CBTC系統列車移動授權計算簡析

肖華芳

(北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073)

CBTC系統列車移動授權計算簡析

肖華芳

(北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073)

簡要分析CBTC系統下列車移動授權的計算原則和間隔控制原理，提出工程實施中應考慮的特殊點。

CBTC；移動授權；計算

1 CBTC系統概述

基于通信的移動閉塞列車運行控制系統利用通信技術實現“車地通信”和“間隔控制”。系統通過建立車地之間連續、雙向的通信,使列車命令和狀態信息在車輛和地面之間可靠交換,將CBTC系統地面設備和受控對象列車緊密的結合,可靠而精確地檢測列車位置,并根據線路條件對列車進行控制,保證列車的安全間隔。

典型的基于通信的列車控制(CBTC)系統的結構示意圖如圖1所示。

圖1 典型CBTC系統結構示意圖

CBTC系統利用通信技術實現車載設備與地面設備的信息交換從而完成列車控制。CBTC地面設備依據列車的連續位置信息和聯鎖提供的接口等信息,為列車計算移動授權,動態更新發送給車載設備;車載設備根據接收到的移動授權和自身的運行狀態,計算出列車運行的速度曲線,實現列車運行的安全防護。可以說,移動授權是CBTC系統保證列車間隔的重要手段。本文將對CBTC系統移動授權計算和工程應用相關情況進行探討分析。

2 移動授權計算原則

CBTC系統的主要任務是保證列車在系統控制的線路范圍內安全運行,這是通過為每列CBTC列車提供一個移動授權來完成的。在CBTC 控制級別下,車載將列車的位置與運行方向發送給地面ATP設備(簡稱ZC),ZC結合聯鎖設備提供的線路設備狀態信息、區段狀態信息、道岔狀態等信息為每列車計算移動授權,實現列車追蹤間隔控制,保證前行列車和追蹤列車間的安全間隔。ZC通過數據通信子系統(簡稱DCS)向車載發送列車的移動授權,車載ATP設備負責控制列車在自己的移動授權范圍內運行。

按照《城市軌道交通工程基本術語》(GB/ T50833-2012)中的定義,移動授權指列車在指定方向上可以走行的距離。移動授權終點可能是前車安全包絡的末端、信號機、關閉的線路區域或道岔、站臺等。ZC計算的移動授權(簡稱MA)定義如圖2所示。

圖2 移動授權含義

ZC設備實時為其管轄范圍內具有位置報告的每一列列車計算移動授權。移動授權包含最嚴格的防護點、列車走行路徑和允許運行的方向以及臨時限速信息。如果CBTC控制級別下的車載ATP設備超過一定時間沒有收到移動授權或特殊控制命令信息,則應緊急制動,并降級到限制人工模式(RM)。

當ZC檢測到系統狀態(如列車運動、占用、線路關閉區域、道岔動作)的改變后,ZC設備會生成更新后的移動授權,并發送給列車,列車基于新接收到的有效移動授權計算曲線,控制列車運行,保證列車運行的安全。

移動授權的計算需考慮單列車正常運行、列車追蹤、跨越ZC邊界、列車折返及地面設備狀態改變等不同場景。計算列車移動授權時,ZC考慮的危險點包括以下內容。

* CBTC列車安全包絡的末端;

*進路末端;

*安全保護區段末端;

*未鎖閉或被占用的保護區段入口端;

*線路終點;

*故障道岔的相鄰區段;

*封鎖區域的入口點,包括站臺緊急關閉按下、屏蔽門打開等封鎖區域;

*降級列車;

*進路內失去鎖閉或鎖閉方向不正確區段邊界;

*與列車運行前方相鄰ZC通信中斷時,ZC控制區域邊界處。

移動授權控制示意如圖3所示。

圖3 移動授權控制示意圖

CBTC系統具備CBTC列車追蹤運行以及CBTC列車與降級列車混運的追蹤控制功能,列車追蹤運行時移動授權計算的原則如下。

1)CBTC列車追蹤時,后續CBTC列車的移動授權設置為前車的安全車尾位置并考慮一定的安全余量。

2)CBTC列車追蹤非CBTC列車時,后車的移動授權點根據前行非CBTC列車是否具有定位和尾部篩選,移動授權控制點不同。前行非CBTC列車無定位時,后續CBTC列車移動授權終點為與前車間隔一個計軸區段處(避免后續列車無篩選而降級);前行非CBTC列車具備定位和尾部篩選時,后續CBTC列車移動授權終點為前車尾部并考慮一定安全余量。

3)降級列車間的追蹤運行、降級列車追蹤CBTC列車運行采用固定閉塞列車間隔原理。

列車追蹤運行時移動授權控制示意如圖4所示。

圖4 列車追蹤運行時移動授權控制示意圖

3 移動授權計算原則引發的工程實施中的相關考慮

3.1 關注混運時的系統能力要求

CBTC系統具備CBTC列車追蹤運行以及CBTC列車與降級列車混運的追蹤控制功能,在工程設計中,往往對CBTC模式和降級模式下的能力提出要求,忽略混運時的能力要求。例如,按照列車混運時的移動授權控制原則,CBTC列車追蹤無位置報告的非CBTC列車時,后續CBTC列車移動授權終點為與前車間隔一個計軸區段處。在某種特定情況下,混運追蹤能力可能將低于全部降級列車的追蹤能力,對比示意如圖5所示。

因此,工程設計中應對混運情況下的追蹤能力提出要求,應不低于系統全部降級模式下的能力。如果混運下系統能力低于全部降級模式時,可考慮在軌旁增設計軸磁頭,如在區間信號機處設置獨立保護區段。區間信號機處設置獨立保護區段后的追蹤間隔示意如圖6所示。

圖5 混運追蹤與全部降級列車追蹤間隔控制對比示意圖(區間信號機無獨立保護區段)

圖6 混運追蹤與全部降級列車追蹤間隔控制對比示意圖(區間信號機設獨立保護區段)

3.2 折返軌存放非通信列車的考慮

CBTC系統進行移動授權計算時,會考慮列車進路內的設備狀態變化情況。例如圖7所示,下行折返線停放一列非CBTC列車(無車地通信及列車位置報告),當辦理了下行站臺駛入上行折返線的進路后,如果非CBTC列車溜車至F1內方所在區段,會造成ZC移動授權回縮,影響正常的CBTC列車折返作業。但折返線存放非CBTC列車為運營中可能存在的情況,因此,工程設計時需對此種情況提出要求,滿足非通信列車存放和正常折返作業的需要。對于可能存在的列車溜車占用折返進路情況,須輸出安全應用條件,要求人工保證折返線的列車不發生溜車占用折返進路的情況。因此,系統計算移動授權時將不考慮上述情況,滿足運營使用和正常折返作業的需要。

圖7 CBTC列車折返控制示意圖

3.3 應關注車地通信延時移動授權控制的安全分析

CBTC系統采用車地通信進行移動授權傳輸,但車地通信存在傳輸延時,在CBTC系統中一般采用常量時間判定的方式來確定車地通信信息是否有效,即在系統中設置一個車地通信報文時效性的時間參數,通過該參數判定車地通信報文的最大使用許可時間。在工程應用中一般設置為數秒。但如果在通信延時判定時間內,ZC為列車計算的移動授權回縮,列車將因通信阻塞而無法及時收到軌旁發送的更新的移動授權報文,在通信延時判定時間內,列車仍在按照原有的移動授權運行,則存在一定的安全風險。

ZC計算的移動授權可能回縮情況包括:前行列車通信丟失、道岔由鎖閉狀態變為未鎖閉狀態、安全門由關閉狀態變為開啟狀態、緊急關閉按鈕按下等。

因此,在工程實施中應針對上述風險進行安全分析,計算其產生的危害性,輸出必要的安全應用條件,保證滿足信號系統安全完整性SIL4級的要求。

4 結論

本文簡要分析了CBTC系統下列車移動授權的計算原則和間隔控制原理,提出了工程實施中應考慮的特殊點,可使讀者簡要了解CBTC系統下列車移動授權的控制機制,同時為工程建設提供參考。

This paper analyzes the principles of Movement Authority (MA) calculation and interval control in Communications-Based Train Control system (CBTC), and puts forward the special points should be considered in the implementation of projects.

CBTC; movement authority; calculation

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.017

2014-04-28）