列控中心軌道電路編碼的分析與實(shí)現(xiàn)

王 建，張亞東

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）

列控中心軌道電路編碼的分析與實(shí)現(xiàn)

王 建，張亞東

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）

本文首先從數(shù)據(jù)流的角度分析了軌道電路編碼的編制邏輯，著重研究了列控中心與軌道電路之間的數(shù)據(jù)通信；接下來對軌道區(qū)段進(jìn)行了模塊化仿真建模，分析了軌道電路低頻編碼的自動(dòng)調(diào)整原則；實(shí)現(xiàn)了對區(qū)間、車站無進(jìn)路、車站接車進(jìn)路、車站發(fā)車進(jìn)路等4個(gè)場景下的軌道電路低頻編碼；通過對鄭西線的線路數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化仿真，驗(yàn)證了該軌道電路編碼仿真研究的有效性，并為以后對軌道電路編碼的研究提供了一個(gè)可靠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

軌道電路編碼；數(shù)據(jù)流；自動(dòng)調(diào)整；仿真

軌道電路在列控系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)對列車的占用檢測并向列車發(fā)送軌道電路編碼。在CTCS-2列控系統(tǒng)中軌道電路編碼代表了列車前方空閑的閉塞分區(qū)個(gè)數(shù)，和應(yīng)答器發(fā)送的列車前方閉塞分區(qū)長度共同構(gòu)成了列車移動(dòng)授權(quán)信息，對列車的安全運(yùn)行起到非常重要的作用。本文著重研究軌道電路編碼錯(cuò)誤的發(fā)生原因，分析軌道區(qū)段故障情況下對軌道電路編碼的影響，并利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了對其仿真分析。

1 軌道電路編碼建模

1.1 列控中心結(jié)構(gòu)

列控中心（TCC, Train Control Center ）設(shè)置于聯(lián)鎖車站，主要實(shí)現(xiàn)對軌道電路低頻、載頻編碼，控制軌道電路發(fā)碼方向；應(yīng)答器報(bào)文的組幀、編制、校驗(yàn)和發(fā)送；信號機(jī)的點(diǎn)燈控制；在CTCS-2級列控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對臨時(shí)限速信息的接收、校驗(yàn)和下發(fā)等功能。TCC結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 列控中心結(jié)構(gòu)圖

1.2 軌道電路編碼數(shù)據(jù)流

軌道電路編碼是TCC最重要的功能之一，需要TCC各單元相互合作完成。其中，安全主機(jī)單元主要負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算；軌道電路通信接口單元向軌道電路發(fā)送編碼數(shù)據(jù)和軌道電路同步幀，同時(shí)向TCC安全主機(jī)發(fā)送軌道區(qū)段狀態(tài)數(shù)據(jù)；采集單元，采集方向繼電器狀態(tài)信息、區(qū)間軌道繼電器狀態(tài)信息、區(qū)間異物侵限繼電器狀態(tài)信息，向安全主機(jī)單元發(fā)送；安全數(shù)據(jù)網(wǎng)通信接口單元向安全主機(jī)發(fā)送進(jìn)路信息、臨時(shí)限速信息、進(jìn)站信號機(jī)信號開放狀態(tài)、鄰站線路邊界信息、區(qū)間方向信息等。

TCC與軌道電路和安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的通信完全獨(dú)立，安全主機(jī)的數(shù)據(jù)接收沒有一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r(shí)序關(guān)系。繼電器、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)與TCC的通信沒有太多的數(shù)據(jù)交互，安全主機(jī)接收到的信息僅用于對邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)支持。TCC與軌道電路的通信較復(fù)雜且頻繁，所以在此著重研究TCC與軌道電路的時(shí)序邏輯。

TCC與軌道電路之間采用固定工作周期方式，一般通信周期設(shè)定在250 ms。在一個(gè)周期開始時(shí)，TCC首先向軌道電路發(fā)送低頻與載頻編碼；發(fā)送完畢后TCC向軌道電路發(fā)送同步幀；軌道電路接收到同步幀后，進(jìn)行延時(shí)，向TCC發(fā)送軌道區(qū)段狀態(tài)數(shù)據(jù)幀；在通信間隙，TCC根據(jù)上一個(gè)周期的軌道區(qū)段狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼運(yùn)算，至此，兩者在一個(gè)周期內(nèi)的通信完成。TCC與軌道電路通信時(shí)序如圖2所示。

圖2 TCC與軌道電路通信時(shí)序

2 軌道電路編碼仿真

軟件仿真軌道電路編碼，首先建立軌道區(qū)段模型。軌道區(qū)段包括所屬車站名稱、信號機(jī)名稱、信號機(jī)類型、軌道區(qū)段名稱、里程、狀態(tài)、碼序、長度、載頻、故障原因、長短鏈等屬性。軌道區(qū)段名稱、里程、長度、載頻等固定信息從存放在數(shù)據(jù)庫中的軌道區(qū)段表中得到。鄭西線（鄭州—西安）采用的是高速鐵路ZPW2000-A型軌道電路，車站使用與區(qū)間同制式的軌道電路；上下行（包括站內(nèi)）軌道電路載頻進(jìn)行奇偶頻錯(cuò)置，即上行2600-1、2000-1、2600-2、2000-2，下行2300-1、1700-2、2300-2、1700-1按運(yùn)行方向循環(huán)排列，并使用計(jì)算機(jī)編碼方式，站內(nèi)采用全進(jìn)路發(fā)碼。

軌道電路低頻碼序變化比較復(fù)雜，它隨著列車占用出清而發(fā)生不同的變化?；镜膮^(qū)間軌道電路追蹤碼序?yàn)長5-L4-L3-L2-L-LU-U-HU，車站的軌道電路碼序隨開放進(jìn)路的不同會出現(xiàn)UU、UUS等情況。

2.1 軌道電路編碼自動(dòng)調(diào)整

2.1.1 站內(nèi)軌道電路編碼

在車站進(jìn)路信號機(jī)沒有開放的情況下，站內(nèi)股道發(fā)送HU碼或檢測碼，道岔區(qū)段發(fā)送檢測碼。

當(dāng)車站進(jìn)站信號開放后，接車進(jìn)路相關(guān)軌道區(qū)段按照出站信號機(jī)狀態(tài)進(jìn)行編碼，其余軌道區(qū)段碼序不變。接車進(jìn)路區(qū)段與接車股道發(fā)碼一致，圖3所示為正線接車進(jìn)路。

圖3 接車進(jìn)路軌道電路低頻編碼

當(dāng)車站出站信號開放后，發(fā)車股道按照出站信號狀態(tài)以及出站第一離去區(qū)段發(fā)碼狀態(tài)進(jìn)行編碼；發(fā)車進(jìn)路區(qū)段與出站第一離去區(qū)段發(fā)碼一致，圖4所示為正線發(fā)車進(jìn)路。

圖4 發(fā)車進(jìn)路軌道電路低頻編碼

當(dāng)列車占用兩個(gè)軌道區(qū)段時(shí)，列車頭部占用的軌道區(qū)段以及前方所有軌道區(qū)段發(fā)送正常碼序，列車尾部占用的軌道區(qū)段發(fā)送檢測碼。

2.1.2 區(qū)間軌道電路編碼

區(qū)間軌道電路按照前方車站進(jìn)站信號開放狀態(tài)以及前方軌道區(qū)段占用狀態(tài)，按照軌道電路低頻追蹤碼序發(fā)碼，如圖5所示。

圖5 區(qū)間無車軌道電路低頻編碼

區(qū)間閉塞分區(qū)空閑時(shí)，同一閉塞分區(qū)內(nèi)的所有軌道區(qū)段的編碼保持一致。列車完整占用閉塞分區(qū)一軌道區(qū)段時(shí)，列車所在的軌道區(qū)段以及列車前方所有軌道區(qū)段發(fā)送正常碼序，后方所有區(qū)段發(fā)送檢測碼，如圖6所示。

圖6 下行區(qū)間軌道電路低頻編碼（1）

列車同時(shí)占用了同一閉塞分區(qū)的兩個(gè)軌道區(qū)段時(shí)，列車車頭壓入的軌道區(qū)段以及前方所有軌道區(qū)段發(fā)送正常碼序，列車車尾壓入的軌道區(qū)段以及后方所有軌道區(qū)段發(fā)送檢測碼，如圖7所示；列車同時(shí)占用兩個(gè)閉塞分區(qū)時(shí)，車頭壓入的閉塞分區(qū)以及前方所有閉塞分區(qū)按正常碼序發(fā)碼，車尾壓入的閉塞分區(qū)發(fā)送檢測碼，如圖8所示。

圖7 下行區(qū)間軌道電路低頻編碼（2）

圖8 下行區(qū)間軌道電路低頻編碼（3）

2.2 軌道電路編碼仿真實(shí)現(xiàn)

2.2.1 區(qū)間軌道電路編碼

將區(qū)間軌道電路編碼的基本單元定為閉塞分區(qū)，在一個(gè)閉塞分區(qū)內(nèi)部的編碼邏輯參照2.1.2。在進(jìn)行編碼運(yùn)算前，應(yīng)該時(shí)刻更新閉塞分區(qū)的占用狀態(tài)。通過車載設(shè)備傳送的列車位置信息，結(jié)合從數(shù)據(jù)庫中得到的線路閉塞分區(qū)起終點(diǎn)里程，考慮列車長度因素，時(shí)刻生成全線區(qū)間閉塞分區(qū)占用狀態(tài)。再通過列車?yán)锍膛c閉塞分區(qū)內(nèi)部軌道區(qū)段的起終點(diǎn)里程進(jìn)行比較得到列車所占用的具體軌道區(qū)段信息。區(qū)間軌道電路的編碼范圍從前方車站接近區(qū)段開始直至后方車站的離去區(qū)段。

接近區(qū)段碼序主要根據(jù)進(jìn)站信號機(jī)顯示確定，不同場景下的接近區(qū)段碼序如表1所示。

表1 不同場景下的接近區(qū)段碼序

其區(qū)間編碼仿真流程圖如圖9所示。

2.2.2 站內(nèi)軌道電路編碼

站內(nèi)軌道電路編碼分為3種場景：無進(jìn)路時(shí)的站內(nèi)軌道電路編碼、接車進(jìn)路軌道電路編碼和發(fā)車進(jìn)路軌道電路編碼。

（1）無進(jìn)路時(shí)的站內(nèi)軌道電路編碼。列車進(jìn)路信號未開放，站內(nèi)軌道電路（包括道岔區(qū)段和股道區(qū)段）上無進(jìn)路經(jīng)過時(shí)，道岔區(qū)段默認(rèn)發(fā)送檢測碼，股道區(qū)段默認(rèn)發(fā)送HU碼。具體實(shí)現(xiàn)是根據(jù)車站軌道區(qū)段表，依次對相應(yīng)車站的所有站內(nèi)軌道區(qū)段進(jìn)行遍歷，結(jié)合該站辦理的進(jìn)路（包括接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路），看是否排列了經(jīng)站內(nèi)軌道區(qū)段的進(jìn)路，如果站內(nèi)軌道區(qū)段沒有進(jìn)路經(jīng)過，則該軌道區(qū)段按默認(rèn)編碼進(jìn)行低頻碼序編制。無進(jìn)路時(shí)的站內(nèi)軌道電路低頻編碼仿真流程圖如圖10所示。

（2）接車進(jìn)路軌道電路編碼。接車進(jìn)路中無車占用時(shí)，接車進(jìn)路區(qū)段編碼與股道區(qū)段碼序一致，股道區(qū)段發(fā)碼由出站信號機(jī)顯示狀態(tài)決定。接車進(jìn)路中有車占用時(shí)，列車運(yùn)行前方所有進(jìn)路區(qū)段編制正常碼序，后方進(jìn)路區(qū)段均發(fā)送檢測碼。當(dāng)列車在咽喉區(qū)（進(jìn)站信號機(jī)內(nèi)方第一區(qū)段）時(shí)，如果股道區(qū)段碼序升級，則咽喉區(qū)碼序保持不變，直到列車行駛壓入股道后編制升級碼序。站內(nèi)接車進(jìn)路軌道電路低頻編碼仿真流程圖如圖11所示。

圖9 區(qū)間軌道電路低頻編碼仿真流程

圖10 無進(jìn)路時(shí)的站內(nèi)軌道電路低頻編碼仿真流程

圖11 站內(nèi)接車進(jìn)路軌道電路低頻編碼仿真流程

（3）發(fā)車進(jìn)路軌道電路編碼。發(fā)車進(jìn)路中無車占用時(shí)，發(fā)車進(jìn)路區(qū)段編碼與一離去區(qū)段碼序一致，股道區(qū)段發(fā)碼由出站信號機(jī)顯示狀態(tài)決定。發(fā)車進(jìn)路中有車占用時(shí)，列車運(yùn)行前方所有進(jìn)路區(qū)段編制正常碼序，后方進(jìn)路區(qū)均發(fā)JC碼。列車運(yùn)行在咽喉區(qū)（出站信號機(jī)內(nèi)方第一區(qū)段）時(shí)，如果一離去區(qū)段碼序升級，列控中心應(yīng)控制咽喉區(qū)碼序保持不變，直到列車行駛壓入?yún)^(qū)間后編制升級碼序。站內(nèi)發(fā)車進(jìn)路軌道電路低頻編碼仿真流程圖如圖12所示。

圖12 站內(nèi)發(fā)車進(jìn)路軌道電路低頻編碼仿真流程

3 仿真軟件實(shí)現(xiàn)

區(qū)間軌道電路低頻編碼仿真如圖13所示。接車進(jìn)路時(shí)車站軌道電路低頻編碼仿真如圖14所示。發(fā)車進(jìn)路時(shí)車站軌道電路低頻編碼仿真如圖15所示。

圖13 區(qū)間軌道電路低頻編碼

圖14 接車進(jìn)路時(shí)車站軌道電路低頻編碼

圖15 發(fā)車進(jìn)路時(shí)軌道電路低頻編碼

4 結(jié)束語

本文首先從數(shù)據(jù)流的角度研究了列控中心編制軌道電路編碼的邏輯，然后分析了軌道電路低頻編碼的自動(dòng)調(diào)整原則，詳細(xì)闡述了軌道電路低頻編碼的仿真流程。通過對鄭西線線路數(shù)據(jù)的仿真實(shí)現(xiàn)，直觀明了地看到：軌道電路編碼很好地保障了列車的運(yùn)行安全。

[1] 中華人民共和國鐵道部.科技運(yùn)(2010)138號 列控中心技術(shù)規(guī)范[S]. 中華人民共和國鐵道部，2010.

[2] 中華人民共和國鐵道部.列控中心與軌道電路接口規(guī)范[S].中華人民共和國鐵道部，2010.

[3] 中華人民共和國鐵道部.科技運(yùn)(2008)34號 CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案[S]. 中華人民共和國鐵道部，2008.

[4] 何 堅(jiān)，郭 進(jìn).列車運(yùn)行控制仿真系統(tǒng)-軌道電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，19（2）：5-8.

[5] 李 銘.客運(yùn)專線CTCS2級列控中心功能仿真研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2009.

[6] 傅世善.閉塞與列控概論[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

責(zé)任編輯 徐侃春

Coded track circuit of train control center

WANG Jian, ZHANG Yadong
( School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )

Firstly, the paper analyzed the programming logic of track circuit coding from the perspective of the data fl ow, focused on data communication between train control center and track circuit, implemented the modular simulation modeling of the track section, analyzed the automatic adjusts principle of low-frequency coding to track circuit, realized track circuit low-frequency coding under the four scenarios of section, no route to station, station receiving route, station departure approach by digitizing simulation to Zheng-Xi Line data. The effectiveness of the track circuit coding simulation was validated. It was provided a reliable experimental environment to research on track circuit code for future.

track circuit coding; data fl ow; automatic adjustment; simulation

U284.2∶TP39

A

1005-8451（2015）10-0053-06

2015-01-06

王 建，在讀碩士研究生；張亞東，講師。