前言
磁浮列车运行控制系统（Maglev Automatic Train Control System，以下简称MATC）是近年来在国内兴起的新型轨道交通系统，具有爬坡能力强、转弯半径小、无污染、能适合城市各种复杂地形的特点。同时，由于磁浮列车全线高架运行，城市征地费用少。由于这些显著的特点，磁浮列车具有广阔的发展前景，必将在我国城市轨道交通中发挥重要的作用。
1 磁浮列车运行控制系统子系统划分及其功能
磁浮列车运行控制系统按功能分为列车自动监控子系统ATS、列车超速防护子系统ATP以及列车自动运行子系统ATO。子系统之间通过先进的计算机技术、网络技术以及通信技术，完成保证行车安全、提高综合运营效率、缩短行车间隔、促进管理现代化和提高服务质量的功能。各个子系统采用校核冗余的安全计算机系统，确保故障导向安全的原则。MATC系统结构如图1：
1.1 列车自动监控（ATS）子系统
ATS负责对全线列车的运营管理、列车状态监测，主要实现以下功能：
1）MATC系统的上层管理功能；
2)监督、控制、管理列车间的有效运行；
3)运行图编辑与维护功能；
4)与其它系统如PIS的接口。
ATS子系统是一个分布式的计算机监控系统，分布于系统管理中心、设备集中站等，包含与计算机联锁和ATP/ATO子系统接口部分的设备以及监控全线列车运行以及与发车指示和旅客信息系统接口的必要设备。
1.2 列车超速防护（ATP）子系统
列车超速防护子系统主要实现以下功能：
1）对列车运行安全负责，是整个MATC系统的安全核心；
2）负责列车间的安全间隔与超速防护；
3）配合轨旁设备实现列车速度的测量；
4）在配有站台门时，还负责车门和站台门的联锁关系。
ATP子系统的关键设备是交叉感应环线和车载设备，为了保证安全、可靠的车地双向通信和列车定位以及子系统的独立和完整性，增加了用以车站控制和交叉感应环线ATP编码的VCC（计算机联锁和列车控制编码），ATP子系统包括VCC、车地通信系统、车载ATP设备。
1.3 列车自动运行（ATO）子系统
列车自动运行子系统主要实现以下功能：
1）负责调整列车的运行，如加速、减速、惰行和到站的定点停车；
2）保证到站停车位的精确度；
3）优化列车运行曲线，为旅客提供优质服务。
ATO子系统由多个智能单元通过总线构成，包括人机界面、主机单元、测速测距单元、通信板、输入输出单元、车地通信单元以及电源单元。
2 磁浮列车车地通信系统
磁浮列车由于浮在轨道上方，传统的基于轨道电路传输列车信息的方式已不复存在，只能通过交叉感应环线、裂纹波导管、漏泄电缆以及无线的方式实现列车定位、测速以及车地间信息的双向传输，使控制中心子系统可以得到每一列车连续的位置信息和列车其它运行信息，并据此计算出每一列车的运行权限，并动态更新，发送给列车。列车根据接收到的运行权限和自身的运行状态计算出列车运行的速度曲线，车载设备保证列车在该速度曲线下运行。可用到的列车定位技术有：应答器（信标）、卫星定位（GPS）、无线定位、环线（交叉）定位辅之以车载测速传感器。
在所有的车地通信系统中，基于交叉感应环线传输信息的列车控制方式比较成熟，在加拿大、温哥华等多条轻轨列车线路上都得到了广泛的应用。但是，需要做一些工作，才能应用于磁浮列车运行控制系统中。
应用交叉感应环线通信定位装置构成的列车运行控制系统采用的是“移动闭塞”技术，利用交叉感应环线完成列车和地面信号设备间的双向数据通信。地面信号设备可以得到每一列车连续的位置信息，并据此计算出每一列车的运行权限，动态更新并发送给列车，列车根据收到的运行权限和自身的状态信息，计算出列车运行的速度曲线，实现列车的安全防护。
2.1 感应环线提供列车与地面信号设备的通信
感应环线按照一定间隔（间隔的最短长度以不影响信号传输为原则）沿轨道铺设，感应环线通信单元直接与地面信号设备相连，它记录了速度限制、列车位置、列车速度、发车间隔等信息。车载感应环线通信单元与车载设备控制器相连，使用频率键控(FSK)方式调制，使用相干解调，施工方便、安装维护简单，占用空间小，不影响现场外观，不改变现场设备。
通过感应通信方式实现列车与地面间的双向通信，列车在线路中的位置需要列车通过车载里程仪（借助环线的交叉点同步）测量后经环线通信单元发送给地面信号设备，地面信号设备再将这一信息转发给后续列车，后续列车知道了前行列车的位置，可根据事先定义的安全行车原则，保持行车间距，实现移动闭塞。
当列车经过环线区段时，环线通信单元向列车发送环线识别码，公里标存贮于车载设备，通过环线识别码和公里标的对应关系，实现列车的粗定位，通过交叉点信号反向的特点，实现相对定位功能。另外，可采用地面应答器实现绝对定位功能，列车底部装有车载测速传感器，利用其经过固定间距的钢枕实现测速功能，车地通信系统通过精确的定位和测速系统为地面信号设备提供列车速度及位置信息，实现列车的自动运行和超速防护。
2.2 磁浮列车车地通信完整性保证
基于通信的磁浮列车运行控制系统要有准确而可靠的数据通信，为保证数据通信的准确性和可靠性，应该采用必要的通信数据处理技术，用来确认车载、轨旁、车站控制器、列车控制中心VCC和系统管理中心之间通信的完整性。
1）在交叉感应环线上所传输的数据伴有冗余位，通过在所有包含跟列车运行有关的安全信息的数据流中使用循环冗余校核（CRC），以保证被电磁干扰破坏的数据不被接收；
2）传输的数据被周期性更新，由系统管理中心传输到区域控制中心、车站控制器、轨旁和车载设备的命令通过每个新报文进行更新或者确认；
3）各个子系统对收到的数据要进行合理性和一致性校核，子系统根据先前的报文、报文格式和设计限制将接收到的数据和预期值相比较。
3 国外典型的可应用于磁浮列车的运行控制系统
3.1 日本HSST运控系统
日本中低速磁浮列车被称为HSST（High Speed Surface Transport）系列磁浮列车，代表其最高水平的磁浮列车是HSST100L型。HSST磁浮列车运行速度在100km/h左右。
HSST的定位方式采用交叉感应环线。交叉感应环线敷设在轨道中间的轨枕上。在磁浮列车底架上、正对交叉感应环线上方安装有用于定位的信号接收探头，车上还设有通过交叉感应环线与地面设备进行数据通信的天线。磁浮列车可以实现无人驾驶，完全由地面控制中心操作磁浮列车运行。同时，车上还设有操作台，可由车上司机操作磁浮列车运行。
HSST的悬浮牵引技术与德国TR技术不同，HSST的牵引电机是短定子直线电机，电机定子安装在车上，牵引功率的转换和控制是在车上实现的；而TR系列磁浮列车采用长定子直线同步电机，定子铁芯和绕组沿轨道分段布置。因此HSST运控系统与TR运控系统在控制原理方面有一定的差异。
3.2 阿尔卡特公司移动闭塞系统
阿尔卡特移动闭塞系统采用感应环线作为列车定位和车地通信的传输媒介，环线敷设于轨道梁中央。l根感应环线敷设100米线路，交叉4 次。l套发送设备能接2根感应环线，覆盖线路200米。
阿尔卡特移动闭塞系统实现高度集成化、模块化设计，将列车控制系统中的ATP联锁在中央实行集中控制。
阿尔卡特移动闭塞系统实现大容量的车/地—地/车双向实时通信，车——地通信56KHz/600Baud时，车——地电报83bit长(有效信息位70bit)；地—车通信36KHz/1200Baud时，地——车电报46bit长 (有效信息位30bit)。
主要设备包括Lan总线构成的中央局域网，接点上设置交通控制计算机、控制和操作模块、高度集成化的集中控制联锁中心、主任调度台、助理调度台、模拟显示屏、维修终端及其它外围设备。
轨旁及地面设备包括单元控制模块、环线匹配单元、环线等。
车载设备包括车载ATP/AT0设备、车辆控制接口、天线、测速传感器等。
此系统可以实现车地信息的连续传输，但没有应用于磁浮交通的实例，另外，其定位的精度能否适用于TR磁浮交通系统尚待进一步研究。
3.3 美国GE公司的增强型列控系统
美国GE公司的增强型列控系统利用增强定位报告系统(EPLRS)的扩频通信技术实现列车的无线定位和控制。该系统主要由车站控制设备、轨旁RF网和车载设备组成。
车站设备包括车站计算机(SC)、车站计算机联锁（CI）、车站ATO、中心控制和安全型逻辑控制其设备（VHLC）等。
轨旁RF网是沟通列车和车站计算机的通信链路。所有电台的硬件结构都是一样的。轨旁RF网由轨旁电台(WRS)、车站电台(SRS)和车载电台(VRS)构成，电台设备都采用双重冗余结构。
每列车都配备有车载电台(VRS)、一对先进的列车控制系统（AATC）与列车接口控制器(ATIC)和车载ATC(VATC)。VATC执行车载ATO、ATP和ATS功能，VRS负责通过RF网与车站计算机通信，ATIC提供VRS和VATC及列车另端ATIC的接口。
每列车都装备信标接收器，以便读取站台信标。这些信标和信标接收器提供准确的位置信息，实现车站精确停车。
此方案的优点是轨道上不需布置设备，设备安装相对易于实现，而且扩频通信技术抗干扰能力强，信息容量大；缺点是无磁浮交通方面的经验，在控制原理、控制对象以及控制算法等方面均需进一步深入研究。
我国已经掌握了中低速磁浮列车悬浮、控制、导向等关键技术，由国防科大磁浮中心牵头研制的磁浮列车已经在试验线上往返数千公里，积累了宝贵的经验，取得了可靠的试验数据，今后应加大科研力度，对磁浮列车运行控制系统以及道岔控制、接口电路进行深入的研究，为我国常导中低速磁浮列车走向产业化铺平道路。
参考文献
[1] 国防科技大学.中低速磁浮列车运行控制系统技术要求.长沙.2005.
[2] 国防科技大学.磁悬浮列车运行控制系统技术方案.长沙.2005.
[3] 北京全路通信信号研究设计院.MATC系统方案.北京.2005.
[4] 北京城建设计研究总院.地铁设计规范.北京.中国计划出版社.2003.
