城市軌道交通自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用
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摘要：近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及城市化水平的不斷提高，城市軌道交通越來越受到人們的關(guān)注，城市軌道交通的發(fā)展水平直接影響了人們?nèi)粘３鲂?，對于整個(gè)城市的交通建設(shè)也具有重要的影響。因此，不斷開發(fā)新技術(shù)以促進(jìn)城市交通健康發(fā)展是至關(guān)重要的。文章就自動(dòng)控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)探討，以供同行參考。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制系統(tǒng)；城市軌道交通；應(yīng)用
引言
隨著我國城市化水平的不斷推進(jìn)，我國城市人口不斷攀升，同時(shí)城市的規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大，從而導(dǎo)致城市交通出現(xiàn)了較大的變化，在一定程度給我國的城市交通帶來了較大的挑戰(zhàn)。自動(dòng)控制系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于城市軌道交通并且能夠顯著緩解城市軌道交通問題，能夠促進(jìn)城市軌道交通的健康發(fā)展。
1自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義
自動(dòng)控制系統(tǒng)是指用一些能夠自動(dòng)控制的裝置，使其在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中能夠?qū)δ承╆P(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，當(dāng)受到外界的干擾時(shí)而偏離正常范圍時(shí)，不需要人為控制的條件下能夠自動(dòng)回到正常的參數(shù)范圍內(nèi)。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是由控制器和被控制對象組成的，但在實(shí)際的應(yīng)用過程中，要完成對一個(gè)較為復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)還需要各種執(zhí)行部件、測量元件以及定值元件等等。對于自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，按照控制原理不同可分為開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是指自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸出只受到系統(tǒng)輸入的影響，其控制精度比較差同時(shí)抗干擾能力也不強(qiáng)，開環(huán)控制系統(tǒng)是基于時(shí)間順序進(jìn)行邏輯控制的，因此也被稱為順序控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，它是建立在根據(jù)系統(tǒng)反饋信息進(jìn)行綜合控制的，簡言之就是根據(jù)輸出結(jié)果與理想結(jié)果進(jìn)行對比，進(jìn)行偏差控制，從而具有良好的控制精度。
2自動(dòng)控制系統(tǒng)閉塞制式分析
自動(dòng)控制系統(tǒng)按照閉塞制式分類，可分為固定閉塞式、準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式，下面對兩種閉塞的工作原理及技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)進(jìn)行簡單分析。
2.1固定閉塞式
固定閉塞式的控制原理是，列車采用傳統(tǒng)的多種信息來模擬無絕緣軌道線路，根據(jù)列車行駛線路情況、固定的速度等級以及列車的特點(diǎn)來確定閉塞分區(qū)的長度。最小的行車間距就是列車閉塞分區(qū)，同時(shí)這種制式的控制方式需要采用階梯式控制。這種固定閉塞式利用的是模擬信號(hào)來進(jìn)行軌道信息處理，或者部分路段采用數(shù)字信號(hào)，但在電路傳輸?shù)倪^程中仍然使用的是模擬信號(hào)，因此這種傳輸方式具有較大缺點(diǎn)，就是抗干擾能力差、承載的信息量有限。不能夠?qū)崿F(xiàn)對列車的連續(xù)控制，而是需要將速度分為若干等級，并且需要設(shè)備保護(hù)區(qū)段，來完成對列車的自動(dòng)控制。這種制式的自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件組成較多，應(yīng)用軟件較少。部分設(shè)備的功率較大，能耗高，但由于這種自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，并且技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較簡單，工程造價(jià)也容易控制。固定閉塞式早在80年代就引入了我國，并且已經(jīng)在我國大部分的城市軌道交通中得到了應(yīng)用，現(xiàn)階段，整個(gè)系統(tǒng)的國產(chǎn)率非常高，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。
2.2準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式
準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式的控制原理是通過數(shù)字式無絕緣軌道電路列車控制系統(tǒng)來完成的，整個(gè)過程的數(shù)據(jù)傳輸都是以數(shù)字信號(hào)為基礎(chǔ)的。因此，在整個(gè)信號(hào)傳輸、信號(hào)處理都是采用數(shù)字化的方式進(jìn)行，數(shù)字化傳輸不僅具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且傳輸信息量較大，從而實(shí)現(xiàn)了車載設(shè)備對列車車速的連續(xù)控制。這種模式的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地面軌道電路與列車之間大信息量的傳遞，包括目標(biāo)車速、目標(biāo)距離以及各種電路標(biāo)號(hào)等等，列車仍然以閉塞分區(qū)為最小的行車安全距離，但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)可根據(jù)目標(biāo)車速或目標(biāo)距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。準(zhǔn)移動(dòng)閉塞式的自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件組成比較復(fù)雜，而且軟件也占據(jù)有非常重要的地位，因此整個(gè)系統(tǒng)的安裝過程比較復(fù)雜，對系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)成本增加。并且對維護(hù)人員的要求較高，其應(yīng)當(dāng)具備通信工程和計(jì)算機(jī)等相關(guān)知識(shí)。
3自動(dòng)控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用
自動(dòng)控制系統(tǒng)在列車運(yùn)行中的應(yīng)用。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，分為是列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（AutomaticTrainSupervision，簡稱ATS）、列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（AutomaticTrainProtection，簡稱ATP），這兩個(gè)子系統(tǒng)通過信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一種閉環(huán)式系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)地面控制、列車控制以及中央控制的結(jié)合。下面分別對上述的兩種子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。（1）列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）主要是負(fù)責(zé)對列車的運(yùn)行進(jìn)行和控制的系統(tǒng)，列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要是由車載ATS系統(tǒng)、車站ATS系統(tǒng)以及監(jiān)控中心ATS設(shè)備構(gòu)成。監(jiān)控中心和車站之間通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳輸，列車與車站之間通過車-地進(jìn)行信息交換，從而構(gòu)成完整的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。列車的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括的功能有列車時(shí)刻表的編輯和調(diào)整；列車運(yùn)行圖的控制；列車折返模式控制及自動(dòng)折返控制；列車運(yùn)行目的、運(yùn)行等級以及跳停的控制；列車在停車、開關(guān)車門以及各種車載設(shè)備的監(jiān)控等等。在列車實(shí)際運(yùn)行過程中，管理級別的ATS系統(tǒng)與列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)共同作用，在監(jiān)控中心或調(diào)度中心授權(quán)的下屬車站對列車運(yùn)行的整個(gè)過程進(jìn)行遙控控制。通過對這些功能的監(jiān)控和調(diào)節(jié)使列車行駛過程中更加安全，并且還能提高乘客的乘車體驗(yàn)。（2）列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（ATP）簡言之就是確保列車在運(yùn)行時(shí)速度不超過設(shè)定目標(biāo)速度的一種安全控制系統(tǒng)，它是確保列車行駛安全，防止出現(xiàn)超速的關(guān)鍵系統(tǒng)，該系統(tǒng)又被稱為列車超速防護(hù)系統(tǒng)。其主要的工作原理是，自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)通過不斷讀取設(shè)置與軌道旁的ATP地面設(shè)備，將速度信息或距離信息不斷的傳輸?shù)杰囕v的ATP系統(tǒng)中，進(jìn)而不斷調(diào)節(jié)與現(xiàn)行列車和后續(xù)列車之間的安全距離。自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)同ATS系統(tǒng)一樣，也是通過軌道線路或交叉感應(yīng)線環(huán)不斷發(fā)送車輛檢測信息，以確保前方軌道段的空閑或者占用情況，當(dāng)檢測到前方軌道被占用時(shí)，ATP系統(tǒng)則會(huì)立即反饋速度信息或距離信號(hào)，這時(shí)車載ATP系統(tǒng)則通過對信息的解讀，再結(jié)合列車的實(shí)際運(yùn)行速度、制度效率以及各種條件補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對列車超速的控制，此時(shí)會(huì)結(jié)合列車的自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（ATO），從而完成對列車車速的自動(dòng)控制。
4自動(dòng)控制系統(tǒng)在軌道交通信號(hào)中的應(yīng)用
隨著我國城市的不斷發(fā)展，城市軌道交通線路越來越復(fù)雜，軌道交通信號(hào)則顯得尤為重要。城市軌道交通信號(hào)作為控制系統(tǒng)和交通信號(hào)的集合體，負(fù)責(zé)對城市軌道交通的調(diào)度指揮、列車間距、列車車輛進(jìn)站以及維護(hù)管理等多項(xiàng)任務(wù)。對于現(xiàn)代的城市軌道交通系統(tǒng)而言，一般是由自動(dòng)控制系統(tǒng)與信號(hào)控制系統(tǒng)組成的，只有這樣才能保證城市軌道交通的安全、有序運(yùn)行。
4.1城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能
城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)必須具有一定的自動(dòng)控制功能，特別是在出現(xiàn)一些特殊的情況下能夠?qū)煌ㄐ盘?hào)有一個(gè)全局的把控，從而做出科學(xué)合理的判斷，這需要多個(gè)板塊共同協(xié)作才能完成。其次，信號(hào)系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)具有自動(dòng)監(jiān)控的功能，正在運(yùn)行的列車能夠按照預(yù)定的運(yùn)行路線進(jìn)行運(yùn)行，并且列車的運(yùn)行狀態(tài)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行監(jiān)控，調(diào)度員只需選擇當(dāng)日的日程表，然后對列車下達(dá)發(fā)車指令既可。最后，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有較為完善的人工智能控制，不需要過多的人員進(jìn)行干預(yù)，可以在預(yù)設(shè)值的默認(rèn)程序進(jìn)行列車的交通指揮，從而保證列車具有高度的自動(dòng)化和有序化。
4.2城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)存在的問題
由于我國在城市軌道交通起步較晚，導(dǎo)致交通信號(hào)系統(tǒng)主要存在以下四方面的問題。一是，缺乏高端專業(yè)人才。由于我國在交通信號(hào)系統(tǒng)起步、缺乏高端專業(yè)人才的問題，導(dǎo)致我國在此方面自主研發(fā)的能力較為薄弱，并且所用的設(shè)備多為進(jìn)口，這就無形中使后期的維護(hù)保養(yǎng)成本增加；二是，由于我國沒有專業(yè)的管理團(tuán)隊(duì)或者后期維護(hù)保養(yǎng)做得不到位，從而導(dǎo)致交通信號(hào)容易受到天氣、電磁波等干擾，使得交通信號(hào)輕度減弱甚至中斷的現(xiàn)象發(fā)生，最終使得城市軌道交通信號(hào)無法正常工作；三是，信號(hào)傳輸速率不高。由于信號(hào)傳輸速率受限，導(dǎo)致交通信號(hào)出現(xiàn)延遲的現(xiàn)象，也就使對列車的指揮和控制存在延遲，從而無法保證列車能夠井然有序的運(yùn)行；四是，城市軌道交通信號(hào)存在錯(cuò)報(bào)誤報(bào)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對軌道交通的正常運(yùn)行影響十分嚴(yán)重，因此還需要進(jìn)一步提高交通信號(hào)的準(zhǔn)確性。
5結(jié)束語
綜上所述，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌◣碇T多的好處。隨著科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)逐漸向移動(dòng)閉塞式方向發(fā)展。隨著我國城市進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市軌道交通作為一種非常便捷的出行方式會(huì)越來越受到人們的重視，而自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠使軌道交通更加有序、顯著緩解交通壓力、提高軌道交通運(yùn)行安全系數(shù)、預(yù)防發(fā)生安全事故。因此，加大自動(dòng)控制系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用具有重要的意義。
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作者：王欣瑞 章繼 單位：昆明鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院
