TACS(基於車車通信的列車自主運行系統)

TACS是“基於車車通信的列車自主運行系統“的簡稱，是指列車基於運行計畫和實時位置實現自主資源管理並進行主動間隔防護的信號系統，該系統以車地聯鎖和車車協同的方式達成更安全、更高效、更經濟的目標。

“車車通信”作為“基於車車通信的列車自主運行系統（TACS）”的俗稱，簡潔易記，但也容易讓人望文生義，被誤解為列車與列車在物理層進行直接通信的系統，或是僅由列車來進行運行控制的系統。

基本介紹

• 中文名：基於車車通信的列車自主運行系統 
• 外文名：Train Autonomous Circumambulate System  
• 適用領域：軌道交通列車控制
• 所屬學科：列控系統(列控系統)、鐵路信號

背景介紹

TACS是軌道交通對更高效、更靈活和更經濟的控制系統不懈追求的結果。對今天的軌道交通而言：

(1)社會發展帶來了更大的運能需求，超強度運營已越來越成為常態，在制約運量的各種因素中，列控系統是其中一個很重要的因素。更高效的列控系統可以縮短運行間隔、提高旅行速度，在保證運營安全的前提下提升運能，緩解運能和運量的矛盾。

(2)城市的發展增加了通勤距離，使得軌交網路的規模和複雜度逐年遞增。由複雜網路難以預測的客流、和設備故障給網路帶來的擾動對運營組織提出了越來越高的要求，使得各種超常規運營成為了常態，要求城市軌道交通具備更靈活的運營能力，如支持潮汐通勤客流對靈活編組、快慢混行的需求，突發客流對任意站穿梭、編隊運行的需求，突發故障對任意點折返的需求等。

(3)隨著城市軌道交通網路規模的擴大，建設、運營、維護和改造升級的成本隨之攀升，另一方面國民生活水平的提升又進一步加劇了成本支出，給未來城市軌道交通建設和運營帶來了更重的負擔。要提供可持續、綠色經濟出行服務，就需要系統支持更經濟地運營，減少建設投入、降低運營和維護成本、簡化改造升級難度，為城市軌道交通發展提供更好保障。

關鍵特徵

(1)自主資源管理是指車載信號子系統基於ATS下發的運行計畫，根據列車當前位置生成運行任務，自主計算對軌旁資源的需求，擇機向軌旁資源管理子系統申請，獲得分配後鎖定並使用，使用後主動及時釋放資源。如圖所示，ATS向車載信號子系統傳送運行計畫後，車載信號子系統自主計算所需的軌旁資源，並根據資源需求的緊急程度向軌旁控制器申請。資源一旦被分配給某列車，將不能再被其它列車所使用，直到獲得資源的車載信號子系統使用完畢或不再使用後，資源才能被釋放。資源管理的全過程控制流採用單一路徑，避免了以前多頭管理的問題。

(2)主動間隔防護是指車載信號子系統基於自身的運行任務和當前位置，主動與所有相鄰列車互動信息，並根據互動信息自主更新移動授權及控車曲線。如圖所示，列車自主運行系統實現列車A與列車B之間信息的直接互動，增強了列車間隔防護的實時性，“車車通信”也由此得名。

技術特點

(1)安全平台最佳化(Powerful Platform)是車車通信的物質基礎。無論是自主資源管理還是主動間隔防護都需要更強勁可靠的軟硬體安全平台的支持，否則都只是空中樓閣。

(2)系統架構簡化(Simple System)是系統實時性、可靠性和經濟性的保障。傳統的信號系統數據流互動路徑複雜、安全控制信息更新慢，系統運行效率受到了制約。“車車通信”精簡系統架構，縮短數據鏈的長度，使得系統扁平化、設備簡約化。

(3)資源管理細化（Refined Resource）是整個系統的靈魂所在。傳統信號系統中線路和道岔資源打包管理的方式，空間利用率低；間隔防護由軌旁統一收集計算後再提供給車載，時間利用率低。車車通信對列車和線路的資源從時間和空間維度進行更加精細化地管控，使用更加安全高效。

功能性能分析

TACS以其獨有的技術特徵相對既有信號系統有著更好的功能和性能上的表現，在應對軌道交通發展帶來的機遇和挑戰方面也有著更多的優勢。

（1） 更加精細地管理軌旁的線路和道岔資源，可以在同等線路配置的條件下運行更多的列車，以縮短列車運行間隔的方式實現了資源在單位空間內的利用效率。更多的運行的列車帶來的運能增長可以減少因此而需要建設的新線投資；同時列車運行間隔的縮短可以使得以“小編組高密度”方式替代“以長大編組”方式解決運能問題成為可能，進而可以縮短列車編組、減少站台的長度及由此帶來的相關機電設備的投入；更精細的資源管理還可以使得列車安全防護距離得以縮短，相應減少這部分的土建投資。因此更精細的資源管理對於既有線而言可以有效提升線路的運能，對於線網規劃和新線建設可以提升其經濟性。

（2） 去中心化的設計可以避免因單個設備故障對運營帶來的大面積的影響，提高了系統的可用性，降低了因系統故障對運營帶來的影響。同時，去中以化的設計可以使軌旁資源的集中化管理變為直接交易，降低了資源交易的成本，提升了資源在單位時間內的利用效率。TACS系統以去中心化的“車車通信”（此處“車車通信”應理解為列車之間的直接信息互動，類似於兩部手機之間的通話，並非“列車之間無線連線的直接建立”）實現了車車的協同控制，減少了因軌旁中轉帶來的時間損失。資源在單位時間內利用效率的提高，可以使得列車間的追蹤間隔更加小，提升了系統的運能；TACS系統通過列車之間位置和牽引制動狀態的實時互動，有效地提高了能饋制動的利用率，降低了能耗指標，使軌道交通更加綠色節能。

（3） 精簡系統架構和信息流路徑來提升系統的實時性，使得系統的反應更加靈敏，列車緊急制動的觸發時間可由CBTC標準中定義的0.75秒[10]縮短到0.5秒,更快的回響緊急情況，更加及時地觸發安全防護；對於ATO系統而言，系統更加實時使得列車的旅行速度可得到進一步的提升，節約由此需購置的列車數，減少列車的空駛里程；系統架構的精簡還可以減少設備的種類和數量，減少維護工作量，降低全壽命周期的運維成本。

（4） 將車載控制和軌旁控制進行解耦的實現方式，可以使得系統有更好的兼容性和易部署性。傳統系統和軌旁緊密關聯，軌旁的延伸或不同類型列車的加入運行，需要進行全系統數據的更新，兼容性和易部署性差。軌旁和車載的解耦將有利於車載和軌旁的分開部署，同時結合去中心化的設計使得線路延伸、增加不同類型的列車及系統的改造升級簡單化，易於部署；解耦後系統更容易實現多種制式的融合，增加了系統的兼容性；解耦後的去中心化將方便系統未來根據需要朝著邊緣計算或雲化的方向演進，為未來的更新一代信號系統疊代提供了條件。