ZPW-2000 軌道電路信息傳輸仿真設(shè)計

熊 平，劉 奇

0 引言

目前，國內(nèi)鐵路正處于高速發(fā)展時期，對鐵路設(shè)備的安全性、效率等要求也越來越高，特別是列車控制（下文簡稱列控）系統(tǒng)，為了保證鐵路運輸?shù)陌踩咝Ъ笆孢m，近年來運輸設(shè)備正不斷更新?lián)Q代以適應(yīng)新的需求。

列控系統(tǒng)通過地面子系統(tǒng)向車載子系統(tǒng)傳輸信息，并由列控中心根據(jù)信息產(chǎn)生命令控制列車安全運行。所以，車-地之間的信息傳輸對鐵路運輸作業(yè)的安全及效率至關(guān)重要。CTCS-2 級列控系統(tǒng)采用ZPW-2000 軌道電路作為列車占用、出清的檢查和地面控車信息的傳輸設(shè)備。因此通過計算機仿真技術(shù)對CTCS-2 級列控系統(tǒng)ZPW-2000 軌道電路信息傳輸過程進行仿真模擬，其研究成果有助于鐵路研究及設(shè)計部門對信息傳輸技術(shù)的開發(fā)，也可用于現(xiàn)場培訓(xùn)。

1 ZPW-2000 軌道電路碼序分析

列車在區(qū)間運行時，ZPW-2000 軌道電路碼序根據(jù)前方閉塞分區(qū)的數(shù)量會不斷變化。主要有區(qū)間無車占用、1 輛車占用、2 輛車占用及多輛車占用等情況，下面列舉前3 種情況進行分析。

（1）當(dāng)區(qū)段無車占用時，站內(nèi)區(qū)段信息碼均為“H”，以下行線為例，區(qū)間的碼序固定為HU-ULU-L-L2-L3-L4-L5。

（2）當(dāng)區(qū)段有列車運行，且列車A 前方?jīng)]有其他列車B 時，列車所在區(qū)段碼序為當(dāng)前軌道電路碼序，并表示出空閑數(shù)量，把信息傳遞給車載設(shè)備。

（3）當(dāng)區(qū)段有列車運行，且列車A 前方有列車B 運行時，即2 列列車在區(qū)間追蹤運行，碼序?qū)⑦M行調(diào)整。

在第3 種情況下，又存在3 種狀態(tài)：列車A、列車B 均只占用一個閉塞分區(qū)，列車A 的當(dāng)前碼序為L，表示前方有3 個閉塞區(qū)段空閑；列車A 占用2 個閉塞分區(qū)，列車B 占用一個閉塞分區(qū)時，此時，列車A 占用的第2 個閉塞分區(qū)碼序為“H”，第1 個閉塞分區(qū)碼序為“LU”，表示前方有2 個閉塞區(qū)段空閑；列車A 與B 均占用2 個閉塞分區(qū)時，如圖1 所示，此時，列車B 占用的第2 個閉塞分區(qū)碼序為“H”，列車A 第一個閉塞分區(qū)碼序為“LU”，表示前方有2 個閉塞區(qū)段空閑。

將后2 個狀態(tài)的軌道電路碼序進行對照，可以發(fā)現(xiàn)：雖然列車B 占用的第2 個閉塞分區(qū)碼序改變，但并沒有改變列車A 與B 之間的間隔距離，即列車A 當(dāng)前碼序依然不變。該情況和列車A 與B 之間無車占用的閉塞區(qū)段實際空閑數(shù)量相符合。分析可知，無論前后2 輛列車占用閉塞分區(qū)是1 個還是2 個，追蹤列車的當(dāng)前碼序可由前方列車尾部所在區(qū)段，或前方列車已出清區(qū)段開始推算（其中前方列車尾部所在區(qū)段可假定義為H，或直接利用前方列車已出清區(qū)段為恒定值HU 這一結(jié)論）。其好處在于：不用考慮上述3 種狀態(tài)會對追蹤列車當(dāng)前碼序造成的影響（但站間閉塞分區(qū)碼序則有變化）。

圖1 軌道電路碼序在第3 種情況之狀態(tài)3 的示意圖

站間閉塞分區(qū)碼序調(diào)整模式。從進站口開始倒推每個區(qū)段的碼序，一直推至列車占用的區(qū)段，此時開始分2 種情況繼續(xù)倒推：情況A，列車占用一個閉塞分區(qū)時，碼序推至該分區(qū)后，從剛出清區(qū)段以HU 為開頭重新倒推；情況B，列車占用2 個閉塞分區(qū)時，碼序推至第1 個閉塞分區(qū)后，從第2 個閉塞分區(qū)開始以H 為開頭重新倒推。站間閉塞分區(qū)碼序推算過程，如圖2 所示。

當(dāng)車載設(shè)備接收到列車當(dāng)前碼序之后，可以通過列車當(dāng)前碼序，并結(jié)合應(yīng)答器信息包中的軌道閉塞分區(qū)長度、速度等信息計算出目標距離，然后生成目標距離曲線。因此，列車當(dāng)前碼序是該過程所需的主要信息數(shù)據(jù)。

圖2 站間閉塞分區(qū)碼序推算過程示意圖

2 ZPW-2000 軌道電路信息傳輸仿真系統(tǒng)

ZPW-2000 軌道電路信息傳輸仿真系統(tǒng)分單車運行模式和雙車追蹤模式2 種。這2 種模式均要設(shè)置初始參數(shù)，啟動列車運行，根據(jù)列車運行狀態(tài)產(chǎn)生列車當(dāng)前碼序與前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量，把實時信息傳輸給車載設(shè)備。

2.1 單車運行模式

單輛列車當(dāng)前碼序推算直接來自列車圖標在運行示意圖中走行距離（以圖表.left 數(shù)值為參量），當(dāng)參量在某2 個數(shù)值（該數(shù)值為8 個閉塞分區(qū)的不同坐標）之間，即可反映出當(dāng)前距離進站口前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量。在仿真系統(tǒng)中初始速度有60，120，240 km/h 3 種，分別演示慢車、正常車速、快車情況。時間控件（timer）是實現(xiàn)動態(tài)化演示的關(guān)鍵。初始設(shè)置Timer(n).Enabled = False，時間控件不會執(zhí)行。在啟動控件的click()參數(shù)中設(shè)置Timer(n).Enabled = True，使控件在啟動時開始執(zhí)行。在列車停車控件的 click()參數(shù)中加入Timer(n).Enabled = False 可以通過取消執(zhí)行時間控件使得列車停車。

其中，情況1 為正常勻速運行，情況2 為減速運行，情況3 為停車。仿真分析前必須在初始加載命令中設(shè)置timer 控件的響應(yīng)頻率。單車運行模式界面從左到右分為Q1、Q2…Q8 區(qū)段，列車運行之前選擇列車初始位置和初始速度，啟動列車，列車在運行過程中，按照前方閉塞分區(qū)數(shù)量的變化，列車運行的當(dāng)前顯示碼序也會實時變化，如閉塞分區(qū)數(shù)量為4 時，列車當(dāng)前碼序為L2。

2.2 雙車追蹤模式

在雙車追蹤模式中，將會有追蹤列車A、前行列車B 按照所設(shè)定的不同速度、不同初始位置在同一條線路上運行。追蹤列車A 為產(chǎn)生列車當(dāng)前碼序的列車，為該模式下的研究對象。前行列車B作為前行列車，必須時刻保證在追蹤列車A 的前方。當(dāng)B 車中途停車，則暫停B 車運行，而A 車按照原速前行，并在接近B 車出清的前方區(qū)段減速停車。下面分2 種情況討論。

（1）追蹤列車A 追上前行列車B 之后的減速與停車。當(dāng)追蹤列車A 快追上前方前行列車B 時，此時速度按照單車模式所設(shè)置方式遞減到十分緩慢。前行列車B 可能會在站間或者進站之后停車，追蹤列車A 與前行列車B 之間必須保持間隔距離。間隔距離一般為前行列車B 尾部所在閉塞分區(qū)到下一閉塞分區(qū)的距離。設(shè)前行列車B 圖標.left 參量為W，第一閉塞分區(qū)Q1 橫向坐標數(shù)值為W1，閉塞分區(qū)長度為S1，則（W-W1）/S1取整得到的值N為前行列車B 已完全經(jīng)過的閉塞分區(qū)數(shù)量。N×S1+W1-Q（注：Q 為追蹤列車A 車長），則得到前行列車B 停車時追蹤列車A 圖標.left 的最終定位—參量T。當(dāng)追蹤列車A 圖標.left 根據(jù)timer 控件位移至T 時，圖標不再位移，即為追蹤列車A 按照規(guī)定合理停車。

（2）追蹤列車A 前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量?？臻e閉塞分區(qū)為2 車均無部分占用的區(qū)段。之前已經(jīng)計算出前行列車B 完全經(jīng)過的閉塞分區(qū)數(shù)量N=（W-W1）/S1。按照同樣方法計算追蹤列車A完全經(jīng)過的閉塞分區(qū)數(shù)量M=（W2-W1）/S1（W2為追蹤列車A 圖標.left 參量），此時需考慮A 車長（原因是因為需要知道A 列車頭所占用分區(qū)數(shù)量），若車長小于閉塞區(qū)段，則在M 的基礎(chǔ)上加1，若車長大于閉塞分區(qū)，則在M 的基礎(chǔ)上加大于閉塞分區(qū)的倍數(shù)再加1。最終空閑閉塞分區(qū)數(shù)量X為M1-N。如圖3 所示。

圖3 列車A 前方空閑分區(qū)數(shù)量編程算法示意圖

在設(shè)計過程中，列車A、B 啟動運行使用同一控件，停車按鈕則分別設(shè)置，其意圖在于模擬B車站間停車時，A 車的不同當(dāng)前碼序。A 車初始區(qū)段為進站口到Q3，而B 車初始區(qū)段為Q4 到Q7，其意圖在于使B 車始終位于A 車前方，符合追蹤條件。最終雙車追蹤模式編程界面與單車運行模式界面類似，前行列車和追蹤列車都要選擇列車初始位置和初始速度，在列車運行過程中，根據(jù)前行列車和追蹤列車之間閉塞分區(qū)的數(shù)量，追蹤列車的顯示碼序也實時發(fā)生變化。

3 結(jié)束語

ZPW-2000 軌道電路是地面設(shè)備向車載設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的重要通道，在列車運行控制系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，本文對CTCS-2 列控系統(tǒng)ZPW-2000 軌道電路信息傳輸方式進行仿真設(shè)計初期探索，開展了對軌道電路碼序其推算算法的分析以及利用地址碼信息實現(xiàn)邏輯運算的分析，利用Microsoft visual basic 6.0 對其進行了軟件仿真，仿真系統(tǒng)還有待進一步深入開發(fā)，以便能在現(xiàn)場運用。

[1] 鐵道部.中國列車運行控制系統(tǒng)CTCS 技術(shù)規(guī)范總則（暫行）.2003.

[2] 鐵道部.客運專線CTCS-2 級列控系統(tǒng)配置及運用技術(shù)原則（暫行）.2007.124 號.

[3] 吳石生.CTCS-2 級列控系統(tǒng)地面設(shè)備的仿真與研究[C].西南交通大學(xué)，2008.