现代电子技术
Modern Electronics Technique
2023年9月1日第46卷第17期
Sep. 2023Vol. 46 No. 17
0 引 言
对于地铁列车编队组织而言，其在全周期运行过程中能否得到有效控制，决定了整个列车编队的运行安全性[1]。融合预测控制和SQP 算法的地铁列车编队运行控制系统[2]利用以T2T 和T2G 通信体系为核心的控制框架
对编队组织的运行速率进行调节，可以在妥善安排列车追踪目标的同时，求解地铁列车的周期性间隔。双套冗余异构列车运行控制系统[3]主要通过建模计算的方式，统计地铁列车的时间周期性间隔与距离周期性间隔，再借助Petri 运行设备，分析所得求解结果的可行性。然而上述两类应用系统受站间隔等因素的影响较大，导致其控制精确度有待进一步优化。
对于地铁列车监控中心设备而言，以无线传输体系建立宽带连接
作为宽带信息的传输介质[4]，既可以统一数据样本的目
宽带无线信息传输下地铁列车编队
全周期运行控制系统
周娟华
（天津大学， 天津 300072）
摘 要： 在站间隔的影响下地铁列车编队控制信号传输时延增大，为精准控制地铁列车的周期性间隔，提升列车编队的运行安全性，在宽带无线信息传输下设计地铁列车编队全周期运行控制系统。分别从车载设备、轨旁设备两个方面，完善运行控制系统的基础应用部件。联合宽带无线信息传输技术，对中控主机捕捉到的地铁列车信号进行编码。求解到站追踪间隔、出站追踪间隔与咽喉区长度，并以此为基础，实现地铁列车编队的全周期控制。联合优化后的应用部件，实现地铁列车编队全周期运行控制优化。实验结果表明：设计系统应用后，地铁列车的时间周期性间隔被控制在4~6 min ，距离周期性间隔始终大于400 m ，符合列车编队的安全运行标准。
关键词： 无线信息； 宽带传输； 地铁列车编队； 全周期运行； 设备部件； 列车信号； 追踪间隔； 咽喉区
中图分类号： TN99⁃34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X （2023）17⁃0025⁃04
Full⁃cycle operation control system of metro train formation under
broadband wireless information transmission
ZHOU Juanhua
(Tianjin University, Tianjin 300072, China)
Abstract ： Under the influence of station spacing, the transmission delay of subway train formation control signal increases. In order to accurately control the periodic interval of subway trains and improve the operation safety of train formation, the sub⁃way train formation full⁃cycle operation control system is designed under the broadband wireless information transmission. The ba⁃sic application components of the operation control system is improved in the aspects of on⁃board equipment and trackside equip⁃
ment. The subway train signal captured by the central control host is coded in combination with broadband wireless information
transmission technology. The arrival tracking interval, departure tracking interval and station throat section length are solved. On this basis, the full⁃cycle control of metro train formation is realized. The full⁃cycle operation control optimization of subway train formation is realized in combination with the optimized application components. The experimental results show that the time peri⁃odic interval of metro trains is kept within 4~6 min, and the distance periodic interval is always greater than 400 m after the ap⁃
plication of the designed system. Therefore, it conforms to the safe operation standard of train formation.Keywords ： wireless information; broadband transmission; metro train formation; full⁃cycle operation; equipment component;
train signal; tracking interval; station throat section
DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.17.005
引用格式：周娟华.宽带无线信息传输下地铁列车编队全周期运行控制系统[J].现代电子技术，2023，46（17）：25⁃28.
收稿日期：2023⁃02⁃02 修回日期：2023⁃02⁃28
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的地节点，也能够屏蔽其他信道组织对信息参量造成的
影响。因此，搭建宽带无线信息传输下的地铁列车编队全周期运行控制系统，并设计对比实验以验证该系统的实用性价值。
1 运行控制系统应用部件设计
1.1 车载设备
车载设备搭载于地铁列车上，可以借助配电箱提供
的电量信号，统计列车编队在全周期运行过程中产生的不同信号，并能够将所得信号参量经由调理设备反馈至下级执行单元中。具体的车载设备组成结构如图1
所示。
图1 车载设备组成结构
供电单元、主设备单元同时处于车载设备中部，向上接收传感器单元输出的时间信号、距离信号与通信信号参量[5]
，向下与执行单元建立连接关系，从而使得宽带无线信息在地铁列车编队全周期运行控制系统中保持流畅的传输状态。1.2 轨旁设备
在地铁列车编队全周期运行控制系统中，轨旁设备
的主机单元由DMA 芯片、STM32芯片、AFBR 芯片三个应用结构组成，能够接收上级主机输出的轨道信息及其他信息样本。完整的轨旁设备连接结构如图2
所示。
图2 轨旁设备连接结构
车载设备、轨旁设备之间的数据传输行为直接影响设计系统的运行能力[6]，因此在地面控制所处位置保持不变的情况下，轨旁设备运行状态必须始终保持稳定。
2 地铁列车宽带无线信息传输信号编码
在地铁列车运行过程中，车载设备、轨旁设备之间的数据传输按照宽带无线信息传输技术进行编码与解码处理[7]。
定义s 为无线传输信道中一个随机选取的宽带信
息编码参数，
δ表示带宽，D ˉ表示信息传输样本的累积均值，
β表示无线传输系数，ΔG 表示设计系统在单位时间内接收的信息样本总量，f 表示编码系数。联立上述物理量，可将s 参数条件下的信号样本取值结果表示为公式（1），并在此基础上推导基于宽带无线信息传输技术的地铁列车信号编码条件，见公式（2）。
A s
=
（1）
H =
∑α=1
s α()s -1⋅A s
∑α=1
s
1
1+2+⋯+α
（2）
式中α表示地铁列车编队全周期运行信息的实时传输
参量。控制系统接收地铁列车信号时，按照公式（2）对所得数据样本进行编码。
3 地铁列车编队的全周期控制
3.1 到站追踪间隔
独立计算到站追踪间隔时，要求前一列地铁列车在
侧线内部的行驶速度必须小于道岔限速[8]，且在前车状态由行驶转化为停止或由停止转化为行驶的瞬时过程中，后一列地铁列车不可以进入道岔区段。设g 表示追踪参量，联立公式（2）对设计系统的到站追踪间隔进行计算：
L =j ˉ 2-ϕ×||
|
|||f ×k g （3）
式中：
f 表示地铁列车编队信号的追踪权限；k 表示信号样本在全周期时段内的运行参数；
ϕ表示基于宽带无线信息传输技术所选取的列车编队信号辨别系数；
j ˉ表示列车编队信号转换参量。3.2 出站追踪间隔
由于出站追踪的过程中不需考虑编队内部地铁列
车在道岔区段内的行驶速度[9]，所以待后行列车输出开放信号后，前行列车可以直接由停止转化为行进状态。
对于设计系统的出站追踪间隔的求解满足如下表达式：
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M =λ||ΔB -Z c 2
n 2v
ˉ（4）式中：ΔB 表示后行列车在单位时间内输出的开放信号总量；λ表示开放信号输出参数；Z 表示地铁列车在道岔区段内接收到的信号特征；
c n 表示n 个不为零也不相等的地铁列车编队全周期运行参量；
v ˉ表示出站追踪过程中的地铁列车行驶速率均值。3.3 咽喉区长度
咽喉区是由到（出）站追踪间隔及安全运行距离共
同组成的地铁列车编队区域，其取值长度影响系统主机对地铁列车编队全周期运行状态的控制能力。
设e 表示地铁列车编队中的咽喉区计数参量，ΔT 表示全周期运行时长[10]，
μ表示基于宽带无线信息传输技术所选取的列车编队控制参数，κ表示咽喉区，R 表示后行列车、前行列车之间的运行映射，
U 表示地铁列车的安全运行距离。联立公式（4），可将咽喉区长度表示为：
I =L ×
μ×M |
|ΔT κ×R
+eU （5）
为避免因咽喉区过长而对控制系统的运行精确度造成影响，在对运行映射进行取值时，要求前行、后行列车安全运行距离必须相等。
4 实验分析
4.1 原理详解与步骤
选择两个单节车厢长度为25 m ，编队长度为200 m ，
由8节车厢组成的地铁列车编队作为实验对象，按照图3所示原理，将设计系统作为实验组，文献[2]系统和文献[3]系统作为对照a 组和对照b
组进行对比实验。
图3 实验原理详解图
令第一编队的地铁列车先开始行驶，待其到达中间位置后，令第二编队的地铁列车开始行驶，当第一编队列车到达停车站台后，记录当前时刻与第二编队列车与前车的距离。当第二编队地铁列车到达停车站台后，在此记录当前时刻，并将其与第一层次记录所得时刻进行对比。
4.2 距离周期性间隔
地铁运行网络规定：距离周期性间隔大于2倍列车
编队长度时，地铁列车的运行才符合安全运行标准。图4反映了实验组、对照组距离周期性间隔的具体实验
数值。
图4 地铁列车的距离周期性间隔
分析图4可知，实验组地铁列车距离周期性间隔始终大于2倍列车编队长度；对照a 组距离周期性间隔只有在第7次实验时，大于2倍列车编队长度；对照b 组距离周期性间隔只有在第5次实验时，大于2倍列车编队长度，其他对照组实验数值均远小于实验组。4.3 时间周期性间隔
就现有运行情况来看，地铁列车的时间周期性间隔
约为4~6 min ，因此在所选系统的控制作用下，若第一、第二列车编队之间的时间周期性间隔处于上述数值范围之内，则表示所选系统对地铁列车编队的控制能力较强，当前运行状态符合安全运行标准。表1记录了实验组、对照组系统作用下地铁列车时间周期性间隔的数值变化情况。
表1 地铁列车的时间周期性间隔 min
实验次数
12345678
理想值4.75.25.14.94.65.05.84.5
实验组4.95.35.54.65.84.75.15.2
对照a 组5.05.84.96.36.15.74.26.5
对照b 组6.66.75.45.56.24.94.13.8
分析表1可知，实验组地铁列车时间周期性间隔的最大值为5.8 min ，最小值为4.6 min ，始终处于4~6
min 的数值区间之内；对照a 组地铁列车时间周期性间隔最大值为6.5 min ，超过理想周期性间隔最大值5.8 min ；
周娟华：宽带无线信息传输下地铁列车编队全周期运行控制系统27
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对照b组地铁列车时间周期性间隔最大值为6.7 min，最小值为3.8 min，均不属于4~6 min的数值区间。
5 结语
新型地铁列车编队全周期运行控制系统遵循宽带无线信息传输技术，对车载设备、轨旁设备的连接状态进行设置，又联合地铁列车信号编码表达式，求解到站追踪间隔、出站追踪间隔、咽喉区长度的取值范围。测试结果表明，本文设计系统的应用可以精准控制地铁列车的周期性间隔，提升列车编队的运行安全性，在实用性方面具有较高的应用价值。
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作者简介：周娟华（1980—），女，广东惠来人，硕士研究生，研究方向为城市轨道交通。28
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