CBTC列車下的自動追蹤研究

鄧小珍

（南昌軌道交通集團有限公司運營分公司）

摘 要：CBTC系統是一種利用高精度的，不依賴于軌道電路的列車定位技術，實現連續式的、大容量的雙向車-地數據通信。文章主要對CBTC系統列車下的自動追蹤運行過程的研究和分析。

關鍵詞： CBTC；自動追蹤；研究

1.序言

近年來，城市化進程的不斷加快對城市軌道交通信號系統提出了新的要求。基于通信的列車控制系統以其軌旁設備少、線路追蹤間隔時間短、運輸效率高等特點，發展迅速，逐漸成為城市軌道交通信號系統的主流。我國第一條地鐵線路的成功開通，標志著城市軌道交通信號技術進入發展高峰期。

2.CBTC系統概述

2.1 CBTC系統的優越性

由于傳統的固定閉塞方式通過軌道交通電路來判別閉塞分區的占用情況，并傳輸信息碼，這就需要大量的軌旁設備，維護工作量大。此外，主要存在以下缺點：

（1）軌道電路工作的穩定性易受環境影響，如道渣阻抗變化，牽引環流干擾等。

（2）軌道電路傳輸信息量小。

（3）利用軌道電路難以實現車對地的信息傳輸。

（4）固定閉塞的閉塞分區長度是按列車長度、滿負載、最高速度、最不利制動率等不利條件來設計，分區較長，且一個分區只能被一個列車占用，不利于縮短列車運行間隔。

但是，基于CBTC的移動閉塞克服了固定閉塞的缺點，實現了車-地間雙向容量的信息傳輸，在真正意義上實現了列車運行的閉環控制。同時，CBTC系統還具有以下幾個優點：

（1）可以減少軌旁設備，便于安裝維修，有利于降低維修成本，延長系統使用壽命。

（2）便于縮短列車編組，進行高密度運行。

（3）由于CBTC系統基本上克服了準移動閉塞和固定閉塞系統對車傳輸信息發生跳變的缺點，可適用于各種類型，各種車速的列車，從而提高了列車運行的平穩性，增加了乘客的舒適感。

2.2 CBTC系統的原理

從原理上講，CBTC系統與固定閉塞一樣，也有防護列車運行安全的閉塞分區，但是，其閉塞分區是移動的，是隨著后續列車和前行列車的實際速度、位置、載重量、制動能力、區間的坡度以及曲線等列車參數和線路參數而改變的，隨著列車的移動而運行的。

列車的實時位置是通過機車上的測速傳感器和線路上的應答器來得到的。而應答器一般都放置在線路上的固定位置，列車每通過以惡搞應答器就會在數據庫中查找該應答器的位置，從而得到列車的精確位置。

列車通過測速傳感器來獲得實時速度，然后通過速度對時間的積分來獲得列車的相對位移，列車沒經過一個應答器就可以得到該應答器的實際位置，用這個實際位置加上列車相對與該應答器的相對位移就可以獲得列車實時的準確位置。

CBTC系統的軌旁設備，主要是區域控制器會根據列車的當前位置、速度以及運行方向，從聯鎖設備獲得列車進路、道岔狀態信息，以及從ATS系統接收的臨時限速信息，再考慮到其他一些障礙物的條件下計算出移動授權，并向列車發送該移動授權，從而保證了列車間的安全運行間隔。

3.列車追蹤概述

CBTC系統列車追蹤的任務是完成對系統內所有列車的實時動態跟蹤。列車車次號是CBTC系統對列車進行識別與追蹤的基礎，對列車的追蹤是根據車次號來實現的。一般當列車從車庫或車輛段出發進入轉換軌時，表明該列車即將進入正線投入運營，調度員需要對該列車進行有效的監控，因此系統開始對列車進行追蹤，直至列車到站折返或者列車回車輛段，離開轉換軌時，表明列車離開正線，退出運營。

當列車失去車次號或具有一個不正確的車次號時，CBTC系統就不可能對其進行正確的識別與追蹤，就無法對列車運行監控及調度指揮。正常運行的列車都與一個特定的車次號相關聯，CBTC系統根據該唯一的車次號對全線列車進行追蹤，車次號隨車列車的運行，將沿著列車運行線路從一個區段的車次窗中傳遞到另一個區段的車次窗內，列車車次號在車次窗中傳遞的過程正是系統對列車進行識別與追蹤的過程。

4.列車追蹤設計

CBTC系統是基于無線通信的列控系統，車-地之間信息交互不再依賴于軌道電路而是采用連續、高速、雙向的無線通信技術，實現對列車實時連續的監督和控制，但是在實際工程中，當系統線路杠杠投入使用階段，或者列車因為設備原因通信故障時，為了保證列車運行安全，絕大部分CBTC系統線路配備軌道電路（TBTC）或計軸設備作為后備系統保證列車的安全運行。所以對基于TBTC系統、CBTC系統以及TBTC系統和CBTC系統二者共存條件下的列車追蹤技術的研究具有一定的現實意義。

4.1 基于TBTC模式的列車追蹤

基于TBTC系統的列車追蹤也就是列車物理跟蹤，是根據聯鎖信號設備狀態變化按軌道電路自動跟蹤列車運行位置。

4.2 基于CBTC模式的列車追蹤

在CBTC模式下，將一個物理區段劃分為多個邏輯區段，每個邏輯區段都有單獨的占用/出清檢測，并且每個區段可進入多輛列車。當物理區段中某輛列車與地面失去通信時，該物理區段內的所有邏輯區段都要變為占用狀態，此時該物理區段不允許新的列車進入。

4.3 TBTC系統和CBTC系統共存時的列車追蹤

由于運營需求或者通信故障等原因，線路上可能同時運行通信列車和非通信車，因此系統需要支持通信列車和非通信列車混跑追蹤。對通信車可以采用CBTC模式追蹤，對非通信車可以采用區段占用/出清邏輯檢測追蹤，追蹤過程如圖1所示。

5.列車追蹤的體現

CBTC系統對列車追蹤是以站場線路數據的有效描述為基礎實現的。物理追蹤的首要任務是根據軌道閉段占用情況，對列車進行占用追蹤和出清追蹤。當軌道區段由占用變為非占用時，進行出清追蹤；反之，當軌道區段由非占用變為占用時，進行占用追蹤。

CBTC模式下，為了提高列車運行效率，將系統線路中的物理區段劃分為多個邏輯區段，并對每個邏輯區段進行占用/出清檢測，這樣一個物理區段可以運行多輛列車，同時一輛列車也可以占用多個邏輯區段。當物理區段中某列車與地面通信中斷時，為了防止其它新的列車進入該物理區段，防護該物理區段的信號機關閉，信號將物理區段內的所有邏輯區段都置為占用狀態，失去通信的列車安裝TBTC模式運行。

6.結語

CBTC系統可以實現連續的、大容量的雙向車-地數據通信，是一種擁有執行安全公跟那個的車載及軌旁處理器的連續式的自動列車控制系統。由于傳統的固定閉塞方式通過軌道電路來判別閉塞分區的占用情況，并傳輸信息碼，這就需要大量的軌旁設備，維護工作量大。但是基于CBTC的移動閉塞克服了固定閉塞的缺點，實現了車-地間雙向容量的信息傳輸，在真正意義上實現了列車運行的閉環控制。

參考文獻

[1]城市軌道交通智能控制系統 劉曉娟 中國鐵道出版社 2008.

[2]地下鐵道移動通信設計 錢國鋒 中國鐵道出版社 1994.

[3]ATS列車追蹤的設計與實現 張太花 西南交通大學 2013.