王 春

王 春:廣州地下鐵道總公司運營事業(yè)總部 助理工程師510000 廣州

隨著城市軌道交通朝著高密度、高速度、高舒適性的方向發(fā)展，大量的先進技術(shù)被應(yīng)用到列車自動控制中。下面分析和探討在自動控制模式下，基于環(huán)線的移動閉塞系統(tǒng)的行車過程安全性及其防護。

1 移動閉塞的列車安全間隔模型

在SELTRAC信號系統(tǒng)中，依據(jù)移動閉塞原理來實現(xiàn)列車分隔。前方列車后部的安全分隔距離將根據(jù)列車最大運行速度、制動曲線和列車位置等進行動態(tài)計算。由于有了高精度的列車位置報告(6.25 m)及該段線路的最大允許速度，追蹤列車就可以安全地向前方列車接近，直到距離前車尾部一個安全制動距離。不難看出，由于列車不需要在一個被占用的固定閉塞區(qū)間入口處停車，因此大大地縮短了運行間隔。圖1顯示了移動閉塞列車安全間隔的基本原理。

如圖1所示，列車之間總是保持一個“安全距離”。該距離是介于后車的目標(biāo)停車點和確認(rèn)的前車尾部之間的一個固定距離，是在正常條件下的停車距離加上列車可能超出它的制動性能曲線而走行的最大距離之和。在選擇安全距離時，應(yīng)充分考慮列車控制和制動系統(tǒng)的誤差，以及最壞情況組合在內(nèi)的一系列因素，使列車能夠被安全地分隔開來。

圖1 安全列車間隔

2 列車安全防護分析

2.1 目標(biāo)點的設(shè)置原理

目標(biāo)點 (TP)定義為位置，它通過VCC送到列車，指示列車可以安全運行到軌道上的特定目標(biāo)區(qū)間 (至少是一個位置的分辨率)。對于列車而言，運行到目標(biāo)點總是安全的。VCC保證至少在目標(biāo)點外的一個安全距離內(nèi)軌道是無障礙的。

計算每列車的目標(biāo)點通常要考慮以下2個主要因素:①在列車前方可能設(shè)置目標(biāo)點的區(qū)域大小;②掃描潛在設(shè)置區(qū)域每個位置外的安全距離，并確定在這個掃描區(qū)間內(nèi)是否存在障礙、停車終點或速度限制。如果有，則目標(biāo)點將設(shè)在離障礙物為一個安全距離處;否則，目標(biāo)點將設(shè)置在潛在設(shè)置區(qū)域的盡頭。

信號系統(tǒng)的一個重要特性是給列車有限的移動授權(quán)，保證與前面列車預(yù)留的運行距離最多3 s，最大限度地減少了列車的責(zé)任，允許信號系統(tǒng)對變化的情況作出立即反應(yīng)。對于每列自動或人工模式下的列車，在軌道上能安全運行的位置 (目標(biāo)點)，永遠(yuǎn)不能超過計算的潛在目標(biāo)點，如圖2所示。

圖2 最遠(yuǎn)的潛在目標(biāo)點

2.2 列車自動控制 (ATC)模式下的進路列表元素及其防護

列車行車目標(biāo)點的確定不僅與前方列車的位置有關(guān) (安全的列車間隔)，而且還與行車線路的許多因素發(fā)生聯(lián)系，這些相關(guān)聯(lián)的因素就稱之為“進路列表元素”，主要包括:沖突區(qū)Conflict Zone(CZ)、入口點Entry Point(EP)、安全距離Safety Distance(SD)、道岔區(qū)Switch(Point)Zone(SZ)、道岔Switch(Point)(SW)、非允許區(qū)Unallowed Zone(UZ)、(最高)速度元素 (Maximum)Velocity Element(VE)等。而只有在列車進路設(shè)置中充分考慮所有關(guān)聯(lián)因素，才能最大限度地保證列車運行安全，從而兼顧效率與安全。因此，對進路列表元素的防護分析也就成為重中之重。

1．沖突區(qū)CZ元素。VCC在掃描進路數(shù)據(jù)庫時，如果有沖突區(qū)CZ的起始點，而該區(qū)尚未預(yù)留(除了正在實施掃描的該列車)，VCC將把目標(biāo)點設(shè)置在該沖突區(qū)的安全距離范圍內(nèi)。如果沖突區(qū)是為另一列列車預(yù)留，同時沖突區(qū)比潛在目標(biāo)點更接近列車前部，則列車目標(biāo)點將設(shè)置在離包含CZ元素位置以外的安全距離，如圖3所示。當(dāng)該占用/預(yù)留列車的尾部已經(jīng)離開CZ后，針對該CZ的占用/預(yù)留也將解除，而解除CZ與相應(yīng)的道岔位置無關(guān)。

圖3 到一個已預(yù)留沖突區(qū)CZ最接近點

2．入口點EP元素。對ATC系統(tǒng)，列車進入自動運行線路的地方是通過使用入口點 (EP)線路元素來識別的。EP通常位于所有環(huán)線的邊界，使一列人工駕駛的列車在運行不超過一個環(huán)線長度以后，就能被置于自動運行。

3．安全距離SD元素。如果在VCC掃描線路時有一個SD元素，而與該列車相關(guān)的安全線路元素值大于當(dāng)前SD數(shù)值，則當(dāng)掃描結(jié)束時，與該列車相關(guān)的安全線路元素將決定目標(biāo)點的設(shè)置。

4．SZ道岔區(qū)安全距離。當(dāng)沒有障礙物存在時，ATC把列車前面的目標(biāo)點設(shè)置在足夠遠(yuǎn)的位置，以保證列車實施制動前能以最大速度運行3 s。如果道岔必須轉(zhuǎn)換，則接近的列車將減速，因為在道岔轉(zhuǎn)換到位完成之前，它的目標(biāo)點不會超出該SZ道岔區(qū)的安全距離范圍。

為防止由于道岔轉(zhuǎn)換延遲引起的不必要制動，VCC應(yīng)掃描比目標(biāo)點設(shè)置更遠(yuǎn)的地方(一個“預(yù)警SCOUT距離”)，以尋找道岔區(qū)SZ和道岔SW線路元素。一旦找到這些元素，道岔要被預(yù)留并命令轉(zhuǎn)換到要求的位置。它們之間的聯(lián)系表示見圖4。用于“預(yù)警距離”的數(shù)值將涉及到道岔動作時間和列車速度的計算。

圖4 預(yù)警SCOUT距離

5．非允許區(qū)UZ。VCC不會把目標(biāo)點設(shè)置在非允許區(qū)范圍內(nèi)。在目標(biāo)點設(shè)置過程中，如果VCC掃描到一個UZ線路元素，同時判定從非允許區(qū)另一端起的安全距離加上列車長度的范圍內(nèi)有一個障礙物，則目標(biāo)點就會設(shè)置在離UZ元素始端一個位置 (6.25 m)。因為在非允許區(qū)終端以遠(yuǎn)的范圍內(nèi)沒有足夠的“空余”距離能夠設(shè)置目標(biāo)點，以使整個列車停在非允許區(qū)UZ外。關(guān)于這種情況參見圖5。

6．最高速度VE線路列表元素。在ATC系統(tǒng)的線路元素列表里，通過使用最高速度元素 (VE)來識別固定的速度限制。沿著軌道的每個點，在速度變化的位置定義一個VE元素。在同一段軌道的2個相反方向，可以用不同的VE元素來定義不同的速度限制。

圖5 最靠近到一個UZ區(qū)間的位置

圖6 在速度限制下的目標(biāo)點設(shè)置

對一個速度限制而言，潛在的目標(biāo)點不會設(shè)置在速度限制占用的位置，而是采用如下2種計算方法:首先，VCC計算出一個“虛擬目標(biāo)點”，即制動曲線需要滿足速度限制而假設(shè)需要延伸到零速度的列車停車點;其次，計算一個附加距離，稱之為“虛擬目標(biāo)點停車距離”(VTSD)。這個額外附加的距離使列車有時間在以限制速度前進的同時，接收從VCC發(fā)來的有更新最高速度Vmax信息的新報文 (見圖6)。在列車達到限制速度前，接近的列車會根據(jù)虛擬目標(biāo)點結(jié)束的制動曲線進行限速，從而達到常規(guī)制動。

3 結(jié)束語

基于環(huán)線的移動閉塞列車防護，考慮了來自線路和行車的各個要素，最大程度地保障了列車運行安全，具有很高的可靠性，符合列車控制的安全原則，在廣州地鐵3號線的列車自動控制過程中，將起到不可替代的作用。

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