基于车车通信的列车控制系统方案研究

摘要：目前，大部分城市的轨道交通采用的都是传统的基于通信的列车控制系统（Communication Based Train Control，CBTC），并且使用点式系统作为后备系统。正常情况下列车通过车-地无线通信与控制中心进行数据交互，后备模式下列车仅能通过应答器或者感应环线获取少量信息，所有的数据都必须经过轨旁设备转发，不可避免的导致轨旁设备数量多、数据接口多，系统结构复杂，并且多次的数据转发也导致了系统时延增大，增加了系统反应时间，降低了性能。因此，为了解决这些问题，推进城市轨道交通的智能化、自动化发展，提出了一种基于车-车通信的新型CBTC系统。相较于传统CBTC系统，它能实现列车之间的直接通信而无需轨旁转发，这样即可减少轨旁设备数量，降低系统复杂度，又可降低系统时延，提高性能。

关键词：车车通信；列车控制；系统方案

1国内外车车通信技术研究背景

2013年，欧洲铁路协会启动了欧洲下一代列车控制系统项目，同年，阿尔斯通公司正式提出了以列车为中心的基于车车通信的信号系统概念。随后，德国、日本、英国等国相继开始了以智能化运营为核心的、基于车-车通信的新一代列控系统的研究和应用，把提升服务质量和降低运营成本为主要目标，以自动驾驶和虚拟连接为代表的先进列控技术为其重要创新研究。目前，我国城市轨道交通多采用CTCS列控系统，但车车通信技术也逐步开始了研究与应用。2020北京国际城市轨道交通展览会上，中车株洲所首次发布其自主全自动运行系统信号系统（FAO），此举标志着中国中车正式跻身城轨“全自动”时代。2020年11月，卡斯柯重磅发布了其自主研发的列车自主运行系统（TACS），这是业内首个商用TACS系统。

2 国外基于车车通信的列控系统研究情况

欧洲轨道交通管理体系（European Transmission Management System）/欧洲列车调度体系（European Transmission System）是欧洲铁道当局为解决欧洲轨道交通信号体系之间的互通性和相容性而建立的一个统一的开放性的信号体系。ERTMS/ETCS系统与现行的信号系统相适应，能够在多个国家之间进行统一的普及，确保了多个国家之间的列车在欧洲网络中的互联运行，目前已经被欧洲乃至全球的主要铁路所普遍采用。ERTMS/ETCS当前更新的版本为3号基线。欧洲高速铁路公司将在2022年推出基线4版的 ERTMS/ETCS，该4版中可能包含 ATO的特性。ERTMS/ETCS基线4不包括与车辆通讯有关的列车控制系统有关的内容。当前，在铁路建设中，以列车间通讯为基础的列车控制系统多为采用。法国阿尔斯通公司在“欧洲轨道交通管理体系”的基础上，开发了一套简化的通讯列车调度体系：“Urbalis Fluence”。Urbalis Fluence是一种以列车为中心，以车-车通讯为基础的列车调度体系，它在法国里尔轨道交通1号线上得到了应用，整个线路（13.5公里）18个车站，运行80次列车。Urbalis Fluence系统中包含了轨道旁基础设施控制器（WSIC）、轨道旁列车控制器（WSTC）以及自动车号标识器（AVI），这些都是 Urbalis Fluence系统中的地面设备。WSIC实现了传统的区域控制器和互锁的一些功能，轨道旁边的设备（如道岔、侧冲防护、过走防护、车站屏蔽门等），是由车上的设备直接向 WSIC发出的要求， WSIC控制目标控制器对车上的要求进行响应，确认相应的轨道旁边的设备资源是否被分配给了列车，并将相应的道岔操作到列车所需的位置。

3基于车车通信的列车控制系统方案

3.1 驾驶模式转换方案

基于车车通信的TACS系统中，列车直接从其他列车处获取速度、位置信息，并自行计算移动授权，当车车通信模块发生故障时，列车无法直接获取其他列车位置，只能通过车地通信模块获取，因此，基于车车通信的TACS系统运行模式可分为车车模式和车地模式。而列车驾驶模式相较于传统CBTC系统，TACS系统新增了全自动驾驶模式（FAM）、蠕动驾驶模式（CAM）、限制自动驾驶模式（RAM）三种主要驾驶模式，其中FAM是其主要驾驶模式，当系统发生故障时，列车可由FAM模式转入其他驾驶模式运行。列车正常正线运营时，系统在车车通信模式下，以FAM驾驶模式运行，当发生通信故障时，列车将紧急制动，速度降至零后，车载控制器向ATS申请将驾驶模式由FAM模式切换至CAM模式，此时的TACS系统运行模式由车车模式切换为车地模式，收到授权后，车载控制器缓解紧急制动，驾驶模式转入CAM，列车以25km/h运行至站台停稳并清客。

3.2 地面设备

随着科技的不断发展，现代化的城市轨道交通系统已经成为城市交通中不可或缺的一部分。而地面设备则是城市轨道交通系统中重要的组成部分，它由中心设备和轨旁设备两部分组成。中心设备包括数据服务器和双向无线通信功能。数据服务器是地面设备的核心，可以存储并处理列车运行所需的各种数据信息。同时，中心设备还拥有双向无线通信功能，可以与列车进行实时通信，确保列车安全稳定地运行。轨旁设备包括控制器、应答器和标签读取器。控制器是轨旁设备的主要控制中心，可以直接控制设备、进行状态采集以及进行双向无线通信等。同时，轨旁控制器在备用模式下还具备基本联锁功能，确保列车的安全和稳定。应答器则是用于列车定位和自动停车的必要设备，在区间配置应答器，车站配置控制器和应答器的原则下，为列车提供了精准的定位信息。电子标签读取器则是用于读取列车标签信息并发送给轨旁控制器，从而为列车提供更加精细的控制。总的来说，地面设备在城市轨道交通系统中扮演着至关重要的角色。它通过中心设备和轨旁设备的完美结合，为列车提供了精准的定位控制和实时的通信服务，确保了城市轨道交通系统的安全、稳定和高效运行。

3.3列车识别通信方案

在城市轨道交通中，周边列车的运行具有随机性，因此无法提前获取其地址信息。这给车车通信带来了一定的困难。为了解决这个问题，我们需要建立一个可靠的列车识别方案，这是实现车车通信的前提。传统的CTCS系统中，车次号是用来进行列车识别的。车次号是唯一的，它是根据车辆类型、长度、运行方向等信息编制而成的。为了让车次号具有更好的识别性，我们需要为其赋予唯一的通信地址。通过为车次号赋予通信地址，我们可以让列车更加准确地识别周边列车的运行方向、通信地址等相关信息。这样，列车就可以进行有针对性的点对点通信，大大提高了车车通信的效率和可靠性。因此，建立一个可靠的列车识别方案是非常重要的，它可以让城市轨道交通系统更加智能化和高效化。总之，对于城市轨道交通系统来说，建立一个可靠的列车识别方案是非常必要的。通过为车次号赋予唯一的通信地址，我们可以让列车更加准确地识别周边列车的信息，从而实现有针对性的点对点通信。这将大大提高车车通信的效率和可靠性，为城市轨道交通系统的智能化和高效化发展奠定坚实的基础。

4结论

总之，基于车车通信的铁路列控系统方案具有很多优势，可以大大提高列车运行效率和安全性。不过，在应用过程中，还需要充分考虑系统的可靠性和安全性等问题，保证系统能够实现良好的应用效果。

参考文献：

[1]黄苏苏，冯浩楠.基于车车通信的CBTC系统[J].城市轨道交通研究，2021，24（06）：188-193.

[2]王鹏，李开成，刘雨.车车通信技术在列控系统中的应用研究[J].铁道通信信号，2021，52（07）：62-65+70.

[3]郑艺，沈涛，孙野，孙可.车车通信CBTC系统驾驶模式转换研究[J].控制与信息技术，2021，（02）：72-75.