城市軌道交通CBTC系統移動授權計算的研究

王莉莉，張玉平

(1.西南交通大學 電氣工程學院，成都 610031;2.成都電子機械高等專科學校 通信工程系，成都 610031)

城市軌道交通CBTC系統移動授權計算的研究

王莉莉1，張玉平2

(1.西南交通大學 電氣工程學院，成都 610031;2.成都電子機械高等專科學校 通信工程系，成都 610031)

基于通信的列車運行控制系統(CBTC)已成為我國城市軌道交通信號系統的發展趨勢。該系統的核心功能是為每一列車提供移動授權，實現列車的安全間隔。通過分析移動授權的含義及作用，介紹了在正常與非正常情況下移動授權的計算方法。

CBTC;移動授權;城市軌道交通

近年來，隨著通信技術的發展，特別是無線通信、計算機網絡技術和數字信號處理技術的飛速發展，基于通信的列車運行控制系統(Communication Based Train Control，CBTC)應運而生，已成為列車運行控制系統技術發展的主要趨勢。而列車移動授權(Movement Authority，MA)的生成，涉及到CBTC各子系統之間的信息交互，是聯系各子系統的紐帶，并直接影響線路的通行效率和CBTC系統的安全運行。本文將對移動授權的生成進行研究。

1 CBTC系統結構

基于通信的列車運行控制系統，是支持移動閉塞的列車運行控制系統。一個典型的CBTC系統主要包括列車自動監控(ATS)、區域控制器(ZC)、車載控制器(CC)、數據庫存儲單元(DSU)、計算機聯鎖(CI)以及數據通信系統(DCS)(包括骨干網、網絡交換機、無線接入點及車載移動無線設備)6個子系統，如圖1所示。

圖1 CBTC系統結構示意圖

圖2 MA示意圖

圖3 前車發生不可恢復故障

圖4 CBTC列車追蹤非CBTC列車

2 移動授權管理

在城市軌道交通中，CBTC系統的主要任務就是保證列車的安全運行。它主要是通過為每一通信列車提供一個移動授權(MA)來實現的。MA指的是從列車車尾到前方障礙物之間的線路范圍。當列車在受控區域內按照時刻表正常運行時，車載控制器通過AP天線將列車位置信息與運行方向發送給ZC，而ZC根據控制中心列車自動監控系統(ATS)的進路請求，控制道岔、信號機，并完成聯鎖功能;并根據所管轄區域內軌道上的障礙物位置，向所管轄區域內的所有列車發送各自的移動授權。這里的障礙物包括:進路終點、道岔、前方列車等。整個過程中，ZC實時地與車載控制器、通信子系統、聯鎖子系統進行信息交互，周期性的向所管轄區域內的通信列車發送MA。MA的含義如圖2所示。

3 故障條件下移動授權的范圍

在自主研發的地鐵OCC行車調度仿真培訓系統中，主要對以下5種情況的移動授權計算進行了分析。

3.1 道岔故障

若在某進路中的道岔故障，則ZC發送給列車的移動授權會回撤到這條進路的入口處。

3.2 ZC故障

ZC故障后，其控制區域將不支持CBTC模式，區域內的CBTC列車將實施緊急制動，接近此區域的CBTC列車將不能進入此區域，需降級為RM(限制人工駕駛)模式下運行。對于區域內的列車，正常情況下ATS會為每列列車準備進路，列車根據信號機顯示運行，在信號機前可根據車載顯示屏提示建立iATPM(受ATP保護的點式iATP)模式行車。

3.3 前車發生不可恢復故障

當前車發生不可恢復的故障時，列車的MA計算過程如圖3所示。其中，圖3(a):前方列車通信完好，則正常追蹤運行。后車的MA延伸到前車車尾，前車的MA延伸到前方出站信號機。圖3(b):當前車出現故障，則前車立即緊急制動。后車的MA回撤到前車所在軌道的始端。

3.4 CBTC列車追蹤非CBTC列車

當一列CBTC列車追蹤一列非CBTC列車時，列車的MA計算過程如圖4所示。

其中，圖4(a):前方非CBTC列車根據信號機的指示行車，后方CBTC列車的MA延伸到前方非CBTC列車所在軌道的始端。圖4(b):前方CBTC列車出清當前軌道區段，后方CBTC列車的MA延伸到前方非CBTC列車所在軌道的始端。

圖5 CBTC列車追蹤通信故障列車

圖6 移動授權計算流程圖

3.5 CBTC列車追蹤通信故障列車

當CBTC列車追蹤通信故障列車時，列車的MA計算過程如圖5所示。其中，圖5(a):前方列車通信完好，則正常追蹤運行。后車的MA延伸到前車車尾，前車的MA延伸到前方出站信號機。圖5(b):前方列車發生通信故障，立即緊急制動。后車的MA回撤到前車所在軌道的始端。圖5(c):前車在中心調度員確認下一站空閑下，可以RM模式向前運行。后車的MA始終在前車所在軌道始端。圖5(d):前車運行到能讀信標的位置，在中心調度員確認下，可以iATP模式向前運行。后車的MA仍在前車所在軌道的始端。

4 移動授權過程設計

通過對移動授權范圍的分析可知:要計算列車的移動授權，除需知道列車信息、進路信息外，還需根據終點障礙物信息，判斷列車的終點目標。若終點目標為車站或道岔，則正常計算目標點。若終點目標為前方列車，則還需判斷前方列車的故障狀態，若是故障列車，終點目標為列車所在的軌道始端。每個周期ZC為每一列車提供移動授權的流程如圖6所示。

在CBTC系統中，移動授權的計算是由區域控制器完成的，它是CBTC模式下行車的核心，能接收其控制范圍內列車發出的所有位置信息，根據ATS的進路請求，控制道岔、信號機，并完成聯鎖功能，并根據所管轄區域軌道上障礙物位置，向所管轄區域的所有列車提供各自的移動授權。因此，在程序實現過程中定義了區域控制器的類，其數據結構如下:

其中，移動授權的范圍是由函數Getobstacle計算獲得的，它主要對列車進路中的所有障礙物進行遍歷，確定障礙物的類型，然后根據障礙物的類型及故障情況，計算出目標點的位置。該函數的部分代碼如下:

5 結語

移動授權的生成是CBTC系統的核心功能之一，本文通過對移動授權生成的分析，解決了在正常和各種非正常情況下，移動授權的計算問題。此種計算方法已在自主研發的地鐵OCC行車調度仿真培訓系統中得到應用和驗證，取得了良好的結構。

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The Study of Movement Authority Calculation of CBTC System for Urban Railway Traffic

WANG Lili1and ZHANG Yuping2
(1.School of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China;2.Department of Communication Engineering，Chengdu Electromechanical College，Chengdu 610031，China)

The communication-based train control(CBTC)is the trend of urban railway signaling system in China.It is the core function of CBTC to keep train run safely by given movement authority(MA)to each train.This paper introduces a method of calculating the MA in the normal and abnormal conditions，including the range of MA in different fault conditions and the process planning of MA.

Communication based train control;movement authority;urban railway traffic.

U284.4

A

1008-5440(2012)01-0032-04

2012-12-21

王莉莉(1986-)，女(漢族)，四川雙流人，在讀碩士研究生，研究方向:行車調度仿真。

張玉平(1976-)，男(漢族)，四川彭州人，副教授，碩士，研究方向:智能控制。