城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中接近區(qū)段設(shè)置的計算

譚理天

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 611756）

城市軌道交通CBTC系統(tǒng)中接近區(qū)段設(shè)置的計算

譚理天

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 611756）

城市軌道交通普遍采用基于通信的列車運行控制系統(tǒng)，因其在列車定位和追蹤方式上的特點，使得聯(lián)鎖功能的實現(xiàn)有所改進。傳統(tǒng)接近區(qū)段的設(shè)置已經(jīng)不能滿足城市軌道交通的要求了，而城軌的相關(guān)規(guī)范對接近區(qū)段沒有給出具體的要求。本文針對CBTC模式和后備模式下的特點，分析影響接近區(qū)段設(shè)置的因素，為接近區(qū)段的長度和延時解鎖時間的計算給出了具體計算方式，并針對實際應(yīng)用情況進行了討論和分析。

CBTC系統(tǒng)；聯(lián)鎖；接近區(qū)段；延時解鎖

接近區(qū)段是信號系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，用于進路建立和進路解鎖。與鐵路相比，城市軌道交通追蹤間隔小，運行速度較低的特點使得傳統(tǒng)的接近區(qū)段的設(shè)置和接近鎖閉解鎖時間已經(jīng)不能滿足城市軌道交通的需求了。設(shè)置合理的接近區(qū)段對行車的效率和安全性都具有重要影響。

本文針對城市軌道交通中基于通信的列車控制（CBTC）模式和后備模式兩種運行模式進行分析，以計算出合適的接近區(qū)段長度和延時解鎖時間。

1 接近區(qū)段的設(shè)置原則

接近區(qū)段是指進路前的一段軌道區(qū)段，用于接近鎖閉的建立和解鎖。當(dāng)聯(lián)鎖收到進路請求，進路內(nèi)道岔位置正確、區(qū)段方向未鎖閉、無敵對進路等進路檢查條件通過時，若接近區(qū)段無車占用，進路實行接近鎖閉以防止建立敵對進路。

當(dāng)進路已建立，信號開放后，進路處于預(yù)先鎖閉狀態(tài)。若此時列車距離進路有一定距離，能保證在信號機前停車，那么可以由列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS，Automatic Train Supervision）直接取消進路；若列車已經(jīng)駛?cè)虢咏鼌^(qū)段，進路處于接近鎖閉狀態(tài)，此時不能立即取消進路，需要延時解鎖，以防止列車冒進。

接近鎖閉區(qū)段的設(shè)置需要兼顧安全性和行車效率。如果接近鎖閉區(qū)段設(shè)置的太短，這時取消進路可能會導(dǎo)致列車制動距離不夠而越過防護進路信號機，影響行車安全；如果接近鎖閉區(qū)段設(shè)置的過長，可能系統(tǒng)能夠保證列車能在防護信號機前安全停穩(wěn)，而聯(lián)鎖判斷列車無法及時停車，從而實行接近鎖閉，只能通過延時解鎖，影響了運營效率。因此接近鎖閉區(qū)段的長度需要合理設(shè)置。

2 接近區(qū)段長度計算

2.1 后備模式下的接近區(qū)段長度

當(dāng)車–地通信發(fā)生故障或為了滿足CBTC裝備列車和非CBTC列車混跑，列車控制系統(tǒng)將提供后備模式。后備模式由軌道電路或計軸設(shè)備檢查區(qū)段空閑狀態(tài)，由聯(lián)鎖控制道岔和信號機狀態(tài)。

在后備模式下，接近區(qū)段需要滿足列車在最不利情況下采取制動后能在信號機前安全停穩(wěn)，接近區(qū)段長度的設(shè)置主要考慮列車以最高速度接近時，司機和設(shè)備的反應(yīng)時間以及安全制動距離。由于這時進路已經(jīng)建立，故不用考慮道岔轉(zhuǎn)換時間。

如圖1所示，信號機X2已經(jīng)開放，列車向X2接近，但還未進入接近區(qū)段，這時聯(lián)鎖檢查到接近區(qū)段未占用，可以直接取消進路。

圖1 接近區(qū)段長度示意

其中：

LA—接近鎖閉區(qū)段長度；

LB—列車安全制動距離；

LR—反應(yīng)時間內(nèi)走行距離。

LR由線路最高允許速度v與反應(yīng)時間相乘得出：LR=v·tR/3.6，其中，tR為司機和設(shè)備反應(yīng)時間。

列車安全制動距離由運動學(xué)公式v2–v20=2as可得：LB=v2/(2a·3.62)。一般列車加速度非恒定值，計算時取最小減速度值。

由上述分析可得接近區(qū)段長度為：

如果列車距離信號機大于LA時可以取消進路，若距離小于LA則需要延時解鎖?？紤]到可能的通信中斷和安全速度裕量，接近鎖閉區(qū)段可適當(dāng)延長。

聯(lián)鎖系統(tǒng)中沒有列車具體位置，而是將線路按區(qū)段劃分，根據(jù)列車占用的區(qū)段判斷列車位置，因此要根據(jù)計算出的接近鎖閉區(qū)段長度把若干個區(qū)段作為接近區(qū)段。在城市軌道交通的實際應(yīng)用中，通常會按照不同的限制速度計算接近區(qū)段的長度，為不同進路分別配置接近區(qū)段。

2.2 CBTC模式下接近區(qū)段的判斷

在CBTC模式下，車載設(shè)備周期性地向控制中心報告列車的位置和速度信息，區(qū)域控制器ZC實時獲取列車狀態(tài)信息和線路狀態(tài)信息，根據(jù)線路障礙物的位置為列車計算移動授權(quán)MA。

CBTC模式下接近區(qū)段長度的計算與后備模式下類似基本相同，只是反應(yīng)時間tR除了設(shè)備反應(yīng)時間還包含車載設(shè)備和ZC的雙向通信時間。另外，CBTC模式下對列車接近的判斷與后備模式下有所不同，系統(tǒng)根據(jù)計算的接近區(qū)段長度為信號機設(shè)置判斷點，當(dāng)移動授權(quán)的范圍到達進路防護信號機，且列車到達判斷點時，系統(tǒng)判斷列車有效接近，由ZC將“列車接近信號機”的信息發(fā)送給聯(lián)鎖，否則聯(lián)鎖認為列車未接近，此時可立即取消進路，而不會導(dǎo)致危險。

3 延時解鎖時間

當(dāng)列車進入接近區(qū)段，信號突然關(guān)閉，進路處于接近鎖閉狀態(tài)，此時不能取消進路，需進行延時解鎖，使得列車在停穩(wěn)前進路保持鎖閉狀態(tài)，以保證進路解鎖前，列車能在信號機前停車，或者列車闖入進路內(nèi)方時，不因進路內(nèi)道岔轉(zhuǎn)換危及行車安全。

延時解鎖在接近鎖閉后、信號關(guān)閉時開始計時，定時的時間依據(jù)在最壞情況下的最長安全制動距離計算。即信號關(guān)閉時，列車運行在最高允許速度下安全制動停車所需要的時間。

如圖 2所示，列車占用接近區(qū)段，此時信號機X2關(guān)閉，延時解鎖定時器開始計時，直至列車停穩(wěn)。

圖2 接近鎖閉解鎖時間

延時解鎖計時器的設(shè)定時間包括設(shè)備反應(yīng)時間列車和安全制動時間：

最大常用制動至完全停穩(wěn)時間：tB=v/(a·3.6) ；設(shè)備反應(yīng)時間和處理時間tR；故延時解鎖時間：

考慮到通信的延遲，速度的偏差以及留有安全裕量，延時解鎖的時間應(yīng)在此計算結(jié)果上適當(dāng)延長。

另外對于CBTC模式，列車接近時ZC將防護信號機作為障礙物計算移動授權(quán)，如果聯(lián)鎖收到ZC發(fā)送的“確保列車在信號機前停車”的信息，接近鎖閉計時可以立即取消，否則，仍然執(zhí)行延時解鎖。

4 實際應(yīng)用中的接近區(qū)段設(shè)置舉例

在城市軌道交通中正線運行的線路最高速度通常為80 km/h，假設(shè)反向運行時速度為65 km/h，通過道岔側(cè)向時為60 km/h，減速度取1.0 m/s2，設(shè)備反應(yīng)時間為2 s，代入式（2），可以得出正線上接近區(qū)段長度為290 m，反向運行時接近區(qū)段長度為198 m。在實際應(yīng)用中，接近區(qū)段的設(shè)置應(yīng)結(jié)合具體站場設(shè)計進行分析，站場圖的舉例如圖3所示。

圖3 舉例站場圖

4.1 從多個方向接近的接近區(qū)段

如圖3，考慮信號機S1防護進路的接近區(qū)段。從道岔P04定位接近時，根據(jù)上文計算結(jié)果，接近區(qū)段長度不得小于290 m，可將軌道區(qū)段T06，ST04，T04作為接近區(qū)段，接近區(qū)段中有同向防護的信號機S4，故以S4為始端的進路未接近鎖閉時可判斷列車未接近S1。若列車是經(jīng)過道岔P02/P04反位接近，計算時速度v代入60 km/h，可知只需檢查T06的占用情況。

若列車已占用ST04，且道岔P04在定位，信號機S1關(guān)閉，此時不能直接取消進路而應(yīng)延時解鎖。設(shè)常用制動率為0.6 m/s2，設(shè)備反應(yīng)時間為2 s，代入式（4）得出延時解鎖時間為37 s，考慮到安全裕量，取兩倍值80 s。

4.2 經(jīng)過對向道岔的接近區(qū)段

如圖3，考慮信號機S3防護進路的接近區(qū)段。根據(jù)上文的計算結(jié)果，反向運行接近區(qū)段長度不少于198 m，可將T01，ST02作為以S3為始端的進路的接近區(qū)段，但如果道岔P02/P04鎖閉在反位，則ST02的占用情況可以不作為S3接近的檢查條件，只需檢查T01的占用情況。

當(dāng)列車經(jīng)道岔P02定位接近信號機S3，并已經(jīng)占用ST02時，由式（4）計算得延時解鎖時間為32 s，取65 s。

5 結(jié)束語

本文對城市軌道交通接近區(qū)段的設(shè)置原則進行了分析，對CBTC模式和后備模式下的接近區(qū)段的長度和延時解鎖時間進行了分析和計算，并對實際應(yīng)用情況進行了探討?？梢詾樵O(shè)置合理的接近區(qū)段和解鎖時間提供計算方式。接近區(qū)段的設(shè)置應(yīng)結(jié)合實際情況進行具體分析，以保證列車的安全運行和運營效率。

[1]IEEE 1474.3 IEEE Recommended Practice for Communications-Based Train Control (CBTC) System Design and Functional Allocation[S].New York:Institute of Electrical and Electronics Engineers,2008

[2]中華人民共和國鐵道部.TB/T 3027-2002 計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件[S].北京：中華人民共和國鐵道部，2002．

[3]劉 劍.城市軌道交通移動閉塞系統(tǒng)后備模式的研究[D].北京：鐵道部科學(xué)研究院，2005： 52-58.

[4]張 亮，郭秀清．一種基于CBTC的動態(tài)接近鎖閉區(qū)段的計算方法[J]．鐵道通信信號，2013（12）：34.

[5]王俊高，王 鯤，劉海祥．城市軌道交通中進路延時解鎖的安全性分析[J]．鐵道通信信號，2014（8）：31．

[6]黃克勇．城市軌道交通信號控制系統(tǒng)中4種接近區(qū)段的定義和計算[J]．城市軌道交通研究，2015（5）：53．

[7]張嘯林.CBTC系統(tǒng)中計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)功能的研究[J]．鐵路通信信號工程技術(shù)（RSCE），2012（10）：39.

責(zé)任編輯 徐侃春

Calculation of approach section settings in Urban Transit CBTC System

TAN Litian
( School of Information Science &Technology,Southwest Jiaotong University,Chengdu 611756,China)

Communication based train control system (CBTC) are widely used in Urban Transit.Because of its advantages on train locating and train tracking,the implementation of the interlocking function has been improved.Traditional setting of approach section was unable to meet the requirements of Urban Transit,however,the relevant specifcations for approach section of Urban Transit are not given.In this paper,according to the characteristics of the CBTC mode and backup mode,the infuence factors for the settings of approach sections were analyzed,the lengths and release delay time of approach section were calculated.In addition,actual situations were discussed and analyzed.

CBTC System;interlocking;approach section;release delay time

U231.7：TP39

A

1005-8451（2016）08-0064-03

2016-01-22

譚理天，在讀碩士研究生。