磁浮列车运行控制系统综述

李明伟

摘要内容：运行控制系统是磁浮列车的重要安全保障。列车的安全控制逻辑绝大部分由运行控制系统执行，目前国外发展较为成熟的运行控制系统为德国与日本设计。本文阐述了德国与日本的运行控制系统，同时对国内的运行控制系统总结性的进行了一定的介绍。

关键词：运行控制系统 分区运行控制 车载运行控制 磁浮列车

0 引言

我国经济的区域性发展，人口聚集效应明显，但随之带来的是交通的拥堵，轨道交通已成为解决市内及城际间交通问题的有效手段。随着轮轨列车逐渐达到速度极限，传统的动力方式已无法实现更高的速度要求，由此磁浮列车应运而生，磁浮列车采用抱轨运行方式，不存在列车脱轨风险，由于浮空运行，因此噪音极小。目前磁浮交通已经在长沙、北京、上海等地相继开通，我国的磁浮交通行业开始进行实际运营阶段。

磁浮列车主要分为牵引、运行控制、线路、车辆等多个系统组成，其中运行控制系统对保障列车安全至关重要。

本文通过分析国内外的磁浮列车运行控制系统的技术特点，总结归纳了不同国家运行控制系统的发展情况。

1运行控制系统概述

运行控制系统是磁浮交通的“大脑”，

运行控制系统与多个系统耦合关联，包括车辆、牵引系统、线路系统等。其将不同系统之间的数据进行判断整合、传输，实现系统间的通信及安全逻辑判断。

运行控制系统细分功能为：列车状态操作与显示、自动驾驶控制、驾驶模式转换、进路运行防护、道岔转辙防护、最大最小速度曲线监控、牵引安全切断控制、数据传输、制动触发等任务。

运行控制系统由中央控制CCS、分区控制DCS、车载控制VCS三部分构成。

中央运行控制系统是列车操作显示系统，主要包括三部分：自动运行控制、操作员终端系统、中央诊断系统。车辆无线等系统将运行过程中的列车与线路状态实时反馈给中央操作员，中央操作员根据相关反馈手动完成磁浮列车运行时刻表的配置，设置列车数量、制动测试、线路信息添加、车辆控制等。

列车自动运行控制系统可对非CR校验指令进行自动排布，中央操作员根据实际运营经验对中央的指令按顺序进行设置，当执行时刻表时，自动运行控制系统将每条指令依次执行，充当操作员终端作用。

中央的诊断系统可汇集车载运行控制系统、分区运行控制系统以及自身的硬件在线诊断信息

分区运行控制系统是运行控制系统的“媒介”，分区接收来自无线系统以及牵引系统的数据，通过光纤传输进入中央运行控制系统，同时中央运行控制系统也通过该通道进行车辆及线路控制。

分区运行控制系统的主要功能包括进路设置安全判断、道岔控制安全判断、列车安全逻辑判断、列车速度曲线控制及计算及牵引安全控制等，分区运行控制系统是运行控制系统中主要的安全判断系统，对非车辆以外的安全控制起到重要作用。

车载运行控制系统是针对磁浮车辆系统的主要安全控制系统，其主要功能包括列车数据传输、列车速度曲线计算及控制、强制停车逻辑判断、列车悬浮控制、列车自身状态监视等^[1]。

2 国外发展现状

目前高速磁浮列车的运行控制系统发展最为成熟的是日本与德国，由于两国采用了不同的高速磁浮研究制式，因此在运控系统上也具有一定的区别。

2.1 德国磁浮运行控制系统

德国的高速磁浮车载运行控制系统包括车载ATP模块、定位子系统、车载无线单元等。

目前国内的高速磁浮车载运行控制系统采用的是车头车尾完全冗余的体系结构设计，这与德国的车载运行控制系统的架构有所不同，德国的车载运行控制系统同样有冗余设计，但并非完全冗余，目前上海示范线的磁浮列车采用的是头车主控尾车从控的设计架构，在列车运行过程中，尾车并不担任控制的功能，仅担任异常状况下的列车制动工作，因此与当前国内的车头车尾完全冗余系统体系架构不同^[2]。

2.2 日本磁浮运行控制系统

日本的高速磁浮车载运行控制系统由以下三个部分组成：车载数据传输系统、列车控制中心、列车状态监控。

车载数据传输系统在车载控制单元与车载终端之间通过双环光纤环网方式建立数据通道。当出现线路故障，车在数据传输系统通过迂回处理方式，将信息进行串行传输。

列车控制中心相当于中央运行控制系统。日本磁浮运行控制系统采用无线感应环线将来自测速定位系统的列车位置和速度信息进行采集。采集后的数据传输给列车控制中心，列车控制中心在接到来自地面的控制命令后，对辅助轮进行控制。为保障数据传输可靠性，其采用漏泄电缆作为冗余传输方式。

列车工况监控器。设备的状态信息通过无线传输通道传到列车控制中心，信息传利单元会记录响应的故障信息，以增强设备的可维护性^[2]。

3 国内发展现状

我国目前的磁浮交通已在多地进入商业运营阶段，包括北京磁浮交通S1线、长沙磁浮快线、上海磁浮列车运营示范线，其中北京与长沙的磁浮交通均为中低速磁浮，而上海的磁浮交通为高速磁浮交通，其平均运营时速超过400km/h。

上海磁浮示范线采用德国常导磁悬浮技术，其中运行控制系统由德国西门子公司开发研制。“十五”期间，科技部设立了863国家高技术研究发展计划“高速磁浮交通技术研究”重大专项，通过上海线的建设，对德国常导磁浮技术进行“引进、消化、再吸收”的路线，为适用于国内的情况，在德国TR系列车原有技术基础上进一步优化改造，完成了一系列关键技术与设备的研发工作^[3]。

目前中央运行控制系统已实现国产化，经过多次静态软件层面测试以及动态车辆运行应用测试，其功能已被证明能够有效的对安全指令进行误操作防护，提高磁浮系统的操作安全性。该技术的研发也为后续的磁浮技术不断开疆拓土提供了信心。

首尾完全冗余的车载运行控制架构的车头与车尾均具有一套能够实现完整功能的列车安全控制与超速防护系统组成，两套系统通过车载无线控制单元进行连接，也就是在列车运行过程中，其中一套的车载运行控制系统为主控的控制系统，而另一套的车载运行控制系统始终处于热备状态，当主控的车载运行控制系统出现故障的时候，热备的另一套的车载运行控制系统会直接担任主控的控制系统，提供列车运行安全控制的完整功能，而且在列车运行过程中，两套车载运行控制系统的数据也是完全冗余的，因此相对德国的运行控制系统，目前国内的车载运行控制系统在各种故障状态下均具备更高的可靠性。

分区运行控制系统需要与牵引系统、中央运行控制系统、车载运行控制系统、车无线系统之间进行数据交互。列车在运行过程中，分区运行控制系统时刻监视列车的安全运行状态，若不符合列车的安全运行逻辑，则会施加响应的处理措施，让列车停在安全的停靠位置。目前运行控制分区与牵引供电分区完全对应，各分区控制子系统设置于各牵引变电站内的信号设备室。每个分区控制子系统包括分区控制计算机、分区安全计算机、分区传输计算机、分区牵引切断模块、分区道岔模块等设备，国内对这些设备进行了一定的集成，在不减少功能条件下实现了小空间设备安置。

4 总结

国内的运行控制系统是基于德国运行控制系统改进优化而来，相比于德国的运行控制系统国内的运行控制系统更加注重安全性，通过冗余设计的理念使列车的运行可靠性更高，通过对国内的适应性改进使之更加适合国内的情况。

参考文献

1. 李开成、佘江枫、马连川.高速磁浮车载运行控制系统综述 ２０２０年８月 铁 道 通 信 信 号 第５６卷 第８期

2. 张明.基于UML的高速磁悬浮列车分区运行控制系统建模 北京交通大学 2008年1月

3. 邱泽宇，邓志翔，刘新平 时速 600 km 高速磁浮列车运行控制系统协同控制方案 铁路计算机应用 第31卷 第1期 2022年1月