城市軌道交通CBTC列車自動追蹤技術研究

高　玉　王洪波

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

城市軌道交通CBTC列車自動追蹤技術研究

高玉1王洪波2

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

結合西門子公司基于通信的列車自動控制系統，對移動閉塞系統“基于位置報告”和“基于軌道空閑檢查”的列車自動追蹤技術進行介紹，并對不同列車控制等級下的移動閉塞分區、列車位置確定和移動授權原理進行深入的分析和研究，可為研發自主知識產權的基于通信的移動閉塞列車控制系統提供參考。

CBTC；列車自動追蹤；列車移動授權

基于通信的列車運行自動控制系統（CBTC），作為保證列車運行安全的關鍵設備，在城市軌道交通領域被廣泛應用。列車自動追蹤運行是CBTC的核心技術，可有效地提高列車運行的效率，保證列車安全、可靠地運行［1］。

西安地鐵1號線CBTC系統采用西門子公司TRAINGUARD MT產品。TRAINGUARD MT由SICAS計算機聯鎖系統、列車自動防護系統（ATP）、列車自動運行系統（ATO）、VICOS列車監控系統（ATS）和數據通信系統（DCS）等構成。TRAINGUARD MT具有聯鎖控制等級（IXL）、點式控制等級（ITC）和連續式控制等級（CTC）等方式。在CTC級下，ATP/ATO車載設備（OBCU）采用無線WLAN地車通信系統接收列車移動授權（MA）控制命令，對列車進行連續監督和控制，實現列車自動追蹤運行。

列車自動追蹤功能主要是CBTC依據列車位置報告和軌道空閑檢查系統（TVD）提供的軌道區段空閑狀態信息，計算和確定列車防護系統軌旁設備（WCU_ATP）控制區域內列車自動追蹤間隔和空閑狀況。列車自動追蹤功能涉及列車位置確定、移動閉塞分區劃分和移動授權等技術［2］。

1　列車位置確定

TRAINGUARD MT列車自動追蹤功能包括“基于位置報告”的列車追蹤和“基于軌道空閑檢查”的列車跟蹤2種方式。對于“基于位置報告”的列車追蹤功能主要是ATS系統依據WCU_ATP邏輯軌道分區空閑（ATP空閑）狀態來實現，如果與WCU_ATP雙向通信已建立，且已定位的列車可根據“位置報告”信息進行定位和跟蹤，該列車稱為“位置報告”列車。相對于“位置報告”列車，其他列車稱為“非位置報告”列車。對于“非位置報告”的列車追蹤主要是聯鎖系統依據TVD提供的軌道區段空閑狀態，采用列車進路分段解鎖方式實現“非位置報告”列車進行定位和追蹤，該方法稱為“基于軌道空閑檢查”的列車跟蹤。TRAINGUARD MT列車位置確定流程如圖1所示。

圖1　列車位置確定流程圖

2　移動閉塞分區劃分

WCU_ATP將軌道區段劃分為更小的邏輯軌道分區，用于實現列車自動追蹤、ATS監控。同時，WCU_ATP還計算每個邏輯軌道分區的“ATP空閑”狀態。“ATP空閑”狀態用于表示列車運行的狀態和列車追蹤的狀況，“ATP空閑”狀態定義如下：①如果邏輯軌道分區占用表示來自自動運行列車（AT）位置報告，則邏輯軌道分區“ATP空閑”狀態為“OAT”狀態；②如果邏輯軌道分區占用表示來自至少一輛非自動運行列車占用軌道區段（TVD工作正常），則每個邏輯軌道分區“ATP空閑”狀態為“ONAT”狀態；③如果邏輯軌道分區占用表示來自至少一輛非自動運行列車占用軌道區段（TVD工作不正常），則每個邏輯軌道分區“ATP空閑”狀態為“OD”狀態；④如果邏輯軌道分區空閑表示來自TVD或自動運行列車位置報告，則邏輯軌道分區“ATP空閑”狀態“CL”狀態；⑤當WCU_ATP通信中斷時，“ATP空閑”狀態缺省值為“UD”狀態［3］。其中，邏輯軌道分區的“ATP空閑”狀態如圖2所示。

圖2　軌道空閑狀態示意圖

3　移動授權原理

TRAINGUARD MT的WCU_ATP根據控制區域內的線路狀態、列車位置和行駛方向、聯鎖進路等因素計算和確定移動授權（MA），并通過DCS向OBCU發送。OBCU根據MA、最不利情況下的停車距離及前方障礙物位置不確定等因素計算列車目標速度曲線，控制列車追蹤運行。當列車運行到MA邊界時，OBCU及時采取制動措施，保證列車在MA邊界前停車。移動授權包括安全移動授權（V_MAL）和非安全移動授權（NV_MAL），以及其他軌旁條件，如可變應答器數據等。

3.1確定的ITC_MA

確定的ITC_MA包括安全相關的MAL和非安全相關的MAL，并限制于固定目標停車點，如軌道終端、信號機等。安全相關的MAL對應于安全防護點（POP）；非安全相關的MAL對應于列車運營停車點，其范圍為列車當前位置距離下一架主信號機對應的應答器前的一段距離。

當OBCU接收到可變數據應答器發送的確定性ITC_MAL，將其安全和非安全移動授權更新。如果與填充應答器對應的主信號機未顯示“通過”信號或填充應答器缺失，MAL則授權列車在主信號機應答器前停車。如果在此過程中主信號機顯示變為“通過”信號時，則允許列車越過主信號機處應答器，即允許列車越過非安全相關MAL，以獲取主信號應答器的ITC_MA。

3.2非確定的ITC_MA

當進路中道岔方向未知，下一架主信號機不能給出進路方向的顯示時，使用非確定的ITC_MA。非確定性ITC_MA定義了一個重定位距離，該距離為從當前應答器到所有可能的重定位應答器的距離。

OBCU計算和確定所有可選路徑的最大限制速度曲線（最大重定位距離），根據該最大限制速度曲線監督列車運行。OBCU對重定位應答器進行監控，如果沒有檢測到重定位應答器，則列車定位狀態為“定位丟失”。當列車通過重定位應答器后，非確定性的MA變為確定性MA。

4　結論

目前西安地鐵1號線TRAINGUARD MT系統已開通運行近3a，系統各項技術指標和功能均達到了相關技術標準和規范的要求。CBTC在城市軌道交通領域具有廣闊的發展前景，國內供應商有必要借鑒先進技術，進一步對CBTC的列車自動運行（ATO）控制算法、列車定位、列車運行模式和控制等級、列車安全間隔控制等進行研究，不斷提高我國自主知識產權CBTC的技術水平。

［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］安靜，王令群，吳汶麒.基于無線通信的列車控制系統研究及應用綜述［J］.上海應用技術學院學報，2007（2）：132-138.

［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.

Study on the Technology of CBTC Automatic Train Tracing Operation in Urban Mass Transit

Gao Yu1Wang Hongbo2
（1.Department of Electronic Information，Xi'an Railway Vocational and Technical Institute，Xi'an Shaanxi 710014；2.Xi'an Metro Co.Ltd.，Xi'an Shaanxi 710018）

Combining with Siemens communication based train automatic control system on moving block system，this paper introduced automatic tracking technology of"position report based"and"track vacancy detection based"，and then the principle of moving block section，train locating and train moving authority for the different train control level were analyzed and studied in depth，which could provide reference for the research and development of independent intellectual property rights of mobile block train control system based on communication.

CBTC；automatic train tracking；train moving authority

U284.48

A

1003-5168（2016）07-0103-02

2016-06-05

陜西省教育廳2016年科學研究計劃項目（16JK2155）。

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。