基于列車速度的行車許可計(jì)算方法研究

杜江紅，郭軍強(qiáng)

(1.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)在軌道交通領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，該系統(tǒng)是用通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)列車與地面設(shè)備雙向通信，利用列車位置信息、線路信息實(shí)時(shí)計(jì)算行車許可，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)閉塞。基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)大幅提高了區(qū)間通過能力，靈活組織雙向運(yùn)行和單向連續(xù)發(fā)車，適用于不用車速、不同運(yùn)量、不同類型牽引的列車控制。在該系統(tǒng)中，地面設(shè)備根據(jù)列車位置信息、進(jìn)路信息、區(qū)段占用信息、臨時(shí)限速等信息計(jì)算列車行車許可，車載設(shè)備根據(jù)地面設(shè)備發(fā)送的行車許可生成目標(biāo)—距離控制曲線，控制列車安全運(yùn)行。然而地面設(shè)備在計(jì)算行車許可時(shí)，以前方列車車尾作為目標(biāo)點(diǎn)，并考慮一定的防護(hù)距離作為行車許可的終點(diǎn)，車載設(shè)備以此來計(jì)算目標(biāo)—距離控制曲線，存在列車過早制動(dòng)，或延時(shí)牽引等情況，從而降低了區(qū)間列車追蹤效率。

本文針對(duì)這一問題，提出基于列車速度的行車許可計(jì)算方法，進(jìn)一步提高列車追蹤能力，縮短追蹤間隔，從而為提升運(yùn)輸效率提供理論依據(jù)。

2 場(chǎng)景分析

列車車載設(shè)備通過無線通信獲取地面設(shè)備發(fā)送的最大移動(dòng)授權(quán)范圍內(nèi)與前車的距離，以及前車的速度、制動(dòng)、牽引、長度等信息。根據(jù)與前車距離及前車速度等信息，計(jì)算列車行車許可。該模型下計(jì)算的列車行車許可分為3 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：列車追蹤點(diǎn)、列車制動(dòng)點(diǎn)、列車停車點(diǎn)。

列車追蹤點(diǎn)：兩車之間的最小追蹤間隔點(diǎn)。列車制動(dòng)點(diǎn)：列車目標(biāo)—距離制動(dòng)曲線的起點(diǎn)。列車停車點(diǎn)：行車許可終點(diǎn)。

本文對(duì)區(qū)間追蹤、進(jìn)站接車、車站發(fā)車場(chǎng)景下的基于列車速度的行車許可計(jì)算進(jìn)行描述。

2.1 區(qū)間追蹤

如圖1 所示，區(qū)間多列車追蹤時(shí)，根據(jù)前車速度計(jì)算本列車行車許可。區(qū)間運(yùn)行ATP-A、ATP-B、ATP-C 三 列 車，區(qū) 間2G 處 有 正 向45 km/h 的臨時(shí)限速，ATP-A，ATP-B，ATP-C三列車當(dāng)前速度分別為160 km/h，80 km/h，120 km/h?，F(xiàn)按照基于列車速度等信息計(jì)算行車許可方法，計(jì)算各列車行車許可。

圖1 區(qū)間多車追蹤行車許可計(jì)算示意圖Fig.1 Schematic diagram of movement authority calculation when multi-train tracking in section

對(duì)于ATP-C 列車，列車當(dāng)前速度為120 km/h，前方進(jìn)站信號(hào)機(jī)S1 為禁止信號(hào)，計(jì)算列車停車點(diǎn)（SC停車點(diǎn)）為進(jìn)站信號(hào)機(jī)S1 處回縮一定安全距離。根據(jù)列車當(dāng)前速度、制動(dòng)性能，以及至停車點(diǎn)（SC停車點(diǎn)）距離計(jì)算出以BC制動(dòng)點(diǎn)為制動(dòng)起始點(diǎn)的目標(biāo)—距離制動(dòng)曲線。

對(duì)于ATP-B 列車，列車當(dāng)前速度為80 km/h，前車ATP-C 列車速度為120 km/h，則ATP-B 列車在TB追蹤點(diǎn)前可將速度提升至120 km/h，TB追蹤點(diǎn)距離ATP-C 列車車尾一定安全距離，在與前車ATP-C 保持安全追蹤間隔距離的同時(shí)，保持與ATP-C 列車速度一致。ATP-B 列車以前車ATP-C停車點(diǎn)SC回縮一個(gè)ATP-C 列車車長，并考慮安全距離作為ATP-B 的停車點(diǎn)SB。根據(jù)ATP-B 的目標(biāo)停車點(diǎn)SB，計(jì)算出該列車以BB制動(dòng)點(diǎn)為制動(dòng)起點(diǎn)的目標(biāo)—距離制動(dòng)曲線。

對(duì)于ATP-A 列車，列車當(dāng)前速度為160 km/h，列車運(yùn)行前方2G 處有45 km/h 的臨時(shí)限速，區(qū)間運(yùn)行前方有ATP-B 列車以及ATP-C 列車。以前方限速起點(diǎn)為目標(biāo)速度點(diǎn)，根據(jù)ATP-A 列車與限速起點(diǎn)距離、列車當(dāng)前速度、制動(dòng)性能計(jì)算出以BA1制動(dòng)點(diǎn)為制動(dòng)起點(diǎn)的目標(biāo)—速度制動(dòng)曲線。根據(jù)限速區(qū)長度以及限速區(qū)終點(diǎn)距離ATP-B 列車的距離。計(jì)算出ATP-A 列車追蹤ATP-B 列車的TA追蹤點(diǎn)，計(jì)算出的TA追蹤點(diǎn)距離ATP-B 列車當(dāng)前位置保留一定安全防護(hù)距離，并在ATP-A 列車到達(dá)TA追蹤點(diǎn)前，保持與ATP-B 列車速度一致，并在ATP-B 行車許可終點(diǎn)基礎(chǔ)上回縮一個(gè)ATP-B 列車長度作為ATP-A 行車許可終點(diǎn)SA。以SA停車點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)ATP-A 列車目標(biāo)速度及制動(dòng)性能，計(jì)算出以BA2制動(dòng)點(diǎn)為制動(dòng)起點(diǎn)的目標(biāo)—距離制動(dòng)曲線。

2.2 進(jìn)站接車

如圖2 所示，列車進(jìn)站場(chǎng)時(shí)根據(jù)前車速度信息計(jì)算本列車行車許可，ATP-C 車進(jìn)入3G 停車，ATP-B 車進(jìn)入IG 停車。當(dāng)S1 →S3 多列車進(jìn)路已辦理，地面設(shè)備為ATP-A 計(jì)算行車許可時(shí)，判斷S1 →S3 進(jìn)路為多列車進(jìn)路且進(jìn)路開放，ATP-B 當(dāng)前速度為0 km/h，考慮ATP-A 列車與ATP-B 列車安全追蹤間隔，計(jì)算ATP-A 列車停車點(diǎn)為SA，SA點(diǎn)距離ATP-B 列車尾部保持一定安全距離。ATP-A列車追蹤點(diǎn)為TA，根據(jù)ATP-A 當(dāng)前列車速度及制動(dòng)模型以SA停車點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算一次制動(dòng)曲線制動(dòng)點(diǎn)為BA。

圖2 進(jìn)站接車時(shí)行車許可計(jì)算示意圖Fig.2 Schematic diagram of movement authority calculation when receiving the train enters station

2.3 出站發(fā)車

如圖3 所示，列車出站時(shí)根據(jù)前車速度信息計(jì)算本列車行車許可。ATP-C 在區(qū)間以120 km/h 速度行駛，列車前方至進(jìn)站S 信號(hào)機(jī)處空閑，S 信號(hào)機(jī)禁止信號(hào)，計(jì)算ATP-C 列車行車許可停車點(diǎn)SC為S 信號(hào)機(jī)處，根據(jù)ATP-C 制動(dòng)模型計(jì)算以SC點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)的一次制動(dòng)曲線制動(dòng)點(diǎn)BC。

ATP-B 列車出站發(fā)車，當(dāng)前速度45 km/h，列車前方至ATP-C 列車處空閑，計(jì)算ATP-B 列車行車許可停車點(diǎn)SB，SB停車點(diǎn)距離S 信號(hào)機(jī)間隔ATP-C 車長并回縮安全距離。根據(jù)ATP-B 制動(dòng)模型計(jì)算以SC為終點(diǎn)的一次制動(dòng)曲線制動(dòng)點(diǎn)BB。計(jì)算與ATP-C 列車追蹤點(diǎn)為TB，TB追蹤點(diǎn)為距離ATP-C 列車當(dāng)前尾部保持安全距離，且ATP-B 在TB追蹤點(diǎn)的目標(biāo)速度與ATP-C 速度一致。

圖3 出站發(fā)車時(shí)行車許可計(jì)算示意圖Fig.3 Schematic diagram of movement authority calculation when the train leaves the station

為S3 →S7 辦理多列車進(jìn)路，且S3 信號(hào)機(jī)開放允許信號(hào)，ATP-A 當(dāng)前速度為5 km/h，列車前方至S 信號(hào)機(jī)間有同向運(yùn)行ATP-B 列車及ATP-C列車，計(jì)算ATP-A 行車許可停車點(diǎn)SA，SA停車點(diǎn)距離S 信號(hào)機(jī)間隔ATP-C+ATP-B 列車車長并回縮安全距離。根據(jù)ATP-A 制動(dòng)模型計(jì)算以SA為終點(diǎn)的一次制動(dòng)曲線制動(dòng)點(diǎn)BA。計(jì)算與ATP-B 列車追蹤點(diǎn)為TA，TA追蹤點(diǎn)為距離ATP-B 列車當(dāng)前尾部保持安全距離，且ATP-A 在TA追蹤點(diǎn)的目標(biāo)速度與ATP-B 速度一致。

3 關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算

列車停車點(diǎn)計(jì)算：

列車停車點(diǎn)S停車點(diǎn)計(jì)算是根據(jù)S禁止點(diǎn)（列車車頭不可越過的點(diǎn)），及L安全距離（考慮列車定位、速傳等列車位置采集設(shè)備引起的誤差，根據(jù)列車提供誤差系數(shù)，取最大值），算出行車許可的終點(diǎn)。

列車制動(dòng)點(diǎn)計(jì)算：

列車制動(dòng)點(diǎn)B制動(dòng)點(diǎn)計(jì)算是以S停車點(diǎn)為行車許可計(jì)算終點(diǎn)，考慮車載設(shè)備與地面設(shè)備最大通信延伸情況（本模型以地面設(shè)備計(jì)算行車許可再通過無線傳輸方式發(fā)送給列車為假定），以及ATP 向列車輸出制動(dòng)指令列車響應(yīng)時(shí)間情況下，列車以輸出最大制動(dòng)行駛距離計(jì)算制動(dòng)點(diǎn)。

列車追蹤點(diǎn)計(jì)算：T追蹤點(diǎn)計(jì)算是以前車車尾點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，考慮前車最大退行距離及前車當(dāng)前速度，在后車到達(dá)T追蹤點(diǎn)時(shí)，當(dāng)前列車與前車速度必須一致。若前車速度為0 km/h 時(shí)，T追蹤點(diǎn)與S停車點(diǎn)同一點(diǎn)。

4 性能比較

4.1 追蹤距離比較

同一列車在相同速度、相同制動(dòng)模型，不同計(jì)算行車許可方法情況下的追蹤距離比較（本計(jì)算模型以車載定位準(zhǔn)確無誤，車地?zé)o線通信延時(shí)在假定范圍內(nèi)，且各設(shè)備間輸出結(jié)果準(zhǔn)確無誤為前提）。

以前方列車尾部為目標(biāo)停車點(diǎn)，追蹤距離為：

如表1 所示，兩種計(jì)算行車許可模型下列車追蹤間隔比較，融合前車位置、速度、牽引、制動(dòng)等信息的行車許可計(jì)算方法的列車追蹤距離更短。

表1 兩種行車許可計(jì)算方法下的追蹤距離比較Tab.1 Comparison of tracking distance between two types of movement authority calculation methods

4.2 追蹤間隔比較

同一列車在相同速度、相同制動(dòng)模型，不同計(jì)算行車許可方法情況下的追蹤間隔比較如下。

以列車尾部為目標(biāo)停車點(diǎn)，追蹤間隔為：

融合前車列車速度的列車追蹤間隔為：

如表2 所示，兩種計(jì)算行車許可模型下列車追蹤間隔比較，兩者相比，融合前車位置、速度、牽引、制動(dòng)等信息的行車許可計(jì)算方法的列車追蹤間隔更短。

表2 兩種行車許可計(jì)算方法下的追蹤間隔比較Tab.2 Comparison of tracking time between two types of movement authority calculation methods

5 結(jié)束語

基于列車速度的行車許可計(jì)算方法較以前車尾部作為停車點(diǎn)的行車許可計(jì)算方法，通過融合前車位置、速度、牽引、制動(dòng)等信息計(jì)算行車許可，大大縮短了列車追蹤距離及追蹤間隔，進(jìn)而提高移動(dòng)閉塞系統(tǒng)的運(yùn)輸性能，為深度挖掘線路運(yùn)輸潛力提供理論依據(jù)，但該模型是基于設(shè)備可靠輸出，設(shè)備間低延時(shí)傳輸，且列車定位精準(zhǔn)，制動(dòng)性能無衰減等理想情況下計(jì)算出的理論結(jié)果，在實(shí)際運(yùn)過程中還需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。