基于通信的列車控制系統移動閉塞下固定閉塞追蹤控制方法研究

耿 鵬

(通號城市軌道交通技術有限公司， 100070， 北京∥高級工程師)

城市軌道交通列車控制系統廣泛采用CBTC(基于通信的列車控制)系統、全自動運行系統，并逐漸衍生出基于車車通信的列車控制系統、基于云平臺的信號系統等，這些系統都是以移動閉塞控制制式為基礎[1]。在城市軌道交通信號系統的實際運營場景中，列車在線路上可能會因土建、自然條件或系統故障等原因無法按移動閉塞制式正常運行，列車須改為固定閉塞制式運行。此時線路中可能同時存在著移動閉塞和固定閉塞2種運行制式，這對移動閉塞和固定閉塞混合的列車追蹤提出了新的需求[2]。與通常所講的CBTC移動閉塞后備模式不同[3]，本文將固定閉塞的設計思想與移動閉塞制式相結合，提出一種支持移動閉塞和固定閉塞同時運行的混合追蹤的行車控制方法，以保障列車的運行安全。

1 運營場景分析

固定閉塞制式以固定的閉塞分區為單位作為追蹤列車間的安全間隔。傳統的固定閉塞制式下，信號系統無法獲取列車的準確位置，因而劃分出固定的區域，對列車的運行范圍進行模糊控制。本文在移動閉塞制式下對固定閉塞的定義進行延展，即以1個固定區域內的列車數量作為控制手段，通過移動授權對列車的運行范圍進行控制[4]，進而提供更靈活的運營組織方式。固定閉塞場景的設定可分為兩種：一是由于某種預先設定的固定因素引發的場景，稱為靜態場景；二是在運營過程中隨機出現的場景，稱為動態場景。

1.1 靜態場景

靜態場景主要指土建、自然條件等客觀因素引發的固定閉塞控制場景。

1) 橋梁等有承重限制的特殊線路區域。若線路需經過橋梁，由于橋梁對承重有限制，需對同時在橋梁上通行的列車數量進行限制，以免引發橋梁垮塌等安全事故。

2) 道岔等有防止側沖的特殊線路區域。列車經過道岔區域時，需防止與其他方向運行的列車產生側沖風險，避免發生列車脫軌或相撞。

3) 車庫等有停放列車數量限制的特殊線路區域。由于線路設計的約束，在某一特定區域內(如停車庫)，只能同時停放一定數量的列車。

4) 車站內等有固定閉塞追蹤需求特定線路區域。例如，部分車站若同一方向線路上有其他列車時，要求后車不允許駛入站臺區。

1.2 動態場景

動態場景是依據運營組織的變化或設備故障等臨時性因素引發的固定閉塞控制場景。例如，在運營過程中若發生列車在區間意外停車，需實施聯動控制，禁止其他列車駛入該區間。與靜態場景相比，動態場景具有隨機性，通常對運營組織的影響更大。

2 移動閉塞制式下的固定閉塞控制設計

2.1 固定閉塞區域的設定

在CBTC系統的地面控制設備ZC(區域控制器)中對靜態場景相關的固定閉塞區域進行預先設定。1個ZC內可設定若干個固定閉塞區域，1個固定閉塞區域由1組閉塞分區組成。閉塞分區是ZC電子地圖的最小“線段”單元，以邏輯區段和道岔岔尖作為邊界進行劃分。原則上不限定2個岔尖之間的閉塞分區，可以劃分為1個，也可以劃分為2個，本文推薦劃分為2個。固定閉塞區域的范圍以信號平面圖作為輸入依據。

靜態場景的固定閉塞區域，由行車調度員通過ATS(列車自動監控)終端選擇是否激活，無需逐個設定。靜態場景下固定閉塞區域的劃分原則為：

1) 1個固定閉塞區域包含的閉塞分區必須是1個連續的區域，不連續的區域應劃為不同的固定閉塞區域。

2) 不同的固定閉塞區域不應重疊。

3) 固定閉塞區域的管轄范圍應由內向外取整擴大。固定閉塞區域的邊界為最左端閉塞分區及其偏移量，以及最右端閉塞分區及其偏移量。在復雜的道岔區域，其最左端和最右端的閉塞分區可能有多個。偏移量是以厘米為單位，基于閉塞分區的左側端點，采用信號平面圖標識的公里標進行相減計算。最左端閉塞分區的偏移量取厘米的整數位(即不足1 cm的長度應舍棄)，最右端閉塞分區的偏移量取厘米的整數位且再增加1 cm(即不足1 cm的長度應按照1 cm計算)。

4) 不同的固定閉塞區域可單獨設定最大可追蹤進入的列車數量(即列車最大配置數)。

對于動態場景的固定閉塞區域，由行車調度員通過ATS終端進行設定，采用二次確認的方式下達給ZC。動態場景的固定閉塞區域應是1個連續的區域，并采用1組完整的閉塞分區進行描述。

2.2 固定閉塞區域的取消

靜態場景中，預先設定的固定閉塞區域不可取消。若工程設計發生改變時，應通過修改數據配置的方式，對固定閉塞區域進行調整。

與靜態場景相比，動態場景的固定閉塞區域調整更為靈活。由行車調度員通過ATS終端界面進行人工設定并下達給ZC，ZC確認下達成功后則可取消該固定閉塞區域的設定。

3 移動閉塞制式下的固定閉塞追蹤控制方法

本文對上述移動閉塞制式下的固定閉塞追蹤場景的控制方法進行設計。該控制方法通過行車調度員在ATS終端下達設置或取消固定閉塞區域的方式，由信號系統自動識別并控制列車追蹤運行。控制特定線路區域內通過的通信列車數不得超過該區域的列車最大配置數。列車最大配置數可以在工程應用階段預先確定，也可以由調度員人工靈活設定，因而適用于不同運營場景，更具有普遍適用性。

固定閉塞區域控制流程如圖1所示。

注：ATP——列車自動防護。圖1 固定閉塞區域控制流程圖Fig.1 Control flow chart of fixed block area

移動閉塞制式下的固定閉塞追蹤控制方法的具體步驟如下：

1) 行車調度員設定或調整運行計劃。ATS根據預設的線路運行計劃，向ZC發送固定閉塞區域列表。該固定閉塞區域列表包括ZC管轄的閉塞分區編號和列車最大配置數。

2) ZC根據固定閉塞區域列表進行邏輯處理，檢測閉塞分區編號是否屬于本ZC管轄范圍。當檢測到邏輯區段屬于固定閉塞區域列表時，設置基于固定閉塞區域列表的防護區域信息。ZC以固定閉塞區域列表內的最左端和最右端閉塞分區為邊界，建立固定閉塞區域。

3) 列車向ZC實時報告位置。ZC記錄該列車的位置信息，并根據列車當前位置、運行方向、運行速度、牽引制動參數等信息，在當前線路向列車運行方向搜索列車可能運行的所有路徑。ZC根據列車位置及列車運行趨勢推算出其可能進入的固定閉塞區域。

4) 若列車可能進入的閉塞分區處于固定閉塞區域，且該固定閉塞區域內的通信列車或隱藏列車總數已經達到了列車最大配置數，則為該列車計算的移動授權不能延伸進入該閉塞分區。反之，則為該列車計算的移動授權可以延伸進入該閉塞分區。

5) 列車位置按照列車的最大包絡進行評估，若列車的位置與該固定閉塞區域有重疊部分，則認為該列車為該固定閉塞區域內的列車。ZC存儲的固定閉塞區域列表一直處于生效狀態，直到采用ATS人工方式取消該固定閉塞區域列表。

6) ZC向在固定閉塞區域內的通信列車正常發送移動授權，向在固定閉塞區域外的通信列車發送不能進入該固定防護區域的移動授權。假設設定的固定閉塞區域內最多允許1列車駛入，CBTC移動閉塞下的固定閉塞列車追蹤如圖2所示。如圖2 a)所示，在固定閉塞區域設定成功后，當固定閉塞區域內有車時，后車移動授權不允許進入該固定閉塞區域。如圖2 b)所示，在設定的固定閉塞區域取消后，后車移動授權允許進入該固定閉塞區域。

4 結語

ZC是城市軌道交通信號系統地面核心安全控制設備，當列車在運行線路上因土建、自然條件或系統故障等原因無法按移動閉塞制式正常運行時，會對運營秩序和效率產生影響。本文提出了移動閉塞制式下的固定閉塞追蹤控制方法，該方法由行車調度員通過ATS終端下發特定區域固定閉塞追蹤的運行調整命令，靈活配置固定閉塞追蹤條件的方式，用于信號系統控制列車在特定區域按固定閉塞制式運行，而該固定閉塞區域以外的其他區域內列車仍按移動閉塞制式運行，進而實現了移動閉塞和固定閉塞混合運行下的列車追蹤，在保障列車運行安全的同時有效提升了運營效率。

a) 固定閉塞區域內列車達到最大列車配置數時的列車追蹤

b) 固定閉塞區域取消后的列車追蹤圖2 CBTC移動閉塞下的固定閉塞列車追蹤示意圖Fig.2 Schematic diagram of fixed block train tracking under CBTC moving block