CBTC系統(tǒng)列車移動授權(quán)計算簡析

肖華芳

(北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073)

CBTC系統(tǒng)列車移動授權(quán)計算簡析

肖華芳

(北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073)

簡要分析CBTC系統(tǒng)下列車移動授權(quán)的計算原則和間隔控制原理，提出工程實施中應(yīng)考慮的特殊點。

CBTC；移動授權(quán)；計算

1 CBTC系統(tǒng)概述

基于通信的移動閉塞列車運行控制系統(tǒng)利用通信技術(shù)實現(xiàn)“車地通信”和“間隔控制”。系統(tǒng)通過建立車地之間連續(xù)、雙向的通信,使列車命令和狀態(tài)信息在車輛和地面之間可靠交換,將CBTC系統(tǒng)地面設(shè)備和受控對象列車緊密的結(jié)合,可靠而精確地檢測列車位置,并根據(jù)線路條件對列車進行控制,保證列車的安全間隔。

典型的基于通信的列車控制(CBTC)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 典型CBTC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

CBTC系統(tǒng)利用通信技術(shù)實現(xiàn)車載設(shè)備與地面設(shè)備的信息交換從而完成列車控制。CBTC地面設(shè)備依據(jù)列車的連續(xù)位置信息和聯(lián)鎖提供的接口等信息,為列車計算移動授權(quán),動態(tài)更新發(fā)送給車載設(shè)備;車載設(shè)備根據(jù)接收到的移動授權(quán)和自身的運行狀態(tài),計算出列車運行的速度曲線,實現(xiàn)列車運行的安全防護。可以說,移動授權(quán)是CBTC系統(tǒng)保證列車間隔的重要手段。本文將對CBTC系統(tǒng)移動授權(quán)計算和工程應(yīng)用相關(guān)情況進行探討分析。

2 移動授權(quán)計算原則

CBTC系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證列車在系統(tǒng)控制的線路范圍內(nèi)安全運行,這是通過為每列CBTC列車提供一個移動授權(quán)來完成的。在CBTC 控制級別下,車載將列車的位置與運行方向發(fā)送給地面ATP設(shè)備(簡稱ZC),ZC結(jié)合聯(lián)鎖設(shè)備提供的線路設(shè)備狀態(tài)信息、區(qū)段狀態(tài)信息、道岔狀態(tài)等信息為每列車計算移動授權(quán),實現(xiàn)列車追蹤間隔控制,保證前行列車和追蹤列車間的安全間隔。ZC通過數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)(簡稱DCS)向車載發(fā)送列車的移動授權(quán),車載ATP設(shè)備負責控制列車在自己的移動授權(quán)范圍內(nèi)運行。

按照《城市軌道交通工程基本術(shù)語》(GB/ T50833-2012)中的定義,移動授權(quán)指列車在指定方向上可以走行的距離。移動授權(quán)終點可能是前車安全包絡(luò)的末端、信號機、關(guān)閉的線路區(qū)域或道岔、站臺等。ZC計算的移動授權(quán)(簡稱MA)定義如圖2所示。

圖2 移動授權(quán)含義

ZC設(shè)備實時為其管轄范圍內(nèi)具有位置報告的每一列列車計算移動授權(quán)。移動授權(quán)包含最嚴格的防護點、列車走行路徑和允許運行的方向以及臨時限速信息。如果CBTC控制級別下的車載ATP設(shè)備超過一定時間沒有收到移動授權(quán)或特殊控制命令信息,則應(yīng)緊急制動,并降級到限制人工模式(RM)。

當ZC檢測到系統(tǒng)狀態(tài)(如列車運動、占用、線路關(guān)閉區(qū)域、道岔動作)的改變后,ZC設(shè)備會生成更新后的移動授權(quán),并發(fā)送給列車,列車基于新接收到的有效移動授權(quán)計算曲線,控制列車運行,保證列車運行的安全。

移動授權(quán)的計算需考慮單列車正常運行、列車追蹤、跨越ZC邊界、列車折返及地面設(shè)備狀態(tài)改變等不同場景。計算列車移動授權(quán)時,ZC考慮的危險點包括以下內(nèi)容。

* CBTC列車安全包絡(luò)的末端;

*進路末端;

*安全保護區(qū)段末端;

*未鎖閉或被占用的保護區(qū)段入口端;

*線路終點;

*故障道岔的相鄰區(qū)段;

*封鎖區(qū)域的入口點,包括站臺緊急關(guān)閉按下、屏蔽門打開等封鎖區(qū)域;

*降級列車;

*進路內(nèi)失去鎖閉或鎖閉方向不正確區(qū)段邊界;

*與列車運行前方相鄰ZC通信中斷時,ZC控制區(qū)域邊界處。

移動授權(quán)控制示意如圖3所示。

圖3 移動授權(quán)控制示意圖

CBTC系統(tǒng)具備CBTC列車追蹤運行以及CBTC列車與降級列車混運的追蹤控制功能,列車追蹤運行時移動授權(quán)計算的原則如下。

1)CBTC列車追蹤時,后續(xù)CBTC列車的移動授權(quán)設(shè)置為前車的安全車尾位置并考慮一定的安全余量。

2)CBTC列車追蹤非CBTC列車時,后車的移動授權(quán)點根據(jù)前行非CBTC列車是否具有定位和尾部篩選,移動授權(quán)控制點不同。前行非CBTC列車無定位時,后續(xù)CBTC列車移動授權(quán)終點為與前車間隔一個計軸區(qū)段處(避免后續(xù)列車無篩選而降級);前行非CBTC列車具備定位和尾部篩選時,后續(xù)CBTC列車移動授權(quán)終點為前車尾部并考慮一定安全余量。

3)降級列車間的追蹤運行、降級列車追蹤CBTC列車運行采用固定閉塞列車間隔原理。

列車追蹤運行時移動授權(quán)控制示意如圖4所示。

圖4 列車追蹤運行時移動授權(quán)控制示意圖

3 移動授權(quán)計算原則引發(fā)的工程實施中的相關(guān)考慮

3.1 關(guān)注混運時的系統(tǒng)能力要求

CBTC系統(tǒng)具備CBTC列車追蹤運行以及CBTC列車與降級列車混運的追蹤控制功能,在工程設(shè)計中,往往對CBTC模式和降級模式下的能力提出要求,忽略混運時的能力要求。例如,按照列車混運時的移動授權(quán)控制原則,CBTC列車追蹤無位置報告的非CBTC列車時,后續(xù)CBTC列車移動授權(quán)終點為與前車間隔一個計軸區(qū)段處。在某種特定情況下,混運追蹤能力可能將低于全部降級列車的追蹤能力,對比示意如圖5所示。

因此,工程設(shè)計中應(yīng)對混運情況下的追蹤能力提出要求,應(yīng)不低于系統(tǒng)全部降級模式下的能力。如果混運下系統(tǒng)能力低于全部降級模式時,可考慮在軌旁增設(shè)計軸磁頭,如在區(qū)間信號機處設(shè)置獨立保護區(qū)段。區(qū)間信號機處設(shè)置獨立保護區(qū)段后的追蹤間隔示意如圖6所示。

圖5 混運追蹤與全部降級列車追蹤間隔控制對比示意圖(區(qū)間信號機無獨立保護區(qū)段)

圖6 混運追蹤與全部降級列車追蹤間隔控制對比示意圖(區(qū)間信號機設(shè)獨立保護區(qū)段)

3.2 折返軌存放非通信列車的考慮

CBTC系統(tǒng)進行移動授權(quán)計算時,會考慮列車進路內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)變化情況。例如圖7所示,下行折返線停放一列非CBTC列車(無車地通信及列車位置報告),當辦理了下行站臺駛?cè)肷闲姓鄯稻€的進路后,如果非CBTC列車溜車至F1內(nèi)方所在區(qū)段,會造成ZC移動授權(quán)回縮,影響正常的CBTC列車折返作業(yè)。但折返線存放非CBTC列車為運營中可能存在的情況,因此,工程設(shè)計時需對此種情況提出要求,滿足非通信列車存放和正常折返作業(yè)的需要。對于可能存在的列車溜車占用折返進路情況,須輸出安全應(yīng)用條件,要求人工保證折返線的列車不發(fā)生溜車占用折返進路的情況。因此,系統(tǒng)計算移動授權(quán)時將不考慮上述情況,滿足運營使用和正常折返作業(yè)的需要。

圖7 CBTC列車折返控制示意圖

3.3 應(yīng)關(guān)注車地通信延時移動授權(quán)控制的安全分析

CBTC系統(tǒng)采用車地通信進行移動授權(quán)傳輸,但車地通信存在傳輸延時,在CBTC系統(tǒng)中一般采用常量時間判定的方式來確定車地通信信息是否有效,即在系統(tǒng)中設(shè)置一個車地通信報文時效性的時間參數(shù),通過該參數(shù)判定車地通信報文的最大使用許可時間。在工程應(yīng)用中一般設(shè)置為數(shù)秒。但如果在通信延時判定時間內(nèi),ZC為列車計算的移動授權(quán)回縮,列車將因通信阻塞而無法及時收到軌旁發(fā)送的更新的移動授權(quán)報文,在通信延時判定時間內(nèi),列車仍在按照原有的移動授權(quán)運行,則存在一定的安全風險。

ZC計算的移動授權(quán)可能回縮情況包括:前行列車通信丟失、道岔由鎖閉狀態(tài)變?yōu)槲存i閉狀態(tài)、安全門由關(guān)閉狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài)、緊急關(guān)閉按鈕按下等。

因此,在工程實施中應(yīng)針對上述風險進行安全分析,計算其產(chǎn)生的危害性,輸出必要的安全應(yīng)用條件,保證滿足信號系統(tǒng)安全完整性SIL4級的要求。

4 結(jié)論

本文簡要分析了CBTC系統(tǒng)下列車移動授權(quán)的計算原則和間隔控制原理,提出了工程實施中應(yīng)考慮的特殊點,可使讀者簡要了解CBTC系統(tǒng)下列車移動授權(quán)的控制機制,同時為工程建設(shè)提供參考。

This paper analyzes the principles of Movement Authority (MA) calculation and interval control in Communications-Based Train Control system (CBTC), and puts forward the special points should be considered in the implementation of projects.

CBTC; movement authority; calculation

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.017

2014-04-28）