CBTC系統在車站保護區段的解鎖優化方案

劉江謝鯤

CBTC系統在車站保護區段的解鎖優化方案

劉江謝鯤

（卡斯柯信號有限公司，200071，上海//第一作者，工程師）

在基于通信的列車控制系統（CBTC）中，保護區段的設置在保障列車安全停車、提高運營效率方面有著重要的作用。為此，在分析保護區段CBTC功能實現及解鎖方式的基礎上，基于項目實際經驗，設計了保護區段解鎖的觸發區段，以及增加站臺區域點式列車自動防護模式下車載設備與聯鎖設備間無線通信接口的優化方案，以實現保護區段解鎖的優化。

基于通信的列車控制；點式列車自動防護；保護區段；解鎖優化

Author′s addressCASCO Signal Ltd.，200071，Shanghai，China

列車運行控制系統是城市軌道交通運營的關鍵系統，直接影響到軌道交通運營的安全和效率，而基于通信的列車控制系統（CBTC）目前已成為城市軌道交通信號控制系統的主流制式。實踐證明，CBTC系統的廣泛應用大大提高了列車的運營安全，同時顯著降低了列車的運營間隔，提高了運營效率。

在CBTC系統中，由于站臺區域的土建條件限制，車載列車自動運行（ATO）系統控制曲線的制動點只能設置在出站信號機前方，導致車載列車自動防護（ATP）系統防護曲線的安全制動點必須延伸至出站信號機外方（如果信號機位置與ATO制動點之間的距離大于保護區段的最大長度，可不用設置在信號機外方）。車載ATO控制曲線的制動點與車載ATP防護曲線的安全制動點之間的距離稱為保護距離。保護距離在聯鎖系統中是以軌道電路區段或者計軸區段來表示的，因此稱為保護區段。

1 保護區段的功能實現

CBTC系統關于保護區段的設置主要是為了實現以下3項功能。

（1）列車冒進信號機時的安全防護。出站信號機通常設置于ATO制動點和ATP安全制動點之間，因此，在非正常情況下（列車闖紅燈后），保護區段依然能防護列車的運行安全（通過檢查道岔鎖閉在規定位置、保護區段空閑等聯鎖條件來實現）。

（2）使列車運行可以靠近信號機。通常情況下，列車的ATO制動點即為運營的停車點，該停車點設置在出站信號機前方。如果不設置保護區段，則ATP防護曲線的安全制動點必須設置在信號機前方，導致列車在正常工況下不能靠近出站信號機。

（3）車門與站臺屏蔽門的精確對準。有了保護區段的存在，當列車在接近出站信號機時，可實現車門與站臺屏蔽門的精確對準，保證乘客安全高效地上下列車。

2 保護區段的解鎖策略

從保護區段的功能實現可知，CBTC系統保護區段的設置主要是為列車安全、精準地停在站臺區域而服務的，因此保護區段須在列車進入進路前提前設置。提前設置保護區段一般有兩種方式：通過列車占用其觸發區段提前辦理設置保護區段并鎖閉（其過程包括列車占用檢測、列車運行方向檢測、保護區段空閑檢測、無敵對進路建立、檢測道岔位置正確、操作道岔并鎖閉、開放進路始端信號）；通過辦理進路時順帶設置保護區段并鎖閉。

當保護區段建立后，需要對其進行解鎖。保護區段的解鎖通常會設置一個解鎖延時，類似于接近鎖閉區段的解鎖延時。該解鎖延時可以保證列車以最大速度在不采取緊急制動的情況下安全停車。保護區段的解鎖可通過列車停穩信息或通過列車出清站臺區段檢查來實現。

2.1 通過列車停穩信息解鎖

在CBTC運營模式下，當列車在站臺區域（停車區段）停穩后，此時保護區段可正常解鎖，其過程為：安裝于輪軸的速度傳感器將列車停穩信息傳送至車載ATP，車載ATP將列車停穩信息通過無線車地通信傳送至區域控制器，區域控制器將該信息傳送至聯鎖系統；聯鎖一旦收到該停穩信息，立即中斷保護區段解鎖延時（該解鎖延時在列車進入停車區段開始觸發），并將保護區段禁止狀態信息傳遞至車載ATP，車載ATP重新計算防護曲線的移動授權終點，同時解鎖保護區段。當列車出清停車區段后，后續列車可繼續觸發該保護區段的建立。解鎖過程如圖1所示。

圖1中所示的保護區段解鎖是列車正常運營情況下的解鎖流程。當CBTC模式不可用時，列車通過點式ATP模式降級運行，此時由于車載ATP無法將列車停穩信息傳給聯鎖系統，因此，保護區段的解鎖只有在解鎖延時結束、停車區段占用、保護區段空閑這3個條件同時滿足后才能進行。點式ATP模式下的保護區段解鎖延時通常會比CBTC模式下的延時更長，以保證列車即使在非正常情況下闖入保護區段時，保護區段的道岔仍保持在鎖閉狀態或者敵對進路不會建立，但這也會導致運營效率的降低。

2.2 通過列車出清站臺區段解鎖

當列車自動監控（ATS）系統對列車設置甩站作業時（即車站跳停作業），列車在站臺區域不停車運行。這種情況下聯鎖不能通過列車停穩信息來對保護區段進行解鎖，此時保護區段的解鎖需根據列車占用出清進路的三點檢查方式來進行解鎖：當列車順序占用并出清站臺區段（停車區段），在對站臺區段實現三點檢查后，站臺區段解鎖，同時保護區段即可實現解鎖，后續列車可繼續觸發該保護區段的建立。解鎖過程如圖2所示。

3 保護區段解鎖優化方案

圖1 列車CBTC模式下保護區段解鎖過程

圖2 保護區段三點檢查解鎖過程

通過分析保護區段的解鎖方式，可知在不考慮跳停作業的前提下，保護區段的解鎖延時過長會導致列車長時間停留在站臺區域，影響列車運營間隔，使運營效率降低。因此，在確保列車運行安全的前提下，為了優化保護區段的解鎖延時，本文根據以往的項目經驗，提出以下解鎖方案。

3.1 設置保護區段解鎖的觸發區段

類似于進路取消中的接近區段概念，可對保護區段設置其解鎖接近區段。當列車進入解鎖接近區段前的觸發區段，可提前觸發保護區段的解鎖延時。

3.1.1 保護區段解鎖延時的計算

點式ATP模式下，保護區段解鎖延時的時間長度主要由線路中3個信標之間的最長距離除以列車運營速度，并加上最大停站時間組成。現以某城市軌道交通為例進行說明。

假設：TJS為保護區段解鎖延時；DB=2400 m為線路中3個連續信標之間的最長距離；VO=55 km/ h為列車平均運營速度（含站內）；最大停站時間45 s。因此有TJS=DB/VO+45 s=2 400 s/（55/3.6）+ 45 s=202 s，即列車在點式ATP模式下在站臺需額外停車157 s（減去停站時間），之后當保護區段解鎖后，才可允許設置列車進路。

3.1.2 保護區段解鎖的觸發區段設置

保護區段解鎖的接近區段長度包括：①列車（最大占用檢測的傳輸與處理延時）以最大限速所走行的距離；②列車最不利條件下的常規制動距離；③一定的安全距離。

假設：TRc=4.1 s，為計軸設備檢測到列車占用信標并將該列車占用信息傳遞給聯鎖計算機的傳輸與處理延時；Vmax=100 km/h，為列車最大限速；a=1 m/s2，為常規制動減速度；DYL=20 m，為安全余量距離；DJS為保護區段解鎖的接近區段長度。則DJS=TYC·Vmax+（Vmax）2/2a+DYL=520 m。

如圖3所示，保護區段解鎖的接近區段長度覆蓋了T2、T3、T43個計軸區段，該接近區段長度的起始點即為保護區段解鎖的最后觸發點。在該最后觸發點之前，可設置T1計軸區段為保護區段解鎖的觸發區段。當列車占用該觸發區段后，保護區段解鎖延時TJS開始倒計時。現已知T1、T2、T3、T44個計軸區段的總長度為1 900 m，則列車從占用觸發區段始至列車在站臺停車時，TJS的倒計時間為TJSYH（TJSYH＜TJS），TJSYH=1 900 s/（55/3.6）-4.1 s=120 s。因此，列車在站內的額外停車時間為37 s（減去停站時間45 s），明顯縮短了列車運營間隔。

3.2 增加車載ATP與聯鎖的無線通信接口

圖3 保護區段解鎖的接近區段長度及觸發區段計算

在CBTC模式下，車載ATP設備與軌旁設備的車地通信主要通過數據通信系統（DCS）來實現，而點式ATP模式僅作為CBTC系統的后備模式，其車地通信是通過信標來進行非連續式的單向信息傳輸（來自聯鎖的信息通過軌旁電子單元由有源信標傳遞至車載設備）。因此，當列車在站臺區段停穩后，無法將停穩信息從車載ATP傳遞給聯鎖系統。

為了實現點式ATP模式下將列車停穩信息傳遞給聯鎖系統，可在站臺區域增加車載ATP設備與聯鎖的無線通信信道。該通信信道可在CBTC系統的DCS中增加雙向通信接口來實現。

當列車占用停車區段后，觸發解鎖延時TJS開始倒計時。假設：停車區段長度為149 m，站內列車平均速度VCZ=20 km/h，則TJSYH=149 s/（20/3.6）-4.1 s=23 s。

當列車停穩后，車載ATP通過無線通信設備向聯鎖發送列車停穩信息。當聯鎖系統在檢查保護區段空閑、停車區段占用等解鎖條件滿足時，終止解鎖延時，同時解鎖保護區段，此時解鎖延時倒計時間為28 s。

從車載ATP發送停穩信息至保護區段解鎖，其通信延時與處理延時共為7 s，且可被停站時間（45 s）覆蓋，因此運營效率大大地提高。解鎖過程如圖4所示。

3.3 優化方案對比

兩種保護區段解鎖的優化方案比較如表1所示。

表1 不同優化方案的保護區段解鎖時間對比s

圖4 點式ATP模式下保護區段快速解鎖

4 結語

若采取設置保護區段解鎖的觸發區段方案來實現解鎖延時的提前觸發，可在一定程度上減小解鎖延遲時間。而采取點式ATP模式下增加車載設備與聯鎖設備之間無線通信接口來實現列車停穩信息的傳遞，可顯著地提高保護區段解鎖效率。

增加車載設備與聯鎖設備的無線通信接口在實現成本上比設置保護區段解鎖的觸發區段要高，因此，在實際應用中可根據具體情況靈活采用不同的解鎖優化方案。

［1］黃克勇.城市軌道交通信號控制系統中4種接近區段的定義和計算［J］.城市軌道交通研究，2015，18（5）：53-55.

［2］宿秀元.城市軌道交通CBTC系統中保護進路相關功能的研究［J］.鐵道通信信號，2015，51（4）：84-86.

［3］國家質量監督檢驗檢疫總局.城市軌道交通信號系統通用技術條件：GBT 12758—2004［S］.北京：中國標準出版社，2005.

Optimum Scheme of Overlap Releasing in Urban Rail Transit CBTC System

LIU Jiang，XIE Kun

In CBTC，the overlap design plays a very important role in the guarantee of train safety stopping and the operation efficiency improvement.Based on an analysis of overlap function and releasing strategy，an optimum scheme of overlap releasing triggering section is designed according to the experiences of practical project，the radio interface between spot transmission ATP on-board equipment and interlocking equipment in station region is added，aiming to implement the overlap releasing optimization.

communication based train control(CBTC)；spot transmission automatic train protection(ATP)；overlap；releasing optimization

U284.44

10.16037/j.1007-869x.2017.08.012

2015-09-14）