道交通中包括轻轨和地铁、独轨和市郊快速等不同类型铁路，当中最具代表性的是地铁。轨道交通对人们而言愈加重要，因此下文对轨道交通中的代表性交通工具——地铁进行可靠性评价研究。

1. 轨道交通控制系统现状分析

由于国内的地铁依然选择钢轨和车轮进行运转，因此我们还能选择长久使用仍旧安全的地铁信号系统^[1]。城市轨道交通具有的明显特点：①列车是电动车；②行车量大；③运营简单；④线路不同等，因此ATC系统要快于大铁路的系统。全球不同国家都依据自身的地铁特点研究城市轨道交通控制系统。国内的城市轨道交通控制系统发展与北京地铁的发展进度相一致，其控制系统制造在发展过程中还研究出调度集中、车载系统和信号移频轨道电路等。国内地铁的建设进度较慢，进而导致我国的信号设备技术水准并不高，平时只有配套设备可提供，无法贡献出完整的系统。对于该情况，国内这几年兴起城市轨道交通建设的热潮，并且可以充分使用外国资本家的附加要求，其结果是可将国外的轨道控制系统作为主要运行的技术系统。当引进ATC系统时，其制式和水平不同，在推动国内城市轨道交通发展期间，也给国内制造出制式混杂和造假昂贵等问题。所以国内若要发展城市轨道交通控制系统，需将ATC技术与国家地铁实情结合。

二、轨道运输交通控制系统可靠性作用

各国的轨道运输交通控制系统有各自特点，其可靠性极高，具体作用是在确保车辆安全运行的基础条件下，进而提升运行速度。系统控制目的是确保列车安全，提升列车运行可靠性；而系统优化目的是提升效率，但最终控制和优化两方面的问题需要系统控制解决，从而能够发挥可靠性作用^[2]。轨道交通控制系统属于闭环系统，需要按照闭环控制的规律运行。控制系统的可靠性作用如下：针对单独的列车，确定其当前速度和位置，并且对其展开制动，随时观测其速度和位置。最后依据列车目前速度、位置距离目标值的数值差异展开控制。针对较多列车，需要确保各车之间有足够安全距离，进而可以随时灵活调整各车的速度和位置。提升轨道运输控制系统的可靠性，则需要处理列车测速和两车之间通信、单车速度标准和列车追踪、系统构成方法和定位等各种问题，制订的解决方案不同会使控制系统的形式也不相同。由于每个轨道交通控制系统的运作形式不一致，因此其可靠性也不相同，但各国的轨道运输交通控制系统都符合当地运输条件，其可靠性能够保障列车运行效率。

三、轨道运输交通系统应用可靠性评价

（一）控制系统应用可靠性评价

列车作为轮轨控制系统的主体，其能够在车上展开制动和驱动的工作。但日本和德国的高速磁悬浮，其控制系统可靠性表现在于其制动和驱动等工作在一般情况下都交由地面设备一同控制，提升控制系统的运行效率。当发生列车启动时无法控制和驱动故障等情况，才可让列车使用车载蓄电池的能量进行紧急制动^[3]。因此高速磁浮列车可以选择以地面控制为主要控制方式、其次是列车控制，进而更好提升列车运行可靠性。

（二）构成系统方法应用可靠性评价

轮轨列车的控制系统构成部分有ATO、ATS 和ATP，系统构成部分较易了解。德国高速磁浮列车应用时为提升可靠性，其系统结构是从上往下的分层构造，将系统分成中央和分区、车载控制系统和数据传输系统，其模块化方面比较成熟。德国系统内并不包括驱动系统，其好处是使控制系统内部构造更加简洁，能够使控制系统的操作更加快捷，提升其运行可靠性。日本高速磁浮列车依据功能可将控制系统分成三个子系统，分别是安全控制、驱动控制和运输控制，系统构成内部较为复杂，但由于子系统之间相互契合，因此在一定程度上保障控制系统稳定运行。

（三）车-地信息传输方法应用可靠性评价

若要提升轮轨列车控制系统运行可靠性，需要深入研究轨道方面。日、法两国轮轨列车和城市轨道列车的车-地信息传输方法多数是选择无线通信方法，此方法具有一定的可靠性，并且在安全方面也有所保障。德国轮轨高速铁路控制系统选择的车-地通信方法是选择建设漏泄电缆，此方法可靠性较高^[4]。另外为提高车-地通信的可靠性，可选择点式应答器。日、德两国选择相同的38G微波传递车-地信息，有助于提升两国轨道交通控制系统可靠性。

（四）列车定位方法可靠性评价

日、法两国城市轨道列车和轮轨高速列车的定位工具有点式应答器结合无绝缘轨道电路，具有一定的可靠性并且定位方法较为成熟。德国高速列车其可靠性较高是由于其在轨道上选择铺设交叉感应定位。轮轨控制系统定位功能是控制列车安全，德、日两国磁浮控制系统的定位信息有两大功用：首先是展开闭环控制；其次是安全保护。日、德两国磁浮控制系统主要定位方法是选择数据采集系统和定子组齿槽，因此德国轨道交通系统的定位可靠性较高。

（五）闭塞制式和速度控制模式可靠性评价

日本交通控制系统可靠性较高的因素在于两国的速度控制模式皆是选择阶梯式分级方法，法国选择曲线式速度分级，与日本的方法可靠性相比不分上下。德国的控制系统选择目标距离控制方法，这三种高速铁路控制系统都选择闭塞制式，可以提高轨道交通控制系统可靠性^[5]。此外还有准移动闭塞制式可以稳固控制系统可靠性，在铁路中较少应用。日、德两国磁浮控制系统都针对列车所处的分区展开供电控制工作，虽两国都选择目标距离控制方式，但日、德两国的供电分区并不相同。日本并未和德国一样是完整意义的移动闭塞运行，但两者的可靠性都较高。

（六）速度防护方法可靠性评价

日、德两国轨道交通控制系统速度防护方法不一致，但其可靠性都较高^[6]。德国控制系统的运行不但要防护车辆最大速度，还要防护最小速度，复杂程度高于单限速度防护。日本的轮轨和磁浮控制系统只防护车辆最大速度。

结束语：

德国的高速磁浮列车和日本的高速磁浮列车的控制系统尽管已领先于我国，但在设备和系统划分等方面还存在问题。各国家的轮轨列控系统皆不相同，进而会引发多种类型问题。当前国内引进较多国家的先进轨道控制系统技术，但因为控制系统的差异性导致系统不可互相兼容，因此国内管理、维修和扩容路网时会遭遇较多的困难。但国内已经制订轨道交通控制系统的规章制度，其系统必须应用规范技术。

参考文献

1. 方志远.轨道交通智能配电控制系统设计[J].现代电子技术,2018,041(001):101-104.、

2. 周星宇,胡恩华,魏盛昕,等.城市轨道交通信号设备远程重启控制系统的设计与实现[J].铁道通信信号,2019,55(01):87-89.

3. 胡启正,张雪松.轨道交通站台安全门系统控制策略研究[J].计算机仿真,2019,36(004):89-93.

4. 王婷婷.试析轨道交通控制系统采用直流高压供电方式[J].城市建设理论研究(电子版),2019,000(001):P.178-178.

5. 齐未强[1].计轴器在城市轨道交通控制系统中的应用研究[J].科学与信息化,2019,000(002):P.4-4.

6. 赵斯玮.铁路与城市轨道交通信号控制系统比较和展望[J].包装世界,2019,000(001):246-246.