CBTC系統(tǒng)后備模式的點式ATP方案

孫郁林 張 偉

（上海富欣智能交通控制有限公司，上海 300251）

CBTC系統(tǒng)后備模式的點式ATP方案

孫郁林 張 偉

（上海富欣智能交通控制有限公司，上海 300251）

介紹軌道交通信號系統(tǒng)后備模式的必要性，重點介紹CBTC系統(tǒng)后備模式下信號系統(tǒng)的實現(xiàn)方式，通過點式ATP方式加防護小區(qū)段的方案解決列車實現(xiàn)單紅燈閉塞。

CBTC；后備模式；點式ATP；閉塞；防護區(qū)段

1 CBTC系統(tǒng)后備模式的必要性

信號閉塞實現(xiàn)的方式由固定閉賽、準移動閉賽到移動閉賽的發(fā)展帶動了城市軌道交通的興盛。目前城市軌道交通較先進的閉賽實現(xiàn)方式是基于通信的列車控制（CBTC）系統(tǒng)，其移動閉賽系統(tǒng)工作在ATC模式下。因ATC模式下需要車載控制系統(tǒng)、區(qū)域控制器、聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等的協(xié)同工作才能實現(xiàn)，在運行中出現(xiàn)故障也不能完全避免；在日常檢修中，ATP故障車、工程車、救援列車等無車載設(shè)備的車輛需在線路上運行；以及移動閉賽開通前的臨時過渡等，為了保證ATC系統(tǒng)高效、安全、有序的運行 ，需要在CBTC系統(tǒng)中加入后備模式。

后備模式可實現(xiàn)對道岔、信號機等設(shè)備的控制以及實現(xiàn)部分或全部聯(lián)鎖功能，駕駛員可根據(jù)信號顯示與運行規(guī)則駕駛和保護列車。

2 CBTC系統(tǒng)后備模式的實現(xiàn)方案

2.1 點式ATP方案概述

CBTC系統(tǒng)后備模式方案可采用點式ATP的方式實現(xiàn)。在車載通信系統(tǒng)連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備故障時，聯(lián)鎖控制系統(tǒng)可通過室外計軸確定列車在線路上的相對位置，當列車通過預(yù)先設(shè)定好的地面信號點和信標時，車載控制系統(tǒng)可以從該信號點或信標，根據(jù)車載控制系統(tǒng)中存儲好的線路速度圖，獲知列車運行ATP防護曲線，在信號點時，根據(jù)ATP防護曲線，車載計算出為達到規(guī)定速度所要求的制動力。而在非信號點時，則按照前一信號點給出的速度和方向運行。后備模式下利用計軸點將線路劃分為若干閉塞分區(qū),每架信號機設(shè)有預(yù)告信標。以不同的信號表示該分區(qū)或前方分區(qū)是否被列車占用等狀態(tài),司機根據(jù)軌旁信號機顯示以點式ATP模式來駕駛列車。列車間必須有一定數(shù)量的空閑分區(qū)作為列車安全間隔。為了保證安全,在點式ATP方案中， 兩列車之間增加了一個防護區(qū)段，后續(xù)列車前的信號機必須在前一列車出清防護區(qū)段后才能開放,保證兩列車之間的安全距離。防護區(qū)段的增加滿足列車在單紅燈的情況下實現(xiàn)列車運行間隔，提高了列車的運行效率和安全。

2.2 點式ATP方案實現(xiàn)場景

本方案為了保證滿足技術(shù)條件，提高運行效率，在列車后方的線路上至少有一個信號要顯示為紅燈。

閉塞設(shè)計的信號原理是在無岔區(qū)段每架信號機后方增加一個計軸點，設(shè)置一個小區(qū)段。在道岔區(qū)段一般不需要設(shè)置此小區(qū)段，最小的列車間隔是兩個信號機之間的一個或多個計軸區(qū)段，再加上一個小區(qū)段用于防護。用常用制動率、坡度補償、假定的系統(tǒng)/司機反應(yīng)延遲時間來計算兩個信號機之間的最小距離。

無論什么情況下，如果兩個連續(xù)信號機間的距離太短，并且這兩個信號機都不能挪動，列車的指令速度要降低，進行限速，直到列車的制動距離變得小于信號機之間的距離。

圖1所示是兩正線上兩站之間（無道岔）的典型布置，最小的列車間隔為信號機之間的距離再加上目標信號機內(nèi)方的小區(qū)段。

圖2所示描述了有岔區(qū)段典型的信號顯示。假定有岔區(qū)段的長度大于目標信號機所要求的防護區(qū)段的距離，這種配置只在前方列車后面提供一個紅色信號。最小的列車間隔為信號機之間的距離再加上目標信號機內(nèi)方的道岔區(qū)段。

如果有岔區(qū)段的長度小于過沖防護區(qū)段的長度，那么進路防護應(yīng)該延伸到下一區(qū)段（此例為站臺區(qū)域的區(qū)段），在這種情況下（與前例相同），將由一個紅色信號隔離列車。如圖3所示，最小的列車間隔為信號機之間的距離加上目標信號機內(nèi)方的道岔區(qū)段再加上一個區(qū)段。

2.3 點式ATP方案計算模型

為了確保正常行車安全，信號機間距離將比常用制動條件下的列車停車距離長，為了確保列車在緊急情況下行車安全，在信號機后方增加一個小區(qū)段作為防護區(qū)段。主進路的長度保證滿足運營要求，且其長度大于常用制動的停車距離。防護區(qū)段的小區(qū)段長度的設(shè)定是在以下兩個值距離1，距離2之間取最大值。

距離1：系統(tǒng)設(shè)定在每架信號機點的點式ATP防護速度為某一特定值，如為20 km/h，信號機從20 km/h減速到0 km/h以最不利情況下緊急制動所走過的距離。

距離2：列車在預(yù)告信標處以當前速度在最不利情況下的制動距離減常用制動距離的值。如圖4所示。

常用制動距離計算公式：

其中：

a：常用制動率(在有坡度的地方，要考慮軌道坡度對常用制動率的影響)；

S：常用制動距離；

V1：初始速度；

V2：變化后的速度；

信號機間的常用制動距離的計算如圖5所示。

在計算信號機最小常用制動距離時，由信號機X2處的速度限速往信號機X1處推，在每個土建限速變速點計算由此速度采用常用制動的距離是否滿足小于到X2的距離，如果不滿足，則繼續(xù)往前推，直至有滿足條件的點出現(xiàn)。

為了簡化計算，可以在計算完距離1、距離2后比較哪個值大，取值大的作為整條線路的小區(qū)段設(shè)定值。

閉塞分區(qū)的設(shè)計要在確保系統(tǒng)滿足安全性和性能的要求下完成。

所有的閉塞分區(qū)內(nèi)，最小的列車間隔大于常用制動下的停車距離加上防護區(qū)段的距離。由此確保安全性。

圖6、7反映了后備模式下列車在點式ATP防護下實現(xiàn)閉塞的方式。

圖6： 列車前方信號機紅燈的情況。

列車在運行到信號機X2的預(yù)告信標時，如果信號機X2為紅燈，預(yù)告信標失電，列車將采用常用制動停車。

停車后，前方信號機X2由紅燈變成綠燈，進路開通。如果前方是車站，如果列車跳停，列車按照規(guī)定的限速前行，運行方式同區(qū)間狀態(tài)。如果到站臺停車，列車則要按照圖6后面的運行曲線停車。

圖7：列車前方信號機X2紅燈、在運行中信號機X2由紅燈變?yōu)榫G燈。

列車在運行到信號機X2的預(yù)告信標時，如果X2為紅燈，預(yù)告信標失電，列車將采用常用制動停車。

在人工模式下，列車在行進過程中X2由紅燈變成綠燈，如果司機看到綠燈，可以使列車在點式ATP防護曲線下加速到不超過20 km/h的速度行進，在越過信號機X2后，列車加速按照正常曲線行車。

3 結(jié)束語

在不同的閉塞方式下，有不同的后備方案。后備方案的選擇既要滿足車載控制系統(tǒng)連續(xù)傳輸故障時安全可用，也要滿足車載控制系統(tǒng)完全故障時，利用計軸和軌旁信號機也可以完成聯(lián)鎖和站間閉賽，保證列車的安全運行。方案的設(shè)計既要結(jié)合客戶的需要、實際的工程特點，也要考慮自身公司的技術(shù)創(chuàng)新，為客戶提供更安全、有效、快速的后備方案。

[1] GB 50157-2003 地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[2]吳汶麒.城市軌道交通信號與通信系統(tǒng)[M]. 北京：中國鐵道出版社，1998.

[3]劉劍，張自黎.移動閉塞后備模式系統(tǒng)新方案的探討[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2005（3）：8-10.

The paper introduces the importance of the fallback mode in CBTC system, and emphasizes the implementation method of the signal system in CBTC system in the fallback mode. The scheme is to use intermittent ATP adding protected sections to realize single-red-lamp block.

communication-based train control; fallback mode; intermittent ATP; block; protected section

10.3969/j.issn.1673-4440.2013.04.021

2013-05-10）