對(duì)磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的思考

交通運(yùn)輸學(xué)院運(yùn)輸1302班11252086丁耀宗對(duì)磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的思考——《列車運(yùn)行控制系統(tǒng)》課程考察報(bào)告11252086 丁耀宗1綜述高速磁懸浮列車作為一種新型交通工具，以其快捷、安全、舒適、無(wú)磨擦、低噪聲、低能耗、易維護(hù)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)吸引著人們的眼球。磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力來(lái)推動(dòng)的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不同于其他列車需要接觸地面，因此只受來(lái)自空氣的阻力。磁懸浮列車的速度可達(dá)每小時(shí)400公里以上，比輪軌高速列車的380多公里還要快。20世紀(jì)末以來(lái)，德國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及中國(guó)都相繼開(kāi)始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。我國(guó)第一輛磁懸浮列車2003年1月開(kāi)始在上海運(yùn)行。磁懸浮列車的普及應(yīng)用，除了硬件技術(shù)問(wèn)題，首要的就是解決其控制系統(tǒng)的問(wèn)題。高速磁懸浮運(yùn)行控制系統(tǒng)就如同人的大腦，負(fù)責(zé)安排整個(gè)交通系統(tǒng)安全可靠有效的運(yùn)轉(zhuǎn)，使磁懸浮列車的特點(diǎn)充分展現(xiàn)出來(lái)。目前，僅日本和德國(guó)對(duì)高速磁懸浮運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究技術(shù)比較成熟。2磁懸浮列車性能簡(jiǎn)介高速磁懸浮列車的推力是利用交流同步直線電機(jī)(LSM)的原理產(chǎn)生的，該電機(jī)與其對(duì)應(yīng)的交流同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)村、工作原理制正常的情況下，后行列車是無(wú)法闖入被占用區(qū)段的，這就在很大程度上避免了列車碰撞事件的發(fā)生。參照當(dāng)前高速鐵路及客運(yùn)專線的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，要使磁懸浮列車的性能得到充分地發(fā)揮，磁懸浮列車應(yīng)采用前行車所在閉塞分區(qū)（供電區(qū)段）的入口為目標(biāo)點(diǎn)的速度距離模式控制方式，即準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式。4.4信息傳遞從車地信息傳輸方式上考慮，無(wú)論輪軌交通還是磁懸浮交通，傳輸?shù)男畔⒋笾驴煞譃閮深悺踩畔⒑头前踩畔?。安全信息直接關(guān)系到列車的運(yùn)行安全，因此它的信息的確定和傳輸一般采用冗余通道來(lái)保證安全。安全信息主要包括列車的位置和速度信息、速度限制信息、運(yùn)行權(quán)限等，非安全信息包括旅客服務(wù)信息等。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度越高，對(duì)信息傳輸?shù)囊笠簿驮礁摺Ｔ谳嗆壗煌ㄖ?，?duì)信息傳輸?shù)囊笥幸粋€(gè)發(fā)展的過(guò)程。在固定閉塞的情況下，編碼的軌道電路是列車進(jìn)行中車上與地面信息傳輸?shù)闹饕ǖ?，軌道查詢?yīng)答器、軌間電纜等作為列車位置參考點(diǎn)為列車提供絕對(duì)位置信息。列車的運(yùn)行權(quán)限在列車通過(guò)定點(diǎn)位置時(shí)由地面以機(jī)車信號(hào)的形式發(fā)送給列車(或司機(jī))。在這種情況下信息傳輸量相對(duì)較小，信息的傳輸屬點(diǎn)式傳輸。而在基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞情況下，需要列車將位置和速度信息連續(xù)地傳給無(wú)線閉塞中心(RBC)，RBC再將運(yùn)行權(quán)限和限速等信息發(fā)送給列車。為了滿足信息傳輸需求并減少路邊設(shè)備和設(shè)備成本，采用了無(wú)線傳輸(如GPS)為主，查詢應(yīng)答器為絕對(duì)位置參考點(diǎn)的信息傳輸方式（即點(diǎn)連式列控系統(tǒng)）。5磁懸浮列車運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)選擇的相應(yīng)關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)5.1列車的定位與測(cè)速傳統(tǒng)輪軌列車測(cè)量列車速度和位置的方法有兩類，第一類是利用各種軌道電路進(jìn)行測(cè)速，第二類為非軌道電路列車檢測(cè)法。非軌道電路法包括異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)(如Balise)、衛(wèi)星定位法(如GPS)、多普勒雷達(dá)測(cè)速等。各種軌道電路由于其自身的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代鐵路中仍是使用最廣泛的一種方式。但它的信息處理能力遠(yuǎn)不如非軌道電路法，無(wú)法滿足高速列車運(yùn)行對(duì)測(cè)速和定位的要求，所以一些控制系統(tǒng)利用全球定位系統(tǒng)(GPS)獲取位置信息，以查詢應(yīng)答器(Balise)作為絕對(duì)位置參考點(diǎn)進(jìn)行位置校正。在磁懸浮交通中，由于磁懸浮列車與軌道完全無(wú)機(jī)械接觸，無(wú)軌道電路可以利用，它的定位測(cè)速可以采用非軌道電路法以及根據(jù)磁懸浮特點(diǎn)研究的新的方法。5.2磁懸浮列車速度防護(hù)類型高速鐵路現(xiàn)行的CTCS3級(jí)速度防護(hù)系統(tǒng)中，由地面無(wú)線閉塞中心(RBC）和車載設(shè)備完成列車占用檢測(cè)及完整性檢查，點(diǎn)式信息設(shè)備提供列車用于測(cè)距修正，現(xiàn)階段適用350km/h及以上高速客運(yùn)專線，并在應(yīng)用中表現(xiàn)良好。為適應(yīng)磁懸浮列車的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)改造，可將此類無(wú)線移動(dòng)閉塞方式應(yīng)用到未來(lái)的磁懸浮列車速度防護(hù)中。具體表現(xiàn)為：（1）進(jìn)站保護(hù)功能：參考地鐵采用的制動(dòng)方式，通過(guò)協(xié)調(diào)機(jī)械制動(dòng)與電力再生制動(dòng)，控制列車進(jìn)站速度和?？课恢?，做到精準(zhǔn)停站。自動(dòng)化為主，人工制動(dòng)為輔的方式，減小駕駛員工作量，盡可能避免人工失誤，提高列車運(yùn)行舒適性。（2）曲線限速保護(hù)功能：采用移動(dòng)閉塞方式和曲線限速保護(hù)方式。此類方式通過(guò)區(qū)段總控制室協(xié)調(diào)各車速度與距離，采用無(wú)線傳輸，最大程度釋放線路運(yùn)能。（3）超速防護(hù)功能：列車速度防護(hù)系統(tǒng)通過(guò)列車自帶速度檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)獲取列車運(yùn)行瞬時(shí)速度，并與控制系統(tǒng)發(fā)布的安全速度和區(qū)段頂棚速度相比較。確保列車在安全速度下運(yùn)行。（4）對(duì)駕駛誤操作自動(dòng)保護(hù)功能：當(dāng)出于突發(fā)事件由自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)為人工駕駛時(shí)，計(jì)算機(jī)不是停止工作，而是后臺(tái)監(jiān)控人工駕駛操作。一旦出現(xiàn)操作失誤，計(jì)算機(jī)馬上提示駕駛員更改操作，為列車運(yùn)行增加雙保險(xiǎn)。5.3車地傳輸技術(shù)在輪軌交通中，對(duì)信息傳輸?shù)囊笥幸粋€(gè)發(fā)展的過(guò)程。在固定閉塞的情況下，編碼的軌道電路是列車進(jìn)行中車上與地面信息傳輸?shù)闹饕ǖ?，軌道查詢?yīng)答器、軌間電纜等作為列車位置參考點(diǎn)為列車提供絕對(duì)位置信息。列車的運(yùn)行權(quán)限在列車通過(guò)定點(diǎn)位置時(shí)由地面以機(jī)車信號(hào)的形式發(fā)送給列車(或司機(jī))。在這種情況下信息傳輸量相對(duì)較小，信息的傳輸屬點(diǎn)式傳輸。而在基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞情況下，需要列車將位置和速度信息連續(xù)地傳給無(wú)線閉塞中心(RBC)，RBC再將運(yùn)行權(quán)限和限速等信息發(fā)送給列車。為了滿足信息傳輸需求并減少路邊設(shè)備和設(shè)備成本，采用了無(wú)線傳輸(如GPS)為主，查詢應(yīng)答器為絕對(duì)位置參考點(diǎn)的信息傳輸方式。對(duì)于磁懸浮列車，它的運(yùn)行控制主要在地面，要求控制中心、地面設(shè)備和列車之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的雙向通信，要求信息具有很高的實(shí)時(shí)性，列車的安全高速運(yùn)行控制、大量設(shè)備的監(jiān)控、優(yōu)質(zhì)的旅客服務(wù)信息等要求信息傳輸安全、可靠、高速、高容量。參考國(guó)外磁懸浮列車經(jīng)驗(yàn)，日本山梨試驗(yàn)線車上與地面設(shè)備之間的通信采用多通道冗余方式來(lái)保證傳輸?shù)目煽啃裕糜诙ㄎ粶y(cè)速的軌間電纜作為主要的傳輸通道，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿?800bps。用于地面向車上傳輸監(jiān)控信息及遙感命令，列車的實(shí)時(shí)速度及位置監(jiān)測(cè)在地面完成，由地面?zhèn)鬏斀o車上的信息只是起監(jiān)督的作用，用于緊急情況下控制列車緊急剎車。另外使用漏泄同軸電纜作為冗余通道，它的傳輸波特率為296bps，它可以實(shí)現(xiàn)車地雙向通信，其原理是：漏泄同軸電纜是在同軸電纜外導(dǎo)體上開(kāi)有一定形狀和一間距的槽，使電磁場(chǎng)的能量集中在同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)線之間，部分能量可以從同軸電纜中的槽孔泄漏到空間中，并和附近的移動(dòng)電臺(tái)天線耦合構(gòu)成無(wú)線通道。同軸電纜外導(dǎo)體上開(kāi)的槽可以有許多形狀，各種形狀在傳輸損耗和耦合損耗方面各不相同。另外設(shè)計(jì)了一種大容量的數(shù)據(jù)傳輸——45GHz的毫米波，用于取代漏泄同軸電纜，它允許采用比漏泄同軸電纜更高的頻率、更大的帶寬和更高的數(shù)據(jù)傳輸率，可以滿足多媒體的應(yīng)用。德國(guó)TVE試驗(yàn)線車地傳輸則采用的是38GHz毫米波無(wú)線傳輸系統(tǒng)。5.4其他相關(guān)配套列控技術(shù)參考我國(guó)高速鐵路現(xiàn)行的CTCS（ChineseTrainControlSystem）系列列控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，以及磁懸浮列車高速、追蹤間隔小、無(wú)軌道接觸、自動(dòng)化程度非常高等特點(diǎn)，磁懸浮列車列控系統(tǒng)應(yīng)類似CTCS4級(jí)系統(tǒng)（當(dāng)前還處于理論研究階段），完全基于無(wú)線控制和通信，衛(wèi)星定位，無(wú)須地面信號(hào)設(shè)備；車載列車完整性檢查；實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞，提高運(yùn)輸能力。具體表現(xiàn)為：（1）自動(dòng)懸浮控制功能：通過(guò)自動(dòng)控制與車地感應(yīng)系統(tǒng)保證列車平穩(wěn)正常的懸浮與運(yùn)行。（2）電力牽引控制功能：由大型電腦控制軌道交變電流的變化，增加精準(zhǔn)度保證列車獲得穩(wěn)定的前進(jìn)動(dòng)力。（3）電力制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)控制功能：可采用機(jī)械制動(dòng)與電力再生制動(dòng)兩種方式協(xié)同作用，保證停車距離的同時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果。（4）車門(mén)控制功能：保證列車停靠站是車門(mén)順暢開(kāi)啟以及在運(yùn)行過(guò)程中與外界環(huán)境隔離。應(yīng)輔以手動(dòng)開(kāi)關(guān)，以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。（5）電源控制功能：利用列車移動(dòng)自行發(fā)電，控制車廂內(nèi)各電力設(shè)備正常工作。包括照明、空調(diào)、換氣等。從而達(dá)到節(jié)省電能的目的（6）輔助設(shè)備控制功能：包括無(wú)線通訊，以及與客戶服務(wù)相關(guān)的功能。6結(jié)語(yǔ)在中國(guó)，高速磁懸浮運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究還剛剛起步，有很多可以研究的領(lǐng)域，如精確的測(cè)速定位技術(shù)、高速大容量信息傳輸系統(tǒng)、故障一安全性計(jì)算機(jī)、運(yùn)行控制仿真建模技術(shù)等。上海磁懸浮列車的建立給磁懸浮技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展帶來(lái)了很好的契機(jī)。以上對(duì)磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要分析還存在諸多不足，還請(qǐng)老師予以指正。7參考文獻(xiàn)[1]吳丹.高速磁懸浮列車運(yùn)行控制與傳統(tǒng)輪軌列車運(yùn)行控制的比較=AComparisonbetweenOperationControlSystemsforHigh—SpeedMaglevTransportationandforConventiona1Railway.北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院.2003.[2]徐龍華，李劍鋒.中低速磁浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的方案及其實(shí)現(xiàn).國(guó)防科技大學(xué)研究三院，2005-07-05.[3]吳丹[著];寧濱教授.高速磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究與仿真=Researchandsimulationonhigh-speedmaglevoperationcontrolsystem，2004[4]徐家鎮(zhèn);徐洪澤。磁懸浮列車運(yùn)行控制系統(tǒng)仿真環(huán)境研究微