中国国度铁路团体有限公司日前公布《新时期交通强国铁路先行计划纲领》,明白提出到2035年,率先完成智能化铁路网,全国铁路网长度将到达20万公里左右,其中高铁盘踞7万公里左右;高铁列车将拥有基于北斗卫星导航体系、5G通讯技巧的空天地一体化的“超级大脑”。

那么,高铁列车的“超级大脑”毕竟有多聪慧?

无论是普速客货运铁路,还是高速铁路,一般而言都是铺设两条并行轨道,火车左右行车互不干扰。那么动辄数百至上千公里的铁路线,是如何保证列车运行安全的呢?

我们知道,汽车行驶在高速公路上,前后两车间距不小于50米,才干保证必要的安全。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,这么快的速度,势必对前后两列高速列车的安全间距请求更加严厉。

铁路部门是通过“闭塞分区”来给列车划分运行空间的,从而为列车运行供给安全保障。“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把持,并在调度中心的显示屏上显示出来。当列车在闭塞分区运行时,车辆后端的信号机变红,阐明这个区间段落有车占用,后面的列车就要进步警戒了,不能冒进,只有运行前方的信号显示绿色,才干全速行驶。

如今,无论客货混运铁路,还是高速铁路,绝大多数采取的都是“主动闭塞体系”。值得一提的是,“主动闭塞分区”一旦划分完毕,是不能随意转变的,也就是说主动闭塞分区是固定的,这和后面讲述的“移动闭塞”完整不同。

简略来说,固定的主动闭塞分区通过轨道电路来划分,其工作原理是这样的:当闭塞分区没有列车时,电流从轨道电路的正极通过钢轨、轨道继电器达到另一股钢轨电源负极。此时继电器中有电流通过,衔铁吸起,接通绿灯,唆使区间空闲;当闭塞分区有列车占用时,车轮与轨道形成通路,电流被车轮短路之后不再给轨道继电器通电,衔铁开关落下,接通红灯,提示后车该区间已经被占用。

在普速铁路上,司机可以通过观看信号机的信号变更来操控列车。到了高铁时期,由于列车运行速度很快,司机来不及对线路旁的信号做出反映,必需采取先进的列车运行把持体系才干保证安全。顾名思义,列控体系就是确保行车安全的信号体系,应用地面供给的线路信息、前车距离和进路状况,列控车载装备主动生成列车容许速度的把持模式曲线,并实时与列车实际运行速度进行比拟,一旦发明列车超速就及时进行把持,从而保证高铁列车的安全。这套体系撤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流。

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“超级大脑”可大大缩短前后两车的发车间隔

固定的主动闭塞通过轨道电路划分区间,“超级大脑”的要害元器件——无线移动闭塞则是通过无线通讯技巧划分不固定的移动区间,这是二者实质的差别,并且移动闭塞对通讯技巧和定位技巧请求更高。

在传统的固定主动闭塞方法下,体系无法知道列车在分区内的具体地位,因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充足保证安全,必需在两列车间增添一个防护区段,这使得列车间的安全间隔较大,大大下降了线路的应用效力。

无线移动闭塞技巧则在对列车的安全间隔把持上更前进了一步,其信息传递、列车定位、列车完全性检讨等功效,不再依附地面轨道电路,从而大幅度减少轨道旁边安装的装备数量。无线移动闭塞的车载装备子体系,应用速度传感器、雷达、光电传感器对列车进行速度和距离的测量,并联合地面应答器对列车地位进行校订,能够持续、主动地对列车地位进行检测,保证体系对列车速度以及行车间隔的安全防护。

如此一来,无线移动闭塞体系可以通过车载装备和轨旁装备不间断的双向通讯,调度把持中心可以依据列车实时的速度和地位,动态盘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,这就是“移动闭塞分区”。

由于保证了列车前后的安全距离,两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,让列车能以较高的速度和较小的间隔运行,实现高铁列车的“小编组、高密度”运输组织目的,大大缩短前后两车的发车间隔,从而极大地进步了线路的应用效力。

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“超级大脑”离不开“北斗”和5G

无线移动闭塞体系可以说是高铁列车“超级大脑”的要害元器件,其最明显的特点就是请求对列车动态地位进行准确定位,同时还要借助高速度、大容量的通讯技巧实时传递列车的地位信息,这样才干让调度中心人员正确控制列车的运行情形,从而指挥列车运行,保证行车安全。要完成这一艰难义务,离不开“北斗”导航和5G技巧。

方兴未艾的5G通讯技巧,既是智能化时期必不可少的基本设施,也是智能化时期的标记性技巧,高带宽、高速度、大容量、低功耗、低时延、万物互联、信息可感知可调控是其鲜明的长处和特点,可以满足未来虚拟现实、智能制作、主动驾驶等利用需求。

而“北斗”卫星导航体系是我国自主研发的全球性、高精度时空基准。其最大的优势在于对体系的全球性定位,能够实现全球时光的准确同步。“北斗”与5G相联合,形成“空天地”一体化网络体系,才干发生无与伦比的五大智能:感知、学习、认知、决策和调控。

基于“北斗”卫星定位的列控体系,可以持续且精准获取列车地位信息,转变传统的基于固定主动闭塞技巧的列控追踪间隔方法,而通过采取移动闭塞的追踪间隔方法,使得追踪列车间隔大大缩小,从而进步运输效力。通过“北斗”卫星,还可以实现对同一列车的车头、车尾定位,从而开展列车的完全性检讨,以防止列车解体后,给后面的列车带来安全风险。

“北斗”和5G技巧优势互补。“北斗”可以在全球把感知时光和地位的才能赋给5G技巧,激发出移动通讯网、互联网的强盛动能,可以对诸如高铁列车等移动信息瞬时定位,断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巧需求。

依照《新时期交通强国铁路先行计划纲领》提出的目的,我国的高速列车到2035年将拥有应用北斗卫星导航体系、5G通讯技巧等构成空天地一体化的“超级大脑”——新一代更高效、更智能、更环保的列控体系,列车追踪间隔由目前的最短3分钟缩短到2分钟左右,进步线路运输才能30%以上,人均百公里能耗可下降30%左右。

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各国高铁列控技巧的发展

多年来,欧洲开发了合适本土的欧洲列车运行把持体系(ETCS),其中ETCS-2级列控体系在地面采取无线闭塞中心生成的行车允许,通过固定应答器供给列车定位基准,应用GSM-R无线网络实现“车-地”双向信息传输,在欧洲实现了普及利用。

从2013年起,欧洲开端了新一代列控体系(NGTCS)的研发,其中的创新项目“现代交通管理与把持体系”提出了“移动闭塞、最高级级的无人驾驶、列车安全定位(卫星技巧)、车载装备集成、智能信号体系、列车虚拟连挂”等技巧发展方向。

美国的列车自动把持体系(PTC)功效也很强盛,具有列车超速防护、防止列车相撞、维护轨旁工作人员安全等功效。列车依据GPS定位体系,获取自身所在地位,通过无线通讯网络将列车地位发送至PTC服务器,PTC服务器可依据所得信息盘算列车停车地位,并将地位信息发送至车载装备。PTC体系设有调度中心,可人为干涉列车运行,防止列车相撞。

而东日本旅客铁路公司应用移动闭塞技巧研发了ATACS体系。这套体系重要由无线电装置、据点装置、指令装置及车载装置组成。传统的列控体系重要由地面装备完成,而在ATACS体系中,列车的把持由地面与车载共同完成。

由上可知,欧美日等高铁发达的国度和地域,也一直致力于“移动闭塞”技巧的研讨。

为了适应高速铁路建设发展须要,我国高速铁路列控技巧借鉴欧洲ETCS胜利经验,从无到有,取得了宏大飞跃。我国自主开发的中国列车运行把持体系(CTCS)一共分为5个等级,从CTCS-0到CTCS-4,都有不同的实用范畴。我国时速300公里以上的高铁重要是采取CTCS-3体系,这是基于无线通讯、轨道电路和固定的主动闭塞开发的一套先进的列车把持体系。

而CTCS-4体系是我国面向2035年,基于移动闭塞、北斗导航和5G通讯技巧的新一代列车把持体系,被誉为列车的“超级大脑”,这是我国高铁列控技巧里程碑式的重大提高。 【编纂:张楷欣】