基于相關(guān)進(jìn)路的列車包絡(luò)計算方法

摘 要：在高鐵列控系統(tǒng)中，軌旁設(shè)備無線閉塞中心（RBC）根據(jù)列車位置報告計算列車包絡(luò)是為列車計算行車許可（MA）的重要依據(jù)。然而車載發(fā)送的列車位置報告為基于應(yīng)答器的偏移且和實際列車位置存在偏差，因此列車安全包絡(luò)是列車實際位置的安全范圍。在計算列車包絡(luò)在區(qū)段上的位置時列車包絡(luò)范圍道岔狀態(tài)和實際列車駛過的道岔狀態(tài)不同時，如何準(zhǔn)確計算列車安全包絡(luò)對于RBC計算行車許可十分關(guān)鍵。該文提出一種基于相關(guān)進(jìn)路的列車包絡(luò)計算方法，為列控系統(tǒng)計算列車行車許可提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：列車安全包絡(luò)；位置報告；列控系統(tǒng)；行車許可；相關(guān)進(jìn)路

中圖分類號：U284.48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0014-04

Abstract： In the high-speed rail train control system， the trackside equipment Radio Block Center （RBC） calculates the train envelope based on the train position report， which is an important basis for calculating the train Movement Authority （MA）. However， the train position report sent by the onboard system is based on the offset of the balise and deviates from the actual train position， so the train safety envelope is the safety range of the actual train position. When calculating the position of the train envelope on a section， it is crucial for RBC to accurately calculate the train safety envelope when the switch status within the train envelope range is different from the actual switch status that the train has passed through. This article proposes a train envelope calculation method based on relevant routes， providing a basis for train control systems to calculate train MA.

Keywords： train safety envelope; position report; train control system; Movement Authority; related route

目前我國高速鐵路發(fā)展迅速，對列車追蹤間隔提出了更高的要求。現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，列車運行閉塞制式逐漸從固定閉塞轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿娱]塞，在保證行車安全的前提下，大大縮短了追蹤間隔時間，行車效率也得到了極大提高。目前既有CTCS-3線路，無線閉塞中心（RBC）是以區(qū)段為邊界計算列車行車許可的固定閉塞系統(tǒng)。隨著鐵路運營對線路利用效率提升的要求，提出了基于衛(wèi)星定位的高精度列車移動閉塞的新型列控系統(tǒng)。在新型列控系統(tǒng)中衛(wèi)星定位已成為鐵路列車位置服務(wù)的重要支撐。

RBC是新型列控系統(tǒng)中的核心軌旁系統(tǒng)，其獲取線路上所有列車的位置信息、聯(lián)鎖的進(jìn)路信息和軌道電路占用信息后進(jìn)行綜合處理，以無線報文的形式向列車發(fā)送行車許可（行車許可中包含了允許列車運行的距離信息及該范圍內(nèi)的所有坡度和允許速度信息）。實時監(jiān)控所有的列車及其行車許可，在發(fā)現(xiàn)故障降級時及時做出相應(yīng)的防護(hù)措施，確保線路上所有列車有序、安全地追蹤運行。

然而計算列車的安全包絡(luò)時計算行車許可的前提條件，在新型列控系統(tǒng)中，車載位置報告包含了列車估計前端相對于最近相關(guān)應(yīng)答器（LRBG）的距離，列車確認(rèn)后端由列尾設(shè)備提供。列車的端頭位置主要包括：估計前端、最大前端、最小前端、估計后端、最小后端、最大后端、確認(rèn)后端。RBC需要根據(jù)列車位置報告計算列車所有端在區(qū)段上的位置，但是由于這些端是由列車測速測距傳感器以及衛(wèi)星定位等設(shè)備計算出來的，會存在一定誤差，列車實際的位置是一個變化的包絡(luò)，所以能準(zhǔn)確地將列車包絡(luò)映射到區(qū)段上進(jìn)行管理是新型列控系統(tǒng)中地面設(shè)備RBC管理列車位置的一項重要研究內(nèi)容。本文提出了一種通過列車相關(guān)進(jìn)路來確定列車包絡(luò)的計算方法。

1 列車安全包絡(luò)計算方法

1.1 列車安全包絡(luò)

列車安全包絡(luò)是一段能確定列車可能占用的軌道區(qū)域，RBC計算的列車行車許可作為列車行車的重要依據(jù)，不能越過其他列車的安全包絡(luò)，否則會發(fā)生列車碰撞等嚴(yán)重后果。

新型列控系統(tǒng)中，列車位置信息由車載系統(tǒng)通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過安全傳輸周期發(fā)送到軌旁RBC系統(tǒng)，RBC使用列車發(fā)送的位置報告結(jié)合線路信息計算列車在軌道上的包絡(luò)位置，根據(jù)列車位置信息和前方線路情況為各個列車發(fā)送行車許可，保證列車安全運行，如圖1所示。

RBC從車載收到的列車位置信息包括列車經(jīng)過的最近相關(guān)應(yīng)答器（LRBG）、估計前端相對于LRBG的距離（D_LRBG）、相對于LRBG方向的列車估計前端的方向取向（Q_DLRBG）、列車經(jīng)過LRBG的方向（Q_DIRLRBG）、列車安全車長、列車完整性狀態(tài)（Q_LENGTH）、過讀誤差（L_DOUBTOVER）和欠讀誤差（L_DOUBTUNDER）等。列車的安全包絡(luò)包括從列車確認(rèn)后端到列車最大前端的范圍，RBC使用上述信息來計算列車安全包絡(luò)。當(dāng)Q_LENGTH為列車有完整性時，列車安全包絡(luò)為最大前端到確認(rèn)后端的范圍，Q_LENGTH為列車丟失完整性時，列車安全包絡(luò)為最大前端到最小后端的范圍。

1.1.1 Q_DIRLRBG和Q_DLRBG均為正向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向正向偏移D_LRBG距離的位置，最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront+L_DOUBTUNDER。

確認(rèn)后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront-SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront-司機(jī)輸入車長-L_DOUBTOVER。

1.1.2 Q_DIRLRBG和Q_DLRBG均為反向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向反向偏移D_LRBG距離的位置，最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront-L_DOUBTUNDER。

確認(rèn)后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront+SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront+司機(jī)輸入車長+L_DOUBTOVER。

1.1.3 Q_DIRLRBG為正向Q_DLRBG為反向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向反向偏移D_LRBG距離的位置，這種情況下列車退行正向經(jīng)過LRBG。

最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront+L_DOUBTUNDER。

確認(rèn)后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront-SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront-司機(jī)輸入車長-L_DOUBTOVER。

1.1.4 Q_DIRLRBG為反向Q_DLRBG為正向情況下

列車估計前端為EstimateFront位于LRBG向反向偏移D_LRBG距離的位置，這種情況下列車退行反向經(jīng)過LRBG。

最大前端計算方法為：

MaxFront=EstimateFront+L_DOUBTUNDER。

確認(rèn)后端計算方法為：

ConfirmRear=EstimateFront-SafeLength。

最小后端計算方法為：

MinRear=EstimateFront+司機(jī)輸入車長+L_DOUBTOVER。

列車定位時各個端的位置具體計算方法如圖2所示。

1.2 列車安全包絡(luò)計算方法

在新型列控系統(tǒng)中，車載ATP計算列車基于應(yīng)答器的位置是基于衛(wèi)星定位結(jié)合測速測距定位等多元融合方法進(jìn)行定位的，雖然多元融合定位方法在一定程度上能提高列車的定位精度，但是由于受到衛(wèi)星信號弱、ATP查詢列尾位置存在一定延遲、車地通信延遲、列車空轉(zhuǎn)打滑等因素的影響，列車定位存在一定偏差，為了保證列車安全運行，列車包絡(luò)要比實際列車所在的范圍要大。RBC在計算出各個端頭的位置后，需要結(jié)合線路情況準(zhǔn)確將列車包絡(luò)映射到線路區(qū)段上，但是線路中存在道岔，若道岔當(dāng)前狀態(tài)不是列車實際經(jīng)過道岔時的狀態(tài)或者道岔失表示，會導(dǎo)致計算出現(xiàn)偏差影響RBC計算行車許可。本文提出了基于相關(guān)進(jìn)路的列車安全包絡(luò)定位方法來提高包絡(luò)計算的準(zhǔn)確性。

該方法主要通過記錄列車行駛過程中經(jīng)過的進(jìn)路序列即“相關(guān)進(jìn)路”，使用“相關(guān)進(jìn)路”信息將二維平面變?yōu)橐痪S直線線路，然后計算列車包絡(luò)時當(dāng)遇到道岔時，使用“相關(guān)進(jìn)路”路徑將列車包絡(luò)映射到線路上，相關(guān)進(jìn)路的計算流程如圖3所示。

當(dāng)列車駛過進(jìn)路后，若后方為其他列車排列了其他進(jìn)路或者后方道岔狀態(tài)失表示狀態(tài)，但列車位置報告中LRBG為股道應(yīng)答器時，該列車依然可以根據(jù)相關(guān)進(jìn)路正確計算其包絡(luò)。如圖4所示，當(dāng)列車1實際運行到區(qū)間時，當(dāng)前進(jìn)路為列車2的發(fā)車進(jìn)路X1-S。列車1發(fā)送給RBC的位置報告LRBG為IG應(yīng)答器，若根據(jù)當(dāng)前道岔狀態(tài)定位列車1會錯誤定位到S口區(qū)間，但使用相關(guān)進(jìn)路X1-XF則可以正確定位。

此外，當(dāng)列車駛出進(jìn)路時由于尾部位置需要考慮誤差和安全余量，因此列車包絡(luò)要比實際后端位置靠后，當(dāng)列車實際已駛出進(jìn)路時，若后續(xù)為其他列車排列了發(fā)車進(jìn)路，道岔會發(fā)生變化，若使用當(dāng)前道岔來定位后端則也會導(dǎo)致定位錯誤，但使用列車相關(guān)進(jìn)路可以保證列車安全包絡(luò)準(zhǔn)確定位到列車實際駛出的進(jìn)路上。

2 結(jié)論

本文提供的基于相關(guān)進(jìn)路的列車安全包絡(luò)的計算方法，根據(jù)列車歷史行駛路徑以及前方進(jìn)路狀態(tài)，為列車計算出了“相關(guān)進(jìn)路”，使用相關(guān)進(jìn)路計算列車端頭在區(qū)段上的位置，當(dāng)遇到道岔時使用“相關(guān)進(jìn)路”中道岔狀態(tài)，即列車實際行駛的道岔狀態(tài)作為列車定位的依據(jù)而不是使用道岔實時狀態(tài)，這樣可以保證列車端頭在定位時能夠定位到真實的區(qū)段上，從而準(zhǔn)確計算出列車安全包絡(luò)，為RBC計算列車行車許可、區(qū)段占用管理防護(hù)以及維護(hù)終端真實顯示列車位置提供了依據(jù)。對于新型列控系統(tǒng)RBC安全可靠控制列車運行具有重要的應(yīng)用價值。

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第一作者簡介：侯曉偉（1988-），男，碩士，工程師。研究方向為列車運行控制。