自動(dòng)進(jìn)路原理中提前開(kāi)放距離的最優(yōu)化分析

孫 旺 王俊鋒

自動(dòng)進(jìn)路原理中提前開(kāi)放距離的最優(yōu)化分析

孫 旺 王俊鋒

摘 要：分析了提前開(kāi)放距離對(duì)自動(dòng)進(jìn)路以及運(yùn)營(yíng)效率的影響，以CBTC制式為基礎(chǔ)，本著運(yùn)營(yíng)效率最大化的原則，綜合考慮傳輸延時(shí)、道岔轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)延時(shí)影響因素，詳細(xì)闡述了提前開(kāi)放距離的最優(yōu)測(cè)算原則，最后對(duì)提前開(kāi)放距離在軌道電路制式下的最優(yōu)化應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng);目的地號(hào);列車(chē)調(diào)整;自動(dòng)進(jìn)路;提前開(kāi)放距離

目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域，隨著客流量的不斷增加，運(yùn)營(yíng)間隔不斷縮短，如何在當(dāng)前系統(tǒng)下提高運(yùn)行效率，成為供貨商和運(yùn)營(yíng)管理者越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。自動(dòng)進(jìn)路作為ATS系統(tǒng)的重要功能，其過(guò)早或者過(guò)晚開(kāi)放都會(huì)直接影響到其他列車(chē)或本車(chē)的運(yùn)營(yíng)效率。本文將就國(guó)內(nèi)主流的CBTC和軌道電路制式下自動(dòng)進(jìn)路的提前開(kāi)放距離最優(yōu)化進(jìn)行深入討論。

1 按提前開(kāi)放距離開(kāi)放自動(dòng)進(jìn)路場(chǎng)景演示

提前開(kāi)放距離是列車(chē)距離待開(kāi)放進(jìn)路的始端信號(hào)機(jī)之間的距離。如圖1所示，在ATS自動(dòng)進(jìn)路模式下，列車(chē)左向運(yùn)行，當(dāng)列車(chē)位置滿(mǎn)足X2的提前開(kāi)放距離時(shí)，ATS則自動(dòng)激活X2→X3的進(jìn)路開(kāi)放檢查，轉(zhuǎn)動(dòng)1/3道岔到定位，鎖閉X2到X3之間的軌道區(qū)段，開(kāi)放X2;當(dāng)列車(chē)車(chē)頭越過(guò)X2信號(hào)機(jī)后，始端信號(hào)機(jī)X2關(guān)閉;列車(chē)?yán)^續(xù)前行，車(chē)尾越過(guò)終端信號(hào)機(jī)X3后，進(jìn)路解鎖。當(dāng)后續(xù)列車(chē)運(yùn)行至X2的提前開(kāi)放距離處時(shí)，自動(dòng)進(jìn)路X2→X3重復(fù)上述開(kāi)放/關(guān)閉過(guò)程。提前開(kāi)放距離是觸發(fā)區(qū)間自動(dòng)進(jìn)路的主要參考對(duì)象。

圖1 自動(dòng)進(jìn)路示意圖

2 提前開(kāi)放距離對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的影響

進(jìn)路提前開(kāi)放距離設(shè)計(jì)的合理與否，會(huì)直接影響運(yùn)營(yíng)效率。提前開(kāi)放距離太長(zhǎng)，則進(jìn)路提前開(kāi)放會(huì)過(guò)早，有可能造成該當(dāng)前進(jìn)路的沖突進(jìn)路無(wú)法開(kāi)放 (例如在站前折返的終端站或車(chē)輛段與正線的接口站)，從而影響其他車(chē)的運(yùn)行，影響整體的運(yùn)營(yíng)效率;提前開(kāi)放距離太短，則進(jìn)路開(kāi)放會(huì)過(guò)晚，就會(huì)迫使本車(chē)的減速，造成本車(chē)運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，從而影響本車(chē)的運(yùn)行效率。

示例1提前開(kāi)放距離太長(zhǎng)，致使進(jìn)路開(kāi)放過(guò)早。如圖2所示，該站型是一個(gè)典型的連接車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的接口站。當(dāng)有車(chē)從下行線要進(jìn)入PLAT1站臺(tái)的時(shí)候，ATS系統(tǒng)需要為其自動(dòng)開(kāi)放X1→X13的進(jìn)路;當(dāng)有車(chē)從車(chē)輛段ZHG2要進(jìn)入正線運(yùn)營(yíng)時(shí)，系統(tǒng)則需要為其開(kāi)放X17→X13的進(jìn)路。如果X1→X13過(guò)早地開(kāi)放了 (下行列車(chē)距離X1還很遠(yuǎn)就觸發(fā))，則X17→X13的進(jìn)路將無(wú)法辦理，勢(shì)必會(huì)影響從ZHG2向下行加車(chē)的操作。

圖2 車(chē)輛段接駁站示意圖

示例2提前開(kāi)放距離太短，致使進(jìn)路開(kāi)放過(guò)晚。以圖3為例，實(shí)線表示列車(chē)的當(dāng)前運(yùn)行速度曲線，虛線為列車(chē)不減速情況下移動(dòng)授權(quán)延伸后的后續(xù)運(yùn)行曲線。若有車(chē)右向運(yùn)行，如果X1不開(kāi)放，由于ATP的防護(hù)，列車(chē)將在X1前的P0停車(chē);如果X1→X2開(kāi)放得過(guò)晚 (當(dāng)列車(chē)過(guò)了P1位置仍然沒(méi)有開(kāi)放)，列車(chē)將減速，即使在列車(chē)停穩(wěn)前，X1→X2開(kāi)放了，列車(chē)可以繼續(xù)升速運(yùn)行，這也將延誤本車(chē)的正常運(yùn)營(yíng)時(shí)間。

圖3 進(jìn)路晚開(kāi)示意圖

3 最優(yōu)提前開(kāi)放距離的測(cè)算 (CBTC制式)

為了既保證本車(chē)的運(yùn)營(yíng)效率 (不因信號(hào)開(kāi)放過(guò)晚而減速)，也能將本車(chē)對(duì)其他列車(chē)的影響降到最低，觸發(fā)進(jìn)路的最優(yōu)時(shí)機(jī)應(yīng)該是等進(jìn)路辦理完成后，列車(chē)收到移動(dòng)授權(quán)被延伸時(shí)，列車(chē)剛好到達(dá)前一移動(dòng)授權(quán)情況下的降速點(diǎn)，這樣該車(chē)剛好能不減速，也可以將前方進(jìn)路的鎖閉時(shí)間降到最低。以下將對(duì)CBTC制式下提前開(kāi)放距離的確定進(jìn)行闡述。

如圖4所示，假設(shè)列車(chē)以速度V1運(yùn)行，觸發(fā)進(jìn)路X1→X2的最優(yōu)時(shí)機(jī)應(yīng)該是當(dāng)列車(chē)運(yùn)行到P1位置時(shí)，進(jìn)路辦理完成，列車(chē)在此時(shí)剛好能收到新的移動(dòng)授權(quán)，從而不會(huì)被迫減速。其中，L11是P1距離X1前的停車(chē)點(diǎn)P0的距離;Lp是P0到X1之間的保護(hù)距離;L1要考慮到傳輸延遲、道岔動(dòng)作時(shí)間及繼電器動(dòng)作時(shí)間等因素，假設(shè)ATS在P10發(fā)送進(jìn)路開(kāi)放命令，到進(jìn)路辦理 (按照道岔有轉(zhuǎn)動(dòng)的情況計(jì)算)完成后，列車(chē)收到新的移動(dòng)授權(quán)時(shí)，列車(chē)以速度V1前進(jìn)的距離。進(jìn)路X1→X2的提前開(kāi)放距離：L=L1+L11+Lp

圖4 最優(yōu)提前開(kāi)放距離分析圖

3.1 L1的計(jì)算

以有道岔動(dòng)作的情況為例，從車(chē)載發(fā)出位置報(bào)告到車(chē)載收到新的移動(dòng)授權(quán)，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)如下：列車(chē)將當(dāng)前的列車(chē)位置和速度 (V1)信息經(jīng)DCS傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給ATS：Td1;ATS經(jīng)過(guò)判斷處理后發(fā)送進(jìn)路請(qǐng)求信息到軌旁：Td2;軌旁收到請(qǐng)求后開(kāi)放進(jìn)路，繼電器、道岔動(dòng)作，進(jìn)路開(kāi)放：TR;軌旁發(fā)送新的移動(dòng)授權(quán)到車(chē)載：Td3。

根據(jù)相關(guān)參數(shù)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)假定下列時(shí)間參數(shù)：Td：命令傳輸延時(shí) (Td1+Td2+Td3)為3 s;TR：考慮了道岔動(dòng)作時(shí)間和繼電器動(dòng)作時(shí)間后，有道岔動(dòng)作情況下的進(jìn)路辦理時(shí)間為10 s。TR’：考慮了繼電器動(dòng)作時(shí)間后，沒(méi)有道岔動(dòng)作情況下的進(jìn)路辦理時(shí)間為3 s。

從車(chē)載發(fā)出位置報(bào)告到車(chē)載收到新的移動(dòng)授權(quán)的時(shí)間：3+3+10+3=19 s(ATS得到車(chē)載報(bào)文后就立即發(fā)送進(jìn)路開(kāi)放命令)，V1為不同速度的情況下L1的值，如表1所示。

3.2 L11的計(jì)算

從車(chē)載設(shè)備給車(chē)輛施加制動(dòng)命令，到制動(dòng)生效的車(chē)輛延遲時(shí)間分析如圖5所示，具體參數(shù)解釋?zhuān)篢v1：動(dòng)力切斷時(shí)間 (1.2 s);Tv2為磁通衰減時(shí)間(0.5 s);Tv3為制動(dòng)建成時(shí)間 (1.2 s)。所以，L11計(jì)算如下。

圖5 制動(dòng)生效時(shí)間分布圖

綜合車(chē)載計(jì)算單元的運(yùn)算時(shí)間Tv，從車(chē)載準(zhǔn)備制動(dòng)到制動(dòng)建成的時(shí)間 (Tv+Tv1+Tv2+Tv3)以3 s計(jì)，ATO減速度a以0.6 m/s2計(jì)的話，對(duì)比不同速度V，L11值如表1所示。

3.3 L的計(jì)算

Lp以17 m為例，不同速度下的提前開(kāi)放距離(L)計(jì)算如下：

對(duì)比不同速度V，L值如表1所示。

表1 不同速度下L1、L11、L的值

4 提前開(kāi)放距離在軌道電路制式下的分析

雖然上述L1的計(jì)算是在CBTC制式下分析的，但對(duì)軌道電路制式同樣有參考意義：在軌道電路制式下，ATS計(jì)算列車(chē)位置一般是當(dāng)列車(chē)占用了新的軌道區(qū)段時(shí)，通過(guò)占用信息和線路地圖進(jìn)行比照，從而獲得的列車(chē)位置信息。L1過(guò)程的耗時(shí)區(qū)別僅在于第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)延時(shí) (Td)的含義略有不同：CBTC制式下是“列車(chē)將當(dāng)前的列車(chē)位置和速度(V1)信息經(jīng)DCS傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給ATS”的過(guò)程，軌道電路制式下是“列車(chē)占用新的區(qū)段，繼電器動(dòng)作，軌旁設(shè)備將區(qū)段占用信息經(jīng)DCS傳送給ATS”的過(guò)程，但耗時(shí)可近似相等。所以總的提前開(kāi)放距離仍可參照CBTC下的分析結(jié)果。

一個(gè)不可忽略的區(qū)別就是在CBTC制式下，由于具有全線任何位置的車(chē)-地雙向通信能力，ATS可以獲取精確的列車(chē)位置和速度信息;而在軌道電路制式下，一般只有在站臺(tái)才有雙向的車(chē)-地通信，在區(qū)間，由于軌道電路單向通信的特性，列車(chē)無(wú)法將當(dāng)前速度傳送到ATS上，所以ATS只能通過(guò)之前在站臺(tái)獲得的列車(chē)站間運(yùn)行等級(jí)以及土建限速等信息結(jié)合列車(chē)位置 (占用新區(qū)段時(shí)更新的)來(lái)模糊推測(cè)當(dāng)前的列車(chē)速度。當(dāng)然，這也可以在ATS系統(tǒng)內(nèi)置列車(chē)模型，通過(guò)將列車(chē)模型與真實(shí)列車(chē)參數(shù)的良好匹配，并結(jié)合線路地圖中的限速信息等來(lái)使ATS計(jì)算出列車(chē)在區(qū)間任何位置的實(shí)際運(yùn)行速度。另外由于現(xiàn)在地鐵一般采用的都是電氣絕緣方式的移頻軌道電路，而這種軌道電路的盲區(qū)也比較大，且計(jì)算提前開(kāi)放距離的速度和當(dāng)前位置都是推算出來(lái)的，在復(fù)雜情況下會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)很大的不確定性。所以，一般通用的做法則是將提前開(kāi)放距離用提前若干個(gè)軌道電路的形式來(lái)近似，將用具體位置觸發(fā)近似成當(dāng)列車(chē)占用某個(gè)軌道區(qū)段時(shí)觸發(fā)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文僅就區(qū)間進(jìn)路的提前開(kāi)放距離進(jìn)行了粗淺分析，在實(shí)際運(yùn)用中，提前開(kāi)放距離并不是觸發(fā)自動(dòng)進(jìn)路的唯一因素，停站時(shí)間、信號(hào)布局都可能影響到自動(dòng)進(jìn)路的開(kāi)放時(shí)機(jī)，這些都是需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

［1］吳汶麟．城市軌道交通信號(hào)與通信系統(tǒng)［M］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2000，8．

［2］USSI公司．ATS系統(tǒng)描述文檔［Z］．2003．

Abstract:This paper first analyzed the impacts on automatic route and revenue service efficiency by clear-ahead distance.Then based on CBTC system，with the principle of making the revenue service most efficient，and taking the affecting factors of transmission delay，time of switch moving，braking delay into account，analyzed how to measure and calculate the best clear-ahead distance in details.Finally，introduced how to apply the best clear-ahead distance on the track circuit system．

Key words:CBTC;DID;Vehicle Regulation;Automatic Route;Clear-ahead Distance

孫 旺：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 城市軌道交通事業(yè)部 助理研究員

王俊鋒：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所 城市軌道交通事業(yè)部 助理研究員

2013-02-28

(責(zé)任編輯：張 利)