城市軌道交通CBTC系統(tǒng)移動授權(quán)計算的研究

王莉莉，張玉平

(1.西南交通大學 電氣工程學院，成都 610031;2.成都電子機械高等?？茖W校 通信工程系，成都 610031)

城市軌道交通CBTC系統(tǒng)移動授權(quán)計算的研究

王莉莉1，張玉平2

(1.西南交通大學 電氣工程學院，成都 610031;2.成都電子機械高等?？茖W校 通信工程系，成都 610031)

基于通信的列車運行控制系統(tǒng)(CBTC)已成為我國城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。該系統(tǒng)的核心功能是為每一列車提供移動授權(quán)，實現(xiàn)列車的安全間隔。通過分析移動授權(quán)的含義及作用，介紹了在正常與非正常情況下移動授權(quán)的計算方法。

CBTC;移動授權(quán);城市軌道交通

近年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，特別是無線通信、計算機網(wǎng)絡技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，基于通信的列車運行控制系統(tǒng)(Communication Based Train Control，CBTC)應運而生，已成為列車運行控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。而列車移動授權(quán)(Movement Authority，MA)的生成，涉及到CBTC各子系統(tǒng)之間的信息交互，是聯(lián)系各子系統(tǒng)的紐帶，并直接影響線路的通行效率和CBTC系統(tǒng)的安全運行。本文將對移動授權(quán)的生成進行研究。

1 CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于通信的列車運行控制系統(tǒng)，是支持移動閉塞的列車運行控制系統(tǒng)。一個典型的CBTC系統(tǒng)主要包括列車自動監(jiān)控(ATS)、區(qū)域控制器(ZC)、車載控制器(CC)、數(shù)據(jù)庫存儲單元(DSU)、計算機聯(lián)鎖(CI)以及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(DCS)(包括骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡交換機、無線接入點及車載移動無線設備)6個子系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 MA示意圖

圖3 前車發(fā)生不可恢復故障

圖4 CBTC列車追蹤非CBTC列車

2 移動授權(quán)管理

在城市軌道交通中，CBTC系統(tǒng)的主要任務就是保證列車的安全運行。它主要是通過為每一通信列車提供一個移動授權(quán)(MA)來實現(xiàn)的。MA指的是從列車車尾到前方障礙物之間的線路范圍。當列車在受控區(qū)域內(nèi)按照時刻表正常運行時，車載控制器通過AP天線將列車位置信息與運行方向發(fā)送給ZC，而ZC根據(jù)控制中心列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)的進路請求，控制道岔、信號機，并完成聯(lián)鎖功能;并根據(jù)所管轄區(qū)域內(nèi)軌道上的障礙物位置，向所管轄區(qū)域內(nèi)的所有列車發(fā)送各自的移動授權(quán)。這里的障礙物包括:進路終點、道岔、前方列車等。整個過程中，ZC實時地與車載控制器、通信子系統(tǒng)、聯(lián)鎖子系統(tǒng)進行信息交互，周期性的向所管轄區(qū)域內(nèi)的通信列車發(fā)送MA。MA的含義如圖2所示。

3 故障條件下移動授權(quán)的范圍

在自主研發(fā)的地鐵OCC行車調(diào)度仿真培訓系統(tǒng)中，主要對以下5種情況的移動授權(quán)計算進行了分析。

3.1 道岔故障

若在某進路中的道岔故障，則ZC發(fā)送給列車的移動授權(quán)會回撤到這條進路的入口處。

3.2 ZC故障

ZC故障后，其控制區(qū)域?qū)⒉恢С諧BTC模式，區(qū)域內(nèi)的CBTC列車將實施緊急制動，接近此區(qū)域的CBTC列車將不能進入此區(qū)域，需降級為RM(限制人工駕駛)模式下運行。對于區(qū)域內(nèi)的列車，正常情況下ATS會為每列列車準備進路，列車根據(jù)信號機顯示運行，在信號機前可根據(jù)車載顯示屏提示建立iATPM(受ATP保護的點式iATP)模式行車。

3.3 前車發(fā)生不可恢復故障

當前車發(fā)生不可恢復的故障時，列車的MA計算過程如圖3所示。其中，圖3(a):前方列車通信完好，則正常追蹤運行。后車的MA延伸到前車車尾，前車的MA延伸到前方出站信號機。圖3(b):當前車出現(xiàn)故障，則前車立即緊急制動。后車的MA回撤到前車所在軌道的始端。

3.4 CBTC列車追蹤非CBTC列車

當一列CBTC列車追蹤一列非CBTC列車時，列車的MA計算過程如圖4所示。

其中，圖4(a):前方非CBTC列車根據(jù)信號機的指示行車，后方CBTC列車的MA延伸到前方非CBTC列車所在軌道的始端。圖4(b):前方CBTC列車出清當前軌道區(qū)段，后方CBTC列車的MA延伸到前方非CBTC列車所在軌道的始端。

圖5 CBTC列車追蹤通信故障列車

圖6 移動授權(quán)計算流程圖

3.5 CBTC列車追蹤通信故障列車

當CBTC列車追蹤通信故障列車時，列車的MA計算過程如圖5所示。其中，圖5(a):前方列車通信完好，則正常追蹤運行。后車的MA延伸到前車車尾，前車的MA延伸到前方出站信號機。圖5(b):前方列車發(fā)生通信故障，立即緊急制動。后車的MA回撤到前車所在軌道的始端。圖5(c):前車在中心調(diào)度員確認下一站空閑下，可以RM模式向前運行。后車的MA始終在前車所在軌道始端。圖5(d):前車運行到能讀信標的位置，在中心調(diào)度員確認下，可以iATP模式向前運行。后車的MA仍在前車所在軌道的始端。

4 移動授權(quán)過程設計

通過對移動授權(quán)范圍的分析可知:要計算列車的移動授權(quán)，除需知道列車信息、進路信息外，還需根據(jù)終點障礙物信息，判斷列車的終點目標。若終點目標為車站或道岔，則正常計算目標點。若終點目標為前方列車，則還需判斷前方列車的故障狀態(tài)，若是故障列車，終點目標為列車所在的軌道始端。每個周期ZC為每一列車提供移動授權(quán)的流程如圖6所示。

在CBTC系統(tǒng)中，移動授權(quán)的計算是由區(qū)域控制器完成的，它是CBTC模式下行車的核心，能接收其控制范圍內(nèi)列車發(fā)出的所有位置信息，根據(jù)ATS的進路請求，控制道岔、信號機，并完成聯(lián)鎖功能，并根據(jù)所管轄區(qū)域軌道上障礙物位置，向所管轄區(qū)域的所有列車提供各自的移動授權(quán)。因此，在程序?qū)崿F(xiàn)過程中定義了區(qū)域控制器的類，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:

其中，移動授權(quán)的范圍是由函數(shù)Getobstacle計算獲得的，它主要對列車進路中的所有障礙物進行遍歷，確定障礙物的類型，然后根據(jù)障礙物的類型及故障情況，計算出目標點的位置。該函數(shù)的部分代碼如下:

5 結(jié)語

移動授權(quán)的生成是CBTC系統(tǒng)的核心功能之一，本文通過對移動授權(quán)生成的分析，解決了在正常和各種非正常情況下，移動授權(quán)的計算問題。此種計算方法已在自主研發(fā)的地鐵OCC行車調(diào)度仿真培訓系統(tǒng)中得到應用和驗證，取得了良好的結(jié)構(gòu)。

［1］劉朔.CBTC系統(tǒng)移動授權(quán)生成的建模與實現(xiàn)［D］.北京:北京交通大學，2007.

［2］李鳳華.劉曉娟.區(qū)域控制器仿真子系統(tǒng)的研究［J］.鐵道通信信號，2010(11):19-22.

［3］陳雁冰.CBTC系統(tǒng)混跑模式中的移動授權(quán)計算［J］.鐵道通信信號，2011(8):34-37.

［4］郜春海.基于通信的軌道交通列車運行控制系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2007(2):7-10.

［5］郎紅霞，寧濱，黃友能.基于軟件易測性的CBTC區(qū)域控制系統(tǒng)設計［J］.鐵道通信信號，2007，43(12):8-10.

The Study of Movement Authority Calculation of CBTC System for Urban Railway Traffic

WANG Lili1and ZHANG Yuping2
(1.School of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China;2.Department of Communication Engineering，Chengdu Electromechanical College，Chengdu 610031，China)

The communication-based train control(CBTC)is the trend of urban railway signaling system in China.It is the core function of CBTC to keep train run safely by given movement authority(MA)to each train.This paper introduces a method of calculating the MA in the normal and abnormal conditions，including the range of MA in different fault conditions and the process planning of MA.

Communication based train control;movement authority;urban railway traffic.

U284.4

A

1008-5440(2012)01-0032-04

2012-12-21

王莉莉(1986-)，女(漢族)，四川雙流人，在讀碩士研究生，研究方向:行車調(diào)度仿真。

張玉平(1976-)，男(漢族)，四川彭州人，副教授，碩士，研究方向:智能控制。