基于移動閉塞列控系統的列車追蹤間隔研究與優化建議

謝書銦 汪晶

摘 要：移動閉塞系統作為城市軌道交通列控系統的主要發展方向，在縮短列車追蹤間隔時間方面發揮了重要作用，也極大程度地保障了列車的運行安全，提高了行車效率，更好地滿足了城市軌道交通客流量大的需求。本文介紹了基于移動閉塞列控系統的移動授權生成原理以及列車追蹤間隔的模型，分析了列車追蹤間隔的影響因素，并提出了列車追蹤間隔的優化建議。

關鍵詞：移動閉塞;列車追蹤間隔;移動授權

0 引言

近年來，隨著城市化進程逐步推進，城市軌道交通的發展空間極為廣闊，其在提高出行效率、緩解交通擁堵壓力等方面發揮著顯著的作用。然而，面對大城市每日數以萬計的客流量，現有的運營服務水平仍有一定欠缺，未能最大程度地滿足旅客的出行需求。其中，城市軌道交通系統中的列車追蹤間隔時間是改善服務水平的關鍵問題之一。縮短列車追蹤間隔時間，提高行車效率，提升線路能力，是目前城市軌道交通列控系統的主要發展方向。

1 列車追蹤運行原理

列車追蹤間隔時間是追蹤運行的兩列車間的最小允許間隔時間。列車追蹤間隔時間主要分為正線追蹤間隔時間和折返追蹤間隔時間，其中正線追蹤間隔時間又分為區間追蹤間隔時間和站臺追蹤間隔時間[1]。本文主要討論基于移動閉塞系統的區間追蹤間隔時間。移動閉塞列控系統通過無線通信方式實現車—地雙向實時通信，車載設備報告本列車的精確位置，區域控制器（ZC）根據接收到的本列車的速度與位置信息，結合前行列車發送的速度與位置信息，實時計算追蹤列車移動授權，同時將計算得到的移動授權發送給車載設備。車載設備收到移動授權信息后，根據速度—距離曲線建立列車常用制動模型，計算列車最大制動距離，并實時監督。[2]由于保證了前行列車與后行列車的安全距離，列車可以在較短的時間間隔內追蹤運行，從而提高運行效率。移動閉塞列控系統移動授權生成原理如圖1所示。

2 列車追蹤間隔模型

在移動閉塞列控系統中，將區間分成了無數個細小的、連續的閉塞分區，追蹤列車以運行前方列車的車尾作為追蹤目標點，保證列車在安全間隔內的行車安全。列車區間追蹤間隔的計算模型有絕對追蹤方式和相對追蹤方式。

2.1 列車區間絕對追蹤模型

列車區間絕對追蹤模型不考慮前行列車的制動距離，即假設前行列車在區間運行狀態為靜止[1]。如圖2所示，絕對追蹤模式下的列車追蹤間隔距離由司機采取制動所需的反應時間內列車的走行距離L反、后行列車制動距離L制、后行車頭與前行車尾的安全距離L安、列車長度L列四部分組成。

2.2 列車區間相對追蹤模型

在實際列車追蹤運行過程中，前行列車的位置和速度都在實時發生變化，考慮前行列車的實際運動狀態，可進一步優化追蹤列車間隔時間。如圖3所示，相對追蹤模式下的列車追蹤間隔距離為絕對追蹤模式下的列車追蹤間隔距離減去前行列車制動距離L制前可得。

3 列車追蹤間隔影響因素

影響列車追蹤運行的因素較多，主要總結為以下四個方面：

3.1 列車定位技術

車載定位技術是通過搜尋列車在坐標系統中的具體位置來實現的，再由無線傳輸系統將定f位信息傳輸至軌旁系統，其次由系統計算列車移動授權，實現最佳追蹤間隔[5]。因此，定位技術的精準程度影響著列車追蹤間隔。

3.2 數據信息傳輸

通信延遲在移動閉塞列控系統中不可避免，這就造成了追蹤列車得到的運行狀態信息是通信延遲前的，即在收到信息的時刻前行列車運行狀態已經發生了改變，從而影響了列車運行效率[1]。

3.3 車站條件

單行列車條件下一般只考慮停站方案，不涉及車站的線路配置。而列車追蹤運行條件下，需要考慮各列車途經車站的站線條件，設計進出站徑路及其相關道岔、股道平縱斷面、相關設備工作時間參數等問題。

3.4 列車性能

一般情況下，軌道交通線路上運行的列車是有一定的差異的，如機車類型、車輛類型及數量等的不同，使牽引、制動性能也呈現一定的差異性，因此會影響列車的追蹤間隔。

4 列車追蹤間隔時間優化建議

4.1 優化列車制動距離

列車的能量由動能與勢能構成。勢能與列車所在位置的坡度相關，并隨著列車前方線路坡度的變化而變化;動能與列車的速度相關，速度越高動能越大，反之，速度越低動能越小。由于線路進行調坡后，勢能成為固定值，所以列車能量的大小將取決于列車動能的大小，即列車運行速度的大小[3]。

列車運行速度與追蹤間隔時間的關系可用如下方法表示：以v（s）表示追蹤列車在追蹤過程中任意位置上的運行速度，再對列車追蹤距離取微元為ds，且假設追蹤間隔時間為dt，則有ds= v（s）dt ，將該式進行變換再對兩端同時積分，則前后行追蹤列車間隔時間可表示為：

根據上式可知，追蹤間隔時間與列車運行速度的關系類似于反拋物線，當速度過低或過高時追蹤間隔時間反而會陡然增大。因此，通過合理分析與計算，找出最優運行速度，對于縮短列車追蹤間隔時間起到重要作用。

4.2 優化列車停站時間

列車停站時間主要由屏蔽門開關門時間、乘客上下車時間、司機確認信號時間構成。其中，屏蔽門開關門時間與屏蔽門的性能有關，對于系統而言是常量;乘客上下車時間由運營服務部門根據各站客流量設置，對于線路上的各站而言也是常量;針對司機確認信號時間，隨著信號系統的不斷完善升級，能夠確保在滿足條件且無需司機確認信號的情況下也能安全地發車離站，那么追蹤列車間隔時間也將進一步縮短[3]。

4.3 縮短通信延遲時間

在移動閉塞列控系統中，通信周期時間與設備反應時間均為固定的真實值，即系統的通信延遲主要取決于信息傳輸與設備切換兩個因子。因此，通過不斷優化系統的信息傳輸方式，降低信息在各個子系統的響應周期，并盡可能減少搜索的信道數，提高無線通信系統的及時率，保障列車安全高效運行，降低列車追蹤間隔計算的誤差，縮短列車追蹤間隔時間[4]。

5 結語

隨著城市軌道交通列控系統的不斷優化改進，列車追蹤運行模式也將逐步優化。本文基于移動閉塞列控系統介紹了列車追蹤運行原理，分析了列車追蹤間隔的模型，也對列車追蹤間隔的影響因素進行了歸納總結，最后提出了列車追蹤間隔的優化建議，以期為縮短列車追蹤間隔、提高線路運能提供借鑒。

參考文獻：

[1]鄭藝，胡云卿，耿宏亮，等.車車通信CBTC系統區間追蹤間隔研究[J].控制與信息技術，2020（03）：81-83+88.

[2]閆麗霞，高云波，李云驄.城市軌道交通移動閉塞列控系統列車追蹤間隔研究[J].城市軌道交通研究，2020，23（03）：34-37.

[3]梁宇，成正波，黃柒光.城市軌道交通正線CBTC列車追蹤間隔的優化[J].城市軌道交通研究，2018，21（12）：76-78+82.

[4]張振波.車地無線通信延遲對地鐵自動控制系統中列車追蹤間隔的影響研究[J].電子世界，2020（12）：65-66.

[5]邵晨.基于無線通信的列車追蹤間隔控制研究[D].蘇州大學，2018.