[科普中国]-列车间隔自动控制

列车间隔自动控制，是列车在运行中进行自动操控空间或时间上的距离。

无线通信的列车自动控制系统的安全可靠性CBTC系统是城市轨道交通信号系统的一种新的应用方案，它的安全性和可靠性直接关系到列车运行的质量。信号系统采用的是固定闭塞或是准移动闭塞，随着城市化的发展，运营要求越来越高，因此CBTC的出现，充分发挥列车自动控制系统的能力。而CBTC系统的安全性和可靠性是一个十分重要和实际的课题。传统列车自动系统的信息传输因为主要基于专用有线网络，可靠性和安全性在专用网络的设计中基本解决；随着无线网络技术的发展，引入了CBTC基于无线通信的列车自动控制系统，则对商用WLAN提出了安全性和可靠性的要求。1

列车自动控制系统ATC系统顾名思义是对列车进行自动控制（Automatic Train Control）。但任何自动控制均有在各个层面的需求。这些层面一般分为在自动安全保护方面的，自动监视和掌握方面的，自动运行操作方面的。故相应ATC亦包含了它的三个子系统。即：

列车运行自动保护（Automatic Train Protection）——安全需求，简称ATP；

列车运行自动监控（Automatic Train Supervision）——统一调整需求，简称ATS；

列车运行自动驾驶（Automatic Train Operation）——精确运行，减少司机劳动，简称ATO。

1、列车自动防护：该功能是安全型的，是ATC系统的根本。而ATS、ATO系统是建立在ATP基础上的。可以说没有ATP，ATS、ATO亦不存在。由ATP和ATS可以结合成较简易的ATC系统，ATO的工作将改由司机人工操作。ATP系统分设于轨旁和列车上二个地点。

2、列车自动监控：ATS子系统是ATC系统的监控部分。它对整个系统进行管理，控制和监督。它辅助调度员，给调度员一个工作平台。它是一个非安全系统（安全由ATP保证，任何ATS的错误非安全，指令将不会被ATP所接受）ATS子系统设备放置于控制中心。ATS的功能如下：为中心调度员提供操作界面；显示全线及列车设备的须知信息，并用图形数字表示；制订生成时刻表，并记录列车实际运行时刻；自动生成排列全线的列车进路；自动调整全线列车运行时分，附合折返计划列车时刻表；不同状况的列车给出不同速度模式的指令；自动计算交会进路中的优先进路的选择；人工站区，站间及区域的封锁；设置调整列车停站时间；外部系统信息接口。

3、列车自动行驶：ATO是ATC的一个子系统，作为一个非安全子系统，依靠ATP提供保护，主要替代司机驾驶列车的工作。它的精确性，可靠性，稳定性远高于人工驾驶。并且还能做一些人工所无法完成的工作。ATO仅设置于列车上，ATO的主要功能如下：速度自动调节；站台程序定位停车；自动开门控制；自动折返；自动根据线路坡度调整牵引力和制动力。1

移动闭塞与传统闭塞方式的比较移动闭塞系统的主要设计目标是：在保持传统设计安全性的前提下，通过改进列车定位分辨率和移动授权更新频率来减少列车间隔距离，提供更大的通过能力。车载设备在区域控制器发出的移动授权权限下负责列车的安全运行。移动授权权限被授权至列车前方的实际障碍物。车载设备确保由它产生的速度曲线考虑了所有适当的安全因素。这些考虑包括最不利情况下的停车距离和前方障碍物位置的偏差。在这样的控制方式下，如果前行通信列车向前移动，后续列车的移动授权权限以厘米级向前延伸。基于无线通信的列车自动控制系统采用的就是移动闭塞。

固定闭塞中，线路被划分为固定位置、一定长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用；闭塞分区的长度根据车长、最高速度、最不利制动率等条件确定；列车之间间隔为若干分区，与列车在分区中的实际位置无关；制动的起点和终点总是某一分区的边界；通常是使用轨道电路来进行分区划分。

准移动闭塞的基本原则和固定闭塞一样，但是制动的起点可以延伸，但终端总是某分区的边界，它也是通过轨道电路来划分分区。

在移动闭塞控制列车的间隔下，如同传统的基于轨道电路的系统，基于无线通信的列车控制系统也以“目标—距离”的原则控制列车。两种系统的不同之处在于分辨率：在数字轨道电路系统中，移动授权极限是以轨道电路区段为单位来给出；而在移动闭塞的情况下，移动授权极限是基于更为精确的分辨率。这也是基于无线通信的列车控制系统有别于传统列车控制系统的最大特点。1

通信的列车控制系统中列车追踪间隔的优化随着铁路运输的任务越来越重，列车运行速度越来越高，保证运输安全的问题也越来越突出。完全靠人工瞭望、人工驾驶列车已经不能保证行车安全了，即使装备了机车信号和自动停车装置，也只能在列车一般速度运行条件下保证安全无法实现高速列车的安全保证，因为它们不能完成防止超速行车和冒进信号的现象。在考虑列车速度、加速度、制动距离和安全距离等因素下研究了区间追踪和站台追踪的追踪间隔时间的模型。2

动车组列车运行控制系统动车组列车控制系统主要是采用ATP和LKJ2000系统，ATP是随着速差式信号体系的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车出现超速时设备才起作用，并以最大常用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机判定和操作制动缓解。系统要求符合故障—安全原则。这是一种以人（司机）控为主的列车运行安全系统，在欧洲高速铁路上普遍采用。

主要功能：列控数据采集，静态列车速度曲线计算，动态列车速度曲线的计算，缓解速度的计算，列车定位、速度的计算和表示、运行权限和限速在DMI上的表示。运行权限和限速的监控，在任何情况下防止列车无行车许可运行，防止列车超速运行，防止列车溜逸。列车超速时，车载设备的超速防护具备采取声光报警、切除牵引力、动力制动、空气常用制动、紧急制动等措施。车载设备发生故障时，及时报警提醒机车乘务员并对故障设备进行必要的隔离。司机行为的监控、反向运行防护、CTCS2信息的记录。1

系统列车区间追踪模型移动闭塞的区间追踪根据是否考虑前行列车的制动距离可分为两种:一种是不考虑前行列车的制动距离，称之为绝对追踪模式;另一种是要考虑前行列车的制动距离，称之为相对追踪模式。

列车的速度单位为m/s，计算中v2以列车最大允许运行速度vmax来计算，即v2=vmax ;加速度a单位为m/s2 ;时间的单位为s;距离以及长度单位为m;L安在模型中取值为55m;L防一般为60m;取t反=1s。

1、区间绝对追踪模式：在这种模式下，不考虑前行列车的制动距离，只考虑前车所在的位置。

2、区间相对追踪模式：在这种模式下，不仅考虑前车所在的位置，也考虑前行列车的制动距离。2

系统列车站台追踪模型由于列车需要在车站停车，于是列车在位置 0的追踪时间间隔为:

t(0)=t进+t停+t出

但是根据前行列车速度v1的大小不同，求解t出的方式也就不同(此时两列列车的速度都满足v1≤vmax，v2≤vmax)，也可分为两种模式。

1、站台区域追踪模式1：这种模式下，前行列车在安全防护距离内一直处在加速状态，并没有超过列车最大允许运行速度vmax ，一直加速行走完L加+L列 。

2、站台区域追踪模式2：前行列车在安全防护距离内先加速运行，一段时间后该列车速度达到列车最大允许运行速度vmax ，并以这个速度行走完L防+L列 。2

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学