基于通信的列車控制系統(tǒng)中聯(lián)鎖功能的改變

于增明，劉正東

（1.信息產(chǎn)業(yè)部電子第六研究所，碩士研究生，北京 100083；2.北京和利時(shí)系統(tǒng)有限公司，工程師，北京 100176）

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是嚴(yán)格遵循計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件或依據(jù)6502電氣集中聯(lián)鎖的規(guī)則來(lái)設(shè)計(jì)的，它要求在進(jìn)路辦理時(shí)需要時(shí)刻檢查諸多聯(lián)鎖條件都滿足后才能開(kāi)放防護(hù)該進(jìn)路的信號(hào)機(jī)。如：不允許敵對(duì)進(jìn)路同時(shí)辦理成功；辦理一次進(jìn)路只對(duì)一個(gè)列車有效；當(dāng)進(jìn)路處于“接近鎖閉”時(shí)，需要延時(shí)3 min或是30s才能解鎖進(jìn)路［1］。傳統(tǒng)的聯(lián)鎖功能能夠保證列車在運(yùn)行過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)由于道岔的任意轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致列車沖突、脫軌等事故，但是卻不利于提高運(yùn)營(yíng)效率。

在城市軌道交通中，基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）以其能夠有效縮短列車的追蹤間隔、減少軌旁設(shè)備的數(shù)量、運(yùn)營(yíng)效率高等優(yōu)點(diǎn)而得到很快發(fā)展。在該系統(tǒng)中，由車載系統(tǒng)檢測(cè)列車的實(shí)際位置和速度，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地發(fā)送給區(qū)域控制器（ZC），同時(shí)聯(lián)鎖系統(tǒng)將進(jìn)路信息、道岔信息等也傳送給區(qū)域控制器。區(qū)域控制器根據(jù)這幾方面的信息，再綜合一些線路靜態(tài)數(shù)據(jù)，為每一列車計(jì)算移動(dòng)授權(quán)（MA），并將移動(dòng)授權(quán)發(fā)送給車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)依據(jù)移動(dòng)授權(quán)計(jì)算列車運(yùn)行的防護(hù)曲線，最終使得列車在列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）的監(jiān)視下安全、高效地運(yùn)行［2］。因此，傳統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯不適合直接用于城市軌道交通。

1 聯(lián)鎖系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的接口

在城市軌道交通中，傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)只與操作員站或列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）有接口，但是在基于通信的列車控制系統(tǒng)正常工作的情況下，聯(lián)鎖還需要和區(qū)域控制器進(jìn)行通信。列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)將行車計(jì)劃發(fā)給區(qū)域控制器，區(qū)域控制器則根據(jù)每一列車的當(dāng)前位置和列車的配置情況（通信列車與非通信列車配置不同，通信列車裝備了能夠和區(qū)域控制器進(jìn)行正常通信的車載設(shè)備）向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)路請(qǐng)求命令，指示是否有通信列車正在接近，聯(lián)鎖為通信列車和非通信列車建立進(jìn)路時(shí)進(jìn)行的處理稍有不同（后面敘述）。

聯(lián)鎖與列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、區(qū)域控制器系統(tǒng)的連接，如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖與外部系統(tǒng)的接口

聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能與區(qū)域控制器的功能緊密相連，可由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行功能分配，必要的時(shí)候，聯(lián)鎖可以與區(qū)域控制器集成到一起，作為統(tǒng)一的軌旁系統(tǒng)使用［2］。如果聯(lián)鎖是作為獨(dú)立的外部系統(tǒng)提供的，則通常還需要與屏蔽門系統(tǒng)、緊急關(guān)閉按鈕等有接口，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一些狀態(tài)發(fā)送給區(qū)域控制器［3］。

2 排列進(jìn)路

在基于通信的列車控制模式下，聯(lián)鎖為非通信列車建立進(jìn)路的情況同傳統(tǒng)聯(lián)鎖建立進(jìn)路的過(guò)程完全一樣，并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，都需要基于物理區(qū)段按照傳統(tǒng)的聯(lián)鎖條件進(jìn)行檢查，在所有聯(lián)鎖條件檢查通過(guò)后，鎖閉進(jìn)路并開(kāi)放相應(yīng)的防護(hù)信號(hào)機(jī)，此時(shí)列車按照信號(hào)機(jī)的顯示運(yùn)行。

當(dāng)為通信列車辦理進(jìn)路時(shí)，聯(lián)鎖不檢查區(qū)段的占用，也不檢查進(jìn)路的鎖閉情況，但需要檢查道岔的位置是否正確，并且要確保當(dāng)?shù)啦韰^(qū)段占用或鎖閉時(shí)不能轉(zhuǎn)動(dòng)道岔，還需要檢查一些其它的敵對(duì)條件，如確保敵對(duì)信號(hào)機(jī)未開(kāi)放等。在該模式下通信列車的運(yùn)行不依靠軌旁信號(hào)機(jī)的顯示，而是依靠區(qū)域控制器給每列車計(jì)算的移動(dòng)授權(quán)。因此，一個(gè)信號(hào)機(jī)防護(hù)的進(jìn)路中可以允許多個(gè)通信列車同時(shí)追蹤運(yùn)行。

為通信列車排列進(jìn)路時(shí)可以將進(jìn)路延伸至非通信列車所占?jí)旱膮^(qū)段入口處，但是通常會(huì)更嚴(yán)格地限制為非通信列車所在進(jìn)路的入口點(diǎn)，即通信列車的進(jìn)路不允許侵入非通信列車的進(jìn)路內(nèi)。

2.1 區(qū)段占用情況 傳統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)采集區(qū)段的軌道繼電器吸起、落下?tīng)顟B(tài)來(lái)判斷區(qū)段是否有列車占用，并依據(jù)該狀態(tài)信息進(jìn)行進(jìn)路的處理。

在基于通信的列車控制系統(tǒng)管轄區(qū)域內(nèi)，車載系統(tǒng)會(huì)將列車自身的位置發(fā)送給區(qū)域控制器。因此，區(qū)域控制器會(huì)知道整個(gè)線路上所有通信列車的確切位置。如果安裝了次級(jí)列車檢測(cè)裝置（軌道電路或計(jì)軸器），也可以提供整個(gè)線路內(nèi)物理區(qū)段的占用、空閑情況。如此一來(lái)，聯(lián)鎖系統(tǒng)就可以從2個(gè)來(lái)源得到區(qū)段的占用、空閑狀態(tài)，即通過(guò)軌道繼電器檢測(cè)到物理區(qū)段的占用狀態(tài)信息和區(qū)域控制器檢測(cè)的信息。這兩者都可以作為聯(lián)鎖系統(tǒng)的安全輸入數(shù)據(jù)而參與聯(lián)鎖運(yùn)算。

特殊情況下，如果軌道繼電器檢測(cè)到區(qū)段占用，而區(qū)域控制器檢測(cè)到區(qū)段空閑時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮使用從區(qū)域控制器來(lái)的數(shù)據(jù)。因?yàn)閰^(qū)域控制器會(huì)知道每個(gè)通信列車實(shí)際的位置，也就能夠得知線路上哪個(gè)軌道區(qū)段是真正地被列車占用，而軌道繼電器可能會(huì)由于一些外部因素（例如軌道電路短路、計(jì)軸受擾、繼電器粘連等）導(dǎo)致檢測(cè)的結(jié)果不準(zhǔn)確，即某一處的區(qū)段占用可能不是由于列車占用造成的。由于區(qū)域控制器是安全完整性等級(jí)為四級(jí)的設(shè)備，因此它提供的信息是可信的。

2.2 信號(hào)機(jī)的顯示 傳統(tǒng)聯(lián)鎖對(duì)信號(hào)機(jī)的顯示需要按照參考文獻(xiàn)［1］中的要求進(jìn)行處理。

在基于通信的列車控制模式下，聯(lián)鎖為非通信列車建立進(jìn)路時(shí)，信號(hào)機(jī)的顯示與傳統(tǒng)聯(lián)鎖沒(méi)有區(qū)別，但是為通信列車建立進(jìn)路的信號(hào)機(jī)顯示則完全是“多余”的，因?yàn)橥ㄐ帕熊嚥⒉灰揽啃盘?hào)機(jī)的顯示來(lái)運(yùn)行。聯(lián)鎖系統(tǒng)在排列好進(jìn)路之后，輸出開(kāi)放信號(hào)機(jī)的指令，但是由于通信列車不根據(jù)信號(hào)機(jī)的顯示行車，通常會(huì)由區(qū)域控制器給聯(lián)鎖發(fā)送對(duì)信號(hào)機(jī)的強(qiáng)制滅燈命令，即當(dāng)進(jìn)路排列成功后，信號(hào)機(jī)不開(kāi)放。如此一來(lái)，又會(huì)引發(fā)另一種情況，即給人的感覺(jué)是信號(hào)機(jī)未開(kāi)放，通信列車依然能夠駛?cè)胄盘?hào)機(jī)內(nèi)方，為此又有另一種全線亮燈的制式，也就是說(shuō)，即使列車已經(jīng)駛?cè)胄盘?hào)機(jī)內(nèi)方，信號(hào)機(jī)也不關(guān)閉，依然顯示其允許燈光。因此，通常系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)時(shí)，全線的信號(hào)機(jī)都是滅燈或亮燈，具體使用哪一種制式由運(yùn)營(yíng)商來(lái)指定。

2.3 特殊進(jìn)路 在基于通信的列車控制模式下，通常還會(huì)存在自動(dòng)通過(guò)進(jìn)路和自動(dòng)折返進(jìn)路2種特殊進(jìn)路。

自動(dòng)通過(guò)進(jìn)路在列車通過(guò)后不進(jìn)行“三點(diǎn)檢查”自動(dòng)解鎖，而是僅僅關(guān)閉信號(hào)機(jī)的顯示，當(dāng)列車出清該進(jìn)路后，信號(hào)機(jī)又重新“開(kāi)放”，繼續(xù)為下一列車服務(wù)，從而節(jié)省進(jìn)路建立的時(shí)間。

自動(dòng)折返進(jìn)路主要在城市軌道交通的終點(diǎn)站或中間站進(jìn)行列車折返作業(yè)時(shí)使用。當(dāng)調(diào)度員設(shè)置了自動(dòng)折返進(jìn)路模式時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)建立牽出進(jìn)路，待列車進(jìn)入折返信號(hào)機(jī)（并置或差置）外方后，聯(lián)鎖系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)建立折返進(jìn)路。當(dāng)列車完成折返作業(yè)后，聯(lián)鎖系統(tǒng)又再次自動(dòng)辦理牽出進(jìn)路，為下一列車的折返作業(yè)作準(zhǔn)備，直至調(diào)度員取消自動(dòng)折返進(jìn)路的屬性為止。

3 解鎖進(jìn)路

3.1 總?cè)斯そ怄i 在傳統(tǒng)的聯(lián)鎖邏輯中，當(dāng)列車進(jìn)路的接近區(qū)段占用時(shí)，進(jìn)路處于“接近鎖閉”，此時(shí)如果想要取消該進(jìn)路，則需要辦理人工延時(shí)3 min解鎖。在延時(shí)的過(guò)程中，進(jìn)路不能解鎖，此時(shí)即使列車已經(jīng)停下來(lái)，聯(lián)鎖系統(tǒng)也要一直等到所設(shè)定的延時(shí)時(shí)間到達(dá)后才會(huì)將進(jìn)路解鎖。對(duì)于行車密度大、要求高運(yùn)營(yíng)效率的城市軌道交通來(lái)說(shuō)，這一時(shí)間指標(biāo)幾乎是不可接受的。

和國(guó)有鐵路干線的重軌系統(tǒng)不同，城市軌道交通系統(tǒng)中列車運(yùn)行速度通常不大于100 km/h。因此，它的總?cè)斯ぱ訒r(shí)解鎖的時(shí)間可以適當(dāng)?shù)目s減。具體縮減的時(shí)間指標(biāo)應(yīng)當(dāng)由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)列車制動(dòng)性能、線路信息等給出。非通信列車進(jìn)路的解鎖條件需要和傳統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯一樣來(lái)處理。

3.2 提前解鎖 傳統(tǒng)的聯(lián)鎖不允許列車進(jìn)路（非坡道提前解鎖進(jìn)路）提前解鎖。

對(duì)基于通信的列車控制系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的通信列車來(lái)說(shuō)，允許聯(lián)鎖系統(tǒng)根據(jù)列車位置來(lái)取消進(jìn)路。車載系統(tǒng)會(huì)根據(jù)列車配置、設(shè)備響應(yīng)時(shí)間、通信延遲時(shí)間等建立一個(gè)列車安全制動(dòng)模型，基于該模型可以計(jì)算出列車以當(dāng)前速度，在最壞的情況下進(jìn)行常用制動(dòng)至列車完成停下所需要的最大制動(dòng)距離，也就是說(shuō)車載系統(tǒng)能夠保證在該距離內(nèi)將列車完全停下來(lái)［2］。

如果列車當(dāng)前位置到信號(hào)機(jī)的距離大于制動(dòng)距離，說(shuō)明列車完全可以在信號(hào)機(jī)前方停下，此時(shí)，區(qū)域控制器會(huì)給聯(lián)鎖發(fā)送一個(gè)指示，允許聯(lián)鎖立即解鎖該進(jìn)路。這時(shí)候即使進(jìn)路處于傳統(tǒng)意義上的“接近鎖閉”，解鎖該進(jìn)路也是安全的，它不會(huì)導(dǎo)致危害的發(fā)生。系統(tǒng)會(huì)重新排列其它的運(yùn)行進(jìn)路，從而提高了整個(gè)線路上的運(yùn)營(yíng)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

在基于通信的列車控制系統(tǒng)中列車依據(jù)各自的移動(dòng)授權(quán)追蹤運(yùn)行，一般不需要由軌道電路或計(jì)軸器來(lái)檢測(cè)列車的占用情況，也無(wú)需設(shè)置軌旁信號(hào)機(jī)。但為保證系統(tǒng)故障后依然能夠進(jìn)行一定程度的運(yùn)營(yíng)，通常還是會(huì)選擇在線路上安裝一定數(shù)量的信號(hào)機(jī)和劃分閉塞分區(qū)，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)需要降級(jí)。

基于通信的列車控制系統(tǒng)中的一些聯(lián)鎖功能已經(jīng)“違背”了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件的規(guī)定，但這并不是說(shuō)聯(lián)鎖系統(tǒng)不再是安全系統(tǒng)了，而是由于其它的一些系統(tǒng)（如區(qū)域控制器）接管了某些功能，從而可以弱化聯(lián)鎖系統(tǒng)的檢查條件。由于這些系統(tǒng)同樣也達(dá)到了最高的安全完整性等級(jí)，因此也就有理由相信它的功能是安全的。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 3027-2002計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件［S］.2002

［2］IEEE Sdandard for Communications-Based Train Control（CBTC）Perfor移動(dòng)授權(quán)nce and Functional Requirements，IEEE Std 1474.1TM-2004

［3］凌祝軍.CBTC系統(tǒng)中的聯(lián)鎖技術(shù)研究［J］.鐵道通信信號(hào)，2009，45（9）：12-14