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IT|“北斗”和5G助力 高铁列车的“超级大脑”究竟有多聪明？

中国国家铁路集团有限公司日前颁布《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，明确提出到2035年，率先完成智能化铁路网，全国铁路网长度将达到20万公里左右，其中高铁占据7万公里左右；高铁列车将拥有基于北斗卫星导航系统、5G通信技术的空天地一体化的“超级大脑” 。
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如今列车运行间隔是怎样控制的
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，才能保证必要的安全 。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要求更加严格 。
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 。“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 。当列车在闭塞分区运行时，车辆后端的信号机变红，说明这个区间段落有车占用，后面的列车就要提高警惕了，不能冒进，只有运行前方的信号显示绿色，才能全速行驶 。
如今，无论客货混运铁路，还是高速铁路，绝大多数采用的都是“自动闭塞系统” 。值得一提的是，“自动闭塞分区”一旦划分完毕，是不能随便改变的，也就是说自动闭塞分区是固定的，这和后面讲述的“移动闭塞”完全不同 。
简单来说，固定的自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、轨道继电器到达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，指示区间空闲；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，提醒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化来操控列车 。到了高铁时代，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应，必须采用先进的列车运行控制系统才能保证安全 。顾名思义，列控系统就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 。
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“超级大脑”可大大缩短前后两车的发车间隔
固定的自动闭塞通过轨道电路划分区间，“超级大脑”的关键元器件——无线移动闭塞则是通过无线通信技术划分不固定的移动区间，这是二者本质的区别，并且移动闭塞对通信技术和定位技术要求更高 。
在传统的固定自动闭塞方式下，系统无法知道列车在分区内的具体位置，因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界 。为充分保证安全，必须在两列车间增加一个防护区段，这使得列车间的安全间隔较大，大大降低了线路的使用效率 。
无线移动闭塞技术则在对列车的安全间隔控制上更前进了一步，其信息传递、列车定位、列车完整性检查等功能，不再依赖地面轨道电路，从而大幅度减少轨道旁边安装的设备数量 。无线移动闭塞的车载设备子系统，利用速度传感器、雷达、光电传感器对列车进行速度和距离的测量，并结合地面应答器对列车位置进行校正，能够连续、自动地对列车位置进行检测，保证系统对列车速度以及行车间隔的安全防护 。
如此一来，无线移动闭塞系统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，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”运输组织目标，大大缩短前后两车的发车间隔，从而极大地提高了线路的使用效率 。
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“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 。要完成这一艰巨任务，离不开“北斗”导航和5G技术 。
方兴未艾的5G通信技术，既是智能化时代必不可少的基础设施，也是智能化时代的标志性技术，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 。


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