城市軌道交通CBTC列車分離技術研究

王洪波　高　玉

（1.西安市地下鐵道有限責任公司，陜西　西安　710018；2.西安鐵路職業技術學院電子信息系，陜西　西安　710014）

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城市軌道交通CBTC列車分離技術研究

王洪波1高玉2

（1.西安市地下鐵道有限責任公司，陜西西安710018；2.西安鐵路職業技術學院電子信息系，陜西西安710014）

摘要：列車追蹤運行功能是城市軌道交通CBTC核心技術，可有效地提高列車運行效率，其列車分離技術是保證列車安全運行的關鍵。文章結合西安地鐵1號線工程實際，首先介紹了CBTC列車分離原理，然后對CBTC列車篩選、位置報告和混運技術進行了分析。

關鍵詞：城市軌道交通；CBTC；列車分離；列車篩選；混運

目前城市軌道交通基于通信的列車運行控制系統（CBTC）采用現代控制理論、通信和計算機技術，實現了列車自動追蹤運行，最大程度地縮小了行車間隔，保證列車安全、可靠和高效運行［1］。

西安地鐵1號線信號系統采用了西門子公司TRAIN?GUARD MT系統。該系統由SICAS計算機聯鎖子系統、列車自動運行子系統ATO、列車自動防護子系統ATP、列車監控子系統ATS和數據通信子系統DCS等構成，具有聯鎖控制（IXL）、點式控制（ITC）和連續式控制（CTC）等多種列車控制方式，以及列車自動運行模式（ATO）、ATP監督下的人工駕駛（RM）、無ATP監督的人工駕駛（NRM）和列車自動折返運行（AR）等多種列車駕駛模式。在CTC級下TRAINGUARD MT車載設備OBCU（ATP/ATO）依靠車載雷達、里程計（OPG），車載和軌旁應答器等實現列車精確定位，并通過WLAN無線地車信息傳輸系統接收移動授權和列車控制命令，對列車進行連續監督和控制，實現列車追蹤運行［2］。

1　列車分離

列車分離是TRAINGUARD MT系統CTC級列車追蹤運行的關鍵技術，列車位置信息是TRAINGUARD MT實現列車追蹤和列車分離的基礎。

1.1列車定位

列車定位主要功能是確定列車在軌道分區中的精確位置。TRAINGUARD MT系統依靠計軸系統檢測列車位置，通過讀取布置于軌旁應答器信息，并結合里程計（OPG）和雷達等列車位置檢測和測速裝置檢測列車位置，實時確定列車所處線路區段，實現列車定位。

列車定位過程如下。車載OBCU_ATP啟動時，列車未被定位，列車定位狀態為“失去定位”。當列車運行連續通過兩個應答器，測量兩個應答器之間的距離，如果與軌道數據庫TDB相符，列車則被定位，定位狀態為“已定位”。具體步驟如下：①當檢測到第一個應答器，OBCU從TDB查找應答器，可獲得該應答器位置信息，但還不能確定列車的運行方向；②當檢測到第二個應答器后，根據兩個應答器的先后順序，以及TDB中兩個相鄰應答器的里程大小，可以確定列車的運行方向；③列車在兩個應答器之間運行時，車載測速雷達和里程計OPG共同計算和測量列車位移和列車速度，實時更新列車定位參數；④列車運行過程中，速度測量誤差將增加列車位置的不確定值；⑤當列車經過一個應答器時，為了獲得更精確列車位置，定位參數被重新調整。列車定位誤差調整為應答器檢測誤差加上應答器安裝誤差值。

當列車位置的不確定值超過最大誤差，或列車位于道岔區域，不能確定道岔位置，列車定位狀態將變為“失去定位”［3］。

1.2位置報告

1.2.1“位置報告”列車。與軌旁子系統雙向通信已建立，且已被定位（驗證為安全定位）的列車稱為“位置報告”列車。“位置報告”列車可根據列車位置報告實現列車追蹤，這種方法被稱為“基于位置報告的列車追蹤”。

“基于位置報告的列車追蹤”通過列車位置報告可主動獲得列車檢測信息，“位置報告”報文中列車最小安全后端位置與最大安全前端位置之間總長度為列車占用區段長度。如果位置報告中的數據有時間戳，該報文為有效。

1.2.2“非位置報告”列車。與軌旁子系統未建立雙向通信，未定位的列車稱為“非位置報告”列車。“非位置報告”的列車基于軌道區段檢查設備提供的區段空閑/占用信息（TVD）實現列車追蹤，這種方法稱為“基于軌道空閑檢查的列車跟蹤（TVS）”。

“基于軌道空閑檢查的列車跟蹤（TVS）”通過軌道區段檢查設備被動獲得列車位置信息（TVD）。如果軌道區段為出清狀態，則表明該區段沒有列車占用；相反，如果軌道區段表示為占用狀態，則表明在該區段有一列或多列列車占用。軌道區段檢查設備符合“故障-安全”原則，一旦設備發生故障，則給出軌道區段占用表示［4］。

1.3列車篩選

TRAINGUARD MT具有列車“篩選”功能，可自動檢測出“位置報告”列車前后未被檢測到的隱藏列車，或者“非位置報告”列車。篩選過程用“可疑標志”，假設在列車前端或后端有隱藏列車，只有篩選驗證和篩選判定后，才能刪除“可疑標志”。在CTC區域非降級列車不需要進行篩選。

1.3.1篩選驗證。篩選驗證包括對位置報告列車的前方篩選和后方篩選。篩選驗證假設只有長度等于或大于最短列車長度的列車才允許在線路運行。如果列車前端或后端距相鄰空閑區段邊界距離小于該長度，可以判斷列車端部到所在區段邊界不可能存在隱藏列車。

1.3.2篩選判定。篩選判定是根據車站值班員和駕駛員遵守管理規則判斷無“隱藏”列車。WCU_ATP采用聯鎖系統提供信號機紅色顯示，后繼列車不通過紅色信號燈的原則實現向后篩選判定（見圖1）。

圖1　向后篩選判定

1.3.3ITC控制級的列車篩選判定（前端篩選）。“位置報告”列車的列車分離功能由WCU_ATP完成。列車分離不受軌道分區或跟蹤分區限制，因此移動閉塞系統支持“位置報告”列車及“無位置報告”列車混跑［5］。

1.4混運

列車分離不受軌道分區或跟蹤分區限制，因此TRAINGUARD MT系統支持“位置報告”列車和“無位置報告”列車，以及不同控制等級在同一區段內混合運行。“非位置報告”列車根據空閑檢測系統提供區段空閑狀態實現列車追蹤運行。

2　結論

目前西安地鐵1號線TRAINGUARD MT系統已開通運行2年多，系統工作穩定，各項技術指標和功能均達到了相關技術標準和合同的要求。CBTC在城市軌道交通領域具有廣闊的發展前景，通過列車分離技術、列車自動運行（ATO）控制算法、列車定位、列車運行安全間隔控制等理論的深入研究，有利于提高國產CBTC的技術水平。

參考文獻：

［1］鄭瑩.基于無線通信的CBTC研究綜述［J］.通信技術，2011（12）：137-138.

［2］高玉，王洪波.西安地鐵1號線列車運行自動控制分析［J］.現代城市軌道交通，2014（1）：52-55.

［3］劉妃，劉支援.基于通信的列車控制在軌道交通中的應用［J］.信息化研究，2011（4）：53-56.

［4］崔科，呂新軍.卡斯柯自主知識產權的iCMTC型CBTC信號系統［J］.現代城市軌道交通，2014（3）：15-19.

［5］于超，鄭生全，石文靜.城市軌道交通CBTC系統互聯互通方案研究［J］.鐵道通信信號，2010（1）：44-47.

中圖分類號：U284.48；U239.5

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5168（2016）01-0116-02

收稿日期：2015-12-26

基金項目：陜西省教育廳2013年科學研究計劃（自然科學專項）項目（2013JK0964）。

作者簡介：王洪波（1965-），男，碩士，高級工程師，研究方向：城市軌道交通信號控制；高玉（1967-），女，本科，副教授，研究方向：鐵路信號及城市軌道交通信號控制。

Study on the Train Separation Technology of Urban Rail Transit CBTC

Wang Hongbo1Gao Yu2
（1.Xi'an Metro Co.Ltd.，Xi'an Shanxi 710018；
2.Xi'an Railway Vocational and Technical College Electronic Information System，Xi'an Shanxi 710014）

Abstract:The train tracking function is the core technology of urban rail transit CBTC,which can effectively improve the operating efficiency of the train,which is the key to ensure the safe operation of the train.Based on the practice of Xi'an Metro Line 1,this paper first introduced the principle of CBTC Train Separation,and then analyzed the train Sieving Process,location report and mixed traffic of CBTC.

Keywords:urban rail transit；CBTC；train separation；sieving process;mixed traffic