孫 旺 王俊鋒

自動進路原理中提前開放距離的最優(yōu)化分析

孫 旺 王俊鋒

摘 要：分析了提前開放距離對自動進路以及運營效率的影響，以CBTC制式為基礎(chǔ)，本著運營效率最大化的原則，綜合考慮傳輸延時、道岔轉(zhuǎn)動時間、制動延時影響因素，詳細闡述了提前開放距離的最優(yōu)測算原則，最后對提前開放距離在軌道電路制式下的最優(yōu)化應(yīng)用進行了介紹。

關(guān)鍵詞：基于通信的列車控制系統(tǒng);目的地號;列車調(diào)整;自動進路;提前開放距離

目前國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域，隨著客流量的不斷增加，運營間隔不斷縮短，如何在當前系統(tǒng)下提高運行效率，成為供貨商和運營管理者越來越關(guān)注的問題。自動進路作為ATS系統(tǒng)的重要功能，其過早或者過晚開放都會直接影響到其他列車或本車的運營效率。本文將就國內(nèi)主流的CBTC和軌道電路制式下自動進路的提前開放距離最優(yōu)化進行深入討論。

1 按提前開放距離開放自動進路場景演示

提前開放距離是列車距離待開放進路的始端信號機之間的距離。如圖1所示，在ATS自動進路模式下，列車左向運行，當列車位置滿足X2的提前開放距離時，ATS則自動激活X2→X3的進路開放檢查，轉(zhuǎn)動1/3道岔到定位，鎖閉X2到X3之間的軌道區(qū)段，開放X2;當列車車頭越過X2信號機后，始端信號機X2關(guān)閉;列車繼續(xù)前行，車尾越過終端信號機X3后，進路解鎖。當后續(xù)列車運行至X2的提前開放距離處時，自動進路X2→X3重復上述開放/關(guān)閉過程。提前開放距離是觸發(fā)區(qū)間自動進路的主要參考對象。

圖1 自動進路示意圖

2 提前開放距離對運營效率的影響

進路提前開放距離設(shè)計的合理與否，會直接影響運營效率。提前開放距離太長，則進路提前開放會過早，有可能造成該當前進路的沖突進路無法開放 (例如在站前折返的終端站或車輛段與正線的接口站)，從而影響其他車的運行，影響整體的運營效率;提前開放距離太短，則進路開放會過晚，就會迫使本車的減速，造成本車運行時間延長，從而影響本車的運行效率。

示例1提前開放距離太長，致使進路開放過早。如圖2所示，該站型是一個典型的連接車輛段/停車場的接口站。當有車從下行線要進入PLAT1站臺的時候，ATS系統(tǒng)需要為其自動開放X1→X13的進路;當有車從車輛段ZHG2要進入正線運營時，系統(tǒng)則需要為其開放X17→X13的進路。如果X1→X13過早地開放了 (下行列車距離X1還很遠就觸發(fā))，則X17→X13的進路將無法辦理，勢必會影響從ZHG2向下行加車的操作。

圖2 車輛段接駁站示意圖

示例2提前開放距離太短，致使進路開放過晚。以圖3為例，實線表示列車的當前運行速度曲線，虛線為列車不減速情況下移動授權(quán)延伸后的后續(xù)運行曲線。若有車右向運行，如果X1不開放，由于ATP的防護，列車將在X1前的P0停車;如果X1→X2開放得過晚 (當列車過了P1位置仍然沒有開放)，列車將減速，即使在列車停穩(wěn)前，X1→X2開放了，列車可以繼續(xù)升速運行，這也將延誤本車的正常運營時間。

圖3 進路晚開示意圖

3 最優(yōu)提前開放距離的測算 (CBTC制式)

為了既保證本車的運營效率 (不因信號開放過晚而減速)，也能將本車對其他列車的影響降到最低，觸發(fā)進路的最優(yōu)時機應(yīng)該是等進路辦理完成后，列車收到移動授權(quán)被延伸時，列車剛好到達前一移動授權(quán)情況下的降速點，這樣該車剛好能不減速，也可以將前方進路的鎖閉時間降到最低。以下將對CBTC制式下提前開放距離的確定進行闡述。

如圖4所示，假設(shè)列車以速度V1運行，觸發(fā)進路X1→X2的最優(yōu)時機應(yīng)該是當列車運行到P1位置時，進路辦理完成，列車在此時剛好能收到新的移動授權(quán)，從而不會被迫減速。其中，L11是P1距離X1前的停車點P0的距離;Lp是P0到X1之間的保護距離;L1要考慮到傳輸延遲、道岔動作時間及繼電器動作時間等因素，假設(shè)ATS在P10發(fā)送進路開放命令，到進路辦理 (按照道岔有轉(zhuǎn)動的情況計算)完成后，列車收到新的移動授權(quán)時，列車以速度V1前進的距離。進路X1→X2的提前開放距離：L=L1+L11+Lp

圖4 最優(yōu)提前開放距離分析圖

3.1 L1的計算

以有道岔動作的情況為例，從車載發(fā)出位置報告到車載收到新的移動授權(quán)，整個過程耗時如下：列車將當前的列車位置和速度 (V1)信息經(jīng)DCS傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給ATS：Td1;ATS經(jīng)過判斷處理后發(fā)送進路請求信息到軌旁：Td2;軌旁收到請求后開放進路，繼電器、道岔動作，進路開放：TR;軌旁發(fā)送新的移動授權(quán)到車載：Td3。

根據(jù)相關(guān)參數(shù)及實際經(jīng)驗假定下列時間參數(shù)：Td：命令傳輸延時 (Td1+Td2+Td3)為3 s;TR：考慮了道岔動作時間和繼電器動作時間后，有道岔動作情況下的進路辦理時間為10 s。TR’：考慮了繼電器動作時間后，沒有道岔動作情況下的進路辦理時間為3 s。

從車載發(fā)出位置報告到車載收到新的移動授權(quán)的時間：3+3+10+3=19 s(ATS得到車載報文后就立即發(fā)送進路開放命令)，V1為不同速度的情況下L1的值，如表1所示。

3.2 L11的計算

從車載設(shè)備給車輛施加制動命令，到制動生效的車輛延遲時間分析如圖5所示，具體參數(shù)解釋：Tv1：動力切斷時間 (1.2 s);Tv2為磁通衰減時間(0.5 s);Tv3為制動建成時間 (1.2 s)。所以，L11計算如下。

圖5 制動生效時間分布圖

綜合車載計算單元的運算時間Tv，從車載準備制動到制動建成的時間 (Tv+Tv1+Tv2+Tv3)以3 s計，ATO減速度a以0.6 m/s2計的話，對比不同速度V，L11值如表1所示。

3.3 L的計算

Lp以17 m為例，不同速度下的提前開放距離(L)計算如下：

對比不同速度V，L值如表1所示。

表1 不同速度下L1、L11、L的值

4 提前開放距離在軌道電路制式下的分析

雖然上述L1的計算是在CBTC制式下分析的，但對軌道電路制式同樣有參考意義：在軌道電路制式下，ATS計算列車位置一般是當列車占用了新的軌道區(qū)段時，通過占用信息和線路地圖進行比照，從而獲得的列車位置信息。L1過程的耗時區(qū)別僅在于第一個網(wǎng)絡(luò)延時 (Td)的含義略有不同：CBTC制式下是“列車將當前的列車位置和速度(V1)信息經(jīng)DCS傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給ATS”的過程，軌道電路制式下是“列車占用新的區(qū)段，繼電器動作，軌旁設(shè)備將區(qū)段占用信息經(jīng)DCS傳送給ATS”的過程，但耗時可近似相等。所以總的提前開放距離仍可參照CBTC下的分析結(jié)果。

一個不可忽略的區(qū)別就是在CBTC制式下，由于具有全線任何位置的車-地雙向通信能力，ATS可以獲取精確的列車位置和速度信息;而在軌道電路制式下，一般只有在站臺才有雙向的車-地通信，在區(qū)間，由于軌道電路單向通信的特性，列車無法將當前速度傳送到ATS上，所以ATS只能通過之前在站臺獲得的列車站間運行等級以及土建限速等信息結(jié)合列車位置 (占用新區(qū)段時更新的)來模糊推測當前的列車速度。當然，這也可以在ATS系統(tǒng)內(nèi)置列車模型，通過將列車模型與真實列車參數(shù)的良好匹配，并結(jié)合線路地圖中的限速信息等來使ATS計算出列車在區(qū)間任何位置的實際運行速度。另外由于現(xiàn)在地鐵一般采用的都是電氣絕緣方式的移頻軌道電路，而這種軌道電路的盲區(qū)也比較大，且計算提前開放距離的速度和當前位置都是推算出來的，在復雜情況下會給計算結(jié)果帶來很大的不確定性。所以，一般通用的做法則是將提前開放距離用提前若干個軌道電路的形式來近似，將用具體位置觸發(fā)近似成當列車占用某個軌道區(qū)段時觸發(fā)。

5 結(jié)束語

本文僅就區(qū)間進路的提前開放距離進行了粗淺分析，在實際運用中，提前開放距離并不是觸發(fā)自動進路的唯一因素，停站時間、信號布局都可能影響到自動進路的開放時機，這些都是需要進一步研究的內(nèi)容。

［1］吳汶麟．城市軌道交通信號與通信系統(tǒng)［M］．北京：中國鐵道出版社，2000，8．

［2］USSI公司．ATS系統(tǒng)描述文檔［Z］．2003．

Abstract:This paper first analyzed the impacts on automatic route and revenue service efficiency by clear-ahead distance.Then based on CBTC system，with the principle of making the revenue service most efficient，and taking the affecting factors of transmission delay，time of switch moving，braking delay into account，analyzed how to measure and calculate the best clear-ahead distance in details.Finally，introduced how to apply the best clear-ahead distance on the track circuit system．

Key words:CBTC;DID;Vehicle Regulation;Automatic Route;Clear-ahead Distance

孫 旺：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 城市軌道交通事業(yè)部 助理研究員

王俊鋒：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 城市軌道交通事業(yè)部 助理研究員

2013-02-28

(責任編輯：張 利)