北斗+5G,如何提升高铁移动闭塞技术的“上限”?

2020-08-26 18:48:34 秘书处 18

当前,我国自主开发的中国列车运行控制系统(CTCS)一共分为5个等级,从CTCS-0到CTCS-4,都有不同的适用范围。我国时速300公里以上的高铁主要是采用CTCS-3系统,这是基于无线通信、轨道电路和固定的自动闭塞开发的一套先进的列车控制系统。 

而CTCS-4系统是我国面向2035年,基于移动闭塞、北斗导航和5G通信技术的新一代列车控制系统,被誉为列车的“超级大脑”,这是我国高铁列控技术里程碑式的重大进步。

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列车运行间隔如何控制

我国普速火车一般运行速度为120-160公里/小时,高速列车的运行速度是350公里/小时,如此快的运行速度,势必对列车间的安全间距有着严格的要求。

目前,铁路部门是通过“闭塞分区”来给列车划分运行空间的,从而为列车运行提供安全保障。

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“闭塞分区”就是通过轨道电路把铁路线路分成若干个长度不等的段落,每一段落两端用信号机进行控制,并在调度中心的显示屏上显示出来。通过红色信号和绿色信号可以了解到前方区间是否有车占用。

如今,无论客货混运铁路,还是高速铁路,绝大多数采用的都是“自动闭塞系统”。简单来说,固定的自动闭塞分区通过轨道电路来划分。到了高铁时代,则是采用了先进的列车运行控制系统。

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列控系统,指的是确保行车安全的信号系统,利用地面提供的线路信息、前车距离和进路状态,列控车载设备自动生成列车允许速度的控制模式曲线,并实时与列车实际运行速度进行比较,一旦发现列车超速就及时进行控制,从而保证高铁列车的安全。这套系统取消了普速铁路旁边的信号机,在轨道中间设置应答器,可以实现列车与地面间的数据交换。

由于以往的固定自动闭塞大大降低了线路的使用效率,当前正在研发的无线移动闭塞技术,可以通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信,调度控制中心可以根据列车实时的速度和位置,动态计算列车的最大制动距离,使得“列车的长度+最大制动距离+安全防护距离”组成一个与列车同步移动的虚拟分区,从而高铁列车的“小编组、高密度”运输组织目标,大大缩短前后两车的发车间隔,极大地提高了线路的使用效率。

“超级大脑”离不开北斗和5G

无线移动闭塞系统可以说是高铁列车“超级大脑”的关键元器件,其最显著的特征就是要求对列车动态位置进行精确定位,同时还要借助高速度、大容量的通信技术实时传递列车的位置信息,这样才能让调度中心人员准确掌握列车的运行情况,从而指挥列车运行,保证行车安全。而上述的这些,离不开“北斗”导航和5G技术。

高带宽、高速度、大容量、低功耗、低时延等等5G通信技术的优点和特征,可以满足未来虚拟现实、智能制造、自动驾驶等应用需求。图片关键词

基于“北斗”卫星定位的列控系统,可以连续且精准获取列车位置信息,改变传统的基于固定自动闭塞技术的列控追踪间隔方式,而通过采用移动闭塞的追踪间隔方式,使得追踪列车间隔大大缩小,从而提高运输效率。基于北斗,还可以实现对同一列车的车头、车尾定位,从而开展列车的完整性检查,以防止列车解体后,给后面的列车带来安全风险。

北斗与5G的结合,还可以实现对高铁列车等移动信息瞬时定位,确定其去向和瞬间运行的速度,满足高铁列车对移动闭塞的技术需求。

按照《新时代交通强国铁路先行规划纲要》提出的目标,我国的高速列车到2035年将拥有利用北斗卫星导航系统、5G通信技术等构成空天地一体化的“超级大脑”——新一代更高效、更智能、更环保的列控系统,列车追踪间隔由目前的最短3分钟缩短到2分钟左右,提高线路运输能力30%以上,人均百公里能耗可降低30%左右。

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延伸阅读:各国高铁列控技术的发展

欧洲:2013年起,欧洲开始了新一代列控系统(NGTCS)的研发,其中提出了“移动闭塞、最高等级的无人驾驶、列车安全定位(卫星技术)、车载设备集成、智能信号系统、列车虚拟连挂”等技术发展方向。

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美国:美国的主动控制系统(PTC)功能具有列车超速防护、防止列车相撞、保护轨旁工作人员安全等功能。列车根据GPS定位系统,获取自身所在位置,通过无线通信网络将列车位置发送至PTC服务器,PTC服务器可根据所得信息计算列车停车位置,并将位置信息发送至车载设备。PTC系统设有调度中心,可人为干预列车运行,防止列车相撞。

日本:东日本旅客铁路公司的ATACS系统主要由无线电装置、据点装置、指令装置及车载装置组成。在ATACS系统中,列车的控制由地面与车载共同完成。

来源:北京日报社