CBTC系統(tǒng)中接近鎖閉區(qū)段的計(jì)算與應(yīng)用場(chǎng)景說(shuō)明

閆貝貝，徐恒亮

在地鐵CBTC系統(tǒng)中，進(jìn)路鎖閉分為預(yù)先鎖閉和接近鎖閉［1］。預(yù)先鎖閉應(yīng)在進(jìn)路選通、有關(guān)聯(lián)鎖條件具備時(shí)構(gòu)成［2］；接近鎖閉在信號(hào)開放、進(jìn)路的接近鎖閉區(qū)段占用時(shí)構(gòu)成［3］。當(dāng)構(gòu)成接近鎖閉后，取消進(jìn)路時(shí)需等待一段時(shí)間，確保列車安全停穩(wěn)后方可解鎖進(jìn)路［4］。在CBTC系統(tǒng)中，由于ATC車載系統(tǒng)和車地?zé)o線通信的引入，以及CBTC和BM的不同模式存在，使得計(jì)算接近鎖閉區(qū)段長(zhǎng)度時(shí)，需考慮CBTC系統(tǒng)自身的特點(diǎn)并綜合不同的條件［5］。

1 接近鎖閉區(qū)段長(zhǎng)度的計(jì)算

1.1 CBTC模式接近鎖閉區(qū)段的計(jì)算

CBTC 模式下，分為3 個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算：觸發(fā)制動(dòng)到開始施加制動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，列車走行的距離D1；施加制動(dòng)后，列車完全停車走行的距離D2；不確定的距離D3。

由于接近鎖閉區(qū)段的長(zhǎng)度是與安全相關(guān)的參數(shù)［6］，在計(jì)算D2 時(shí)，列車初始速度需考慮線路最大限速。通常先采用本線路最大的限速值，估算出一個(gè)最大的停車距離；再按照這個(gè)距離，從進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)方向開始，判斷這個(gè)距離范圍內(nèi)可以覆蓋的最大限速，若該距離范圍中有更小的限速出現(xiàn)，則采用更小的限速值計(jì)算，如此迭代下去，直到?jīng)]有出現(xiàn)更小的限速值，則此時(shí)計(jì)算的結(jié)果為最后算得的結(jié)果。計(jì)算流程見圖1。

圖1 D2計(jì)算流程簡(jiǎn)圖

D3 由一些系統(tǒng)檢測(cè)不到的長(zhǎng)度組成，如列車車鉤長(zhǎng)度、區(qū)段檢測(cè)盲區(qū)等。

綜上，CBTC 模式下的接近鎖閉區(qū)段長(zhǎng)度為D1+D2+D3，只有列車占用相關(guān)信號(hào)機(jī)防護(hù)方向后方D1+D2+D3 長(zhǎng)度范圍內(nèi)的區(qū)段時(shí)，才構(gòu)成接近鎖閉。

1.2 BM模式接近鎖閉區(qū)段的計(jì)算

BM 模式接近鎖閉區(qū)段的長(zhǎng)度，除了考慮上述CBTC 模式下的D1，D2，D3 外，還需要考慮BM模式下信號(hào)機(jī)的預(yù)告信標(biāo)位置。

當(dāng)軌旁ZC 設(shè)備或者車地?zé)o線通信故障時(shí)，CBTC 可降級(jí)為BM 模式運(yùn)行。在BM 模式下，列車讀取點(diǎn)式信標(biāo)，獲取信號(hào)機(jī)、道岔狀態(tài)，對(duì)列車進(jìn)行ATP 安全防護(hù)。為提高列車運(yùn)行效率，通常在距離主體信號(hào)機(jī)一段距離內(nèi)，放置一個(gè)預(yù)告信標(biāo)，預(yù)告該主體信號(hào)機(jī)狀態(tài)，讓列車提前預(yù)知前方信號(hào)機(jī)為允許狀態(tài)，避免列車在區(qū)間停車。

如圖2所示，信號(hào)機(jī)X2的預(yù)告信標(biāo)為B2，B2將預(yù)告X2 的狀態(tài)。當(dāng)列車經(jīng)過(guò)B2，進(jìn)入L1 范圍內(nèi)，此時(shí)列車獲取X2是允許狀態(tài)。若接近鎖閉區(qū)段不包含B2，則會(huì)出現(xiàn)未構(gòu)成接近鎖閉時(shí)，列車就已讀取B2，獲取X2 為允許狀態(tài)。此時(shí)由于不構(gòu)成接近鎖閉，CI不需要延時(shí)解鎖，就可直接取消進(jìn)路，但這時(shí)車載已經(jīng)獲取X2為允許狀態(tài)，認(rèn)為進(jìn)路仍然有效，將出現(xiàn)進(jìn)路已解鎖但車載仍授權(quán)運(yùn)行的危險(xiǎn)狀況。

圖2 接近鎖閉區(qū)段長(zhǎng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖

為避免上述危險(xiǎn)場(chǎng)景，BM 下的接近鎖閉區(qū)段長(zhǎng)度，必須覆蓋至預(yù)告信標(biāo)B2 的這段距離L1。另外，列車讀取B2 前，聯(lián)鎖檢測(cè)區(qū)段的占用以及預(yù)告信標(biāo)B2接收到前方信號(hào)機(jī)X2為禁止?fàn)顟B(tài)也都存在一定的延時(shí)，在這段延時(shí)內(nèi)列車走過(guò)的距離，也需要考慮進(jìn)接近鎖閉的長(zhǎng)度計(jì)算中。如果只考慮L1，那么構(gòu)成接近鎖閉后需人工取消進(jìn)路時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)列車讀不到X2是禁止信號(hào)的情況。

因此，BM 模式下，分為2 個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算：信號(hào)機(jī)到預(yù)告信標(biāo)間距離L1；聯(lián)鎖檢測(cè)區(qū)段占用、預(yù)告信標(biāo)接收到前方信號(hào)機(jī)為禁止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間內(nèi)，列車走過(guò)的距離L2，最后再加上計(jì)算過(guò)程中的D3。

由于日常運(yùn)營(yíng)中，存在CBTC與BM 混合運(yùn)行的情況，所以接近鎖閉區(qū)段最終計(jì)算結(jié)果要取CBTC 和 BM 計(jì)算的最大值，即 Max （CBTC，BM）。

1.3 跨聯(lián)鎖邊界接近鎖閉區(qū)段的計(jì)算

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接近鎖閉區(qū)段跨越2 個(gè)聯(lián)鎖區(qū)域的情況。接近鎖閉區(qū)段為信號(hào)機(jī)的相關(guān)屬性定義，因此跨聯(lián)鎖邊界的接近鎖閉區(qū)段需要在2個(gè)聯(lián)鎖區(qū)域之間傳遞相關(guān)的信息。

如圖3 所示，在計(jì)算跨越聯(lián)鎖邊界的接近鎖閉區(qū)段時(shí)，需考慮如下過(guò)程中的延時(shí)：T1，列車被聯(lián)鎖1 范圍內(nèi)的計(jì)軸/軌道電路檢測(cè)到占用；T2，計(jì)軸/軌道電路將占用信息傳給聯(lián)鎖1；T3，聯(lián)鎖1傳遞接近鎖閉區(qū)段占用信息到聯(lián)鎖2；T4，聯(lián)鎖2傳遞信號(hào)機(jī)狀態(tài)到區(qū)域控制器；T5，通過(guò)車地?zé)o線通信，區(qū)域控制器將信號(hào)機(jī)狀態(tài)傳輸?shù)杰囕d控制器。

需注意，無(wú)車地?zé)o線通信下的BM 模式，沒(méi)有T5。

2 不同應(yīng)用場(chǎng)景下接近鎖閉的說(shuō)明

構(gòu)成接近鎖閉后，需要等待一段時(shí)間保證列車停穩(wěn)后，方能解鎖進(jìn)路，這段時(shí)間稱為接近鎖閉解鎖時(shí)間［7］。接近鎖閉解鎖時(shí)間是按照列車以接近區(qū)段內(nèi)最大速度運(yùn)行時(shí)，觸發(fā)列車制動(dòng)到完全停車的時(shí)間［8］。

2.1 CBTC與BM模式

如圖3 所示，CBTC 模式下，車載與軌旁通過(guò)車地?zé)o線通信。當(dāng)構(gòu)成接近鎖閉后，若取消進(jìn)路，此時(shí)聯(lián)鎖系統(tǒng)會(huì)將已經(jīng)開放的進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)關(guān)閉，并通過(guò)圖3 中的步驟T4，將取消進(jìn)路信息傳遞到區(qū)域控制器，區(qū)域控制器通過(guò)步驟T5，回縮列車的授權(quán)終點(diǎn)至始端信號(hào)機(jī)，保證列車在接近鎖閉時(shí)間內(nèi)，列車在信號(hào)機(jī)前停車。由于接近鎖閉解鎖時(shí)間考慮最不利條件下可保證列車停車的時(shí)間，因此一般情況下，列車停車后，接近鎖閉時(shí)間還未結(jié)束，但此時(shí)列車已經(jīng)停穩(wěn)，進(jìn)路解鎖沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)，還要等待剩余的時(shí)間才能解鎖，于是在一定程度上影響了運(yùn)營(yíng)效率。為此，利用CBTC 模式下車地通信通道，車載控制器可將列車停穩(wěn)信息發(fā)送到區(qū)域控制器，區(qū)域控制器授權(quán)聯(lián)鎖提前解鎖進(jìn)路，從而在保證安全的前提下，減少實(shí)際解鎖的時(shí)間，提高了進(jìn)路使用的效率。

圖3 跨聯(lián)鎖區(qū)域的接近鎖閉信息傳輸

BM 模式下，車載與軌旁無(wú)線通信不可用，故列車的停穩(wěn)信息無(wú)法送至區(qū)域控制器和聯(lián)鎖。一旦構(gòu)成接近鎖閉，若需要解鎖進(jìn)路，則需要等待接近鎖閉時(shí)間全部走完，進(jìn)路才能解鎖。由于BM 模式為CBTC 降級(jí)下使用，多為故障導(dǎo)致的降級(jí)情況，不能像CBTC 模式那樣提前解鎖，因此運(yùn)營(yíng)效率較CBTC 模式低。只能等到接近鎖閉時(shí)間結(jié)束，可保證列車安全停穩(wěn)，也可保證行車安全［9］。

2.2 多分支接近鎖閉

無(wú)論是CBTC 還是BM 模式，在很多情況下，接近鎖閉區(qū)段會(huì)根據(jù)道岔分成多個(gè)路徑，構(gòu)成多分支的接近鎖閉區(qū)段。如圖4 所示，以X2 為始端的進(jìn)路X2—X1，接近鎖閉區(qū)段為G4，G3，G2，G1，G7，G8，G9，G10，G11，G12，G13。但并不是這些分支中的某一個(gè)區(qū)段占用，都會(huì)構(gòu)成接近鎖閉條件。聯(lián)鎖系統(tǒng)在構(gòu)成接近鎖閉時(shí)，根據(jù)P1、P2 的定位、反位，將旁路無(wú)關(guān)的區(qū)段。例如進(jìn)路X2—X1 已經(jīng)建立，X2 信號(hào)已經(jīng)開放，道岔P1 為反位，通向側(cè)向，道岔P2 不管是什么位置，該進(jìn)路均是由P1 反位方向接車，故構(gòu)成接近鎖閉的區(qū)段只有G4，G3，G7，G8，G9，G10。其他接近鎖閉區(qū)段占用，均不構(gòu)成接近鎖閉。

圖4 多分支接近鎖閉區(qū)段

2.3 無(wú)條件接近鎖閉

在線路的一些特殊位置，如本線路與相鄰線路的聯(lián)絡(luò)線、正線與車輛段/停車場(chǎng)接口處等，由于兩線路采用不同的聯(lián)鎖系統(tǒng)，受相互傳遞信息、變量等限制條件，接口處進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)可定義為無(wú)條件接近鎖閉，即該信號(hào)機(jī)不定義接近鎖閉區(qū)段。只要進(jìn)路建立，信號(hào)開放，即構(gòu)成接近鎖閉，若要解鎖進(jìn)路，需等待接近鎖閉時(shí)間結(jié)束，才能解鎖進(jìn)路［10］。由于這些地方大多數(shù)的操作都是非正常運(yùn)營(yíng)時(shí)段，因此，無(wú)條件接近鎖閉不會(huì)影響運(yùn)營(yíng)效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上，CBTC系統(tǒng)在保證安全的前提下，可根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，按不同模式、不同路徑與場(chǎng)景，對(duì)接近鎖閉區(qū)段的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，且根據(jù)不同場(chǎng)景應(yīng)用不同的方法，提升系統(tǒng)的安全性和效率。上述計(jì)算，在多條已開通地鐵線路中得到實(shí)際應(yīng)用，如蘇州地鐵4 號(hào)線、蘇州地鐵3 號(hào)線以及南京地鐵S8 線等CBTC線路，使用效果良好，可以在類似地鐵線路中，在計(jì)算接近鎖閉區(qū)段的長(zhǎng)度時(shí)，作為參考。