列车探测:简要概述

先进的列车探测系统会采用多种 不同的方法。福豪盛 RAMS 部门 主管 Franz Pointner 就各种方法 对满足当前要求的适用性进行了 分析。

Digital possibilities change the concepts of train detection.数字化的应用改变了列车探测方案。

信号技术系统的核心任务是什么? 是确保高效的运行管理并避免碰 撞和脱轨。要想实现这一点,该系 统需要获取其所监控轨道路段内所有列车的 最新的可靠信息。列车探测系统因此而有了用 武之地。该系统会确认列车的存在并不断更新 其位置信息。列车探测系统便可由此维持安全 高效的运营,并向乘客和其他诸如铁路工人之 类的人员传送相关信息。

多重要求

根据实际经验可定义对于此类系统的一系列要求。例 如,只要满足技术条件便可以探测到已停止的和行 驶中的列车,并依据 CENELEC 安全标准和 SIL4 探 测其完整性。探测速度本身也是一个非常重要的因 素。尤其是在平交道口区域。可精确探测到列车位置 的地点精确性在车站中和进行调车工作时发挥着重 要作用。能够探测并报告轨道断裂的功能同样日趋重 要。主要承担重复作业的自动机制或智能功能可以预 防人为错误。其他决定性的因素还包括较高的可 用性、维护的便利性、有吸引力的成本构成和人员风 险的最小化。

铁路运营商最终采用什么系统,还始终取决于其 战略性要求。鉴于各种因素的多变性,基本无法指 望单个系统能以最佳方式满足所有参数。尽管所有研 发工作都必定是以尽可能高水平地满足各项要求为目 标,但每种解决方案依旧都会显示出其特有的优势。

[参见:Marc Antoni | 铁路系统部门主管,UIC:What will digitization bring for train detection? 2017 年车轮探测论坛论文,第 1-2 页]

技术水平

计轴系统基于感应式车轮传感器提供可靠精确的数据。计轴系统基于感应式车轮传感器提供可靠精确的数据。

计轴系统和轨道电路系统代表了列车探测领域的当前 最高技术水平。由于这两种方法已经全面确立,此处 便不再对其工作原理进行赘述。计轴系统可用性高, 且与轨道电路系统相比生命周期成本大幅降低,所以 其在全球范围内的应用日益广泛。计轴系统也由此成 为两种技术中更具未来竞争力的技术。两种系统基本 上都适用于轨道路段“空闲/占用”消息的安全输出。但 其仅是在限定的轨道路段内探测列车而无法连续追踪 列车。

趋势:连续的列车追踪

连的列车追踪系统对于很多铁路运营商来说都是极具 吸引力的。因为它可以实现更高的列车追踪频率,进 而提升路段利用率。一系列用于采集和传输相关数据 的新方法在这样的背景下应运而生。除了连续追踪列 车的功能外,此类系统往往还应达到能够减少轨旁所 安装组件数量的目的。

相关的解决方案包括欧洲列车控制系统程序 (ETCS) 和其他以卫星定位、车-车通信或者光纤技术 探测及与其他技术的组合为基础的系统。

欧洲列车控制系统 ETCS

ETCS 1 级和 2 级将车载设备和轨旁设施相结合。后者在等级 3 中不存在。European train control system:ETCS 1 级和 2 级将车载设备和轨旁设施相结合。后者在等级 3 中不存在。

ETCS 包含三个系统扩展等级,因该概念由来已久, 故也可算作既定的列车探测方法。该系统将创新型列 车车载设备与运营系统各组成部分之间的无线网络通 信相结合。

采用了 ETCS 的轨道车辆需要使用天线进行无线 通信:用于与应答器或环线进行数据交换,或用于程 表系统或多普勒雷达之类的距离测量设备。此外列车 还配备了自有计算机,欧洲安全计算机 (European Vital Computer,EVC)。它负责计算速度曲线、保存 列车和路线数据并控制运行。所收集到的信息通过车 载设备人机界面 (Driver Machine Interface,DMI) 输 送给列车司机。

应答器将信息传输给驶过的列车。应答器将信息传输给驶过的列车。

轨旁需要配备 ETCS 系统应答器。应答器安装在 轨道中,将其上所保存的数据传输给驶过该轨道的 列车。每个信号通常需要两个应答器用于识别方向。 另外,该系统还需要发射塔,以便与无线闭塞中心 ( Radio Block Centre,RBC) 通过铁路专用全球移动通 信系统 (GSM-R) 进行通信。

ETCS 1 级和 2 级还可以使用其他诸如计轴系统的 轨旁安全系统,而 3 级的开发目标是尽可能避免 使用相关的组件。引入卫星定位还可建立虚拟的应答 器。这将减少轨道中实物欧式应答器的数目。

固定的闭塞区段将被可流畅控制列车距离的移动 区段所代替,从而(至少从理论上)确保行驶时保持 绝对的制动距离。在此过程中,各辆列车通过 RBC 发送自身位置,并反过来接收位于其前方的列车的 当前位置信息。由此便可实现优化式制动和加速控 制。DMI 中会显示与下一个制动点的距离、当前速度 以及动态计算得出的减速度。

基于卫星的系统

利用卫星进行定位的列车采用额外的车载设备,将其当前位置传输至交通控制中心。利用卫星进行定位的列车采用额外的车载设备,将其当前位置传输至交通控制中心。

说起 ETCS 程序,常常会提到的一个关键点就是列 车进行相应装备的成本。考虑到市场对于低成本的 连续列车探测系统日益增长的需求,欧盟推动实施了 SATLOC 等研究项目。这是一种基于全球卫星导航系 统 (Globalen Navigationssatellitensystem, GNSS) 和公共移动网络的列车定位解决方案,专门针对具备 简化式运营条件的路线开发而成或将进行开发。此类 系统将 ETCS 中已知的无线闭塞中心 (Radio Block Centre,RBC) 和控制中心整合为一个交通控制中心 (Traffic Control Centre,TCC)。

轨道车辆借助于 GNSS、里程表和应答器进行自 身定位,并通过公共移动网络向运营中心传输相关数 据。此列车探测系统和信号技术装置在很大程度上已 经过时。通信则是通过带有双 SIM 卡的移动调制解 调器进行,可使用两个网络,从而提高了可用性。

目前已在条件良好的检测路段上成功完成了车 辆运行,该路段可借助卫星检测轨道车辆且通过 无线网络进行通信。该系统符合欧洲铁路交通管理 系统 (European Rail Traffic Management System, ERTMS) 的要求,并支持所需的 ETCS 模式和 ETCS 报文。

“列车集成安全卫星系统”3InSat 也起到了减少轨旁 组件的作用。例如通过使用 SatNav 和 SatCom 可省 去大部分实物应答器。取而代之的是一个基于卫星且 可集成到 ERTMS 系统中的列车追踪解决方案。因而 此系统对于郊区列车、区间列车以及货运线路之类流 量较少的线路而言更具价格优势。

从 2017 年维也纳车轮探测论坛上 Ansaldo STS 的相关展示中可感受到这些方法所带来的进步。

通过 5G 无线网络实现车-车通信

性能强大的无线网络采用 5G 标准,可实现列车之间的联网。性能强大的无线网络采用 5G 标准,可实现列车之间的联网。

5G 是针对新市场新要求的新型移动标准。该标准的 目标是能够使用比 4G 等旧标准更高的频率范围,等 待时间少于 1 毫秒,与机器和设备兼容并降低每比特 传输的能耗。

密切关联的原则使通信网络中的单个点能与多个 点甚至所有其他可用点同时相连。由此也可在行驶 中的列车之间建立起高效连接。从而将速度、位 置和加速度等信息传递给下一辆列车。这就为上述 ETCS 3 级的移动区段方法带来了其他的选择,例如 用在流量较大的高速路段上。

此外还能有效提供关于潜在危险源的数据。通过 车-X 通信(即列车与任意对象的通信)获取并直接 传输这些数据。以此使行驶状态和运营得到总体显著 优化。

引入 5G 的最大挑战在于提高数据吞吐量、减少等 待时间(对于铁路领域尤为重要)以及实现最大程度 的可用性和安全性。

光纤技术

基于光纤技术的列车探测系统可将列车的改装费用降到最低。基于光纤技术的列车探测系统可将列车的改装费用降到最低。

与上述以减少轨旁组件为目标的解决方案不同,基 于光纤技术的系统旨在将轨道车辆的改装费用降到最 低。轨道车辆的产地、结构类型和技术装备不对检测 过程产生任何影响,因为是完全依靠沿轨道敷设的光 缆来实现探测。在此过程中仅须向光缆中的一根光纤 发射激光脉冲。脉冲的光会在光纤内进行多点反射, 相应反射情况由发射单元进行采集。

光纤遇到振动波或声波时,反射光会发生轻微变 化。由此便产生一个可通过相应算法进行分析并对 应一个具体位置的特定事件的声学特征。以此种方法 沿所监控路段对轨道车辆进行探测时可获取到大量信 息。既可将连续列车探测所需的系统和组件数目降至 最低,同时又大幅提升了运行效率和互通性。

结语

上文所述的每一种方法都拥有作为单一解决方案或 与其他技术组合来提升特定路段上列车追踪频率的 潜力。根据其特性和成本各种方案分别适用于不同 区段,例如货运通道、高流量线路或低交通量的支 线。

尤其是在敏感区域周边,例如平交道口处或多条 轨道彼此相邻的车站内,还要必须注意上述所有可 选方法的不同点。依据现行标准,这一点与安全性 密切相关。同样地,冗余、精确度和可用性方面的 要求也必须满足。所以新型列车探测系统的开发还 面临着一系列挑战。

但与此同时,随着数字化程度的日益提升,铁路 行业目前已经取得了明显进步。其动力也来自于铁 路行业以外,例如通过新途径采集数据和进行传输 数据。

由于问题存在多变性和多样性,运营商和系统集 成商未来将面临着严峻的考验。他们必须在安全标 准和经济性的双重压力下,有针对性地利用好各种 解决方案(采用 ETCS 时的各种扩展等级)的优缺 点。进而可根据个性化的要求、实际或计划的列车 频次、轨道基础设施的情况和状态、地理条件和其 他标准来决定哪种方法最为适用。

未来组件制造商、系统集成商和铁路运营商之间 的密切合作将起到前所未有的重要作用。唯有如此 才能成功应对来自技术可行性、统一性要求和个性 化参数这三方面的复杂挑战。

Franz Pointner

Franz Pointner

07.03.2018

技术

378 字

阅读所需3分钟

列车探测:简要概述 列车探测:简要概述 列车探测:简要概述 列车探测:简要概述 列车探测:简要概述 列车探测:简要概述 列车探测:简要概述

相关文章

系统间 如何通信

技术

系统间 如何通信

Stefan Lugschitz | 29.06.2017 | 173 字 | 阅读所需2分钟

功能需要通信: 接口用于优化铁路基础设施组件间的联网。

阅读更多
技术组合 带来更多 信息

技术

技术组合 带来更多 信息

Mayank Tripathi | 27.06.2017 | 179 字 | 阅读所需2分钟

智能组合带来真正的附加价值: 分布式声学传感技术 (DAS)与计轴系统和感应式车轮传感器组合使用时,将为铁路应用提供有价值的信息。

阅读更多
“遵循协议”

应用

“遵循协议”

Fabian Schwarz | 28.06.2017 | 101 字 | 阅读所需1分钟

铁路应用日趋复杂。福豪盛产品经理 Melanie Kleinpötzl 在采访中介绍了,功能强大的软件 协议如何确保系统间的顺畅通信。

阅读更多
列车探测: 实时定位

应用

列车探测: 实时定位

Mayank Tripathi | 03.09.2016 | 65 字 | 阅读所需1分钟

福豪盛追踪解决方案 FTS 提供了一个用于列车探测的 成套系统,可为列车和运行管理带来前所未有的应用 方式和思路。

阅读更多